CN1278010A

CN1278010A - 直接熔炼方法及装置

Info

Publication number: CN1278010A
Application number: CN00106399A
Authority: CN
Inventors: 约翰·A·英尼斯
Original assignee: Technological Resources Pty Ltd
Current assignee: Technological Resources Pty Ltd
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 2000-06-04
Publication date: 2000-12-27
Anticipated expiration: 2020-06-04
Also published as: CN100360688C; AUPQ076399A0; BR0002580A; KR20010007250A; JP2001049329A; KR100642440B1; US6368548B1

Abstract

一种用于从金属供给原料生产金属的直接熔炼方法包括:形成一个熔池,该熔池具有一个金属层和其上的熔渣层,在金属层中熔炼所喷入的金属供给原料;从金属层产生一个夹带熔融材料的向上气流,将熔融材料携带进入熔渣层,并至少在熔渣层和金属层的界面上形成一个紊流区;通过多个喷管/风枪将气体喷入熔渣层中,并在熔渣层的上部区域产生紊流,使得熔融材料的飞溅、液滴和液流进入熔渣层上面的熔炉顶部空间。

Description

直接熔炼方法及装置

本发明涉及一种直接熔炼方法及装置，该方法和装置是在一个含有一熔池的冶金熔炉中，从金属供给原料如矿石、部分还原矿石和含有金属的废水中，生产熔融金属(该术语包括金属合金)，特别是但不专用于铁。

本发明特别涉及一种用于从金属供给原料中生产熔融金属的以熔融金属熔池为基础的直接熔炼方法和装置。

生产熔融铁水所最广泛使用的方法是使用高炉(blast furnace)。将固体原料装入炉子的顶部，熔融铁水从炉膛排出。固体原料包括铁矿石(烧结、团块或球状)、焦炭、熔剂并形成一个向下移动的可渗透的炉料层。可以是富氧的预热空气喷射到炉子的底部，穿过渗透层向上移动，通过燃烧焦炭而产生一氧化碳和热量。反应的结果生成了熔融铁水和渣。

通过在铁熔点以下还原铁矿石来生产铁的方法一般称作“直接还原法”，其产品称作DRI。

FIOR(流化铁矿石还原)法是直接还原法的一个例子。此方法是在铁矿石粉末靠重力通过一系列流化层反应器的每个反应器时，还原铁矿石粉末。铁矿石粉末在固态下由压缩的还原气体还原，该还原气体进入一系列反应器的最底部，并与向下移动的粉末逆向流动。

其他直接还原法包括活动竖炉法、静止竖炉法、旋转炉膛法、转炉法和反应罐法。

COREX法包括作为一个步骤的直接还原法。COREX法可与高炉一样，在不需大量煤的情况下，直接用煤来生产熔融铁水。COREX法包括两个操作步骤：

(a)在竖炉里从铁矿石(团块状或球状)、煤和熔剂的可渗透层中生产DRI；和

(b)然后在没有冷却的情况下，将DRI装入一个连接的熔炉燃气发生器中并熔炼。

在熔炉燃气发生器中煤的部分燃烧生成了竖炉中所用的还原气体。

另一种生产铁的已知方法是用鼓风转炉，在转炉中，铁矿石在上部的熔化风区通过氧气与还原气体的燃烧而熔化，在具有熔融铁水熔池的下部熔炉中熔炼。下部熔炉为上部熔化风区产生了还原气体。

从矿石(部分是还原矿石)直接生成熔融金属的方法一般称作“直接熔炼法”。

一种已知的直接熔炼法是利用电炉，作为熔化反应时所需要的主要能源。

在澳大利亚Moskovsky Institut Static Splavov的专利604237中描述了另一种已知的直接熔炼法，一般称作重熔法。重熔法是将大容积、高度搅拌渣池用于熔炼从顶部装入的金属氧化物成金属以及后燃烧气态反应产物，并转移继续熔炼金属氧化物所需的热量的介质。重熔法包括通过下排的风枪，将富氧空气或氧气喷入熔渣，以提供对熔渣的搅拌，并通过上排的风枪将氧气喷射进熔渣来促进后燃(post combustion)。在下排风枪上面的熔渣体积形成了一个“上部起泡区”，在下排风枪下面的熔渣体积形成了一个“静止熔渣区”。上部起泡区是主要的反应介质，在此熔渣体积中形成的熔融金属液滴依靠重力向下移动穿过静止熔渣区，在金属层汇集。在重熔法中，金属层不是重要的反应介质。

