CN1009373B - 由含铁氧化物材料生产粗铁并造气的方法以及实施该方法的工厂设备 - Google Patents

Abstract

由含铁氧化物的材料生产粗铁的方法，此法包括：至少在一台反应器即终还原反应器(2)的熔铁池内加入氧化铁、煤、氧和造渣剂以最终还原铁氧化物；在预还原工序(1)预还原大部分未还原的铁氧化物，并将预还原的铁氧化物加入反应器；产生供预还原过程用的还原气体(17)。本方法的特点是还原气体是由单独的发生过程在至少一个反应器(3)中产生。本发明还涉及实施此方法的工厂设备。

Description

本发明所涉及的是一种由含铁氧化物材料生产粗铁并造气的方法。

本发明还涉及实施该方法的工厂设备。

从瑞典专利No7706876-5的说明书中可知有一种产生气体并又与之相关地产生一定数量粗铁的反应器。在这份瑞典专利说明书中叙述了一种生产基本上是一氧化碳（Co）和氢气（H₂）的气态混合物的方法，该混合物是由含有一定数量的水的煤生产出来的。当实施这一已知方法时，将按化学计算的、相对于喷入熔池的氧化铁中的氧是过量的煤喷入金属熔池，与此同时喷入气态的氧以便氧化过量的煤，这样，该方法虽然是涉及造气，但也生产出数量可观的铁。

在瑞典专利说明书No8103201-3中也述及一种煤的气化方法，在其中使用了一种反应器。根据这份专利说明书，煤、氧气和铁的氧化物也被加入到反应容器中，而铁的氧化物构成了冷却介质。煤与喷入熔池的氧气量成比例地按化学计算得出的数量加入熔池。根据这项专利叙述的发明，设有一种在超压下工作的反应器，从而可以生产出多得多的气体，因为与普遍采用常压时相比，可以引入相对于熔池尺寸是数量更多的煤和氧气，根据该说明书可知，该发明的主要目的是提高气体的产量。

这样，上述的涉及到造气工艺的专利说明书的目的是生产出尽可能多的气体。将含铁的材料也喷入熔池这一事实是不难理解的，因为希望能更换熔池，以在一定的意义上防止熔池被煤所带入的杂质过分地污染。

瑞典专利说明书No8301159-3中叙述了一种制备粗铁的方法，其中，煤中所含的能量被最大限度的利用。当煤被最大限度地利用时，这意味着在 实质上只有二氧化碳（CO₂）和水蒸气（H₂O）从这过程中引出，而在此工艺中加入了尽可能少的煤。该专利说明书由此又叙述了一种由铁精矿生产粗铁的方法，在此方法中铁精矿、煤、氧气和造渣剂被喷入存在于反应器中的铁熔池的表面之下。并且在此方法中，使存在于气体中的CO₂和Co的比值被提高到大于它们在相应于常压下的平衡状态下的比值，从而使在熔池中的给定数量的煤就发出了更多的热，并且在此方法中加入到这一体系中的煤的量是按其中的铁精矿的量而预定的，并且对在反应器中终还原已被预还原的铁精矿是充足的，而且在此方法中，废气中的CO和H₂被导入预还原工序，在其中未还原的铁精矿被预还原，此后这样的铁精矿被加入到反应器中。铁精矿在预还原工序中被局部地还原，以达到对于在反应器中进行终还原被认为是最佳的程度。

当应用瑞典专利说明书No8301159-3中所公开的制铁技术时，必须在反应器的各条件之间创立一个平衡以便生产出粗铁和气体。这些条件如温度和原材料，无论是就制铁或造气而言都不是最佳的，只不过是一种折衷的结果。被热平衡和用于上述的预还原过程的还原性气体的利用而言就出现了一些问题。因此必须保证有一个耗能气体的净化过程，为的是使CO/H₂含量适用于预还原工艺，而同时从还原性气体中排除CO₂和H₂O。

