專利名稱：用于將粉末加入到火法冶金設(shè)備的金屬熔液中的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將粉末吹入到火法冶金設(shè)備的金屬熔液中的一種 方法和一種裝置。
背景技術(shù)：
對于粉末尤其是在冶金工業(yè)中比如在鋼制造業(yè)中產(chǎn)生的具有金屬 的及其它比如氧化的組成部分的粉末。這些粉末部分地存放在垃圾堆 放場中，但也經(jīng)常用在金屬制造中。為此在不同的方法中已知，以壓
成塊的形式使用所述粉末。在蒂森克虜伯(Thyssen Krupp)的方法 (Oxycup-方法)中，將粉末加工成類似于水泥的石頭，所述石頭被裝 入豎爐中。此外，比如在電弧爐中熔化廢鋼時也吹入粉末。但是這通 常導致過程的惡化，尤其導致電弧不穩(wěn)定。通常所迷粉末對爐渣產(chǎn)生 冷卻作用，由此減少或者完全抑制爐渣的必要的起泡。因此經(jīng)?？梢?僅僅以有限的量輸入粉末。

發(fā)明內(nèi)容
由此，本發(fā)明的任務(wù)是，提出用于將粉末加入到火法冶金設(shè)備的 金屬熔液中的一種方法和一種裝置，所述方法和所述裝置在所描述的 問題方面提供了補救辦法。
該任務(wù)通過一種按權(quán)利要求1所述的方法以及一種按權(quán)利要求7 所述的裝置得到解決。
在按本發(fā)明的方法中，在包含粉末顆粒的載氣隨后被吹入到設(shè)備
的等離子燃燒器的加熱區(qū)中產(chǎn)生的等離子體。在等離子體中r所述栽
氣本身轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài)。通過與將粉末顆粒包圍的等離子體之間的 相互作用，將與所述栽氣一起加入的粉末顆粒加熱到大于或者等于所 述金屬熔液或爐渣的溫度的溫度。由于沒有用于產(chǎn)生等離子體的電極 而實現(xiàn)了較長的使用時間，因為既沒有產(chǎn)生電極燒毀，又沒有因流經(jīng) 等離子燃燒器的粉末顆粒而對電極產(chǎn)生機械損壞。此外，有利的是， 可以吹入反應(yīng)性的氣體如氧氣，而不存在對電極產(chǎn)生化學損壞的危險。 同樣有利的是，通過等離子體的僅僅感應(yīng)的加熱使設(shè)備的熔化冶金的
3區(qū)域和等離子火焰在電方面彼此脫耦，從而可以顯著改進對各個方法 步躁的控制。因為過程氣體和包含在過程氣體中的粉末顆粒在實際上 加熱到過程溫度，所以避免了爐渣冷卻。此外，與電弧方法相反，防 止出現(xiàn)電弧不穩(wěn)定性。
在一種優(yōu)選的方法變型方案中如此調(diào)節(jié)所述等離子體，使得所述 粉末顆粒逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的或氣態(tài)的狀態(tài)。由此保證與金屬熔液的非 常均勻的混合。通過氧化的粉末顆粒的液化或者氣化可以將所述粉末 顆粒通過還原劑如煤粉的添加還原成金屬，其中在出現(xiàn)占優(yōu)勢的高溫 時可以指望良好的反應(yīng)動力學。因此比如為獲得鉻的更高的產(chǎn)量出于
環(huán)保原因可以減少含鉻的粉末或者說六價鉻(Cr-VI)及0203。粉末 的減少在特種鋼制造中也十分有利。另一種應(yīng)用例子是鋁-鋅-碎屑的減 少，所述鋁-鋅-碎屑是在相應(yīng)的制造過程中產(chǎn)生的鋁氧化物和鋅氧化 物.
優(yōu)選所述含粉末的栽氣被軸向?qū)痛┻^將等離子燃燒器的加熱區(qū) 包圍的負載線團，在一種特別優(yōu)選的方法變型方案中，通過同軸的注 射管向所述加熱區(qū)輸送加栽了粉末顆粒的栽氣并且通過將所述注射管 同軸包圍的導氣管向所述加熱區(qū)輸送為產(chǎn)生等離子體所需要的無粉末 的氣體.由此可以單獨地控制氣體流和顆粒流并且通過這種方式產(chǎn)生 穩(wěn)定的等離子體。
在另一種優(yōu)選的方法變型方案中，所述栽氣被導送穿過前置于所 述加熱區(qū)的、由具有較弱的功率的預熱線團構(gòu)成的預熱區(qū)。在所述預 熱區(qū)中，所述栽氣被預電離并且在該栽氣中被輸送的粉末顆粒被預熱， 從而在所述負栽線圏的加熱區(qū)中避免等離子體的過度冷卻或者熄滅。 通過這種方式來保證，所述充滿等離子體的負載線團的阻抗波動可以 保持微小的程度并且在該負栽線圏上運行的高功率-高頻發(fā)生器總是可 以在有利的功率范圍內(nèi)運行。在沒有預熱區(qū)的情況下存在著這樣的危 險，即在所述加熱區(qū)中存在電離化程度太低的等離子體或者既有的等 離子體熄滅，從而在那里具有相應(yīng)高的功率反映(Leistungsreflektion ) 的高的終接阻抗占上風，這會導致所述高頻回路的不穩(wěn)定的特性直至 其損壞。所提到的高頻發(fā)生器由此可以為在效率最大時的最佳的范閨 而設(shè)計，由此避免不利的對等離子體點火來說所必需的運行范圍.