另一种已知的基于熔渣的直接熔炼法一般称作“厚渣”(deep slag)法。这些方法，如DIOS和AISI法，是基于形成一个泡沫渣的厚层。如同重熔法一样，熔渣层下面的金属层不是一个重要的反应介质。

另一种已知的直接熔炼法，它依靠作为反应介质的熔融金属层，一般称之为Hismelt法，此方法在本申请人的国际申请PCT/AU96/00197(WO96/31627)中已经作了描述。

在此国际申请中所描述的Hismelt法包括：

(a)在熔炉中形成一个铁水和熔渣的熔池；

(b)将下面的物质喷射进熔池；

(i)金属供给原料，一般为金属氧化物；和

(ii)含碳的固体料，一般为煤，起金属氧化物的还原剂和能源作用；和

(c)在金属层将金属供给原料熔炼成金属。

Hismelt法也包括从含氧气体溶池上部的空间释放出来的后燃反应气体，如CO和H₂，并将由后燃烧所产生的热量传递给熔池以提供熔炼金属供给原料所需要的热能。

Hismelt法也包括在熔池名义上的静止表面上部形成一个过渡区，在这里具有先是上升然后下降的熔融金属和/或熔渣的液滴或飞溅或液流，提供了一种将熔池上部后燃反应气体所产生的热能传递给熔池的有效介质。

在Hismelt法方面，本申请人已经完成了大量的试验工场工作，并在该方法的有关方面有了一系列重大发现。

一般来说，本发明是一种用于从金属供给原料中生产金属的直接熔炼方法，包括如下步骤：

(a)在冶金炉中形成一个金属熔池，它具有一个金属层(如这里所述)以及一个在金属层上的熔渣层(如这里所述)；

(b)将金属供给原料和含碳固体料用载气通过多个喷管/风枪喷射进熔池中，在金属层中将金属供给原料熔炼成金属；

(c)从金属层产生一个上升的夹带熔融材料的气体流，将熔融材料带到熔渣层，并至少在熔渣层和金属层的界面上形成一个紊流区；和

(d)通过多个喷管/风枪将一气体喷入熔渣层，并：

(i)在熔渣层的上部区域产生紊流；和

(ii)使熔融材料的飞溅、液滴和液流从熔渣层进入在熔渣层上面的熔炉顶部空间；和

(e)在顶部空间和/或在熔渣层上部区域后燃反应气体。

本发明与已知的非Hismelt直接熔炼法之间的根本不同以及本发明方法的优点是，在本发明的方法中，主要的熔炼区是金属层，主要的氧化(也就是产生热)区在金属层的上面，并且这些区域是空间分离的，通过两个区域之间的熔融料的相互作用和物理运动来传递热能。

本发明工艺产生两个紊流区，一个是在金属层/熔渣层的界面上，另一个是在熔渣层的上部区域。紊流区最好是强紊流区。

本发明的方法特别地但并不专用于下面的情形，即来自金属层向上的气流有可能没有足够的动量在上部区域产生充分的紊流以达到使熔融材料的飞溅、液滴和液流从熔渣层进入顶部空间的预期目的：

