專利名稱：預(yù)還原氧化鐵的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于氧化鐵的還原，特別是有關(guān)在鋼或鐵的生產(chǎn)中把預(yù)先還原過的氧化鐵供給熔煉爐的方法和設(shè)備。
從商業(yè)的觀點(diǎn)來看，直接噴入礦石和還原劑的鐵金屬熔池熔煉的方法是有吸引力的。這是由于可以直接供入粉礦而免除了高爐所要求的必須塊料供給所造成的。此外，可以使用蒸汽鍋爐用煤作為還原劑而不用事先在焦?fàn)t中除去揮發(fā)物。
在這種裝置中，還原劑(通常是煤)的消耗可能是過量的，然而，熔煉爐有效運(yùn)行的關(guān)鍵是熔煉爐廢氣的后燃燒。這個(gè)概念的一個(gè)具體概括是，含氧氣體進(jìn)入到熔煉爐上部空間并且使存在的部分一氧化碳和氫氧化或二氧化碳和水。所釋放的熱量被輸回到熔煉爐，這樣減少了過程中所需的還原劑量。在澳大利亞專利說明書74409/81中對(duì)這樣的裝置作了描述，其內(nèi)容結(jié)合在本文用來參改。
來自這一過程的熔煉廢氣含有大量的一氧化碳和氫，并且使主熔煉爐處于較高的溫度(如1600℃)。為了在整個(gè)過程中進(jìn)一步減少還原劑消耗量，在將廢氣送入熔煉爐之前用該廢氣將送入的鐵礦石供料進(jìn)行預(yù)還原是有利的。這樣一種方案在澳大利亞專利說明書28044/84中已公開，其中預(yù)還原是在豎爐中進(jìn)行。
在預(yù)還原條件下，顆粒的粘結(jié)性是一個(gè)潛在問題。當(dāng)溫度超過約1000℃時(shí)，顆粒開始粘著到表面，使設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重困難。為了避免這點(diǎn)，必須將預(yù)還原溫度保持在800-1000℃，以這樣的方式來安排操作過程。當(dāng)溫度大大低于800℃時(shí)，預(yù)還原速率明顯減低，并且需要更長(zhǎng)的停留時(shí)間。
上述AU28044/84中的方案旨在通過在預(yù)調(diào)節(jié)室冷卻廢氣避免這一困難，在該室中廢氣通過在氣體和由上面可通過氣體的特殊爐柵或柵狀襯所產(chǎn)生的煤灰之間進(jìn)行激烈的混合作用而進(jìn)一步還原。然后，在將氣體通入豎爐還原鐵礦石之前，需要一個(gè)旋風(fēng)收塵器以將煤灰與還原的，冷卻廢氣分離。然而，要事先考慮到粘結(jié)顆粒的產(chǎn)生可能發(fā)生在特殊爐柵或柵狀襯上以及預(yù)調(diào)節(jié)室其他表面上。
澳大利亞專利說明書69827/87提出了一種可選擇方案，在此方案中，把最大粒度為0.1毫米的細(xì)礦石直接送入熔煉爐廢氣出口正下游處的熱還原氣體中。
本發(fā)明的目的是為了改善上述方案中的弊病，特別是有助于改變粒度范圍的，熔煉爐廢氣中含顆粒氧化鐵物料的部分還原。
根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)方面，提供了把預(yù)還原過的氧化鐵供給到熔煉爐中的一種方法，該方法包括把爐中熱還原廢氣導(dǎo)入一個(gè)垂直立式管道，而基本上不冷卻該廢氣，并將還原廢氣通過該立式管道向上傳送，在立式管道的熱還原廢氣中輸送含顆粒氧化鐵物料并由此將廢氣冷卻，在由廢氣通過立式管道傳送物料的同時(shí)將該物料部分還原，從廢氣中分離該部分還原后的物料并把至少一部分所述分離出的還原后物料送入熔煉爐中。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，還提供了把預(yù)還原過的氧化鐵供給到熔煉爐的設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)帶有熔煉爐的循環(huán)系統(tǒng)，一個(gè)來自爐中熱還原廢氣的出口，一個(gè)用來傳輸廢氣而基本上沒有阻礙的垂直立式管道，垂直立式管道被連接到廢氣出口處，以便接收基本上未冷卻的熱廢氣，將含顆粒氧化鐵物料導(dǎo)入到垂直立式管道以冷卻廢氣并在由廢氣通過鐵管道傳送該物料時(shí)同時(shí)部分還原該物料的裝置，從廢氣中分離部分還原后物料的裝置以及把至少一部分所述還原后物料輸入到熔煉爐中的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了把預(yù)還原的氧化鐵供給到熔煉爐的方法和設(shè)備。