本发明是基于对这样一个问题的了解，由于这一问题，按照瑞典专利说明书No8301159-3的技术的实施受到了阻碍，并且本发明用的是下述的，在基本的制铁工艺结构中以完全不同的步骤来生产粗铁的知识。这个保证粗铁在极佳的条件下被制出的方法，就工艺技术和产品二者而言，能以特别高的灵活性适应经常产生的补充条件。

这样，本发明涉及到一种含铁的氧化物材料制造粗铁的方法，在该方法中通过将铁的氧化物、煤、氧气和造渣剂加入到至少一个用于铁的氧化物终还原的反应容器（终还原反应器）的金属熔池中，把铁的氧化物终还原。在该方法中大部分的未还原的铁的氧化物在预还原工序中被预还原，并且在此之后被加到该（终还原）反应器中，而且，产生出一种用于所说的预还原过程的还原性气体。

该方法的显著的特点是：用于预还原工序的气体是在至少一台与一个或多个与终还原反应器分开的单独反应器，即气体发生器中单独进行的气体发生工艺产生出来的。

该发明还涉及一套自含铁氧化物材料中生产粗铁的工厂设备，它包括至少一台反应容器，即最终还原反应器，在其中通过将铁的氧化物、煤、氧气和造渣剂加入到存在于反应器中的铁的熔池的表面使铁的氧化物被终还原。这里还有一个预还原工序，在其中大部分的未还原的铁的氧化物用来被预还原，这种在经所说的预还原工序之后的铁的氧化物是打算用来在最终还原反应器中被终还原的，所说的工业设备还包括为进行预还原工艺而设的还原气体发生装置。

这一工厂设备的特点在于：有至少一台单独的反应器，即一台为单独产生用于预还原工艺的还原气体发生器，这个发生器与一个或多个终还原反应器相分开，而预还原气体是以在本质上基本是以已知的方法产生的，这一工厂设备的特点还在于：把大部分的煤和氧气加到金属熔池的表面，最好是加到存在于一个或多个反应器中的铁熔池的表面。

现在，该发明将通过参考一个与之有关的举例用的实施例和附图而被更详细地描述，这唯一的一幅附图是用来图解明本发明的工艺过程的方块图。

在图1中展示了一个预还原工序1，一个终还原工序2和气体产生工序3。该预还原工序1可以包括一个二层的或三层的流态化床，铁精矿以预热过的铁精矿或微型球团粒的形式被连续不断地加到流态化床上，所说的预热温度，比如可以是250℃，预热是在一个预热装置中进行的（图中未示出）。当需要时，煤或焦炭还可以与所加入的材料相混合。一部分给定的出自预还原工序的气体可以穿过除尘器，如旋风除尘器后返回到还原装置中去。这股气体以箭头4示于图1，并且其中含有CO、CO₂、H₂和H₂O。

如箭头6所示，经预还原后的铁精矿被导入终还原工序2。在此之前也可任选地经过一个中间储存装置。

最终反应工序设有至少一个以陶瓷材料为衬的反应器，其中含有一个含碳的铁熔池，含碳量适量地超过1%，而温度为1300-1600℃。经预还原后的铁精矿6，煤7、氧气（O₂）8和造淹剂（如CaO）9被加入反应器。这些材料最好通过安装在反应器下部的喷嘴加进去。然而，经预还原后的铁 精矿可以通过安装在熔池表面之上的，或是在所谓的渣线上的喷嘴交替地加入。在终还原工序2中形成的粗铁11和熔渣12可以以已知的方式连续地或间断地流出。

造气工序3至少包括一台衬以陶瓷的反应器。该反应器中主要加入煤7′，氧气8′和冷却剂9′。而气化可以以适当的方式进行。气体还可以基本上按瑞典专利说明书No.7706876-5和8103201-3的方式生产。在这种情况下，气体产生工序3中设有至少一台衬以陶瓷的反应器，它盛有一个含碳的铁熔池，碳含量适量地超过1%，而温度为1300～1600℃。以铁的氧化物的形态存在的氧，以及氧气以按照化学计算的，与煤成比例的量加入熔池。在这种情况下的主要目的是获得还原气体-CO和H₂的混合物。不必自此气体中排除二氧化碳，如图1中的箭头17所示，该气体可以在任选地通过气体净化工序18以除去其中所含的粉尘之后再加入到预还原工序1，以用于预还原过程。