(a)充分湿润熔炉顶部空间区域的熔炉侧壁和顶部；和

(b)捕捉在顶部空间后燃期间所释放的能量。

当存在厚渣层和/或当从金属层产生较低气流速率时，可能会出现这样的情况。

在此情况下，气体喷射进入熔渣层以产生所需的紊流度或其自身产生所需的紊流度。

在熔渣层和金属层界面上的紊流区与熔渣层的其他区域相比最好是富金属区。

一般地，在步骤(c)从金属层进入熔渣层的熔融材料中，熔融金属是主要部分，熔渣是次要部分。

熔渣层上部区域中的紊流区与熔渣层和金属层界面的紊流区相比最好是富渣区。

一般地，在步骤(d)来自熔渣层的熔融材料的飞溅、液滴和液流中，熔渣是主要部分，熔融金属是次要部分。

在步骤(c)中，来自金属层的向上气流可能由多个因素中的任何一种或多种引起。例如，将金属供给原料和含碳的固体料喷射进入金属层的结果，可能至少产生了部分气流。另一个例子是，将金属供给原料和/或含碳的固体料用载气喷入金属层的结果，可能至少产生了部分气流。另一个例子是，将气体从底和/或侧壁喷射进入金属层的结果，可能至少产生了部分气流。

在步骤(c)中，来自金属层的向上气流最好是由将金属供给原料和含碳的原料以及载气喷向并随后进入金属层所产生的。

向着并随后进入金属层的固体料和载气的喷射有以下结果。

首先，喷射的固体料/载气的动量将导致固体料和气体穿透金属层。

其次，含碳原料，一般为煤，被除去挥发物质，从而在金属层中产生气体。

第三，碳主要溶进金属中并部分以非溶解固体形式保留。

第四，金属供给原料通过碳熔炼成金属，该碳来自于上述步骤(c)中所喷射的碳，熔化反应产生了一氧化碳气体。

最后，输送到金属层和通过除挥发分和熔炼所产生的气体对熔融金属产生了显著的上升浮力，来自金属层的未溶解碳和熔渣(作为固体/气体喷射的结果，上述物质进入金属层)将导致熔融材料向上运动，并且当此熔融材料向上移动进入熔渣层时还夹带熔渣。

最好至少将供应给此方法的80％重量比含有金属供给炉料喷入金属层。

最好在步骤(c)中，金属层和熔渣层(在静止状态下)区域所产生的气流速度最小为0.04Nm³/S/m²。

特别地，气流速度最好至少为0.2Nm³/S/m²。

最好在步骤(d)中喷入熔渣层的气体是含有氧气的气体。

可选择地，或另外，该气体可以是一种惰性气体，如氮气。

可选择地，或另外，该气体可以是熔池所释放的废气。在喷入熔渣层之前，该废气可以被处理，如通过气体改良(gas reforming)或部分燃烧。

步骤(d)最好包括，将含碳原料和含氧气体喷入熔渣层的步骤。这样就具有促使放出气体并从而在熔渣层的上部区域产生强紊流的结果。

此方法最好还包括，通过一个或一个以上喷管/风枪将含氧气体喷入顶部空间的步骤。根据步骤(e)，此气体是顶部空间反应气体进行后燃的氧源。

将含氧气体喷入顶部空间的一个或一个以上喷管/风枪的位置和操作参数最好是这样选择的：

(a)含氧气体喷向熔渣层；和

(b)含氧气体流使向上运动的熔融材料的飞溅、液滴和液流(在熔池中由气体所产生的)发生偏转，所述熔融材料的飞溅、液滴和液流围绕一个或每个喷管/风枪的较低部分，和一个称为“自由空间”的气体连续空间形成在该或每个喷管/风枪的端部的周围。

自由空间的形成是一个重要的特征，因为它使得在熔池的顶部空间反应气体被拉进该一个或每个喷管/风枪的端部区域，并在该区域被后燃成为可能。在此文中，术语“自由空间”应理解为一个几乎没有金属和熔渣的空间。

