CN101448962A

CN101448962A - 通过注入含烃气体制造铁水的方法和使用该方法制造铁水的设备

Info

Publication number: CN101448962A
Application number: CNA2007800178286A
Authority: CN
Inventors: 崔应洙; 许南释; 裴辰灿; 李后根
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Holdings Inc
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: WO2007133050A1; KR100972195B1; KR20070111230A; CN101448962B

Abstract

本发明涉及一种通过注入含烃气体制造铁水的方法和一种使用该方法制造铁水的设备。该用于制造铁水的方法包括：在还原反应器中还原铁矿石，并将铁矿石转化成被还原物质；将成块的含碳材料装到与还原反应器相连的熔融气化炉中，并形成煤填充床；将含氧气体注入到煤填充床中，并形成回旋区；在回旋区中燃烧成块的含碳材料，并产生还原气体；在形成回旋区之后，将含烃气体直接注入到回旋区中，然后进一步产生还原气体；将被还原物质装到熔融气化炉中，使被还原物质与还原气体接触，并使被还原物质熔化。

Description

通过注入含烃气体制造铁水的方法和使用该方法制造铁水的设备

技术领域

本发明涉及一种通过注入含烃气体制造铁水的方法和一种使用该方法制造铁水的设备。更具体地讲，本发明涉及一种制造铁水的方法和一种制造铁水的设备，其中，通过将含烃气体注入到熔融气化炉中以产生将还原铁熔化所需的高质量的还原气体。

背景技术

钢铁工业是供应在建筑中以及在我们使用的汽车、船舶、家用电器和许多其它产品的制造中所需的基本材料的核心工业。它也是具有同人类一起进步的最悠久历史之一的工业。在对钢铁工业起着关键作用的炼铁中，在使用铁矿石和煤作为原材料生产出铁水(熔融状态的生铁)之后，由铁水生产钢，然后供应给消费者。

目前，世界上大约60％的铁生产是通过使用从14世纪发展而来的高炉工艺实现的。在高炉工艺中，将已经经历烧结工艺的煤矿石和利用烟煤生产的焦炭装到高炉中，并向高炉供给热气，以将铁矿石还原成铁，从而制造出铁水。然而，在高炉方法中，为了制造焦炭和烧结矿，需要提供附加的装置。此外，存在这样的问题，即附加的装置带来的环境污染严重。

为了解决高炉方法的这些问题，在许多国家，针对生产铁水的熔炼还原工艺进行了大量的研究。在还原熔炼工艺中，通过直接使用普通的煤作为燃料和还原剂并使用铁矿石作为铁源而在熔融气化炉中制造铁水。这里，通过安装在外壁中的多个风口将氧气注入到熔融气化炉中，从而在熔融气化炉中燃烧煤填充床。将氧气转换成热还原气体，并传送到还原反应器。然后，热还原气体还原铁矿石，并被排到外面。

将诸如块煤或煤压块之类的煤装到熔融气化炉中作为热源。制造成本取决于煤的装料量。因此，应当将具有高还原比的铁矿石装到熔融气化炉中，从而使煤的装料量最小化。为此，应当将高质量的还原气体供给到还原反应器，然后，应当尽可能高地提高铁矿石的还原比。

可以通过使用还原气体中含有的氢气(H₂)和一氧化碳(CO)还原铁矿石。因此，必须在产生还原气体的熔融气化炉中产生大量的氢气和一氧化碳。存在这样的问题，即，为了产生如此大量的还原气体，应当在熔融气化炉中燃烧比所需量多的煤燃料。

另外，因为将纯氧气注入到熔融气化炉中，所以煤炭或焦炭燃烧的回旋区的温度高，为大约4000℃。因为回旋区的温度如此之高，所以对熔融气化炉的下部作用了严重的热负荷。因此，注入纯氧气所通过的风口常常被熔化，因此被损坏。此外，高炉下部的耐火材料被损坏，因此，存在熔融气化炉的寿命被缩短的问题。

发明内容

技术问题

本发明致力于解决以上问题，并提供了一种通过注入含烃气体不仅增大了还原气体的量而且提高了还原气体质量的制造铁水的方法。

另外，本发明致力于提供一种使用以上用于制造铁水的方法来制造铁水的设备。

技术方案

在一种根据本发明制造铁水的方法中，该方法包括以下步骤：在还原反应器中还原铁矿石，从而将铁矿石转化成被还原物质；将成块的含碳材料装到与还原反应器相连的熔融气化炉中，并形成煤填充床；将含氧气体注入到煤填充床中，并形成回旋区；在回旋区中燃烧成块的含碳材料，并产生还原气体；在形成回旋区之后将含烃气体直接注入到回旋区中，然后进一步产生还原气体；将被还原物质装到熔融气化炉中，使被还原物质与还原气体接触，并使被还原物质熔化。

