專利名稱：：直接熔煉設備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于如礦石、部分還原礦石和含金屬的廢液之類的金屬進料生產(chǎn)熔融金屬的直接熔煉設備和直接熔煉方法。此處，詞語“熔煉”理解為表示熱處理，其中發(fā)生還原金屬進料的化學反應以生產(chǎn)熔融金屬。
背景技術(shù)：
：在同一申請人的國際申請PCT/AU96/00197(WO96/31627)和如最近提交的國際申請PCT/AU2004/000473(WO2004/090174)和PCT/AU2004/000472(WO2004/090173)(它主要涉及用鐵礦石顆粒生產(chǎn)鐵水)之類的其他專利申請中，描述了已知的直接熔煉方法，它在原理上依賴作為反應媒介的熔池，并總體上稱為HI熔煉方法。該HI熔煉方法包括如下步驟(a)在直接熔煉容器中形成熔融金屬和熔渣的熔池；(b)注射到熔池中(I)金屬進料，通常是金屬氧化物；及(II)固體含碳材料，通常是煤，它起到金屬進料的還原劑和能量源的作用；及(c)將金屬進料熔煉成金屬層中的金屬。在該HI熔煉方法中，金屬進料和固體含碳材料通過處于噴槍形式的固體輸送裝置噴射到熔池中，該噴槍與垂直方向相傾斜，從而通過直接熔煉容器的側(cè)壁向下和向內(nèi)延伸，并延伸到直接熔煉容器的下部區(qū)域中，從而將至少一部分固體材料輸送到直接熔煉容器底部中的金屬層中。該HI熔煉方法還包括后燃燒反應氣體，如隨著熱空氣從熔池中釋放的CO和H2，該熱空氣可以是富氧的，該后燃燒反應氣體通過至少一個向下延伸的熱空氣噴射槍噴射到直接熔煉容器的上部區(qū)域中，并將后燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給熔池，以增加熔煉金屬進料所需的熱量。熱空氣在熔爐中生產(chǎn)，并經(jīng)過耐火磚襯里的熱風總管供給到一個或多個噴槍。該熔爐包括在加熱階段和熱量交換階段這兩個階段之間循環(huán)的至少兩個單獨熔爐。在熱量交換階段中，熔爐向熱空氣噴射槍提供高于1000℃的熱空氣(下文中稱為“預熱空氣”)，并且在加熱階段中，熔爐經(jīng)過燃料的燃燒和使燃燒產(chǎn)物通過熔爐在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中再生產(chǎn)熱量。各熔爐的工作是互相協(xié)同的，從而總是有至少一個熔爐處于其熱量交換階段，并在任意點處及時提供預熱空氣。直接熔煉容器中反應氣體的后燃燒所產(chǎn)生的廢氣通過廢氣導管從直接熔煉容器的上部排出。該直接熔煉容器包括在直接熔煉容器的側(cè)壁和頂部中的耐火磚襯里的水冷板，并且水通過連續(xù)循環(huán)中的板連續(xù)地循環(huán)。該HI熔煉方法通過在單個緊湊直接熔煉容器中直接熔煉能夠生產(chǎn)大量如鐵水之類的熔融金屬。然而，為了實現(xiàn)這一點，需要向直接熔煉容器供給大量(a)固體進料，如含鐵進料、含碳材料和助熔劑，(b)經(jīng)過一個或多個熱空氣噴射槍向固體噴射槍供給預熱空氣。向直接熔煉容器供給固體進料和預熱空氣在預期至少為12個月的熔煉過程中必須連續(xù)，并且在熔煉過程期間穩(wěn)定提供這些材料的供給是非常重要的。在熔煉過程的末期，直接熔煉容器停機，以允許進行維護工作，維護工作通常包括直接熔煉容器的內(nèi)耐火襯里的部分重新襯砌和完全重新襯砌。該停機周期可能根據(jù)環(huán)境明顯不同，從短到1個月到明顯更長的周期。通常，停機周期將是8周。優(yōu)選的，該停機周期為盡可能短的時間。HI熔煉方法的操作人員面對的一個問題是，不希望選擇將在只有12至18個月的熔煉過程的末期用于生產(chǎn)該方法的預熱空氣的熔爐完全停機。這與和高爐一起使用的熱風爐是完全不同的情況。高爐通常在需要重新襯砌之前工作20年，并且在使用年限之后完全將高爐停機是可變的選擇。在直接熔煉容器停機期間使熔爐與熔煉過程期間同樣地連續(xù)工作，即生產(chǎn)非常高流量的預熱空氣，也不是實際可行的選擇。特別地，使熔爐以這種方法工作，同時在直接熔煉容器中不生產(chǎn)金屬，是完全不經(jīng)濟的計劃。而且，在熔爐正常工作期間用作燃料的氣體通常是來自直接熔煉容器的廢氣，在停機期間通常無法得到該廢氣。已知在直接熔煉容器的臨時停機中，在這種停機期間，繼續(xù)在熔爐的燃燒室中燃燒氣體，并通過熔爐的圓頂排出燃燒過的氣體不需要來自熔爐的預熱空氣。然而，這無法保持耐火磚襯里的熱風總管處于受熱狀態(tài)，這能夠?qū)е聼犸L總管中的爐墻和膨脹結(jié)合處出現(xiàn)問題。在這些環(huán)境中，需要節(jié)省成本的方法，該方法在停機過程中以對設備損失最小的方式維持熔爐和熱風總管。