另外，来自该一个或每个喷管/风枪的端部所产生的燃烧区的上述熔融材料偏转在一定程度上保护了熔池的侧壁。同时也提供了一种使顶部空间气体后燃的更多能量返回熔池的方法。

在这里，术语“熔炼”应理解为其中具有化学反应的热处理工艺，该化学反应使金属氧化物还原以生成液态金属。

在这里，术语“金属层”应理解为，主要是金属的熔池区域。具体来说，此术语包含了一个在金属连续体积内含有熔渣弥散物的区域或地带。

在这里，术语“熔渣层”应理解为，主要是熔渣的熔池区域。具体来说，此术语包含了一个在熔渣连续体积内含有熔融金属弥散物的区域或地带。

该方法最好在高的初级后燃率(primary post-combustion)下进行，也就是至少40％，这里初级后燃率定义为：

\frac{[{CO}_{2}] + [H_{2} O]}{[{CO}_{2}] + [H_{2} O] + [CO] + [H_{2}]}

这里：

[CO₂]＝废气中CO₂的体积百分比；

[H₂O]＝废气中H₂O的体积百分比；

[CO]＝废气中CO的体积百分比；

[H₂]＝废气中H₂的体积百分比；

更具体地，术语“初级后燃率”也指，在用于其他目的的任何含碳辅料添加物没有的情况下，从熔炼过程中所产生的后燃率。

最好该方法在初级后燃率大于50％的情况下进行，更好大于70％。

本发明方法最好维持一个较高的熔渣总量，并把熔渣量作为控制此方法的手段。此外，维持一个高熔渣总量来保证喷入熔渣层的氧气不到达金属层是必要的。

这里此文中所用的术语“较高熔渣总量”是指与金属量相比而言的熔渣量。

当在稳定状态下操作此方法时，金属与熔渣的重量比最好在4∶1与1∶2之间。

金属与熔渣的重量比在3∶1与1∶1之间更好。

特别推荐金属与熔渣的重量比最好在3∶1与2∶1之间。

对于将通过熔池侧壁从熔渣层的热量损耗减到最小，熔渣较低的导热性是重要的。

此外，通过适当的工艺控制，在侧壁上熔渣能够形成一个或多个增强的凝固层，从而进一步增加了抵抗经由侧壁的热损耗能力。因此，通过改变熔渣总量，增加或减少熔渣层中的熔渣量，从而控制经由熔池侧壁的热损耗是可能的。

熔渣可以在侧壁上形成一个“湿”层或“干”层。“湿”层包括一个粘附到侧壁上的凝固层、一个半固态(软)层和一个外部液膜。“干”层是一个几乎所有熔渣均凝固的层。

熔渣层中的熔渣数量也提供了对后燃程度控制的测量。

特别地，如果熔渣总量太低，将会增加熔渣层的金属的暴露，从而增加了金属和金属中溶解碳的氧化，以及减小后燃率的可能性，尽管在熔渣层中金属的积极效果是将热量传递给金属层。

另外，如果熔渣总量太高，将含氧气体喷入顶部空间的一个或一个以上含氧气体喷射喷管/风枪将被埋藏在熔渣层中，这将减小顶部空间反应气体到该或每个喷管/风枪端部的运动，结果减小了后燃率的可能性。

根据熔渣层的厚度或金属与熔渣的重量比测定的熔池中熔渣的数量，也就是熔渣的总量，可以通过金属和熔渣的排放速度来控制。

熔炉中熔渣的产量可以通过改变将金属供给原料、含碳原料和熔剂供给给熔炉的速度以及运行参数如含氧气体喷射速度来控制。

在生产熔融铁水的情况下，该方法最好包括，在熔渣层和扩展熔池区内，控制熔融铁水中溶解碳的量至少为3％重量比，并将熔渣保持在强还原状态，使FeO量小于6％重量比，最好小于5％重量比。

金属供给原料可以是任何合适的形式。如，可以是矿石、部分还原矿石、DRI(直接还原铁)、碳化铁、氧化铁皮、高炉粉尘、烧结粉末、BOF粉尘或这些材料的混合物。

在部分还原矿石的情况下，预还原程度的范围可以是：从较低程度(如FeO)到较高程度(如70-95％金属化)。

在这一点上，该工艺还包括部分还原含金属的矿石并将部分还原矿石喷入金属层。

金属供给原料可以被预热。

载气可以是任何合适的载气。

载气最好是一种贫氧气体。

载气最好包括氮气。

根据本发明，一个通过上述直接熔炼方法从金属供给原料生产金属的熔炉，该熔炉具有一个熔池，该熔池含有金属层和在金属层之上的熔渣层和一个在熔渣层上方的顶部气体连续空间，该熔炉包括：