优选地，在进一步产生还原气体的过程中，含烃气体的注入速率小于含氧气体的注入速率。

优选地，含氧气体的注入速率与含烃气体的注入速率之比在1.5至3.0的范围内。

优选地，在进一步产生还原气体的过程中，在使含烃气体与含氧气体隔开的同时将含烃气体注入到熔融气化炉中。

优选地，通过安装在熔融气化炉中的风口将含氧气体注入到熔融气化炉中，注入含氧气体所通过的风口的直径Φ与从含烃气体在熔融气化炉中的注入位置到含烃气体的点燃开始位置的水平距离F满足下式：

7.0≤F/Φ≤14.0。

优选地，在进一步产生还原气体的过程中，通过安装在熔融气化炉中的喷管将含烃气体注入到回旋区中，含烃气体在喷管出口处的速率大于含烃气体在喷管进口处的速率。

优选地，在形成回旋区的过程中，将蒸汽与待供给的含氧气体混合。

优选地，通过安装在熔融气化炉中的风口将蒸汽与含氧气体一起注入，并且，在混合开始位置处，蒸汽和含氧气体之间的角在18度至26度的范围内。

优选地，在蒸汽被注入到熔融气化炉中之前，将蒸汽与含氧气体混合，并且，注入含氧气体所通过的风口的直径Φ、按照含烃气体与含氧气体隔开的方式注入含烃气体所通过的喷管的直径d与从含氧气体在熔融气化炉中的注入位置到含氧气体的混合开始位置的水平距离L满足下式：

10.0≤L/(Φ+d)≤20.0

优选地，在进一步产生还原气体的过程中，含烃气体包括从由液态天然气(LNG)、液态石油气(LPG)、高炉煤气(BFG)和焦炉煤气(COG)组成的组中选择的至少一种气体。

根据本发明制造铁水的方法还可以包括将在熔融气化炉中产生的还原气体供给到还原反应器。

一种根据本发明制造铁水的设备包括：还原反应器，将铁矿石还原，并将铁矿石转化成被还原物质；熔融气化炉，将被还原物质和成块的含碳材料装到熔融气化炉中，其中，熔融气化炉与还原反应器相连，并且熔融气化炉形成煤填充床，并制造铁水。将含氧气体注入到煤填充床中，形成回旋区，然后产生还原气体。在形成回旋区之后，将含烃气体直接注入到回旋区，从而进一步产生还原气体。通过使还原气体与被还原物质接触来制造铁水。

优选地，含烃气体的注入速率小于含氧气体的注入速率。

优选地，熔融气化炉还包括安装在其侧面的风口。风口包括：穿透开口，将含氧气体注入到熔融气化炉中；喷管，与穿透开口隔开，并将含烃气体注入到熔融气化炉中。

优选地，含烃气体离开所通过的喷管出口的内径小于含烃气体流入所通过的喷管进口的内径。

优选地，喷管的内径在喷管的出口附近沿着含烃气体流动的方向逐渐地减小，然后在接近喷管出口的位置保持在相同的直径。

优选地，将含氧气体注入到熔融气化炉中所通过的风口的直径Φ与从含烃气体在熔融气化炉中的注入位置到含烃气体的点燃开始位置的水平距离F满足下式：

7.0≤F/Φ≤14.0。

优选地，将风口与用于注入蒸汽的蒸汽注入线路连接。

优选地，在蒸汽被注入到熔融气化炉中之前，将蒸汽与含氧气体混合，优选地，在混合过程中蒸汽和含氧气体之间的角在18度至26度的范围内。

10.0≤L/(Φ+d)≤20.0

根据本发明制造铁水的设备还包括还原气体供给线路，所述还原气体供给线路向还原反应器供给在熔融气化炉中产生的还原气体。

优选地，还原反应器为流化床还原反应器。

优选地，还原反应器为填充床还原反应器。

有益效果

在根据本发明制造铁水的方法中，可以通过注入含烃气体产生具有高还原能力的还原气体。因此，提高了铁矿石的还原比，从而大大降低了铁水的制造成本。

通过使用含烃气体的分解的热，能够防止熔融气化炉下部的温度过度地升高。另外，当分解含烃气体时，放出大量的气体，因此，熔融气化炉下部的热可以高效地传递到煤填充床的上部空间。

