CN1004282B - 生产海绵铁或生铁的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍了在还原竖炉中，用热的还原气体将铁矿石还原为海绵铁的方法。为此，将温度在７５０至９００℃范围内的还原气体送入与环形风管平面（５）相齐的炉区（１），在气体发生器（２）中生产还原气体，然后将其冷却并在旋风分离器（１２）中净化。在环风管平面（５）的下面将温度比通入环风管平面的还原气体的温度低的还原气体送入，而送入竖炉（１）的还原气体的温度最好在６５０－７５０℃之间。本方法可增加海绵铁的渗碳。通过增加体积，特别是增加竖炉下面部分的横切面积还可增加碳的分离。

Description

生产海绵铁或生铁的方法和设备
本发明所涉及的是生产海绵铁或生铁的方法及其用于该方法的设备，所说的生产方法是，在还原竖炉中用热的还原气体将铁矿石还原为海绵铁，将750-900℃之间的温度范围内的还原气体送入与环形风管平面（bustle plane）相齐的竖炉区和环形风管平面下面的炉区。
美国专利申请第4，224，057号叙述了一种从铁矿石生产海绵铁并使海绵铁增碳的方法。该方法将还原气体加热至850至950℃并将其通入竖炉中部，随后该热还原气体流过竖炉上部还原区并将大部份铁矿石还原为海绵铁。此外，再将部分冷却的含碳还原气体通入竖炉下部的冷却区使海绵铁冷却并增碳。
此方法和设备是已知的，从德国专利3034539中可以找到。在此方法中，热还原气体是在还原竖炉之下的熔化气体发生器中生产的，冷却后将还原气体经主气体入口管和经与熔化气体发生器相连接的竖炉的出口管送入所述竖炉。经此出口管送入还原气体是还原竖炉的下部分和熔化气体发生器通过输送海绵铁到气体发生器的下导管直接相连而不用阀或断开装置的必然结果。因此，就要尽一切努力通过相应地调节流阻使通过出口管输送的还原气体量比通过主入口管输送的气体量尽可能地少。将两种气流冷却到一种程度，使它们在进入还原竖炉时的温度为760至850℃。在已知方法和用于此法的设备中，没有采取特殊的措施来增加所生产的生铁或海绵铁的碳含量，但是，对于碳含量高的生铁人们常常是有兴趣的，而其先决条件是先将还原的铁矿石，即将海绵铁，进行相应的渗碳。因此本发明的任务是提供一种上述类型的方法及设备，借其可以制得富碳的海绵铁。
根据本发明的工艺方法，由于增加了海绵铁或生铁的碳含量所以解决了此问题，把环风管平面下面的还原气体的温度调整到低于与环风管平面相齐的地方送入的还原气体的温度值，较好的是，把送入环风管下面的还原气体的温度调到约为650至750℃的范围内。根据对本工艺的进一步研究，应使还原的铁矿石在环风管平面和位于环风管平面下面的还原气体入口管的平面之间的区域中的停留时间尽可能地长。此外在环风管平面下面供应的还原气体的量与同环风管平面相齐的地方供应的还原气体的量之间最好具有最大的比率。
应用实施本发明的工艺方法的设备，由于在环风管平面下面和环风管平面下面的还原气体入口的平面之间的区域中的横断面要比环风管平面上面的横断面大所以解决了此问题。优选的情况是，在环风管平面下面的、供应还原气体的管路应具有最小的阻力以及环风管平面和位于环风管平面下面的还原气体入口管的平面之间的距离要尽可能短。海绵铁的内表面增碳或附着碳是通过下述反应来进行的：
2CO……C+CO2（气体-碳和渗碳体
2CO+Fe……Fe3C+CO2的形成）
但是，在海绵铁的外表面增加或附着含碳粉尘是没有什么好处的，因为此粉尘，例如可在后面的熔化气体发生器中又被除去。升温有助于渗碳体的形成，但是其程度是有限的;在低温下通过空气-碳反应有助于C的分解。
铁矿石的还原大约在850℃的温度时发生。在这样的温度下，只能将少量的碳从还原气体中分离出来，特别是如果它的CO2含量高于3%时。因此根据本发明的过程，是一种二段控制的过程，其中首先将铁矿石在约850℃下还原，然后再将所产生的海绵铁在较低的温度，即优选的650-750℃的温度范围内进行渗碳。