(a)一个炉膛，它具有一个与熔融金属接触的底部和侧面；

(b)侧壁，从炉膛侧面向上延伸，并与熔渣层和顶部空间接触。

(c)多个喷管/风枪，向下延伸并将金属供给原料和含碳原料用载气喷入熔池中，进入金属层并至少在金属层和熔渣层的分界面上形成一个紊流区；和

(d)多个喷管/风枪，将气体喷入熔渣层中以在熔渣层的上部区域产生紊流。

在上述步骤(c)中的固体材料/载气喷射喷管/风枪最好与竖直方向成30-60°角。

上述步骤(d)中的气体喷射喷管/风枪与水平方向的角度最好在-20°(也就是相对于水平方向向上20°)与+60°(也就是相对于水平方向向下60°)之间。因此，此角度范围覆盖了向下/向内和向上/向内喷射气体。

步骤(c)和步骤(d)中的喷管/风枪最好贯穿熔炉的侧壁。

熔炉最好还包括至少一个喷管/风枪，该喷管/风枪将含氧气体喷入顶部空间、顶部空间和/或熔渣层的上部区域的后燃反应气体中。

结合实施例并参照附图对本发明进行进一步描述。

附图1是一个冶金熔炉的垂直剖面图，示意性地表示了本发明方法的一个最佳实施例。

下面描述的是用熔炼铁矿石来生产熔融铁水，应该理解的是，本发明并不局限于此应用，它适用于任何合适的金属矿石和/或精矿-包括部分还原金属矿石和废回炉料。

图中所示的熔炉具有：一个炉膛，该炉膛包括一个用耐火砖制成的底座3和侧面55；侧壁5，该侧壁从炉膛的侧面55向上延伸一般形成一个圆柱桶，它包括一个上部桶部分51和下部桶部分53；一个顶部7；一个废气出口9；一个用于连续排出熔融金属的前炉膛57；和一个用于排放熔渣的排放口61。

工作时，熔炉包含一个铁和渣的熔池，它具有一个熔融金属层15和在熔融金属层15之上的熔渣层16。用数字17表示的箭头表示的是熔融金属层15静止表面的位置，用数字19表示的箭头表示的是熔渣层16静止表面的位置。术语“静止表面”意思是指没有气体和固体喷入熔炉时的表面。

熔炉还包括较低的一对喷射喷管/风枪11，它向下和向内延伸穿过侧壁5进入熔渣层16中，并与竖直方向成30°-60°，喷管/风枪11的位置是这样选择的，其较低端在金属层15的静止表面17的上面。

工作时，用载气(一般为N₂)携带的铁矿石(一般为粉末)、固体含碳原料(一般为煤)和熔剂(一般为石灰和镁砂)，通过喷管/风枪11喷入金属层15中。固体材料/载气的动量使得固体材料和载气进入金属层15中。煤被除去挥发成分，从而在金属层15中产生气体。碳部分溶解到金属中，部分以固体碳存在。铁矿石被熔炼成铁，熔炼反应产生了一氧化碳气体。通过除去挥发成分和熔炼所产生并进入金属层15的气体对(由固体/气体/喷射所带进金属层15中的)熔融金属、固体碳和熔渣产生了显著的上升浮力，它使熔融金属和熔渣向上运动进入熔渣层16。

熔融金属、固体碳和熔渣的上升力基本上使得金属层15和熔渣层16之间的界面搅动，并至少在此区域产生一个高紊流区。

熔炉还包括一对上部喷管/风枪41，该喷管/风枪向下和向内延伸穿过侧壁5进入熔渣层16中，并与竖直方向成30°-60°。

工作时，通过喷管/风枪41将氧气(和任意的固态和/或气态含碳材料和/或其它气体)喷入熔渣层16，在熔渣层的上部区域产生一个高紊流区，并使得熔融材料的飞溅、液滴和液流从熔渣层进入熔炉的顶部空间43。