該系統(tǒng)包括把熱熔煉廢氣(基本上不用事先冷卻)輸送到其中供入顆粒氧化鐵物料的垂直立式管道。廢氣在管道中被冷卻，同時(shí)發(fā)生氧化鐵物料的預(yù)還原。當(dāng)輸送的固體最大尺寸不超過6-8毫米時(shí)，該管道內(nèi)的氣體速率可以很容易地維持在3-15米/秒，較好是使最大顆粒尺寸在0.1-6毫米范圍。所輸入的物料最好由鐵礦石組成，但其他含氧化鐵物料也可適用。
進(jìn)入到垂直立式管道的熱廢氣溫度實(shí)際上就是熔煉爐的溫度，例如在1300℃-1800℃范圍，將顆粒物料，主要是含氧化鐵物料，但也可能是一種或多種成渣劑如石灰石、抗粘劑和還原劑送入立式管道使之適應(yīng)于將管道內(nèi)的氣體急冷卻至800-1000℃，最好在900℃的范圍內(nèi)，以便解決粘結(jié)性問題。
在或鄰近立式管道頂部的分離氣體和固體的分離裝置較適宜的是一個(gè)旋風(fēng)器或旋風(fēng)器的組合。從分離裝置的氣體中分離出來的部分還原后物料可被作為預(yù)還原產(chǎn)物直接供入熔煉爐中，或使之分離，一部分，最好是大部分，通過一個(gè)適當(dāng)?shù)姆祷毓苈贩祷氐酱怪绷⑹焦艿赖南虏俊榱四苁惯B續(xù)不斷地噴入到立式管道中，最新的型式需要一個(gè)能夠傳送抗壓力梯度的熱固體的裝置。一個(gè)密封回路(如在循環(huán)流化床燃燒單元中所用的)是適用于此用途的一個(gè)裝置。
把來自分離裝置的固體再循環(huán)到立式管道下部范圍的情況，相當(dāng)于循環(huán)流化床(CFB)的預(yù)還原。這是一種最佳的運(yùn)行方式，由于借助固體的再循環(huán)，就有可能在立式管道中保持更多固體存量，并且因此延長(zhǎng)了在預(yù)還原環(huán)境下的固體停留時(shí)間。熔煉爐廢氣達(dá)到更有效的急冷從而顆粒的粘結(jié)性可以得到更有效地控制。CFB運(yùn)行方式也具有在沿立式管道軸向上更大溫度均勻性的優(yōu)點(diǎn)，因此為預(yù)還原提供了一種更理想的化學(xué)作用力。
在CFB方式中，再循環(huán)物料的量可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于供料量(并作為還原產(chǎn)物被分離)。在這些條件下，由于再循環(huán)裝料的稀釋效果，供料的確切位置和在立式一返回管路中的產(chǎn)物分離部位不是很嚴(yán)格的。
可能必須以某種形式從系統(tǒng)中分離熱量。在一系列部位回收廢熱是可能的，一個(gè)實(shí)例是如在CFB系統(tǒng)中使用的膨脹密封回路里的蒸汽管。然而，能夠?qū)㈩A(yù)還原設(shè)備作為廢氣冷卻器(開始工作期間沒有固體)操作是有用處的，為此，沿著主氣體流動(dòng)路經(jīng)確定熱回收表面的位置可能是合乎要求的。這可以包括在立式管道壁和/或在分離裝置壁上提供冷卻表面。作為一種可選擇方案，把熔煉爐廢氣分解成兩股氣流是合乎要求的，并且僅允許滿足對(duì)預(yù)還原過程熱量要求所需的部分進(jìn)入立式管道。在此情況下，對(duì)預(yù)還原裝置中的內(nèi)熱回收表面是沒有要求的。
如上述AU74409/81中所描述的，本發(fā)明第一方面的預(yù)還原裝置有利地使用在進(jìn)行后燃燒過程的熔煉爐，按照本發(fā)明的第二方面，提出了一種由氧化鐵生產(chǎn)鐵和/或鐵合金的方法，該氧化鐵利用熔煉爐廢氣被部分還原，該熔煉爐至少經(jīng)受了部分后燃燒，部分還原過的氧化鐵被供入熔煉爐通過與含碳燃料和含氧氣體反應(yīng)進(jìn)行熔煉，其特征在于將基本上未冷卻的至少部分后燃燒過廢氣的熱送入垂直立式管道并通過此向上傳送，在向上傳送的熱廢氣中輸送顆粒氧化鐵以進(jìn)行所述的部分還原并同時(shí)使廢氣冷卻。該預(yù)還原的化學(xué)作用通常不需要或不用考慮將作為含氧化鐵物料所使用的待處理鐵礦石金屬化(即30%以上預(yù)還原)。
現(xiàn)僅通過參考附圖舉例的方法來說明按照本發(fā)明的方法和設(shè)備的兩個(gè)具體實(shí)施方案，其中