適合于實施所說明的尤其對鋼制造及鋼加工來說能夠有利地運用的方法的裝置包括無電極的等離子燃燒器，該等離子燃燒器具有基本 上管狀的、用于導送包含粉末顆粒的載氣的外殼，所述外殼被構(gòu)成加 熱區(qū)的感應(yīng)的負栽線團同軸地包圍。如上文早已提到的，不需要用于 產(chǎn)生電弧的電極，從而所述裝置相應(yīng)地構(gòu)造簡單并且要求微小的保養(yǎng) 開銷。
優(yōu)選存在單側(cè)同軸地伸入所述外殼中的注射管，通過該注射管可 以將包含粉末顆粒的栽氣輸送給所述等離子燃燒器的加熱區(qū)，其中所 述輸送管可以有利地大致一直延伸到所述加熱區(qū)。所述注射管被導氣 管同軸地包圍，其中在所述注射管和套管或者說外殼之間相應(yīng)地存在 空心圓筒形的環(huán)形通道。通過與注射管鄰接的環(huán)形通道來導送下面稱 為等離子氣體的氣體，在此需要所述氣體用于在所述負栽線團的加熱 區(qū)中產(chǎn)生等離子體。向在徑向上處于外面的環(huán)形通道加栽下面稱為包 層氣體的氣體，所述氣體用于所述外殼的冷卻并且同時有助于在所述 負栽線團的加熱區(qū)產(chǎn)生等離子體。
上文早已說明的預熱區(qū)優(yōu)選由將所述輸送管同軸包圍的預熱線團 構(gòu)成'


下面參照隨附的示意圖對本發(fā)明進行詳細解釋。其中 圖1是僅僅具有一個加熱區(qū)的裝置的第一實施例，并且 圖2是裝置的相應(yīng)于圖1的示意圖，該裝置具有附加的加熱區(qū)， 也就是預熱區(qū)。
具體實施例方式
在插圖中部分示出的裝置包括無電極的等離子燃燒器5，所述等離 子燃燒器5具有基本上構(gòu)造為管段的、由陶瓷材料比如氮化硅制成的 外殼1。該外殼1具有入口 2和出口 3?？拷龀隹?3，所述外殼1 同軸地被負栽線圏4所包圍，該負栽線團4為產(chǎn)生交變磁場與高功率-高頻-發(fā)生器(未示出)相連接。所述負栽線閨形成加熱區(qū)6，在該加 熱區(qū)6中包含粉末顆粒的栽氣以及通過處于注射管7和導氣管8之間 的環(huán)形通道流入的等離子氣體以及此外在導氣管8和外殼1之間流動 的包層氣體轉(zhuǎn)化為等離子狀態(tài)。在這過程中達到至少與傳統(tǒng)的等離子 燃燒器的電弧的溫度相當?shù)臏囟?。通過高功率-高頻發(fā)生器以典型地處 于10kW到50MW的范圍內(nèi)的持續(xù)功率及典型地處于100kHz到5MHz范圍內(nèi)的振動頻率來進行電功率輸入.通過所述負栽線團4的交變磁 場在所述加熱區(qū)6中誘導出具有如此高的場強的電場，從而出現(xiàn)氣體 擊穿以及接下來所述栽氣、等離子氣體及包層氣體的電離. 一旦向所 述加熱區(qū)6充填具有足夠高的傳導能力的等離子體，那么等離子體中 的高頻的交變電場就誘導出高頻的電流，而高頻的電流則導致所述等 離子體劇烈加熱。在這過程中可以在功率達到幾百kW時為等離子體 加熱獲得超過50%的電效率。所述加熱區(qū)6中的等離子體按所輸入的 電功率可以達到能夠使高熔性的材料如金屬氧化物和氮化物熔化的溫 度，
在入口側(cè)， 一直延伸到所述加熱區(qū)6的并且匯入到該加熱區(qū)6中 的注射管7在中心伸入所述外殼1中。該注射管7具有比所述外殼1 小得多的直徑或者說流動橫截面。通過該注射管7將包含粉末顆粒的 載氣輸送給所述加熱區(qū)6的中心區(qū)域。該注射管7同軸地且具有徑向 間距地被導氣管8所包圍，其中在所述注射管7和導氣管8之間留下 環(huán)形通道9。通過該環(huán)形通道9來導送用于產(chǎn)生等離子體的無粉末的氣 體(等離子體氣體)。如此設(shè)計所述導氣管8的直徑的尺寸，從而也 在其和所述外殼1之間留下環(huán)形通道10。該環(huán)形通道10用于輸入冷卻 氣體比如空氣，用于防止所述陶瓷的外殼1受到太強烈的熱影響，
