專利名稱：生產(chǎn)熱金屬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)生鐵水的方法，其原料由優(yōu)選為塊狀和/或球團(tuán)狀的鐵礦石和必要時(shí)的添加劑構(gòu)成，添加劑優(yōu)選為石灰石和/或白云石，并且該原材料在還原區(qū)被還原為海綿鐵，該海綿鐵在添加了固體載碳體和含氧氣體的條件下在熔融/氣化區(qū)被熔化以獲得生鐵水，并且至少被部分地引入還原區(qū)的還原氣體在其中轉(zhuǎn)化為爐頂煤氣且被排出，而且形成了爐渣。本發(fā)明還涉及實(shí)施該方法的設(shè)備。
由DE PS 35 03 493已知這樣的一種方法。在這種方法中，提供一臺(tái)直接還原的豎爐，同鐵礦石一起加入載碳體，該載碳體至少部分地對(duì)還原氣體中已被鐵礦石的還原所氧化了的那些組分進(jìn)行再還原。這種方法的意圖一方面是防止鐵礦石顆粒和/或海綿鐵顆粒的結(jié)塊，但主要是改善熔融氣化爐的熱平衡，因此其在直接還原豎爐方面的效果在于減少了含CO和H2的氣體量且從而減少了還原氣體量。
然而，在直接還原的豎爐中還原氣體量的減少不再是最新成就。由熔融氣化爐和直接還原的豎爐組成的系統(tǒng)的顯著經(jīng)濟(jì)價(jià)值歸因于從直接還原的豎爐中排出的爐頂煤氣可以(必要時(shí)在經(jīng)過(guò)氣體洗滌之后)再度用作還原氣體和/或可加熱利用的氣體。因此還原氣體量的減少也削弱了這樣一種方法的經(jīng)濟(jì)效益。
在某些鐵礦石的還原中，產(chǎn)生這樣的問(wèn)題，即裝填在原料床中的每噸礦石的空隙體積并不足以使為礦石通過(guò)還原豎爐還原所需要的還原氣體量通過(guò)。這可能有許多原因高體積密度，或小的礦石平均顆粒尺寸，粗的顆粒尺寸分布或大的細(xì)粒比例，或者在還原過(guò)程中礦石顆?；驁F(tuán)粒顯著的顆粒碎裂，或由于機(jī)械應(yīng)力所致。所述空隙體積在這里理解為原料床中的空洞體積。非常小的空隙體積導(dǎo)致海綿鐵的不充分的和/或波動(dòng)的金屬化，這是由于，除了非常小的還原氣體量以外，氣體在還原豎爐內(nèi)部的分布也是不均勻的。事實(shí)上，通道可以形成在原料床內(nèi)部，還原氣體優(yōu)選流入其中，而其他的區(qū)域得到的流入氣體不再是充分的，或根本沒(méi)有氣體流入。
此外，不均勻的氣體分布還導(dǎo)致原料床中不均勻的溫度分布，這對(duì)包含在原料中的添加劑、例如石灰石和/或白云石的煅燒產(chǎn)生負(fù)面影響。由于在直接還原的豎爐中沒(méi)有達(dá)到金屬化和/或煅燒。這些必須最后在熔融一氣化爐中來(lái)完成，這也導(dǎo)致熔融一氣化爐的熔融性能降低并且導(dǎo)致其生產(chǎn)不是完全穩(wěn)定的。
歐洲專利EP 0623684A公開(kāi)了一種方法，其中將含有煤粉和以金屬形式與氧化物形式存在的鐵的廢料和殘?jiān)凑账鼈兊慕M成分別收集和聚集成三類，第一類主要包含氧化物形式的鐵，第二類主要包含金屬形式的鐵，而第三類主要包含碳素物。它們的利用是通過(guò)將第一類物質(zhì)供給至還原區(qū)而將第二和第三類物質(zhì)供給至熔融氣化區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
然而，特別是在還原區(qū)中采用含有氧化鐵的聚集塊不是一種用于增加原料床中的空隙度的適用的方法，因?yàn)檫@些聚集塊往往導(dǎo)致顆粒碎裂并且具有非常低的機(jī)械穩(wěn)定性。
本發(fā)明的目的是提供一種方法，其中與技術(shù)現(xiàn)狀相比增加了的還原氣體量能夠通過(guò)還原豎爐，并且由于已使氣體更為均勻地分布，海綿鐵和添加劑的金屬化和煅燒程度都增加了并更為均勻。