本發(fā)明提供一種在直接熔煉容器停機期間用于維持熔爐和熱風總管的節(jié)省成本并可靠的方法和設備。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供在直接熔煉容器的停機期間維持熔爐和熱風總管的方法和設備，該熱風總管將熔爐連接到直接熔煉容器的一個或多個熱空氣(或熱富氧空氣)噴射槍上。尤其是，該方法將熔爐和熱風總管的溫度維持在對熔爐和熱風總管損傷最小的溫度范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，提供用于在直接熔煉容器的停機期間維持熔爐和熱風總管的方法，該熱風總管將熔爐連接到直接熔煉容器的一個或多個熱空氣(或熱富氧空氣)噴射槍上，該方法包括(a)將熱風總管與熱空氣(或熱富氧空氣)噴射槍或多個噴射槍隔離；(b)操作每個熔爐的燃燒器，該燃燒器使用燃料氣體和空氣流并產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物流，該燃燒產(chǎn)物沿著熔爐的氣體通路從一端朝其相對端流動，從而在熔爐的加熱階段中加熱熔爐的耐火磚格；及(c)在熔爐的熱量交換階段，通過將空氣流供給氣體通路的所述相對端，然后使空氣流相繼通過熔爐和熱風總管的氣體通路，將熱量從每個熔爐傳遞到熱風總管，從而空氣流通過與熔爐的耐火磚格的熱量交換受熱，并且熔爐通過這種熱量交換得到冷卻，所得熱空氣流將熱風總管加熱。在停機期間，主要目的是確保熔爐和熱風總管保持在工作溫度范圍內(nèi)，這避免了對熔爐和熱風總管的損傷。申請人已經(jīng)認識到，通過在停機期間使熔爐工作，以產(chǎn)生與熔爐將熱風供給直接熔煉容器的正常工作期間所需要的傳遞狀況明顯不同的熱量傳遞狀況可以實現(xiàn)該目的。申請人還已經(jīng)認識到，通過熔爐的燃燒產(chǎn)物和熱空氣的體積流量在停機期間產(chǎn)生所需熱量傳遞狀況中是非常重要的因素。另外，申請人已經(jīng)認識到，利用助燃鼓風機可以輸送通過熔爐的燃燒產(chǎn)物和熱空氣的體積流量，該助燃鼓風機通常用于在熔爐的加熱階段將助燃空氣供給到熔爐的燃燒器。于是，助燃鼓風機可以有利地用作雙功能鼓風機，以在停機期間對加熱階段和熱量交換階段供給助燃空氣。另外，申請人已經(jīng)認識到，熱風總管的經(jīng)改變的結(jié)構(gòu)對在停機期間優(yōu)化地維持熔爐和熱風總管是有利的。優(yōu)選地，該方法包括在停機期間，每個熔爐的加熱階段和熱量交換階段的協(xié)同工作，使得熔爐在停機期間將連續(xù)熱空氣流供給熱風總管。優(yōu)選地，與熔爐在熱風總管連接到熱空氣噴射槍或多個噴射槍上的正常工作狀況下工作時，熔爐的加熱階段期間所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物的體積流量相比，停機期間，在步驟(b)中產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物的體積流量較小。優(yōu)選地，停機期間，在步驟(b)中產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物的體積流量為熔爐的正常加熱階段期間所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物的體積流量的50％或小于50％。更為優(yōu)選地，停機期間，在步驟(b)中產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物的體積流量為熔爐的正常加熱階段期間所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物的體積流量的40％或小于40％。優(yōu)選地，與熔爐在熱風總管連接到熱空氣噴射槍或多個噴射槍上的正常工作狀況下工作時，熔爐的熱量交換階段期間所產(chǎn)生的熱空氣的體積流量相比，停機期間，在步驟(c)中產(chǎn)生的熱空氣的體積流量較小。優(yōu)選地，停機期間，在步驟(c)中產(chǎn)生的熱空氣的體積流量為熔爐的正常熱量交換階段期間所產(chǎn)生的熱空氣的體積流量的50％或小于50％。更為優(yōu)選地，停機期間，在步驟(c)中產(chǎn)生的熱空氣的體積流量為熔爐的正常熱量交換階段期間所產(chǎn)生的熱空氣的體積流量的40％或小于40％。優(yōu)選地，該方法包括在停機期間，在熔爐的加熱階段和熱量交換階段期間使用相同的一個或多個鼓風機，將空氣流供給到每個熔爐。優(yōu)選地，步驟(c)中產(chǎn)生的熱空氣通過連接到熱風總管上的排氣裝置排出。優(yōu)選地，該排氣裝置位于接近熱風總管的前端，即與一個或多個熱空氣噴射槍相連接的端部。優(yōu)選地，燃料氣體為天然氣。