氧气的喷入对本方法具有双重作用。首先，在熔渣层16的区域中，氧气对任何可燃烧的反应气体如CO和H₂进行后烧(post combust)，从而对本方法提供热量。熔渣层16的高度搅拌对将后燃热量传递给金属层15提供了一个有效手段。其次，从熔渣层16弹出的、至少熔渣占主要成分的熔融材料的飞溅、液滴和液流，与上部桶部分51和熔炉的顶部相接触，并形成一个保护层，该保护层可减少熔炉这些部分的热量损耗。弹出的熔融材料也可将附加的能量返回熔池。

上述高紊流区的搅动程度是这样的，在金属和熔渣区中具有相当一致的温度-一般为1450-1550度，在每个区域中有30度数量级的温度变化。

该熔炉还包括一个喷管13，该喷管用于喷射含氧气体(一般为预热的富氧空气)，其位于熔炉顶部空间43的中心，并垂直向下延伸到熔炉的顶部空间43。喷管13的位置和通过喷管13的气流速度是这样选择的，即围绕喷管13的端部，含氧气体基本上维持一个金属/熔渣自由空间25。

通过喷管13喷射的含氧气体围绕喷管13的端部在自由空间25中后燃反应气体CO和H₂，并在气体空间产生2000摄氏度或更高数量级的高温。热量通过对上述熔渣层16的强烈搅拌而传递给金属层15。

自由空间25对获得高程度的后燃很重要，因为它使得顶部空间夹带的气体进入喷管13的端部区，从而增加了对可后燃反应气体的暴露。

喷管13在顶部空间43的位置、通过喷管13的气流速度和来自熔渣层16的熔融材料飞溅、液滴和液流的向上运动等的综合影响是，形成了围绕喷管13较低区域的熔融材料飞溅、液滴和液流-用数字27表示。此形成的区域给通过辐射将热传递给侧壁5提供了局部屏障。

根据本发明的优选实施例，工作时，熔炉由金属层15和熔渣层16构成：

(a)炉膛和与金属/熔渣层15/16接触的侧壁5的较低圆筒部分53是由耐火材料砖制成的(在图中用断面线表示)；

(b)至少侧壁5的较低圆筒部分53的一部分用水冷板支撑(未示出)；和

(c)侧壁5的上部圆筒部分51和与顶部空间31接触的顶部7是由水冷板制成的(未示出)。

侧壁5的每个水冷板具有平行的上部和下部边缘以及平行的侧边，并被弯曲以限定一个圆柱筒部分。每个板包括一个内部水冷管和一个外部水冷管。这些管子制成具有水平直线部分的曲线结构，并由弯曲部分互相连接。每个管子还包括一个进水口和一个出水口。这些管子竖直布置，因此当从板的外露面即暴露于熔炉内部的表面观察时，外部管子的直线部分并非直接在内部管子直线部分的后面。每个板还包括夯实的耐火材料，该耐火材料充填每个管子邻近直线部分以及管子之间的空间。每个水冷板还包括一个支撑板，该支撑板构成水冷板的外部表面。

这些管子的进水口和出水口与水供应管线(未示出)相连，循环水以高流速通过管子。

工作时，通过水冷板的水流速、通过喷管/风枪11的固体/载气流速和通过喷管13、41的含氧气体的流速是这样控制的，即有足够的熔渣与板接触并从板上吸取足够的热量以在板上建立并维持一个凝固熔渣层。此熔渣层形成一个有效的热屏障，可以减小熔炉侧壁5和顶部7的热损耗低于250KW/m²。

在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可以对上述熔炉的优选实施例进行多个改变。

对于这一点，虽然优选实施例包括将所有金属供给原料喷入金属，但是将部分金属供给原料引入到熔炉的其他区域，如通过重力进料到熔炉的顶部空间，也是在本发明范围内。

另外，虽然优选实施例包括伸进熔渣层16的上部和下部的一对喷管/风枪11、41，但是本发明并非局限于此，且可扩充为任意合适数量的喷管/风枪。

此外，虽然优选实施例包括通过喷管13喷射含氧气体，但是本发明并非局限于此，可以仅通过喷管/风枪41进行含氧气体喷射。

此外，虽然优选实施例包括通过喷管41喷射氧气，但是本发明并非局限于此通过这些喷管/风枪进行氧气(或含氧气体)的喷射，并可延伸为喷射其他气体，除了或可选择喷射氧气外。气体包括惰性气体和循环废气。