按照本發(fā)明，這個(gè)目的以這樣的方式達(dá)到，即還與原料一起向還原區(qū)供給另外的塊狀添加劑，這些添加劑在還原區(qū)的反應(yīng)條件下基本上是惰性的。
對(duì)此，“惰性的”應(yīng)理解為基本上是化學(xué)惰性，也就是說(shuō)該另外的添加劑與還原氣體起化學(xué)反應(yīng)而對(duì)原料只有微不足道的或根本沒(méi)有反應(yīng)。而且，“惰性的”還應(yīng)理解為是基本上完全耐熱應(yīng)力和耐機(jī)械應(yīng)力的。然而，少量的氣體如CO2和/或H2O的排出是可能的。因此，另外的添加劑并不會(huì)遭受由于在向還原區(qū)引入時(shí)發(fā)生的沖擊式加熱或者由于在進(jìn)一步的反應(yīng)過(guò)程中位于添加劑上面的原料床其余部分而引起的顆粒碎裂或者增大的腐蝕。
所述另外的添加劑基本上不變地移過(guò)還原區(qū)。原料床中每噸礦石的空隙體積由于加入了惰性的塊狀添加劑而被增大了。
按照本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，可以將增大的還原氣體量從熔融氣化區(qū)通過(guò)還原區(qū)。還原氣體量此時(shí)比為還原鐵礦石所需要的量大了約5至50％，優(yōu)選為20至40％。由于增大了空隙體積，原料床內(nèi)通道的形成和結(jié)塊的情況也減少了，因此使氣體的分布更為均勻，而且結(jié)果是整體上提高了原料的金屬化和煅燒并使之更為均勻。
有利地是，所采用的另外的添加劑為焦炭和/或爐渣組分的載體，焦炭在反應(yīng)條件下基本上是惰性的，爐渣的主要組分是CaO和/或MgO和/或SiO2和/或Al2O3。
盡管在上述技術(shù)現(xiàn)狀中顯然要求裝填于直接還原的豎爐中的焦炭至少部分地與還原氣體起化學(xué)反應(yīng)，但在這種情況下卻不需要，因?yàn)榱硗獾奶砑觿┑钠骄w粒尺寸在通過(guò)還原區(qū)的過(guò)程中不會(huì)改變。本發(fā)明所采用的這樣一種焦炭例如在通過(guò)一層薄的灰分層時(shí)被變成惰性的。同樣在本發(fā)明采用的爐渣組分載體的情況中，并不存在與原料或還原氣體起化學(xué)反應(yīng)的問(wèn)題。
按照一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，采用來(lái)自煉鋼轉(zhuǎn)爐和/或高爐和/或電爐和/或來(lái)自熔融氣化區(qū)的石英和/或爐渣作為另外的添加劑。
除了這些材料對(duì)本發(fā)明方法有很好的適用性之外，采用爐渣還能至少部分地利用在煉鐵和煉鋼工業(yè)中產(chǎn)生的爐渣。迄今為止，這些爐渣一般是被丟棄，最好也不過(guò)是另外應(yīng)用于建筑材料工業(yè)中。
因此，采用來(lái)自煉鋼轉(zhuǎn)爐、特別是來(lái)自通過(guò)氧氣頂吹(LD)法操作的煉鋼轉(zhuǎn)爐的爐渣是特別優(yōu)選的。這些爐渣具有特別低的含磷量并因此不會(huì)使任何磷附加地引入與還原區(qū)相鄰的熔融氣化區(qū)。
有利地是，另外的添加劑的平均顆粒尺寸為6至40mm，優(yōu)選為10至25mm。這個(gè)范圍的顆粒尺寸基本上相當(dāng)于剩余原料的顆粒尺寸并因此能使其增大原料床的透氣性且使透氣性更為均勻。
按照本發(fā)明方法的另一有利的實(shí)施方案，另外的添加劑的體積占供給還原區(qū)的全部材料總體積的5至30％，優(yōu)選為5至20％。在這個(gè)范圍內(nèi)，還原區(qū)中的原料床具有最佳的透氣性，最佳的原料金屬化和/或煅燒的程度，還原區(qū)可達(dá)到的最佳的還原性能以及熔融氣化區(qū)的最佳的熔融性能。