該方法可以包括停機期間上述步驟的附加步驟。例如，該方法可以包括通過將空氣流供給到一個或多個熔爐的氣體通路的相對端，然后相繼使空氣流通過氣體通路，隨后在不使空氣流通過熱風總管的情況下將空氣流排出，從一個或多個熔爐傳遞熱量的另一步驟，從而空氣流通過與一個或多個熔爐的耐火磚格的熱量交換受熱，并且通過這種熱量交換冷卻該一個或多個熔爐。該步驟在熱風總管的溫度處于適當溫度范圍中，并且不需要將熱量進一步傳遞給熱風總管，以及所述一個或多個熔爐高于最低停機溫度并能夠容納傳遞給空氣流的更多熱量的情況下是合適的。更為優(yōu)選地，該步驟包括通過使氣流通過該一個或多個熔爐的廢氣供給主管將熱空氣流從一個或多個熔爐排出。作為另一個例子，該方法可以包括在停機期間，將一個或多個熔爐“裝入外殼中”一段時間的另一步驟，在此情況下，熱風總管的溫度保持在合適的溫度范圍中，并且此時不需要熱量進一步傳遞給熱風總管，所述一個或多個熔爐處于高于最小停機溫度。在任何情況下，將參照包括在下述自然段中討論的因素在內(nèi)的因素范圍決定停機期間上述步驟的持續(xù)時間。典型地，每個熔爐都具有主熱量交換室，該熱量交換室用耐火磚格包裹，并且氣體通路的所述相對末端區(qū)域處于該熱量交換室的下部區(qū)域中，并在曲折路徑中向上延伸通過磚格。通常，該磚格在熱量交換室的下部區(qū)域中支承在金屬格柵上。非常重要的是，在停機期間，加熱階段不將磚格支承格柵加熱到該格柵失去明顯機械強度，即機械強度失去到損傷耐火磚格的內(nèi)部結(jié)構(gòu)整體的程度的溫度。在這種情況下，該方法優(yōu)選地包括在停機期間操作每個熔爐的加熱階段，直到主腔的下部區(qū)域，最好是磚格支承格柵中的溫度接近但未達到磚格支承格柵失去明顯機械強度的溫度為止。典型地，該磚格支承格柵由鑄鐵制成。高于350℃，鑄鐵開始失去機械強度。在這種情況下，該過程最好包括在停機期間操作每個熔爐的加熱階段，直到熔爐的主腔的下部區(qū)域中的溫度接近但未達到350℃為止。作為另一個例子，通常每個熔爐都包括用硅磚作內(nèi)襯的圓頂區(qū)域。硅磚在875℃下進行相位變化，這導致體積變化，并且在此基礎(chǔ)上，不希望在停機期間將圓頂區(qū)域冷卻到相位變化溫度或以下。在一個或一個以上熔爐在圓頂區(qū)域中包括硅磚的情況下，該方法最好包括在停機期間控制該過程，從而一個或多個熔爐的圓頂區(qū)域的溫度保持在硅磚的相位改變溫度之上。作為另一個例子，通常熱風總管包括數(shù)個耐火磚襯里區(qū)域和將磚襯里區(qū)域互連的數(shù)個膨脹結(jié)合處。在這種情況下，熱循環(huán)能夠?qū)е聦Υu砌和結(jié)合處的損傷，并且在此基礎(chǔ)上是不希望的。因此，該方法最好包括在停機期間控制該過程，從而在熱風總管中具有最小溫度周期變化。根據(jù)本發(fā)明，還提供用于對使用金屬進料生產(chǎn)熔融金屬的直接熔煉設備的空氣進行預熱的裝置，該裝置包括(a)用于生產(chǎn)直接熔煉設備的預熱空氣流的數(shù)個熔爐；(b)用于將預熱空氣從熔爐供給到氣體噴射裝置的熱風總管，當設備在正常工作狀況下工作且設備工作并用金屬進料在直接熔煉容器中生產(chǎn)熔融金屬時，該氣體噴射裝置延伸到直接熔煉容器中；(c)在設備的正常工作狀況期間和直接熔煉容器停機期間，用于將燃料氣體供給到每個熔爐的燃燒器的燃料氣體供給裝置；(d)第一空氣供給裝置，用于將空氣(I)在設備的正常工作狀況期間在熔爐的加熱階段中供給到每個熔爐的燃燒器，及(II)在直接熔煉容器的停機期間在熔爐的加熱階段中供給到每個熔爐的燃燒器；(e)第二空氣供給裝置，用于在設備的正常工作狀況期間在熔爐的熱量交換階段將空氣供給到每個熔爐；及(f)熱風總管中的排氣口，用于允許在每個熔爐的熱量交換階段中產(chǎn)生的熱空氣流在流過并加熱熱風總管之后從熱風總管流出。優(yōu)選地，該排氣口包括一端塞，當進行直接熔煉過程時，該端塞封閉排氣口的出口端，當直接熔煉容器停機時，該端塞從排氣口去除。優(yōu)選地，該排氣口在熱風總管和排氣口的出口端之間限定螺旋形通路，以避免當端塞到位和封閉出口端時在進行直接熔煉過程期間端塞的直線暴露，以從熱風總管散發(fā)熱量。優(yōu)選地，排氣口從熱風總管水平向外延伸，然后向上和向內(nèi)延伸到熱風總管上方的位置處，然后向上延伸到出口端。此處，詞語“水平地”理解為包括在水平設置之上或之下15°內(nèi)的設置。優(yōu)選地，該排氣口定位在接近熱風總管的前端，即與一個或多個熱空氣噴射槍相連接的端部。優(yōu)選地，在直接熔煉容器停機期間，在熔爐的熱量交換階段，當?shù)诙諝夤┙o裝置不工作時，第一空氣供給裝置適合于將空氣供給到每個熔爐的單獨入口。優(yōu)選地，該裝置還包括閥裝置，它在直接熔煉容器的停機期間能夠根據(jù)需要使第一空氣供給裝置從將空氣供給到每個熔爐的燃燒器轉(zhuǎn)換成供給到每個熔爐的單獨入口。