專利名稱：生產(chǎn)生鐵水或鋼水預(yù)產(chǎn)品和海綿金屬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從分別含有鐵礦石或金屬礦石和任選熔劑的爐料出發(fā)，生產(chǎn)生鐵水或鋼水預(yù)產(chǎn)品和海綿金屬尤其是海綿鐵的方法和實施該方法的設(shè)備。其中所述的爐料優(yōu)選具有塊狀和/或球團形態(tài)，該爐料在至少一個初次還原區(qū)中直接還原成海綿鐵。在提供含碳材料和含氧氣體的條件下，該海綿鐵在一個熔融氣化區(qū)中熔化，同時生成了一種含有CO和H2的還原氣體，該氣體通入所述的初次還原區(qū)在那發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并以爐頂煤氣的形式排出。此后該排出的爐頂煤氣洗滌后經(jīng)CO2去除處理并可選擇性地加熱后作為還原氣體供給至少一個二次還原區(qū)用于直接還原金屬礦石，尤其是鐵礦石。其中該還原氣體至少大致不含有CO2并在與金屬礦石反應(yīng)后作為排出氣體排出然后在洗滌器中凈化。
在洗滌從初次還原區(qū)排出的氣體和從二次還原區(qū)排出的氣體時，會出現(xiàn)含有以氧化態(tài)和金屬態(tài)形式存在的鐵和任選的煤渣的沉渣。這些沉渣構(gòu)成了冶金工業(yè)所致力于利用的廢料和殘渣。處理這些沉渣的一個已知的辦法是將其堆放于堆放場，這特別適于氣候熱的地區(qū)，這樣沉渣會很快干燥。由于所述沉渣不含任何有毒物質(zhì)，可認為沉渣的堆放或填埋是安全的。但如果可能，應(yīng)該避免堆放或填埋沉渣以及這樣所造成的沉渣含有的有用物質(zhì)的損失，而在優(yōu)選方式下開發(fā)利用這類沉渣中的有用物質(zhì)時，其處理工藝應(yīng)該盡可能節(jié)約能源。
從AT-B-376.241中知道了一種開發(fā)含有氧化態(tài)的鐵和/或金屬態(tài)的鐵或含有碳的廢料和殘渣的方法。在該方法中，從還原氣體以及直接還原區(qū)中排出的爐頂煤氣在旋風除塵器中將固體顆粒分離出來，然后分離出來的顆粒與一種粘結(jié)劑如鐵的氧化物粉塵混合，制塊并全部送入熔融氣化區(qū)中，其中所述的鐵的氧化物粉塵在一個高爐凈化設(shè)備中產(chǎn)生以便使在所述的氣體凈化設(shè)備中得到的固體顆粒也能得到利用。
該方法的缺點是，由于在熔爐氣化器中填加了鐵的氧化物因而有必要進行還原處理以便還原鐵的氧化物，因而該還原過程需要消耗能量。
從DE-A-4123626中知道采用粘結(jié)劑，造渣劑和還原劑可將鋼鐵工業(yè)中產(chǎn)生的殘渣制塊而不區(qū)分其中的氧化物和金屬部分，然后將所述的團塊堆裝在熔融團礦的上部區(qū)域，在熔融團礦的所述上部區(qū)域可有效地預(yù)熱和干燥所述團塊。根據(jù)逆流原理爐料團塊與熔融團礦相互滲透，其中如果爐料團塊在熔融團礦內(nèi)部就先進入一個還原區(qū)，然后在熔融團礦的下部熔化。
由于金屬態(tài)的廢料或殘渣也要穿過所述熔融團礦的還原區(qū)域，因而該已知方法需要消耗大量能量。
從EP-A-0623684中知道，根據(jù)化學(xué)組成可將含有煤粉和金屬態(tài)的鐵和氧化態(tài)的鐵的廢料和殘渣捕集起來分為三個獨立的類，即第一類主要含有氧化態(tài)的鐵，第二類主要含有金屬態(tài)的鐵，第三類主要包括含碳物質(zhì)。有效的工藝方法是將第一類物質(zhì)裝入所述的直接還原區(qū)而將第二、第三類物質(zhì)直接裝入熔融氣化區(qū)。
如果廢料和殘渣以上述不同的物質(zhì)形式即以分類的形式出現(xiàn)，該工藝方法就特別有價值。但如果氧化態(tài)的鐵和金屬態(tài)的鐵以及碳以混合物形式存在，那么揀選鋼鐵工業(yè)中的廢料和沉渣就非常不經(jīng)濟了。