附图说明

图1是根据本发明第一示例性实施例用于制造铁水的设备的示意图。

图2是图1的风口的详细视图。

图3是显示出图1的制造铁水的设备中的回旋区的形成状态的示意图。

图4是根据本发明第二示例性实施例在用于制造铁水的设备中包括的风口的示意图。

图5是根据本发明第三示例性实施例用于制造铁水的设备的示意图。

图6是显示出根据本发明实验示例和现有技术对比示例的铁水的产量的变化的示图。

图7是显示出根据本发明实验示例和现有技术对比示例的还原剂比例的变化的示图。

图8是显示出根据本发明实验示例和现有技术对比示例的铁水的产量和还原剂比例的变化的示图。

图9是显示出根据本发明实验示例和现有技术对比示例的回旋区的温度变化的示图。

图10是显示出根据本发明实验示例和现有技术对比示例的铁水的温度变化的示图。

图11是显示出根据本发明实验示例和现有技术对比示例的铁水中的Si含量的变化的示图。

具体实施方式

下面将参照图1至图5说明本发明的示例性实施例。示例性实施例仅用于对本发明进行举例说明，而本发明不限于此。

图1示意性地示出了根据本发明第一示例性实施例用于制造铁水的设备100。在图1中示出的用于制造铁水的设备100仅用于对本发明进行举例说明，而本发明不限于此。因此，可以将用于制造铁水的设备100修改成其它形式。

在图1中示出的用于制造铁水的设备100包括还原反应器30和熔融气化炉60。另外，如果需要的话，该设备100可以包括其它装置。将铁矿石装到还原反应器30中，然后在其中将其还原。如果需要的话，还可以使用添加剂。对将被装到还原反应器30中的铁矿石在成块状态下进行预干燥。铁矿石在经过还原反应器30的同时被转换成被还原物质。还原反应器30为其中形成有填充床的填充床还原反应器，其中，将还原气体从熔融气化炉60供给到还原反应器30中。

铁矿石在经过填充床的同时被转换成被还原物质。将成块的含碳材料装到熔融气化炉60的上部，然后在熔融气化炉60的上部中形成煤填充床。例如，块煤或煤压块可以是所述成块的含碳材料。通过将煤压块挤压并模制来制造粉煤。另外，如果需要的话，可以将焦炭装到熔融气化炉60中。在熔融气化炉60的外壁上安装多个风口80，通过风口80注入含氧气体和含烃气体。含氧气体是含有氧的气体，也可以使用室温下的纯氧。含氧气体被注入到煤填充床中，然后形成回旋区(raceway)。在回旋区燃烧成块的含碳材料，从而产生还原气体。含烃气体可以是含有烃的任何气体。

例如，可以使用液态天然气(LNG)、液态石油气(LPG)、高炉煤气(BFG)和焦炉煤气(COG)等。因此，可以使用从由上述含烃气体组成的组中选择的至少一种气体。

如果将含烃气体注入到熔融气化炉中，那么提高了还原铁矿石所需的还原气体的产生量。例如，LNG可以是含烃气体中的一种。如果将相同量的LNG和煤装到熔融气化炉中，那么气体的产生量如下表1中所述。

表1

如表1所示，LNG产生的还原气体的量是煤产生的还原气体的量的2.2倍。具体地讲，大大增多了作为还原气体的氢气。氢气的还原能力是一氧化碳的还原能力的三倍或更大。因此，如果将含烃气体注入到熔融气化炉中，则可以获得大量高质量的还原气体。

如果将大量高质量的还原气体供给到还原反应器中，那么，因为提高了还原铁在还原反应器中的还原比，所以减轻了还原铁对熔融气化炉的负荷。因此，可以减小还原剂比例。另外，提高了还原铁在恒定还原比条件下的产量。因此，增大了通过熔融气化炉的炉体的热损失量，从而降低了由制造铁水产生的还原剂成本。

将在还原反应器30中被还原的被还原物质装到熔融气化炉60的上部中，然后在其经过煤填充床的同时使其熔化。被还原物质直接与还原气体接触，然后被熔化。可以使用以上方法制造铁水。在熔融气化炉60的下部安装铁口，从而通过铁口将铁水和炉渣排到外面。