根據(jù)本發(fā)明，還提供用于用金屬進料生產(chǎn)熔融金屬的直接熔煉設備，包括(a)直接熔煉容器，將金屬的熔體和熔渣及氣體空間保持在熔池上方；(b)將固體進料材料供給到直接熔煉容器中的固體進料裝置；(c)氣體噴射裝置，它向下延伸到直接熔煉容器中，以將預熱空氣噴射到熔池上方的氣體空間中；(d)廢氣導管裝置，用于幫助來自直接熔煉容器的廢氣遠離直接熔煉容器流動；(e)金屬和熔渣排渣裝置，用于將熔融金屬和熔渣從熔池排出，并輸送熔融金屬遠離直接熔煉容器；及(f)用于對直接熔煉容器的空氣進行預熱的上述裝置。下文中參照附圖對本發(fā)明的實施例進行更加詳細的描述，其中附圖1是一圖表，說明了與實施例的描述相關(guān)的本發(fā)明所述直接熔煉設備的一個實施例的主體部件；附圖2是上述設備的直接熔煉容器(directsmeltingvessel)的側(cè)視圖；附圖3是通過上述設備的主體的排氣口(vent)和熱風總管(hotblastmain)的垂直剖視圖，其中該排氣口設置用于直接熔煉方法的操作；附圖4是通過上述設備的主體的排氣口和熱風總管的垂直剖視圖，其中該排氣口設置用于設備的停機；及附圖5是通過上述設備的熔爐的垂直剖視圖；及附圖6是一圖表，說明了與實施例的描述相關(guān)的本發(fā)明所述直接熔煉設備的另一實施例的主體部件。具體實施例方式下面的描述涉及根據(jù)上述國際專利申請PCT/AU96/00197中所述HI熔煉方法熔煉鐵礦石顆粒，以生產(chǎn)鐵水(molteniron)。該國際申請的專利說明書中的公開在此通過交叉引用合并進來。附圖中所示直接熔煉設備包括直接熔煉容器11，用于產(chǎn)生熱空氣流的兩個熔爐27，用于將熱空氣流從熔爐27供給到直接熔煉容器11的熱風總管29，冷風鼓風機31，用于在熔爐27的正常工作期間將空氣在壓力下供給熔爐27的冷風供給總管(coldblastsupplymain)38和冷風輸送管線(coldblasttransferline)37，用于在直接熔煉容器的正常工作期間和直接熔煉容器11的停機期間將環(huán)境溫度和壓力下的空氣供給熔爐27的兩個助燃鼓風機35與助燃空氣輸送管線39a和39b。輸送管線37、39a和39b包括對通過管線的空氣流量進行控制的控制閥。直接熔煉容器11屬于上述國際申請PCT/AU2004/000473(WO2004/090174)和PCT/AU2004/000472(WO2004/090173)中詳細描述的類型，并且這些申請的專利說明書中的公開在此通過交叉引用合并進來。先參照附圖2，直接熔煉容器11具有爐膛(hearth)13，從爐膛向上延伸的基本圓柱形的燃燒室(barrel)15，環(huán)狀頂板17，廢氣腔19，用于排放廢氣的廢氣導管21，用于連續(xù)排放熔化金屬的前爐(forehearth)23，和用于在熔煉期間排放熔渣(moltenslag)的出渣口(tap-hole)(未示出)。直接熔煉容器11還包括用于將熱風傳送到直接熔煉容器11的上部區(qū)域中的熱風噴射槍(hotairinjectionlance)41。該噴射槍在中心定位，以通過廢氣腔19向下延伸到燃燒室15的上部區(qū)域中。在附圖2中只有熱風噴射槍41的上部可見。該噴射槍連接到熱風總管29上。整體參照附圖，直接熔煉容器11還包括數(shù)個固體噴射槍(未示出)，該固體噴射槍向下和向內(nèi)延伸通過下燃燒室15的側(cè)壁中的開口(未示出)，用于將鐵礦石顆粒、固體含碳材料和夾帶在缺氧載氣中的助熔劑噴射到直接熔煉容器中。直接熔煉容器11的廢氣導管21將廢氣從直接熔煉容器11中輸出。廢氣分離成兩種氣流，其中一種氣流到達熔爐27，另一種氣流到達用于對進給到直接熔煉容器11的鐵礦石進行預熱的處理工作站(未示出)。廢氣導管21包括從直接熔煉容器11的上燃燒室19延伸的略微傾斜的第一區(qū)域21a，和從該第一區(qū)域21a延伸的垂直延伸的第二區(qū)域21b。熱風總管29為耐火磚襯里的主體，它通常至少為75米長，具有圓形橫截面，如附圖2至4中所示。熱風總管29包括排氣口61，該排氣口在其下游末端附近，靠近熱風噴射槍41。附圖3說明了設置用于HI熔煉方法的操作的排氣口61，并且附圖4說明了在HI熔煉方法的停機期間設置的排氣口61。這兩種設置的主要區(qū)別在于，附圖3的設置包括在HI熔煉方法的操作期間密封排氣口61的端塞91，并且附圖4的設置包括在停機期間替代端塞91的彎管部分(elbowsection)93。該彎管部分93的目的是對來自排氣口61的熱風進行導向，使熱風遠離排氣口附近的設備，和防止水流入到排氣口61中。另一區(qū)別在于，在附圖4的設置中，在HI熔煉方法的停機期間封板(blankingplate)(未示出)通常安裝到靠近熱風噴射槍41的熱風總管29中。