本發(fā)明的目的在于以一種特別有效的方式和最可能節(jié)能的方式，進一步改進上述已知的方法，從而簡便而有效地開發(fā)利用在采用上述方法生產(chǎn)生鐵水或鋼水預(yù)產(chǎn)品和海綿金屬過程中產(chǎn)生的沉渣。上述效果的獲得是通過直接使用所述沉渣來實施該方法，然而，要避免其中根據(jù)化學(xué)組成的對沉渣的分類或分離。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的可通過以下辦法達到將在洗滌來自初次還原區(qū)爐頂煤氣時中得到的沉渣除水并裝入熔爐氣化器中，而在洗滌二次還原區(qū)排出氣體時得到的沉渣則在除水后裝入初次直接還原區(qū)。
方便地，從初次還原區(qū)得到的沉渣除水后造粒，然后將礦粒裝入熔融的氣化區(qū)中，而在洗滌二次還原區(qū)爐頂煤氣時得到的沉渣則除水后制塊，并將這樣制得的團塊裝入所述的初次還原區(qū)中。
為了把從初次還原區(qū)得到的沉渣完全造粒，使由此制得的渣粒具有足夠的強度，使這些沉渣除水后與一種粘結(jié)劑如煅燒石灰混合。上述再次除水過程的作用是方便地調(diào)節(jié)殘余含水量在大約20％，這樣特別適于造粒。
來自所述的二次還原區(qū)的沉渣除水后與干的氧化態(tài)副產(chǎn)物(34)，例如礦石碎屑和/或鑄造粉塵混和。籍此可以達到約4％的殘余含水量，而這對隨后的制塊工藝有利。所述的制塊工藝是相應(yīng)的一種冷制塊工藝。
除了上述提到的措施，最好能夠洗滌至少一部分從熔融氣化區(qū)排出的還原氣體，并使工藝過程中分離出來的所有沉渣與來自初次還原區(qū)的沉渣一起進行進一步的處理。
一種從分別含有鐵礦石或金屬礦石和任選地含有熔劑的爐料出發(fā)，生產(chǎn)生鐵水或鋼水預(yù)產(chǎn)品以及海綿金屬尤其是海綿鐵的設(shè)備，其中所述爐料優(yōu)選地具有塊狀和/或球團形態(tài)。所述的設(shè)備包含至少一個用于還原鐵礦石的初次還原反應(yīng)器；一個熔爐氣化器；一個輸送熔爐氣化器中形成的還原氣體的進氣導(dǎo)管，該導(dǎo)管將所述的熔爐氣化器與所述初次還原反應(yīng)器連接起來；一個輸送在初次還原器中生成的還原產(chǎn)物的導(dǎo)管，該導(dǎo)管將初次還原器與熔爐氣化器連接起來；一個導(dǎo)出爐頂煤氣的導(dǎo)管，該導(dǎo)管從所述的初次還原器引出并含有一個初次洗滌器；輸送含碳材料和含氧氣體的進料導(dǎo)管，該導(dǎo)管通入所述的熔爐氣化器中；一個位于所述的熔爐氣化器的用于出生鐵和爐渣的料口；所述的設(shè)備還包含至少一個額外的還原反應(yīng)器以容納金屬礦石尤其是鐵礦石，一個通向所述還原反應(yīng)器的還原氣體進氣導(dǎo)管；一個裝備了洗滌器從該二次還原反應(yīng)器通出的釋放爐頂煤氣的導(dǎo)管；并且所述的設(shè)備還包含一個在所述的二次還原反應(yīng)器中生成的還原產(chǎn)物的出料裝置；同時所述初次還原反應(yīng)器的釋放爐頂煤氣的導(dǎo)管通入一個CO2去除裝置中，而所述的額外還原反應(yīng)器的還原氣體進氣導(dǎo)管從該裝置引出，并通過一個加熱裝置選擇性地通入所述的額外還原反應(yīng)器中；所述設(shè)備的特征在于從初級洗滌器引出的一個沉渣出料導(dǎo)管通向一個沉渣干燥裝置，而通過一個傳輸裝置所述的干燥裝置與所述的熔爐氣化器連接，并且一個沉渣出料導(dǎo)管連通了次級洗滌器和一個沉渣干燥裝置，該干燥裝置通過一個傳輸裝置與所述的初次還原反應(yīng)器連接。
一個優(yōu)選的實施方案的特征是從初級洗滌器的沉渣干燥裝置到一個造粒裝置之間有一個傳輸導(dǎo)管貫通，從所述造粒裝置出發(fā)到熔爐氣化器之間有一個傳輸裝置將兩者連通，并且在次級洗滌器的沉渣干燥裝置與一個制塊裝置之間有一個傳輸導(dǎo)管連通，而從所述制塊裝置到所述初次還原反應(yīng)器之間有一個傳輸裝置將兩者連通。