在圖2中示意示出的裝置與按圖1的裝置的區(qū)別主要在于，在所 述加熱區(qū)6的前面前置了預熱區(qū)12。該預熱區(qū)12由預熱線圏13構(gòu)成， 該預熱線團13在布置在所述導氣管8內(nèi)部的區(qū)域中將所述注射管7同 軸地包圍。所述預熱線圏具有比所述負載線閨4小得多的功率。該預 熱線閨相應(yīng)地產(chǎn)生具有較小的離子密度的等離子體，但是該等離子體 在其被輸送給所述加熱區(qū)6的中心區(qū)域時如上文早已解釋的一樣防止 所述負栽線團4出現(xiàn)較大的阻抗波動。
權(quán)利要求
1. 用于將粉末加入到火法冶金設(shè)備的金屬熔液中的方法，其中。將包含粉末顆粒的載氣導送穿過無電極的等離子燃燒器(5)的加熱區(qū)(6)，在所述加熱區(qū)(6)中在將所述載氣隨后吹入到設(shè)備的容納所述金屬熔液的區(qū)域中之前通過感應(yīng)加熱將其轉(zhuǎn)化為等離子體。
2. 按權(quán)利要求l所述的方法，其中，對所述等離子體進行加熱， 使得所述粉末顆粒的材料逐漸變?yōu)槿刍幕蛘哒羝麪畹臓顟B(tài)。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所迷包含粉末顆粒的栽 氣被軸向?qū)痛┻^構(gòu)成加熱區(qū)(6)的負栽線圍(4),
4. 按權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過中心的注射管(7)將 加栽了粉末顆粒的栽氣輸送給所述加熱區(qū)并且通過將所述注射管(7 ) 同軸地包圍的導氣管(8)將不含粉末顆粒的氣體輸送給所述加熱區(qū)，
5. 按前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述栽氣被導送 穿過前置于所述加熱區(qū)(6)的、由具有較弱的功率的預熱線困(13) 構(gòu)成的預熱區(qū)(12)。
6. 按前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，應(yīng)用于鋼制造及鋼加工。
7. 用于吹入有待加入到火法冶金設(shè)備的金屬熔液中的粉末的裝 置，包括無電極的等離子燃燒器(5),該等離子燃燒器(5)具有基 本上管狀的用于導送包含粉末顆粒的栽氣的外殼(1)，該外殼(1) 被構(gòu)成加熱區(qū)(6)的感應(yīng)的負栽線團(4)同軸地包圍。
8. 按前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，具有在入口側(cè)在中心伸 入所述外殼(1)中的注射管(7)。
9. 按權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述注射管(7)大致一直 延伸到所述加熱區(qū)(6)。
10. 按權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述注射管被導氣管(8) 同軸地包圍，其中，在所述注射管(7)和導氣管(8)或者說外殼U) 之間相應(yīng)地存在著環(huán)形通道(9、 10)。
11. 按前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，該裝置具有前置于所 述加熱區(qū)(6)的感應(yīng)的預熱區(qū)(12)。
12. 按權(quán)利要求10結(jié)合權(quán)利要求8或9所述的裝置，其中，所述 預熱區(qū)由將所述注射管(7)同軸地包圍的預熱線團(13)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將粉末加入到火法冶金設(shè)備的金屬熔液中的方法，其中，將包含粉末顆粒的載氣導送穿過無電極的等離子燃燒器的加熱區(qū)，在所述加熱區(qū)中在所述載氣隨后被吹入到設(shè)備的容納所述金屬熔液的區(qū)域中之前通過感應(yīng)加熱將其轉(zhuǎn)化為等離子體。
文檔編號C22B4/00GK101479393SQ200780023587
公開日2009年7月8日 申請日期2007年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者G·林斯, T·馬特舒拉特, W·哈特曼 申請人:西門子公司