下面用实施方案和附图对本发明进行更详细的途述，但是这些实施方案是不能限制本发明的，其中：
图1是用铁矿石和熔化气体发生器产生铁的设备。
图2是用铁矿石和煤-气体装置生产海绵铁的设备。
图1所示是用还原炉1和熔化氧体发生器2直接从块状铁矿石生产熔融生铁的装置图。铁矿石经入口管3送入竖炉1的上部，与此同时竖炉产生的炉顶气则经竖炉上部的出口管4排走。所供应的铁矿石的还原作用实质上是在环风管平面5上面的部分进行，在与环风管平面5相齐的地方经环绕还原竖炉1四周的入口管6送入已知组成的、优选温度为850℃的还原气体。
还原竖炉1和下面的熔化气体发生器2借助下导管7相连接，下导管7的一端连在竖炉1的底部的孔口上，而另一端连于气体发生器2的上部的孔口上，这些下导管是用来把在还原竖炉1中还原铁矿石所产生的海绵铁送入熔化气体发生器2以及用来将熔化气体发生器2中产生的还原气体送入还原竖炉1的下部区域。把熔化气体发生器2中温度约为1000℃的还原气体冷却到这样的程度，使其在进入还原竖炉1时仅约为700℃。此冷却作用是靠通入相应量的冷却气体来实现的，此冷却气体是从总管8出来后经管线9送入下导管7。
此外，管线10将气体发生器2出来的还原气与从管线11出来的冷却气按以下方式混合，即，使混合气体的温度约为850℃。用旋风分离器12从混合气中除去粉尘粒，将除尘后的混合气体在环风管平面5处输入还原竖炉1，在旋风分离器12中分离出的粉尘经管线13返回到熔化气体发生器2中。
由于送入的还原气在竖炉1的不同高度的平面上有不同的温度，所以在环形风管平面5上面的部分主要是进行还原作用，而在环风管平面5下面的部分则主要是进行海绵铁的渗碳，但是，由于碳的分离不仅取决于反应温度，而且还取决于流经下导管7送入竖炉1的还原气体的量及海绵铁在所述还原气流中的停留时间，所以相应的、选择位于环风管平面5下面的还原竖炉1部分的尺寸也会影响碳的分离。控制还原竖炉1下面部分的渗碳的另一可能性包括对两部分还原气流的流阻进行相应调节。为了使经过下导管7的气流尽可能大，可以增加旋风分离器12中的压力损失和在环形风管平面5下面的竖炉1的横切面与环形风管平面5与竖炉1的下导管7的入口之间的距离的比。必须记住的是，对含粉尘的热气体来说，不可能用调节阀来调节该部分流量。经过下导管7输入的还原气体的量与在环形风管平面5输入的还原气体的量的比介于0.1至0.5之间，而其优选的值为0.3。选择输入环形风管平面5的还原气体的流阻，使其相当于10和100毫巴之间的压力降。
还原的铁在环形风管平面5和还原竖炉底部的下导管7的入口之间的炉区的停留时间介于1至4小时之间，而优选的值则为约3小时。借助把环形风管平面5和下导管7进入竖炉处的平面之间的还原竖炉1的体积增加到最大值，即可使海绵铁在从下导管7上升的还原气流中的停留时间增加。必须记住的是，如果增加环形风管平面5与下导管7进入竖炉1处的平面之间的距离，虽然可相应地增加所说区域的体积，但是上升还原气流的流阻也增加了，还原气体的量也就相应地减少。由于增加环形风管平面5下面的还原竖炉的横切面积即可解决此问题，所以增加竖炉1的从环风管平面5到下导管7进入竖炉处的平面之间的所述炉区的体积便可得到恒定的流阻。因此有必要对这部分的炉区寻求一个最大的体积，而与此同时在环风管平面5和下面的还原气体入口之间的炉区又要有一最小的间距。环形风管平面5和竖炉1底部下导管7的入口之间的距离与所述竖炉在此炉区的直径的比（H/F）的优选值介于0.5和1.0之间。通过相应地选择导管的横切面的尺寸和增加环形风管平面5的压力损失是控制流阻的另一办法。