該封板起到將熱風總管29與熱風噴射槍41隔離，從而如下文中所述，在直接熔煉容器的停機期間確保供給熱風總管的整個熱空氣流流過排氣口61的作用。參照附圖3和4，排氣口61限定熱風的螺旋形通道，以使熱風在直接熔煉容器的非操作期間從熱風總管29流到大氣中。螺旋形通道的目的是在HI熔煉方法的操作期間當端塞91入位時避免端塞91的直接管線暴露而從熱風總管91散發(fā)熱量。排氣口61包括U形區(qū)域，該區(qū)域具有從熱風總管27水平向外延伸的一個臂68，垂直向上延伸的基座65，和水平向內(nèi)延伸到熱風總管27上方位置的另一臂67。排氣口61還包括垂直區(qū)域69，它從U形區(qū)域的臂67向上延伸。在附圖3和4所示的設置中，排氣口61的U形區(qū)域的臂68以及基座65的一半都以耐火磚作內(nèi)襯。排氣口61的其余部分包括耐火混凝土材料(castablematerial)的內(nèi)襯。在HI熔煉方法所述的熔煉操作中，直接熔煉容器11盛有鐵和熔渣的熔池，該熔池包括一層熔化金屬和金屬層上的一層熔渣。合適的載氣將鐵礦石顆粒、碳和助熔劑通過固體噴射槍輸送到熔池中。固體材料和載氣的沖力使得固體材料穿透直接熔煉容器11中的金屬層。碳受到液化，從而在金屬層中產(chǎn)生氣體。碳在金屬中部分熔化，部分保持為固體碳。礦石顆粒熔煉成金屬，并且熔煉反應產(chǎn)生一氧化碳。輸送到金屬層中并通過液化和熔煉反應產(chǎn)生的氣體產(chǎn)生熔化金屬、固體碳和熔渣(作為固體/氣體噴射的結(jié)果而吸入到金屬層中)的明顯浮力上升，該浮力上升產(chǎn)生熔化金屬、固體碳和熔渣的濺沫、液滴和氣流的向上移動。由于這些濺沫、液滴和氣流移動通過熔渣層，所以它們夾帶有熔渣。熔化金屬、固體碳和熔渣的浮力上升導致直接熔煉容器中的熔渣層的嚴重攪動，使得熔渣層體積膨脹。另外，熔化金屬、固體碳和熔渣的濺沫、液滴和氣流的向上移動延伸到熔池上方的空間中，并形成過渡帶(transitionzone)。經(jīng)過熱風噴射槍41的熱風噴射在直接熔煉容器的上部中后燃燒反應氣，如一氧化碳和氫氣(在碳液化和熔煉反應期間釋放)。反應氣在直接熔煉容器中的后燃燒產(chǎn)生的廢氣通過廢氣導管21從直接熔煉容器的上部離開。熔煉操作期間產(chǎn)生的熱金屬通過包括前爐23在內(nèi)的金屬出渣系統(tǒng)從直接熔煉容器11排放。反應氣的后燃燒產(chǎn)生主要熱量，一部分熱量傳遞給熔化金屬、固體碳和熔渣的濺沫、液滴和氣流，并且當濺沫、液滴和氣流返回熔池時，熱量傳遞給熔池。傳遞給熔池的熱量有助于熔池中的吸熱熔煉反應。參照附圖5，每個熔爐27都屬于常規(guī)形式，并包括燃燒器(未示出)和豎直圓柱形結(jié)構(gòu)(具有圓頂81)，該豎直圓柱形結(jié)構(gòu)由外金屬殼83、耐火磚內(nèi)襯85和內(nèi)部垂直隔板87組成，該隔板將該結(jié)構(gòu)分成隔板的一側(cè)上的燃燒腔51和隔板另一側(cè)上的主熱量交換腔57。熱量交換腔57和燃燒腔51通過圓頂區(qū)域55相互連接。熱量交換腔57、圓頂區(qū)域55和燃燒腔51共同限定通過熔爐的氣體通路。在直接熔煉容器11熔煉時每個熔爐27的加熱階段期間，燃燒器產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物流，該燃燒產(chǎn)物流通到燃燒腔51，并通過燃燒腔51向上流入到熔爐27的圓頂區(qū)域55中。然后，燃燒產(chǎn)物向下流過熔爐27的主熱量交換腔57中的耐火砌磚格格柵并加熱該磚格(checker)。然后，目前略冷的燃燒產(chǎn)物經(jīng)過熱量交換腔57的下部區(qū)域中的開口59從熔爐27流出。熱量交換腔57的下部區(qū)域形成為增壓腔64，以有利于氣體流動。在本文中，熔爐27包括水平設置的格柵63，該格柵由支承磚格的柱狀物65支承。該格柵63和柱狀物65用鑄鐵制成。在直接熔煉容器11熔煉時每個熔爐27的加熱階段期間，處于從直接熔煉容器11排放的廢氣形式的燃料氣體供給燃燒器(未示出)，環(huán)境溫度燃燒空氣經(jīng)熔爐27的助燃鼓風機35和輸送管線39b供給到燃燒器，并且燃燒器產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物加熱熔爐27。在直接熔煉容器11熔煉時每個熔爐27的熱量交換階段中，燃燒器不工作，并且將氣流在與燃燒產(chǎn)物流相對的方向上導向通過熔爐27。特別地，空氣供給到熔爐27中的開口59，并從增壓腔64通過熱量交換腔57向上流動。隨著氣流流過熱量交換腔57，該氣流通過與磚格的熱量交換受熱。熱空氣在圓頂區(qū)域55周圍流動，并向下通過燃燒腔51，經(jīng)過燃燒腔51的下部區(qū)域中的熱風開口71離開燃燒腔。該熱風開口71連接到熱風總管29上。