从上所述，根据本发明的方式的基础原理可以在大致的程度上被理解。然而，由于该气体产生工序和终还原工序构成的工序步骤，尤其是就其生成能力、粗铁和气体的生产方面有极大的灵活性，所以可以想象出大量的、适应于不同的补充条件的变型。

可以想象，在大多数的情况下最好使产自终还原器2的废气13高度氧气，如氧化程度大于5%，而低于100%，最好是在10～90%之间，从而使产生的气体进行所谓二次燃烧。氧气程度的定义如下：

因此，零氧化时气体由CO和H₂组成，当O·D·为100%时，气体由CO₂和H₂O组成。

CO和H₂燃烧成CO₂和H₂O发生在二次燃烧过程中。这样，保持着一个高的氧化程度，产生于终还原器2的还原性气体中所含的能量就被利用了。通过在反应器的上部，在熔池的表面之上借助于适宜的氧化技术，如以熔池吸收来自过热气体中的热量的方式燃烧来自终还原反应器的废气，可使废气中所含的能量得到最大限度的利用。

相应地，在大多数情况下，在气体发生工序3中导致一个如此之低的，如低到10%以下的氧化程度，以致不必净化其中含有二氧化碳的已产生的还原气体17可能是最可取的。

出于使工艺过程最佳化的目的，煤的组分和/或所使用的氧气的含氧量和/或所施加的温度对于终还原工序和单独的造气工序可以是彼此有区别的。这样，在终还原工序中，煤组分中的含硫量适宜地大大地低于在单独的造气工序中所使用的煤组分中的硫含量。这就使从终还原工序所得到的粗铁的脱硫的必要性降低到一个低水平，这样也可以使在终还原工序中的出铁温度保持在一个低于在一种单独除硫工序中所进行的综合提取硫时所必需的温度。在大多数情况下，在造气工序中允许有高的硫含量。这样，用这种方法，在总的过程中选择最优的硫的负荷是可能的。

根据本发明的方法的一个可以想见的变型是这样的：在其中，为了达到最大的粗铁和还原性气体的产量，把含铁料，如铁精矿和预还原材料在终还原工序和单独的造气工序之间分摊。

当输送产生于造气工序3的还原性气体时，具有各种的可能性是可以想见的。例如，当把还原性气体输送到预还原工序时，它的温度可高可低，比如基本上低至室温，并且可以去除粉尘，或者视情况而不去除。

终还原工序和/或单独的造气工序可以在常压下进行或在高于常压的压力下进行。在高于常压的压力下，反应器1和3中之一，或是其二者被导致于总压力低于10⁷Pa，最好是10⁵～10⁶Pa下工作。

按照本发明的各个反应容器最好被赋与与在该发扬容器中所进行的工艺过程相适应的形状结构设计。这样，在合适的情况下，一台用于终还原工序的反应器最好这样构成，即使之适于气体在熔池的表面上燃烧，并且适于利用在气体燃烧过程中所释放出来的能量。在这方面，反应器在熔池表面之上的部位不应立即具有明显的锥状外形。在这方面，在某些反应器的结构中，它的壁可以加以冷却。在适宜的情况下，在其中进行单独的造气过程的反应器可以构成相当深的熔池。

正如从上文中所理解的那样，本发明与现有技术相比，称得上是具有值得注意的优点的。例如， （1）造气过程和粗铁生产过程彼此不相依赖。（2）还原性气体可被赋与低的二氧化碳含量，而不必使用耗能的和需要投资的气体的净化过程。（3）在终还原工序中煤的需要量可以减少，结果导致高的生产率和降低由与含硫杂质有关的负担。（4）由于分别地产生气体和粗铁，该工艺过程就变得更加适合于应用。（5）各个反应器的形状可以进行优化选择，而反应器的内衬的损耗可以通过使用最优条件（如在反应工艺骤中的温度和熔渣组分）而减少。