在图2的设备中，与图1的设备相应的那些部分中用同样的编号。这两个设备的主要差别是图2的设备中用一套煤-气体装置14来代替熔化气体发生器。按本来已知的情况，设备14用煤和氧生产出还原竖炉1所需要的还原气体。由于此还原气体在离开设备14时的温度约为1500℃，所以要将它先在废热系统15中冷却到1000℃。然后将其分成两股气流，一股气流与管线11输入的冷的气体混合，在冷却到850℃以后经管线10送入还原竖炉1，而其中的粉尘在与环形风管平面5相齐的除尘设备16中除去;另一股还原气流与管线9输入的冷的气体混合降温到700℃以后输入还原竖炉1的底部炉区。海绵铁排卸口与竖炉底部炉区的还原气体入口是分开的。在此情况中，在位于环形风管平面5下面的炉区中，竖炉1具有比上部炉区更大的横切面。因此，按照图1中的设备所用的同样方法，海绵铁可在此炉区中进行渗碳。

Claims (14)

1、从铁矿石生产海绵铁或生铁的方法，在还原竖炉（1）中，用热的还原气体将铁矿石还原为海绵铁，于750-900℃之间的温度下将热的还原气体送入与环形风管平面（5）相齐的竖炉炉区中及由底部送入环形风管平面下面的炉区中，为了增加海绵铁或生铁的碳含量，将输入环形风管平面（5）下面的炉区的还原气体的温度控制在输入所说的与环形风管平面（5）相齐的炉区的还原气体的温度值之下，其特征在于：
（1）由管道（7）输入环形风管平面（5）下面的炉区的还原气体的温度控制在650-750℃，将环形风管平面的温度控制在高于上述温度或850℃;
（2）经还原的铁矿石在环形风管平面（5）和位于环形风管平面（5）下面的还原气体入口管之间的炉区中的停留时间介于1-4小时之间;
（3）在环形风管平面（5）下面的由管道（7）输入的还原气体量与同环形风管平面（5）相齐处送入炉区的还原气体量之比介于0.1和0.5之间。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于：经还原的铁矿石在环形风管平面（5）和位于环形风管平面（5）下面的还原气体入口管之间的炉区中的停留时间的优选值约为3小时。
3、根据权利要求1的方法，其特征在于：在环形风管平面（5）下面输入的还原气体的量与同环形风管平面（5）相齐处送入炉区的还原气体量之比的优选值为0.3。
4、根据权利要求1至3中一项权利要求的方法，其特征在于：与冷的气体混合后将还原气体直接从环形风管平面（5）之下的气体发生器（2，14）中输入竖炉（1）。
5、根据权利要求4的方法，其特征在于：在混合冷的气体后，将从气体发生器（2）出来的还原气体经过旋风分离器（12）送入与环形风管平面（5）相齐的竖炉（1）的炉区。
6、一种从铁矿石生产海绵铁或生铁，并使海绵铁增碳的设备，其特征在于：在介于环形风管平面（5）和环形风管平面（5）下面的还原气体入口之间的炉区中，竖炉（1）的横截面要比在环形风管平面（5）之上的横截面大。
7、根据权利要求6的设备，其特征在于：向竖炉（1）供应还原气体的管线（7，10）与在每种场合控制所需还原气体温度的冷气体总管（8）相通。
8、根据权利要求7的设备，其特征在于：向环形风管平面（5）供应还原气体的管线通道（10，12）具有相当于10至100毫巴范围的压力降的阻力。
9、根据权利要求8的设备，其特征在于：环形风管平面（5）和环形风管平面（5）下面的还原气体入口之间的间距同所说的炉区的竖炉（1）的直径之比介于0.5和1.0之间。
10、根据权利要求6至9中一项权利要求的设备，其特征在于：用于生产还原气体的气体发生器为一套熔化气体发生器（2），介于竖炉（1）和熔化气体发生器（2）之间输送海绵铁的下导管（7）向环形风管平面（5）下面的炉区供应还原气体。
11、根据权利要求6至9中一项权利要求的设备，其特征在于：用以生产还原气体的气体发生器为煤-气体装置（14）。
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