本發(fā)明還涉及實(shí)施一種方法的設(shè)備，該方法用于由優(yōu)選為塊狀和/或球團(tuán)狀鐵礦石和必要時(shí)的添加劑構(gòu)成的原料來(lái)生產(chǎn)生鐵水，添加劑優(yōu)選為石灰石和/或白云石，該設(shè)備包括一個(gè)用于鐵礦石的還原反應(yīng)器，一個(gè)熔融-氣化爐，一個(gè)將熔融氣化爐連接至還原反應(yīng)器的供給管道、該管道用于輸送在熔融氣化爐中形成的還原氣體，一個(gè)或多個(gè)將還原反應(yīng)器連接至熔融-氣化爐的輸送管線、該輸送管線用于輸送在還原反應(yīng)器中形成的還原產(chǎn)物，一始自還原反應(yīng)器的爐頂煤氣排出管道，一個(gè)用于將載碳體引入熔融氣化爐的供給管道，和用于將含氧氣體引入熔融氣化爐的供給管道，以及一個(gè)設(shè)置在熔融氣化爐上的用于生鐵和爐渣的流出口。
這樣一種設(shè)備的特征在于用于添加另外的塊狀添加劑的裝填裝置設(shè)置在還原反應(yīng)器上，這些塊狀添加劑在還原反應(yīng)器中通行的反應(yīng)條件下基本上是惰性的。
按照一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，用于控制由還原反應(yīng)器排出的爐頂煤氣容積流量的裝置設(shè)置在爐頂煤氣排出管中。這些裝置可以設(shè)計(jì)成例如一個(gè)可調(diào)節(jié)的閥門(mén)。借助對(duì)爐頂煤氣容積流量的調(diào)節(jié)，同時(shí)也調(diào)節(jié)了按照本發(fā)明增加的進(jìn)入還原反應(yīng)器的還原氣體的容積流量。
有利地是，一排出管由將熔融-氣化爐連接至還原反應(yīng)器的還原氣體供給管道分支出來(lái)，并且通過(guò)它排出未供入還原反應(yīng)器中的那部分還原氣體。優(yōu)選地，一壓力調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在這個(gè)排出管中，該裝置通常預(yù)設(shè)到一限定的壓力，以便當(dāng)超過(guò)這個(gè)壓力時(shí)從系統(tǒng)中排出還原氣體。
有利地是，用于另外的添加劑的裝填裝置包括一稱量裝置，借助該裝置可調(diào)節(jié)其相對(duì)于剩余原料所要求的定量比率。
以下參照一示例性的實(shí)施方案更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的方法豎爐中的原料(沒(méi)有惰性材料)礦石150噸/小時(shí)石灰石15噸/小時(shí)白云石10噸/小時(shí)還原氣體157000m3/小時(shí)空隙度約45％海綿鐵的金屬化程度約80％添加劑的煅燒程度約80％導(dǎo)出的特性工藝數(shù)據(jù)還原氣體/m3裝料約2050m3還原氣體/噸礦石或球團(tuán)礦約1050m3豎爐中的原料(具有惰性材料)礦石140噸/小時(shí)白云石5.5噸/小時(shí)氧氣項(xiàng)吹轉(zhuǎn)爐(LD)爐渣28.5噸/小時(shí)還原氣體166000m3/小時(shí)空隙度約45％海綿鐵的金屬化程度＞90％添加劑的煅燒程度＞85％導(dǎo)出的特性工藝數(shù)據(jù)還原氣體/m3裝料約2050m3還原氣體/噸礦石或顆粒約1180m3，具體地說(shuō)增加了約12％的氣體在各個(gè)情況下氣體容積系統(tǒng)意指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，也就是說(shuō)273.15K和101325Pa。
以下參照示于

圖1中的示例性實(shí)施方案更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，該圖示意地表示用于實(shí)施本發(fā)明方法的設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案。