在直接熔煉容器11熔煉時每個熔爐27的熱量交換階段期間，負壓空氣(稱之為“冷風”)從冷風鼓風機31供給到熔爐27的輸送管線37(附圖1)，該冷風鼓風機為高壓鼓風機，它能夠輸送高流量的壓力空氣。通過熱風開口71排出熔爐27的受熱空氣的氣流稱之為“熱風”或“熱空氣射流”。該熱風沿著熱風總管29流到直接熔煉容器11中的熱風噴射槍41。典型地，在直接熔煉容器11熔煉時，HI熔煉方法需要1200℃下的熱風的恒定流。為了實現(xiàn)這一點，在每個熔爐27的加熱階段期間，每個熔爐27的圓頂區(qū)域55中的耐火磚加熱到高于1200℃的溫度，從而來自熔爐27的初始熱風具有高于所需1200℃的溫度。冷風供給到熔爐27，直到氣溫度跌落至1200℃為止，而熔爐重新進入加熱階段，從其他熔爐27獲得熱風。為了獲得1200℃的恒定熱風溫度，某些冷風經(jīng)過混合閥43(參見附圖6的實施例)與熱風混合，從而熱風的平均溫度為所需的1200℃。在熔煉操作期間，HI熔煉方法需要大量熱風。因此，冷風鼓風機31必須能夠產(chǎn)生大流量的空氣，然后通過熔爐27沿著熱風總管29到達熱風噴射槍41。另外，為了容納大流量的空氣，熔爐27和熱風總管29必須尺寸足夠大。典型地，冷風鼓風機31輸送大約170kPa(表壓)下的大約110,000Nm3/h的空氣。冷風可以補充大約30,000Nm3/h的氧，從而熔爐產(chǎn)生大約140,000Nm3/h的熱空氣，該熱空氣在正常工作期間供給到熱風總管和熔煉還原容器(smeltreductionvessel)。助燃鼓風機輸送大約13kPa(表壓)下的大約74,000Nm3/h的空氣。為了保持熔爐27和熱風總管29中的溫度，熔爐27在直接熔煉容器11停機期間也工作。特別地，每個熔爐27在直接熔煉容器停機期間在加熱和熱量交換階段工作。這些階段將熔爐27的溫度保持在所需溫度范圍內(nèi)，并將熱量傳遞給熱風總管29，以將熱風總管29的溫度保持在所需溫度范圍內(nèi)。當直接熔煉容器11停機時(沒有作為能量源的廢氣存在)，在每個熔爐27的加熱階段期間，天然氣經(jīng)過天然氣總管91和輸送管線93從氣源(未示出)供給燃燒器，并且環(huán)境溫度燃燒空氣經(jīng)燃燒器鼓風機35和輸送管線39b(附圖1)供給燃燒器，由燃燒器產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物加熱熔爐27。典型地，燃燒產(chǎn)物將熔爐27的圓頂區(qū)域55加熱到1250℃的溫度等級。加熱階段持續(xù)到水平設置的鑄鐵磚格支承格柵63和柱狀物65的溫度接近但未達到350℃。溫度350℃的選擇基礎(chǔ)在于，鑄鐵在此溫度之上開始失去明顯機械強度。在直接熔煉容器11停機期間，每個熔爐27的熱量交換階段中，直接熔煉容器11熔煉時，經(jīng)冷風鼓風機31供給熔爐27的開口59的冷風由環(huán)境溫度和壓力下的空氣代替。該空氣經(jīng)輸送管線39a(附圖1)從熔爐27的助燃鼓風機35供給輸送管線37。所得熱風經(jīng)熱風開口71退出熔爐27，并沿著熱風總管29流到排氣口61，從該排氣口排出。熱空氣流加熱總管29，使得總管29中的溫度高于預定最小溫度。助燃鼓風機35輸送足夠流量的空氣，以滿足停機期間熱量交換的需要。熱量交換階段持續(xù)到熔爐的圓頂區(qū)域55冷卻至900℃為止。在低于此溫度的溫度下，圓頂區(qū)域55中的硅磚進行相位變化，該相位變化導致磚的不期望的體積變化。優(yōu)選地，在停機期間兩個熔爐27的加熱和熱量交換階段的持續(xù)時間受到控制，使得這些階段不重疊，并且一個熔爐27在加熱階段工作，而另一熔爐在熱量交換階段工作，反之亦然。該方法還包括將在熔爐27的熱量交換階段中產(chǎn)生的受熱空氣流輸送遠離熱風總管29的可選步驟，在此情況下，總管處于所需溫度范圍內(nèi)并且不需要進一步加熱。該方法還包括將熔爐27完全裝入外殼中的可選步驟，在此情況下，熔爐和熱風總管29處于所需溫度范圍中并且不需要進一步加熱。附圖6說明了附圖1中所示實施例的備選方案，盡管不是唯一可能的備選實施例。兩個實施例都包括助燃鼓風機。然而，在附圖1中，鼓風機獨立工作，并供給單獨的助燃空氣輸送管線39a和39b。在附圖6中，鼓風機工作，供給單個助燃總管42，然后進給到助燃空氣輸送管線39a和39b。這在助燃空氣系統(tǒng)中產(chǎn)生了一定的重復，并用于在熔煉活動期間鼓風機的維護。也允許鼓風機串聯(lián)工作，從而可以提供組合空氣流。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對上述本發(fā)明的實施例作出多種修改。例如，盡管本發(fā)明已經(jīng)描述了直接熔煉方法，但是很容易認識到，用于維護熔爐和熱風總管的上述過程不受限制，并可以擴展到在其他應用中使用的熔爐和熱風總管。