相應(yīng)地，在通入初次還原反應(yīng)器的還原氣體進氣導(dǎo)管中設(shè)置一個洗滌器，以洗滌至少一部分還原氣體，該洗滌器與一個沉渣出料導(dǎo)管相連，而該導(dǎo)管通入初級洗滌器的沉渣干燥裝置。
以下采用一個示于附圖
的典型實施方案，更為詳細地闡述本發(fā)明，其中所附圖是一個實施本發(fā)明方法的設(shè)備的示意圖。
與所述圖相應(yīng)，含有鐵的氧化物的塊狀的爐料4，如礦石，并選擇性地與未煅燒的熔劑5一起，通過進料導(dǎo)管3，從頂端送入以豎爐1形式建造的直接還原反應(yīng)器中，即送入該反應(yīng)器的固定床直接還原區(qū)2中。在熔爐氣化器6中由含碳材料和含氧氣體產(chǎn)生一種還原氣體，并通過送氣導(dǎo)管7以與所述爐料4的進入方向相反的方向送入豎爐1中。在所述的進氣導(dǎo)管7中以洗滌器形式設(shè)置了一個氣體凈化和冷卻裝置8，為了調(diào)節(jié)其溫度至少有部分所述還原氣體流經(jīng)裝置8。
所述熔爐氣化器6上帶有一個用于提供固體塊狀含碳材料的進料導(dǎo)管9，固體塊狀含碳材料10經(jīng)煤碳干燥設(shè)備11通過一個進料導(dǎo)管9送入所述的熔爐氣化器6中，此外傳送含氧氣體的進氣導(dǎo)管12和選擇性地具有的傳輸煅燒熔劑14的進料導(dǎo)管13也通入熔爐氣化器6中。在熔爐氣化器6中，熔融生鐵16和熔融爐渣17聚集在熔融氣化區(qū)15的下面，并通過相互獨立的料口18,19排出。生鐵16送入煉鋼廠而爐渣送入一個造粒裝置20中。
在豎爐1內(nèi)的直接還原區(qū)2中，所述的塊狀爐料還原成海綿鐵，并通過一個或多個傳輸導(dǎo)管21例如通過出料加料器送入所述的熔爐氣化器6中。有一個出料導(dǎo)管22連到豎爐1的上部以放出在所述的直接還原區(qū)2中生成的爐頂煤氣。為了去除粉塵和水蒸汽，該爐頂煤氣通入一個氣體凈化裝置23，該裝置照樣是一個洗滌器；順序經(jīng)過例如一個CO2洗滌器24或一個重整爐以去除CO2，并用作還原氣體隨后通入容納金屬礦石的一個二次還原反應(yīng)器25中，在所述的典型實施方案中金屬礦石為鐵礦石26。選擇性地可在送入所述二次還原反應(yīng)器前加熱該還原氣體，但這并未在所述典型實施方案中進行描述。
二次還原反應(yīng)器25也以豎爐形式建造并且類同初次豎爐1，也遵循逆流原理運行。在該二次豎爐25中，塊狀和/或球團狀的鐵礦石在一個固定床還原區(qū)27中也直接還原成海綿鐵。所述礦石進料導(dǎo)管標以數(shù)字28，海綿鐵出料裝置用29表示。
經(jīng)導(dǎo)管30從二次還原反應(yīng)器25排出的爐頂煤氣同樣經(jīng)過一個爐頂煤氣洗滌器31中凈化、冷卻，以去除粉塵顆粒并降低水蒸汽含量，此后該爐頂煤氣可以以排出氣體方式繼續(xù)傳輸以供進一步使用。
在所述爐頂煤氣洗滌器31中捕集的沉渣通過導(dǎo)管32傳輸?shù)揭粋€沉渣干燥裝置，例如一個除水設(shè)備33。
在洗滌器31捕集的沉渣的一個組成示于下表。
表1Fe2O364％FeO20％金屬鐵 8％Al2O32％SiO21％CaO1％其余*4％*各種金屬氧化物含量小于1％
脫水沉渣與干的氧化態(tài)副產(chǎn)物34，例如與礦石廢渣和鑄造粉塵混合，以便調(diào)節(jié)殘余水含量為約4％。該含水沉渣和副產(chǎn)物隨后送入一個制塊設(shè)備35中進行冷制塊。然后，通過進料導(dǎo)管3優(yōu)選與礦石4混合，所述團塊送入豎爐1中進行直接還原。
在洗滌傳輸?shù)匠醮呜Q爐1的還原氣體時在洗滌器8中得到的沉渣，傳輸?shù)揭粋€沉渣干燥裝置36，如傾析離心機，并隨同在洗滌器23中得到的沉渣，以獲得大約在35％以下的殘余含水量。
從洗滌器8和23得到的送入所述沉渣干燥設(shè)備的沉渣的化學(xué)組成示于下表2中。
表2Fe2O320％FeO6％金屬鐵 2％C 48％SiO210％Al2O36％CaO2％MgO2％其余*4％*各種金屬氧化物含量小于1％為了進一步降低殘余含水量到約20％，在所述脫水沉渣中添加煅燒石灰37作為一種粘結(jié)劑。隨后在造粒裝置38中造粒，其中任選地在所述的爐料中也加入煤粉39。