由在熔融气化炉60中形成的煤填充床产生含有氢气和一氧化碳的还原气体。因为熔融气化炉60的上部是圆顶形，所以熔融气化炉60对于还原气体的产生是有利的。将从熔融气化炉60排出的还原气体经由还原气体供给线路70供给到还原反应器30。因此，可以通过还原气体使铁矿石还原并塑化。虽然在图1中将还原气体示为被直接供给到还原反应器30，但它可以从其它装置供给到还原反应器30。

如图2所示，可以通过安装在上述熔融气化炉60中的风口80注入含氧气体和含烃气体。图2示出了风口80的剖面结构。在图2中示出的喷管603具有预定的厚度。在图2中示出的风口80的结构仅用于对本发明进行举例说明，而本发明不限于此。因此，可以将其结构不同地改成其它形式。

在风口80中形成多个冷却管605，以冷却风口80。因此，防止暴露于熔融气化炉中的高温的风口80被损坏。

通过风口80的穿透开口601将含氧气体注入到熔融气化炉中。同时，通过风口80的喷管603将含烃气体注入到熔融气化炉中。将含烃气体与含氧气体分开注入到熔融气化炉中。当将含烃气体和含氧气体进行预混合而进行装入时，通过含氧气体点燃含烃气体，然后产生高热。

即，因为氧的氧化速率高，所以回旋区的温度高(为大约4000℃)。含烃气体由于高温产生的辐射热而在风口中燃烧，从而会使风口熔化并损坏。为了防止以上现象，将含烃气体与含氧气体分开注入到熔融气化炉中。因为通过喷管603注入含烃气体，所以含烃气体和氧气不在风口中彼此相遇。因为由于以上结构使得作用于风口80的前端6011的热负荷大大减小，所以可以将含烃气体稳定地注入到回旋区。

如图2所示，含烃气体流经喷管603。含烃气体通过喷管603的进口流入，然后通过喷管603的出口流出。这里，喷管603的出口的内径小于其进口的内径。因为喷管603具有以上结构，所以当含烃气体经过喷管603时，含烃气体的最终速率变得大于其初始速率。因此，使得由高速度的含烃气体造成的压力损失最小化，同时还可以提高含烃气体在喷管603的出口中的注入速率。因为含烃气体的最终速率变得大于其初始速率，所以可以容易地将含烃气体注入到熔融气化炉中。

优选地，为了使含烃气体的流动更加流畅，喷管603具有如图2所示的形状。即，喷管603的内径在喷管603的出口附近沿着含烃气体流动的方向逐渐地减小。然后，喷管603的内径在接近喷管603的出口的区域保持不变。

另外，如图2所示，将含烃气体直接注入到由含氧气体形成的回旋区中。即，含烃气体在风口80中不与含氧气体混合，而是被直接注入到回旋区中。被直接注入到回旋区中的含烃气体直接在回旋区燃烧并被转化。因此，可以进一步产生含有大量用于还原的氢气和用于熔化被还原物质的热的还原气体。

首先，为了使形成煤填充床的煤炭燃烧，将含氧气体注入到熔融气化炉中。因为含氧气体的速率为大约170m/s至230m/s，所以含氧气体的动能推开落在风口前面的煤炭。因此，在风口前面形成回旋区。回旋区是中空空间，煤炭主要在回旋区附近燃烧。含氧气体中的氧气于在风口80前面形成的回旋区中通过下式1所描述的反应产生热。

[式1]

C+O₂→CO₂ 7,840kcal/kg-C

CO₂+C→2CO -3,440kcal/kg-C

--------------------------------------------

2CO+O₂→2CO 4,400kcal/kg-C

即，1kg碳与相同量的氧反应，从而产生2,200kcal的热。由于碳燃烧热，使得熔融气化炉中的回旋区的温度高，为大约4,000℃。因为回旋区的温度高，如上所述，所以风口的前端可能由于被熔化而损坏，并且安装在熔融气化炉中的耐火材料可能被损坏。另外，高温会导致铁水中作为杂质的硅的量增大。

然而，因为在本发明第一示例性实施例中将含烃气体直接注入到回旋区中，然后降低了回旋区的温度，所以可以避免上述问题。在被注入到回旋区中的含烃气体中含有的烃按下式2发生分解。

[式2]