圖1說明了通過一次操作系統(tǒng)將預(yù)還原物料供給到爐中的裝置。
圖2說明了通過再循環(huán)系統(tǒng)將預(yù)還原物料供給到爐中的裝置。
圖1所示是一個(gè)以耐火材料作為襯里的熔煉爐，該爐包括一個(gè)氣體空間1及在1300-1800℃下含有已分解或正分解的碳的液態(tài)熔渣2和鐵水3。將煤4，有選擇地加入含氧氣體，噴入到爐中熔體下面，并在液相中與氧反應(yīng)，主要形成一氧化碳和氫。含氧氣體5被噴入氣體空間并與一氧化碳和氫產(chǎn)生局部燃燒。來自后燃燒步驟的熱量被返回到熔體中，熱、殘余氣流逸出溫度為1300-1800℃的爐體，澳大利亞專利74409/81對(duì)此過程已作了詳盡說明。
氣體一旦離開主熔煉爐，進(jìn)入二次熔煉室6。二次熔煉室6的作用是靠氣體的膨脹把氣體從熔渣和鐵水中分離出來，并且重要的是，氣體在二次熔煉室6中基本上沒有被冷卻。熔煉室6可以用一系列這樣的多個(gè)熔煉室代替，并可用一個(gè)旋風(fēng)收塵器盡可能多地提取熔渣和熔融物，或者將其一起除去。
將仍然接近主熔煉爐溫度并充滿液滴(和某些固體)的熔煉爐廢氣直接輸送到垂直立式管道8的底部。最大粒度為6毫米的待處理含氧化鐵物料，有選擇地與少量成渣劑，抗粘劑和/或還原劑混合被送到入口7中。入口7直接通向立式管道8的節(jié)流頸口的下游，其作用是加速氣體流動(dòng)和增加顆粒物料和氣體的混合。熱氣體的冷卻和固體的預(yù)還原發(fā)生在立式管道8里，所設(shè)計(jì)的運(yùn)行條件是使氣體速率在3-15米/秒范圍內(nèi)，所給的平均懸浮體密度在每立方米2-50公斤之間。固體還原不超過方鐵礦(FeO)。立式管道中的溫度一般在800-1000℃之間，且冷卻表面(未示出)設(shè)置在立式管道壁上，以分離所需的熱量。冷卻表面的設(shè)計(jì)是為了將氣體通過管道的流動(dòng)阻力減至最小。
在立式管道8的頂部，混合物進(jìn)入旋風(fēng)器9。固體從下游處11被收集并用適當(dāng)?shù)难b置被送到主熔煉爐中。氣流10可以被送入進(jìn)一步廢熱回收和顆粒分離單元中(未示出)。
將部分還原后的物料從低壓力下游處11傳送到主熔煉爐的當(dāng)前較佳的圖中所示裝置包括一個(gè)流態(tài)化密封回路12。部分還原物料的密封床通過經(jīng)由一個(gè)安放在密封回路底部的分布器送入適當(dāng)?shù)闹T如氮或不含大量氧的其他氣體13保持在流態(tài)化狀態(tài)。預(yù)還原后的固體直接溢入連接主熔煉爐的管道中。
由此可知，包括密封回路12的輸送裝置由于在從入口到主熔煉爐中形成顆?？赡懿煌耆钊藵M意，因而有可能，把部分還原的物料噴入到熔煉爐中的一種裝置(未示出)可能是有利的。
現(xiàn)參考圖2，預(yù)還原系統(tǒng)的循環(huán)流化床運(yùn)行型式僅在主要一點(diǎn)上不同于參照?qǐng)D1中所描述的非再循環(huán)對(duì)應(yīng)型式給予待處理含顆粒氧化鐵物料在離開預(yù)還原環(huán)境以前具有多次通過立式管道8的機(jī)會(huì)。如圖2所示，提供了循環(huán)導(dǎo)管14、15，這樣便能多次通過立式管道8。這一導(dǎo)管是密封回路形式，類似于密封回路12，也靠所充氣體13來保持流態(tài)化。導(dǎo)管15通到緊接著管道上節(jié)流頸口下游端的立式管道8。
供料固體可以在任何方便的位置被送入到CFB系統(tǒng)中(即8、9、11、14和15)，較佳部位是通過入口16通向?qū)Ч?5的方式。再循環(huán)固體可以在700-900℃溫度范圍內(nèi)。
在立式管道中的懸浮體密度要高于一次通過系統(tǒng)，其平均密度在每立方米10-300公斤范圍。通過這種裝置增加氣體-固體的接觸次數(shù)，達(dá)到更有效的顆粒粘結(jié)性控制。顆粒物料圍繞CFB回路增加的氣流使向外放出的溫度均衡，這在預(yù)還原反應(yīng)中導(dǎo)致了更強(qiáng)、更均勻的化學(xué)作用力。