權(quán)利要求1.一種用于維護熔爐和熱風總管的方法，該熱風總管在直接熔煉容器停機期間將熔爐連接到處于加熱狀態(tài)的直接熔煉容器的熱空氣(或熱富氧空氣)噴射槍或多個噴射槍上，該方法包括(a)將熱風總管與熱空氣(或熱富氧空氣)噴射槍或多個噴射槍隔離；(b)操作每個熔爐的燃燒器，該燃燒器使用燃料氣體和空氣流并產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物流，該燃燒產(chǎn)物沿著熔爐的氣體通路從一端朝其相對端流動，從而在熔爐的加熱階段中加熱熔爐的耐火磚格；及(c)在熔爐的熱量交換階段，通過將空氣流供給到氣體通路的所述相對端，然后使空氣流相繼通過熔爐和熱風總管的氣體通路，將熱量從每個熔爐傳遞到熱風總管，從而該空氣流通過與熔爐的耐火磚格的熱量交換受熱，并且熔爐通過這種熱量交換得到冷卻，所得熱空氣流將熱風總管加熱。2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括在停機期間，每個熔爐的加熱階段和熱量交換階段的協(xié)同工作，使得熔爐在停機期間將連續(xù)熱空氣流供給所述熱風總管。3.如權(quán)利要求1或2中所述方法，其中，與熔爐在熱風總管連接到熱空氣噴射槍或多個噴射槍上的正常工作狀況下工作時，熔爐的加熱階段期間所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物的體積流量相比，停機期間在步驟(b)中產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物的體積流量較小。4.如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，停機期間，在步驟(b)中產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物的體積流量為熔爐的正常加熱階段期間所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物的體積流量的50％或小于50％。5.如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，與熔爐在熱風總管連接到熱空氣噴射槍或多個噴射槍上的正常工作狀況下工作時，熔爐的熱量交換階段期間所產(chǎn)生的熱空氣的體積流量相比，停機期間在步驟(c)中產(chǎn)生的熱空氣的體積流量較小。6.如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，停機期間，在步驟(c)中產(chǎn)生的熱空氣的體積流量為熔爐的正常熱量交換階段期間所產(chǎn)生的熱空氣的體積流量的50％或小于50％。7.如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，該方法包括在停機期間，在熔爐的加熱階段和熱量交換階段期間使用相同的一個或多個鼓風機，將空氣流供給到每個熔爐。8.如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，步驟(c)中產(chǎn)生的熱空氣通過連接到熱風總管上的排氣裝置排出。9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述排氣裝置位于接近熱風總管的前端，即與一個或多個熱空氣噴射槍相連接的端部。10.如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，所述燃料氣體為天然氣。11.如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，還包括通過將空氣流供給到一個或多個熔爐的氣體通路的相對端，然后使空氣流相繼通過氣體通路，然后在不使空氣流通過熱風總管的情況下排出空氣流，而從一個或多個熔爐傳遞熱量的步驟，從而通過與一個或多個熔爐的耐火磚格的熱量交換加熱空氣流，并通過這種熱量交換冷卻該一個或多個熔爐。12.如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，還包括在停機期間，將一個或多個熔爐“裝入外殼中”一段時間的步驟，在此情況下，熱風總管的溫度保持在合適的溫度范圍內(nèi)，并且此時不需要熱量進一步傳遞給熱風總管，且所述一個或多個熔爐處于高于最小停機溫度。13.如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，包括在停機期間操作每個熔爐的加熱階段，直到主腔的下部區(qū)域中，且更優(yōu)選的是磚格支承格柵中的溫度接近但未達到磚格支承格柵失去明顯機械強度的溫度為止。