包含如礦石4等氧化鐵(必要時(shí)加入如石灰石和/或白云石等未煅燒的添加劑5)的塊狀原料從上部經(jīng)由供給管道3裝入設(shè)計(jì)成豎爐1的還原反應(yīng)器中，也就是說(shuō)裝入其還原區(qū)2。豎爐1連接于熔融-氣化爐6，其中由載碳體和含氧氣體產(chǎn)生還原氣體，該還原氣體經(jīng)由供給管道7輸入豎爐1并經(jīng)過(guò)后者逆流流向原料4、5。
此外，另外的添加劑8借助裝填裝置9引入還原反應(yīng)器1。裝填裝置配備有稱量裝置，借助稱量裝置可調(diào)節(jié)另外的添加劑8相對(duì)于原料4、5的定量比率或體積比率。
熔融氣化爐6具有用于固體塊狀載碳體的供給管道10和用于含氧氣體的供給管道12。在熔融氣化爐6中，生鐵水14和爐渣15匯集在熔融-氣化區(qū)13的下部并經(jīng)由排出口16排出。
在豎爐1的還原區(qū)2中被部分或全部還原成海綿鐵的原料4、5經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)輸送管線17例如借助螺旋輸送機(jī)被送入熔融氣化爐6。豎爐1的上部鄰接有用于在還原區(qū)2中形成的爐頂煤氣的排出管道18．爐頂煤氣排出管道18包括裝置19，例如一可調(diào)節(jié)的閥門(mén)，用以調(diào)節(jié)排離豎爐1的爐頂煤氣的容積流量。設(shè)置在爐頂煤氣排出管道18中的裝置19還調(diào)節(jié)經(jīng)由還原氣體供給管道7引入豎爐1中的還原氣體的體積。
從還原氣體供給管道7分支出排出管道20，通過(guò)管道20排出未進(jìn)入還原反應(yīng)器1的還原氣體。排出管道20可以包括一壓力調(diào)節(jié)裝置21。壓力調(diào)節(jié)裝置21通常預(yù)設(shè)到一限定的壓力，以便當(dāng)超過(guò)這個(gè)壓力時(shí)將還原氣體排離系統(tǒng)。
輸入豎爐1的還原氣體的容積通過(guò)壓力調(diào)節(jié)裝置21和用于調(diào)節(jié)容積流量的裝置19互相配合來(lái)加以控制。
本發(fā)明不限于圖1中所示的示例性實(shí)施方案，而且包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的、能夠用來(lái)實(shí)施本發(fā)明的全部裝置。
權(quán)利要求
1．生產(chǎn)生鐵水的方法，其原料由優(yōu)選為塊狀和/或球團(tuán)狀的鐵礦石和必要時(shí)的添加劑構(gòu)成，添加劑優(yōu)選為石灰石和/或白云石，該原料在還原區(qū)被還原為海綿鐵，該海綿鐵在添加了固體載碳體和含氧氣體的條件下在熔融-氣化區(qū)被熔化以獲得生鐵水，并且至少被部分地引入還原區(qū)的還原氣體在其中轉(zhuǎn)化為爐頂煤氣且被排出，而且形成爐渣，其特征在于，還與原料一起向還原區(qū)供給另外的塊狀添加劑，這些添加劑在還原區(qū)的反應(yīng)條件下基本上是惰性的。
2．按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，引入還原區(qū)的還原氣體量與還原鐵礦石所需要的量相比大了約5至50％，優(yōu)選20至40％。
3．按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所采用的另外的添加劑為焦炭和/或爐渣組分的載體，焦炭在反應(yīng)條件下基本上是惰性的，爐渣的主要組分是CaO和/或MgO和/或SiO2和/或Al2O3。
4．按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所采用的另外的添加劑是來(lái)自煉鋼轉(zhuǎn)爐和/或高爐和/或電爐和/或來(lái)自熔融氣化區(qū)的石英和/或爐渣。
5．按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，所采用的另外的添加劑是來(lái)自煉鋼轉(zhuǎn)爐、特別是來(lái)自通過(guò)LD法操作的煉鋼轉(zhuǎn)爐的爐渣。