虽然本发明只是通过参考经过选择的一个举例性的实施例在上文中加以叙述，然而可以理解的是，在本发明思想的范围内的其它的实施例和不大的改进是可以想见的。

例如，为了使反应器的壁克服主要是由于高温而引起的应力，那么在反应器或终还原过程的结构设计上的一些变型是可以想见的，所说的高温是为了达到高的氧化程度而大量进行二次燃烧时产生的。

在上文中已提到了水冷却。然而加入一个部件以形成保护反应器壁的屏蔽是可能的。可以使溶渣沸腾起来而提供屏蔽效应，其方法是通过在反应器中的熔池之上的中心部位燃烧气体。使熔池和熔渣转动以致使熔融金属和熔池沿反应器壁蠕升也可以想见是可能的。

从上文中明显地看出着眼于各种补充条件的一些不同的变型是可以想见的。例如，来自于单独造气工序的气体可以用于除预还原目的之外的其它目的。由于造气工序与终还原工序相分开，根据本发明的工艺流程可以有利地连续地进行。来自终还原反应器2的气体还可以被导入气体发生器3以便再生。

本发明不限于上面所述的和图解的实施例，而且可以在后面的权利要求的范围内作出各种修改。

Claims (10)

1、由含铁氧化物材料生产粗铁的方法，该方法包括通过往存在于至少一个用于终还原所说的铁的氧化物的反应器中的铁熔池中加入铁的氧化物、煤、氧气和造渣剂，并通过在预还原工序中预还原大部分的未还原的铁氧化物，并随后将此经过预还原的铁的氧化物喷入反应器，使铁的氧化物终还原，并为所说的预还原过程产生还原性气体，其特征是：用于预还原装置(1)的新还原性气体是在至少一个与一个或多个还原反应器(2)分立的反应器(3)，即气体发生器中产生的。

2、权利要求1所述的方法，其特征在于单独的造气工序是通过将原煤（7′）和氧气（8′）加到存在于一个或多个反应器（3）中金属熔池中来完成的。

3、权利要求1或2所述的方法，其特征在于使终还原器（2）的废气的氧气程度（O.D）达到一个高水平，如5～100%，产生的气体的所谓后燃烧是在终还原反应器（2）中的熔池表面上进行。

4、权利要求3所述的方法，其特征在于来自终还原器（2）的废气的氧气程度（O.D）为10～90%。

5、权利要求1所述的方法，其特征在于来自独立气体发生器（3）的还原气体的氧化程度为10%以下。

6、权利要求1所述的方法，其特征在于用于终还原器（2）中的煤的组份（7′）的硫含量低于用于独立气体发生器（3）中的煤的组份（7′）的硫含量。

7、权利要求1所述的方法，其特征在于终还原反应器（2）和/或独立气体发生器（3）是在低于10⁷Pa的压力下进行操作。

8、权利要求1所述的方法，所说的压力为10⁵～10⁶Pa。

9、由含铁氧化物材料生产生铁的设备，该设备包括至少一个反应器，即终还原反应器，在其中含铁氧化物通过向存在于该反应器中的铁熔池的表面加入含铁氧化物、煤、氧气和造渣剂而被终还原，一个预还原装置，在该装置中使大部分未还原的铁的氧化物预还原，经上述预还原处理之后的铁的氧化物在终还原反应器中进行终还原，在其中还设有一些产生用于预还原过程的还原性气体的装置，其特征在于，为生产用于预还原装置（1）的还原性气体（17），进一步提供了与终还原反应器（2）分开的至少一个单独的反应器（3），即一个气体发生器（3）。

10、权利要求9所述的设备，其特征在于每一终还原反应器（2）的熔池表面以上墙壁加有冷却装置和/或屏蔽部件作保护以克服气体在熔池之上燃烧时产生的过高温度。

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