14.如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，所述磚格支承格柵由鑄鐵形成，并且該方法包括在停機期間操作每個熔爐的加熱階段，直到熔爐的主腔的下部區(qū)域中的溫度接近但未達到350℃為止。15.如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，每個熔爐都包括用硅磚作內(nèi)襯的圓頂區(qū)域，并且該方法包括在停機期間控制該過程，使得一個或多個熔爐的圓頂區(qū)域的溫度保持在硅磚的相位改變溫度之上。16.如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其中，所述熱風總管包括數(shù)個耐火磚襯里區(qū)域和將該磚襯里區(qū)域互連的數(shù)個膨脹結(jié)合處，并且該方法包括在停機期間控制該過程，使得在該熱風總管中具有最小溫度周期變化。17.用于對使用金屬進料生產(chǎn)熔融金屬的直接熔煉設備的空氣進行預熱的裝置，該裝置包括(a)用于生產(chǎn)直接熔煉設備的預熱空氣氣流的數(shù)個熔爐；(b)用于將預熱空氣從熔爐供給到氣體噴射裝置的熱風總管，當設備在正常工作狀況下工作且設備工作并用金屬進料在直接熔煉容器中生產(chǎn)熔融金屬時，該氣體噴射裝置延伸到直接熔煉容器中；(c)在設備的正常工作狀況期間和直接熔煉容器停機期間，用于將燃料氣體供給到每個熔爐的燃燒器的燃料氣體供給裝置；(d)第一空氣供給裝置，用于將空氣(I)在設備的正常工作狀況期間在熔爐的加熱階段中供給到每個熔爐的燃燒器，及(II)在直接熔煉容器的停機期間在熔爐的加熱階段中供給到每個熔爐的燃燒器；(e)第二空氣供給裝置，用于在設備的正常工作狀況期間在熔爐的熱量交換階段將空氣供給到每個熔爐；及(f)熱風總管中的排氣口，用于允許在每個熔爐的熱量交換階段中產(chǎn)生的熱空氣流在流過并加熱熱風總管之后從熱風總管流出。18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述排氣口包括一端塞，當進行直接熔煉過程時，該端塞封閉排氣口的出口端，當直接熔煉容器停機時，該端塞從排氣口移除。19.如權(quán)利要求17或18所述的裝置，其中，所述排氣口在熱風總管和排氣口的出口端之間限定螺旋形通路，以避免當端塞到位和封閉出口端時在進行直接熔煉過程期間端塞的直線暴露而從熱風總管散發(fā)熱量。20.如權(quán)利要求17至19中任意一項所述的裝置，其中，所述排氣口從熱風總管水平向外延伸，然后向上和向內(nèi)延伸到熱風總管上方的位置處，然后向上延伸到出口端。21.如權(quán)利要求17至20中任意一項所述的裝置，其中，所述排氣口定位在接近熱風總管的前端，即與一個或多個熱空氣噴射槍相連接的端部。22.如權(quán)利要求17至21中任意一項所述的裝置，其中，在直接熔煉容器停機期間，在熔爐的熱量交換階段，當?shù)诙諝夤┙o裝置不工作時，第一空氣供給裝置適合于將空氣供給到每個熔爐的單獨入口。23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其中還包括閥裝置，該閥裝置在直接熔煉容器的停機期間能夠根據(jù)需要使第一空氣供給裝置從將空氣供給到每個熔爐的燃燒器轉(zhuǎn)換成供給到每個熔爐的單獨入口。24.用于用金屬進料生產(chǎn)熔融金屬的直接熔煉設備，包括(a)直接熔煉容器，其將金屬的熔體和熔渣及氣體空間保持在熔池上方；(b)固體進料裝置，其將固體進料材料供給到直接熔煉容器中；(c)氣體噴射裝置，其向下延伸到直接熔煉容器中，以將預熱空氣噴射到熔池上方的氣體空間中；(d)廢氣導管裝置，用于幫助來自直接熔煉容器的廢氣的流動遠離該直接熔煉容器；(e)金屬和熔渣排渣裝置，用于將熔融金屬和熔渣從熔池排出，并輸送該熔融金屬遠離直接熔煉容器；及(f)用于對權(quán)利要求16至20中任意一項所述的直接熔煉容器的空氣進行預熱的裝置。全文摘要公開了用于在直接熔煉容器的停機期間維持熔爐(27)和熱風總管(29)的方法和設備，該熱風總管將熔爐連接到處于受熱狀態(tài)的直接熔煉容器的一個或多個熱空氣噴射槍上。該方法將熔爐和熱風總管的溫度保持在對熔爐和熱風總管的損傷最小的溫度范圍內(nèi)。該設備包括熱風總管中的排氣口，該排氣口允許熔爐中產(chǎn)生的熱空氣流在執(zhí)行該方法期間從熱風總管排放。文檔編號F23D14/46GK1922333SQ200580005699公開日2007年2月28日申請日期2005年2月23日優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日發(fā)明者菲利普·詹姆士·艾翁申請人:技術(shù)資源有限公司