優(yōu)選將10％的該礦粒在水泥工業(yè)的廢物場處理。其余的礦粒通過傳輸裝置40和煤碳干燥裝置11送到所述的熔爐氣化器6中。
本發(fā)明通過一個特別符合生態(tài)學(xué)要求的和非常經(jīng)濟的回收工藝，其中所用的鐵可以呈氧化態(tài)或金屬態(tài)，可以行之有效地利用由兩座相互匹配的豎爐1和25直接還原得到的全部粉塵。采用本工藝，可以以一種優(yōu)選的方式開發(fā)利用所述粉塵的物質(zhì)和能量，這也同樣適用于前述出現(xiàn)的煤塵以及冶金工業(yè)中出現(xiàn)的煤塵。
權(quán)利要求
1．從含有鐵礦石(4)或金屬礦石和可任選的熔劑(5)的爐料出發(fā)，生產(chǎn)生鐵水(16)或鋼水預(yù)產(chǎn)品和海綿金屬尤其是海綿鐵的方法，其中所述的爐料優(yōu)選具有塊狀和/或球團形態(tài)，該爐料在至少一個初次直接還原區(qū)(2)中直接還原成海綿鐵，在提供含碳材料(10)和含氧氣體條件下，該海綿鐵在一個熔融氣化區(qū)(15)中熔化，同時生成了一種含有CO和H2的還原氣體，該氣體通入所述的初次還原區(qū)(2)在那里進行化學(xué)反應(yīng)，并以爐頂煤氣形成排出，此后該排出的爐頂煤氣經(jīng)洗滌后再經(jīng)去除CO2處理并可任選地加熱后，輸送到至少一個二次還原區(qū)(27)用于直接還原金屬礦石，尤其是鐵礦石(26)，其中該爐頂煤氣用作一種還原氣體，至少大致不含有CO2并在與金屬礦石反應(yīng)后作為排出氣體排出然后在洗滌器中凈化，本方法的特征在于洗滌所述的初次還原區(qū)(2)的爐頂煤氣過程中得到的沉渣要去除水分并送入熔爐氣化區(qū)(15)中，而洗滌所述二次還原區(qū)(27)的排出氣體時得到的沉渣要去除水分并送入所述的初次還原區(qū)(2)中。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于從所述初次還原區(qū)(2)得到的沉渣除水后造粒，并將這樣形成的礦粒送入熔融氣化區(qū)(15)中，而洗滌所述二次還原區(qū)(27)的爐頂煤氣時得到的沉渣除水后制塊并將這樣形成的礦團送入所述初次還原區(qū)(2)中。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于洗滌來自所述初次還原區(qū)(2)的爐頂煤氣時得到的沉渣，在經(jīng)過初次機械脫水處理后，與一種粘結(jié)劑如煅燒石灰(37)混合。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于通過添加煅燒石灰(37)，可將殘余含水量調(diào)整在約20％。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項或幾項的方法，其特征在于洗滌所述二次還原區(qū)(27)的爐頂煤氣時得到的沉渣在脫水后與干燥的氧化態(tài)副產(chǎn)物(34)混合，例如與礦石碎屑和/或鑄造粉塵混合。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于添加氧化態(tài)副產(chǎn)物(34)以使沉渣的殘余含水量達到約4％。