6．按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，另外的添加劑的平均顆粒尺寸為6至40mm，優(yōu)選為10至25mm。
7．按照權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)方法，其特征在于，另外的添加劑的體積占供給至還原區(qū)的全部材料總體積的5至30％，優(yōu)選為5至20％。
8．用于由原料(4，5)生產(chǎn)生鐵水的設(shè)備，其原料(4，5)由優(yōu)選為塊狀和/或球團(tuán)狀鐵礦石(4)和必要時(shí)的添加劑(5)構(gòu)成，添加劑優(yōu)選為石灰石和/或白云石，該設(shè)備包括一個(gè)用于鐵礦石的還原反應(yīng)器(1)，一個(gè)熔融氣化爐(6)、一個(gè)將熔融氣化爐(6)連接至還原反應(yīng)器(1)的供給管道(7)、該管道用于輸送在熔融氣化爐(6)中形成的還原氣體，一個(gè)或多個(gè)將還原反應(yīng)器(1)連接至熔融氣化爐(6)的輸送管線(17)、該輸送管線用于輸送在還原反應(yīng)器中形成的還原產(chǎn)物，一始自還原反應(yīng)器(1)的爐頂煤氣排出管道(18)，一個(gè)用于將載碳體(11)引入熔融氣化爐(6)的供給管道(10)，和用于將含氧氣體引入熔融氣化爐(6)的供給管道(12)，以及一個(gè)設(shè)置在熔融氣化爐上的用于生鐵(14)和爐渣(15)的流出口(16)，其特征在于，用于添加另外的塊狀添加劑(8)的裝填裝置(9)設(shè)置在還原反應(yīng)器(1)上，這些塊狀添加劑在還原反應(yīng)器(1)中通行的反應(yīng)條件下基本上是惰性的。
9．按照權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于，用于對(duì)排離還原反應(yīng)器(1)的爐頂煤氣的容積流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置(19)設(shè)置在爐頂煤氣排出管道中。
10．按照權(quán)利要求8或9的設(shè)備，其特征在于排出管道(20)從還原氣體供給管道(7)分支出來(lái)。
11．按照權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于在排出管道(20)中設(shè)有壓力調(diào)節(jié)裝置(21)。
12．按照權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于用于另外的添加劑(8)的裝填裝置(9)包括一稱量裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)生鐵水的方法,其原料由優(yōu)選為塊狀和/或球團(tuán)狀的鐵礦石和必要時(shí)的添加劑構(gòu)成,添加劑優(yōu)選為石灰石和/或白云石,該原料在還原區(qū)被還原為海綿鐵。該海綿鐵在添加了固體載碳體和含氧氣體的條件下在熔融氣化區(qū)被熔化以獲得生鐵水,并且生成了還原氣體和爐渣。還原氣體至少被部分地引入還原區(qū),在此反應(yīng)生成爐頂煤氣且被排出。本發(fā)明還涉及實(shí)施該方法的設(shè)備。
文檔編號(hào)C21B13/14GK1285880SQ98813116
公開(kāi)日2001年2月28日 申請(qǐng)日期1998年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月15日
發(fā)明者P·扎赫蒂, J·烏爾姆, J·斯托金格, H·米澤利 申請(qǐng)人:沃斯特－阿爾派因工業(yè)設(shè)備制造有限公司