此外，在上述实施例中，虽然通过喷管/风枪41进行的氧气喷射在熔渣层的上部区域产生了强紊流区，但是本发明并非局限于此，并可延伸为来自金属层15的熔融材料的上升浮力对上部区域的紊流作贡献的手段。

Claims

1.一种用于从金属供给原料中生产金属的直接熔炼方法，包括如下步骤：

(a)在冶金炉中形成一个熔池，它具有一个金属层以及一个在金属层之上的熔渣层；

(b)将金属供给原料和含碳固体料用载气通过多个喷管/风枪喷入熔池中，在金属层将金属供给原料熔炼成金属；

(c)从金属层产生一个夹带熔融材料的上升气体流，将熔融材料带到熔渣层，并至少在熔渣层和金属层的界面上形成一个紊流区；和

(d)通过多个喷管/风枪将气体喷入熔池层，并：

(i)在熔渣层的上部区域产生紊流；和

(ii)从熔渣层出来的熔融材料的飞溅、液滴和液流进入熔渣层上面的熔炉顶部空间；和

(e)在顶部空间和/或在熔渣层上部区域后燃反应气体。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，熔渣层和金属层界面上的紊流区与熔渣的其它区域相比是富金属区域。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，熔渣层上部区域的紊流区与熔渣层和金属层界面上的紊流区相比是富渣区。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括将金属供给原料和/或含碳固体料和载气喷入熔池，这样固体料和载气穿入金属层并从金属层产生一个向上的气流。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，供应给本方法的至少80％重量比金属供给原料喷入熔池并穿入金属层。

6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，步骤(c)中在金属层和熔渣层区域上所产生气流速度最小为0.04Nm³/s/m²，其为在静止条件下。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在步骤(d)中喷入熔渣层中的气体是从一组气体选择的，该组气体包括含氧气体、惰性气体如氮气以及熔炉所释放的废气。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括将含碳原料和含氧气体喷入熔渣层。

9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在步骤(e)包括将含氧气体通过一个或一个以上喷管/风枪喷入顶部空间，该含氧气体作为顶部空间进行反应气体后燃的氧源。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将含氧气体喷入顶部空间的一个或多个喷管/风枪的位置和操作参数是这样选择的：

(a)含氧气体喷向熔渣层；和

(b)含氧气体流使在熔池中由气体所产生的向上移动的熔融材料的飞溅、液滴和液流发生偏转，所述熔融材料的飞溅、液滴和液流围绕该或每个喷管/风枪的较低部分，和一个称为“自由空间”的气体连续空间形成在该或每个喷管/风枪的端部的周围。

11.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，包括维持一个较高的熔渣总量，并用熔渣数量来作为本方法控制的手段。

12.一种用于通过上述直接熔炼方法从金属供给原料生产金属的熔炉，该熔炉含有一个熔池，该熔池具有一个金属层、一个在金属层之上的熔渣层和熔渣层上方的顶部气体连续空间，该熔炉包括：

(a)一个炉膛，它具有与熔融金属接触的一个底部和侧面。

(c)多个喷管/风枪，向下延伸并将金属供给原料和含碳原料用载气喷入熔池中，穿入金属层并至少在金属层和熔渣层的分界面上形成一个紊流区；

(d)多个喷管/风枪，将气体喷入熔渣层中以在熔渣层的上部区域产生紊流；

(e)至少一个喷管/风枪，将含氧气体喷入顶部空间，并在顶部空间和/或在熔渣层的上部区域进行反应气体的后燃。

13.根据权利要求12所述的熔炉，其特征在于，(c)项中固体材料/载气喷射喷管/风枪与竖直方向成30-60度。

14.根据权利要求12或13所述的熔炉，其特征在于，(d)项中气体喷射喷管/风枪的角度范围为：与水平线成-20度至与水平线成60度，也就是相对于水平线向上20度至相对于水平线向下60度。