7．根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項或幾項的方法，其特征在于洗滌至少部分從熔融氣化區(qū)(15)中排出的還原氣體，并且在該過程中分離出來的所有沉渣和來自所述初次還原區(qū)(2)的沉渣都要進行進一步的處理。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至7項任一項或幾項，從含有鐵礦石(4,26)或金屬礦石和可任選的熔劑的爐料出發(fā)，生產(chǎn)生鐵水(16)或鋼水預(yù)產(chǎn)品和海綿金屬尤其是海綿鐵的設(shè)備，其中所述的爐料優(yōu)選地具有塊狀和/或球團形態(tài)，所述的設(shè)備包含至少一個用于還原鐵礦石(4)的初次還原反應(yīng)器(1)；一個熔爐氣化器(6)；一個輸送熔爐氣化器(6)中生成的還原氣體的進氣導(dǎo)管(7)，該導(dǎo)管將熔爐氣化器(6)與所述的初次還原反應(yīng)器(1)連接起來；一個輸送在所述的初次還原反應(yīng)器(1)中生成的還原產(chǎn)物的導(dǎo)管(21)，該導(dǎo)管將初次還原反應(yīng)器(1)與熔爐反應(yīng)器(6)連接起來；一個釋放爐頂煤氣的導(dǎo)管(22)，該導(dǎo)管從所述的初次還原反應(yīng)器(1)引出并含有一個初次洗滌器(23)；輸送含碳材料和含氧氣體的進料導(dǎo)管(9,12)，該導(dǎo)管通入熔爐氣化器(6)中；位于熔爐氣化器(6)用于出生鐵(16)和爐渣(17)的料口(18,19)，所述的設(shè)備還包含至少一個額外的還原反應(yīng)器(25)以容納金屬礦石尤其是二次鐵礦石(26)；一個通向所述的還原反應(yīng)器(25)引出的還原氣體進氣導(dǎo)管；一個裝備了洗滌器(31)從該二次還原反應(yīng)器(25)通出的釋放爐頂煤氣的導(dǎo)管(30)；以及一個用于所述的二次還原反應(yīng)器(25)中生成的還原產(chǎn)物的出料裝置(29)；同時所述的初次還原反應(yīng)器(1)的釋放爐頂煤氣的導(dǎo)管(22)通入一個CO2去除裝置(24)中，而所述的額外還原反應(yīng)器(25)的還原氣體進氣導(dǎo)管從該裝置(24)引出，并通過一個加熱裝置選擇性地通入所述額外還原反應(yīng)器(25)中；所述的設(shè)備特征在于從初級洗滌器(23)引出的一個沉渣出料導(dǎo)管通向一個沉渣干燥裝置(36)，而通過一個傳輸裝置(40,9)所述沉渣干燥裝置(36)與熔爐氣化器(6)連接，并且一個沉渣出料導(dǎo)管連通了次級洗滌器(31)和一個沉渣干燥裝置(33)，該裝置通過一個傳輸裝置與所述初次還原反應(yīng)器(1)連接。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于一個傳輸導(dǎo)管從初級洗滌器(23)的沉渣干燥裝置(36)通向一個造粒裝置(38)，并從該裝置(38)出發(fā)，一個傳輸裝置(40,9)通向所述的熔爐氣化器(6)；并且從次級洗滌器(31)的沉渣干燥裝置(33)出發(fā)，一個傳輸導(dǎo)管通向一個制塊裝置(35)，并且一個傳輸裝置從該制塊裝置(35)通向所述初次還原反應(yīng)器(1)。
10．根據(jù)權(quán)利要求8或9的設(shè)備，其特征在于在通入所述初次還原反應(yīng)器(1)的還原氣體進氣導(dǎo)管(7)中，提供一個洗滌器(8)以洗滌至少一部分所述還原氣體，一個沉渣出料導(dǎo)管從該洗滌器(8)引出后通入初級洗滌器(23)的沉渣干燥裝置(36)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用從鐵礦石(4)或另一種金屬礦石中制取的爐料生產(chǎn)生鐵水(16)和海綿金屬的方法。在上述工藝過程中,所使用的爐料在至少一個初次還原區(qū)(2)中直接還原,以形成海綿鐵,在提供含碳材料(10)和含氧氣體的條件下,該海綿鐵在一個熔融氣化區(qū)(15)中熔化,同時生成了一種含有CO和H
文檔編號C21B13/06GK1212729SQ97192778
公開日1999年3月31日 申請日期1997年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月5日
發(fā)明者G·施雷, H·格路巴克, G·羅森菲勒內(nèi) 申請人:奧地利鋼鐵聯(lián)合企業(yè)阿爾帕工業(yè)設(shè)備制造公司