實(shí)施例非再循環(huán)的預(yù)還原一中試廠的立式反應(yīng)器，保持在最高溫度為800℃，并以每小時(shí)44.6標(biāo)準(zhǔn)立方米的速率送入氣體。氣體組分(體積百分比)如下一氧化碳18.2%二氧化碳16.4%氫3.9%水6.5%氮55.3%在管道內(nèi)氣體的速率為6.2米/秒，并以每小時(shí)37公斤的速率供入最大尺寸為1毫米的鐵礦石。達(dá)到的預(yù)還原程度為12%。
再循環(huán)的預(yù)還原一個(gè)中試工廠的CFB預(yù)還原反應(yīng)器，立式管道最高溫度保持在900℃，并以每小時(shí)44.6標(biāo)準(zhǔn)立方米的速率供入氣體。該氣體組分如下
一氧化碳20.1%二氧化碳17.1%氫5.4%水5.2%氮52.2%立式管道內(nèi)的氣體速率為6.2米/秒，并以每小時(shí)14.3公斤的速率供入最大尺寸為1毫米的鐵礦石。固體的循環(huán)率保持在每小時(shí)1200公斤，在立式管道內(nèi)的平均懸浮體密度為每立方米190公斤。
在立式管道內(nèi)的固體平均停留時(shí)間是29分鐘，所達(dá)到的預(yù)還原程度是24.1%。
添加石灰的再循環(huán)預(yù)還原一中試工廠的CFB預(yù)還原反應(yīng)器，立式管道最高溫度保持在975℃，以每小時(shí)44.6標(biāo)準(zhǔn)立方米的速率送入氣體。該氣體組分如下。
一氧化碳19.1%二氧化碳17.6%氫4.5%水5.6%氮53.1%立式管道內(nèi)的氣體速率為6.1米/秒，且以每小時(shí)17.1公斤的速率供入最大尺寸為1毫米的鐵礦石。除了鐵礦石外以每小時(shí)0.9公斤的速率將石灰送入CFB反應(yīng)器。固體的循環(huán)速率維持在每小時(shí)500公斤，在立式管道內(nèi)的平均懸浮體密度為每立方米89公斤。
在立式管道內(nèi)的固體平均停留時(shí)間為10分鐘，所達(dá)到的預(yù)還原程度為23.7%。
現(xiàn)有技術(shù)的普通技術(shù)人員會(huì)理解到，此處所描述的發(fā)明除了特別說明以外，對(duì)于各種變化和改進(jìn)都是可以容許的。應(yīng)該理解到，本發(fā)明包括了所有這些變化和改進(jìn)，它們都不超出本發(fā)明的精神和范圍。本發(fā)明也包括了所有的步驟、特色、組合物和化合物，這些都可以在說明書中得到單獨(dú)或綜合性的參考和說明，以及包括所述步驟或特色的任意兩種或多種的任何或全部組合。
權(quán)利要求
1.一種將預(yù)還原過的氧化鐵供給到熔煉爐的方法，該方法包括把爐中的熱還原廢氣導(dǎo)入一個(gè)垂直立式管道而基本上不冷卻該廢氣，并將還原廢氣通過該立式管道向上傳送，在立式管道的熱還原廢氣中輸送含顆粒氧化鐵物料并由此將廢氣冷卻，在由廢氣通過立式管道傳送物料的同時(shí)將該物料部分還原，從廢氣中分離該部分還原后的物料并把至少一部分所述分離出的還原后物料送入熔煉爐中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過垂直立式管道的廢氣保持在3-15米/秒范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中輸入廢氣中顆粒物料其最大尺寸不超過8毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中最大粒度是在0.1-6毫米范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中熱廢氣在進(jìn)入垂直立式管道前通過一個(gè)分離步驟，在該步驟中，將從熔煉爐中送出的固體或熔融物料與廢氣分離而基本上不冷卻該廢氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中熱還原廢氣進(jìn)入垂直立式管道的溫度為1300℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中顆粒物料在廢氣中輸送后的垂直立式管道的溫度基本上保持在800-1000℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中選自成渣劑、抗粘劑和還原劑中的一種或多種添加劑也在垂直立式管道中輸送。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中至少部分還原后的物料用一個(gè)或多個(gè)旋風(fēng)器從廢氣中分離。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中一些所述分離出的還原后物料在熱還原廢氣中輸送被循環(huán)到垂直立式管道。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在垂直立式管道中的熱廢氣輸送之前，含顆粒氧化鐵物料與欲循環(huán)的分離出的還原物料相混合。
12.一種由氧化鐵生產(chǎn)鐵和/或鐵合金的方法，該方法利用來自熔煉爐的廢氣將氧化鐵部分還原，該熔煉爐至少經(jīng)受過部分后燃燒，部分還原過的氧化鐵被供入熔煉爐通過與含碳燃料和含氧氣體反應(yīng)進(jìn)行熔煉，其特征在于將基本上未冷卻的至少部分后燃燒過廢氣的熱送入垂直立式管道并通過此向上傳送，在向上傳送的熱廢氣中輸送顆粒氧化鐵以進(jìn)行所述的部分還原并同時(shí)冷卻該廢氣。
13.將預(yù)還原過的氧化鐵供給到熔煉爐的設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)帶有熔煉爐的循環(huán)系統(tǒng)，一個(gè)來自爐中熱還原廢氣的出口，一個(gè)用來傳輸廢氣而基本上沒有阻礙的垂直立式管道，該管道被連接到廢氣出口處，以便接收基本上未冷卻的熱廢氣，將含顆粒氧化鐵物料導(dǎo)入到垂直立式管道以冷卻廢氣并在由廢氣通過垂直立式管道傳送該物料時(shí)同時(shí)部分還原該物料的裝置，從廢氣中分離部分還原后物料的裝置以及把至少一部分所述還原后物料輸入到熔煉爐中的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中該裝置設(shè)置在熔煉爐廢氣出口和垂直立式管道之間以便將熔煉爐所送出的固體或熔融物料與氣體分離而基本上不使該廢氣冷卻。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述用來分離固體或熔融物料的裝置包括了一個(gè)膨脹室。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中垂直立式管道包括了在緊靠含氧化鐵物料加入裝置上游的加速?gòu)U氣流動(dòng)的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中從廢氣中分離至少部分還原后物料的裝置包括一個(gè)或多個(gè)旋風(fēng)器。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中在分離至少部分還原后物料的裝置和將所述還原物料送入熔煉爐的裝置之間設(shè)置有一個(gè)返回支路，以將部分至少部分還原后的物料循環(huán)返回垂直立式管道。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中傳送含氧化鐵物料的裝置有一個(gè)出口通到所述的返回支路。
全文摘要
本發(fā)明涉及把預(yù)還原后的氧化鐵供給熔煉爐的方法和設(shè)備。該方法把熔煉爐的熱還原廢氣送到直立式管道而基本上不被冷卻，當(dāng)氣體通過該管道向上時(shí)同時(shí)傳送含顆粒氧化鐵物料。該熱氣體將傳送的物料加熱到使氧化鐵產(chǎn)生部分還原的溫度，并因此損失一定的熱量?？梢詫⒀a(bǔ)充物料加入管道中傳送。將顆粒物料與氣體分離并將部分還原物料送入熔煉爐中。顆粒物料或其部分物料在送入熔煉爐以前，可通過直立式管道再循環(huán)，只有部分熔煉爐的熱還原廢氣可導(dǎo)入管道中。
文檔編號(hào)C21B11/00GK1045127SQ8910981
公開日1990年9月5日 申請(qǐng)日期1989年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月20日
發(fā)明者羅德尼·詹姆斯·德賴, 羅伯特·戴維·拉瑙斯 申請(qǐng)人:聯(lián)邦科學(xué)及工業(yè)研究組織, Cra服務(wù)有限公司