CH₄→C+2H₂ -1,370kcal/kg-C

被注入到熔融气化炉中的含烃气体通过式2的过程而分解成碳和氢气。在这种情况下，每1kg CH₄吸收大约1,380kcal的大量热。因此，可以将回旋区的温度降低至等于或小于3000℃的温度。因此，可以保护风口和耐火材料，并可以提高铁水的质量。

为了形成回旋区，以比含烃气体的速度快的速度注入含氧气体。即，含烃气体的注入速率小于含氧气体的注入速率。因此，在使用含氧气体产生还原气体之后，由含烃气体进一步产生还原气体。

含氧气体的注入速率与含烃气体的注入速率之比保持在1.5至3.0的范围。如果比值小于1.5，那么，因为含烃气体和含氧气体被一起注入，所以风口80的前端6011被点燃，然后由于熔化而被损坏。相反，如果比值超过3.0，那么由于对回旋区的形成产生影响，所以不能最佳地进行燃烧。

图3示意性地示出了图2所示的风口80工作的状态。图3所示的风口80的工作状态仅用于对本发明进行举例说明，而本发明不限于此。

如图3所示，通过由穿过风口80供给的含氧气体形成回旋区而在煤炭床中产生还原气体。另外，将通过风口80供给的含烃气体直接注入到回旋区中，从而进一步产生还原气体。

为了在回旋区高效转化含烃气体，应当适当地控制角θ和燃烧会聚距离F。角θ是被注入的含氧气体和含烃气体之间的角度。燃烧会聚距离F是从含烃气体在熔融气化炉中的注入位置到含烃气体的点燃开始位置b的水平距离。即，燃烧会聚距离F是从含烃气体燃烧的位置到风口端部的水平距离。这里，水平距离不是指在注入位置a和点燃开始位置b之间实际测量的距离，而是与重力方向成直角的距离。

可以通过调整喷管603适当地控制角θ。如果角θ太大，那么，因为燃烧会聚距离(F)变得太短，所以作用于风口的热负荷增大。另外，如果角θ太小，那么，因为燃烧会聚距离(F)变得太长，所以延迟了含烃气体的点燃。角θ取决于风口的直径。在图3中示出的直径Φ是将含氧气体通过风口80注入到熔融气化炉中的穿透开口601的直径。

这里，优选地，F/Φ等于或大于7.0且等于或小于14.0。在以上范围中可以将转化效率最佳化。F和Φ的单位是mm。如果F/Φ小于7.0，则因为热被作用到风口所以风口会被损坏。另外，如果F/Φ大于14.0，那么含烃气体在回旋区未被完全转化就离开回旋区。

图4示意性地示出了根据本发明第二示例性实施例在用于制造铁水的设备中包括的气体注入装置90的结构。在图4中示出的气体注入装置90的结构仅用于对本发明进行举例说明，而本发明不限于此。另外，因为在气体注入装置90中包括的风口80与在根据上述本发明第一示例性实施例用于制造铁水的设备中包括的风口相同，所以使用相同的标号。

在图4中示出的气体注入装置90包括蒸汽注入线路701。蒸汽在被注入到熔融气化炉中之前与含氧气体混合。因为被注入的蒸汽将与含氧气体混合，所以不需要安装将蒸汽注入到风口80中的另一蒸汽注入线路。因此，可以简化风口80的结构。因为含氧气体通过吹管703被供给到熔融气化炉中，所以易于与蒸汽混合。

蒸汽在回旋区直接接触含烃气体，从而促进含烃气体的转化反应。在下式3中描述了转化反应。这里，CH₄是含烃气体的主要组分。

[式3]

CH₄+H₂O→CO+3H₂ΔH＝+228,000kJ/kg-mol

如式3所述，含烃气体与蒸汽接触，然后被分解成一氧化碳和氢气。这通过从周围吸收热也产生吸热反应。在吸热反应过程中，每1mol的CH₄消耗228,000kJ的热。通过吸热反应可降低回旋区的温度。因此，减小了作用于风口80和熔融气化炉内壁的热负荷，从而防止风口80和熔融气化炉内壁过热或被熔化而被损坏。

在下式4中顺序地描述了蒸汽和含烃气体之间的以上接触现象的详细说明。

[式4]

CH₄+H₂O→CO+3H₂

CO+1/2O₂→CO₂

3H₂+3/2O₂→3H₂O

CO₂+C(炭)→2CO

3H₂O+3C(炭)→3CO+3H₂

CH₄+H₂O+2O₂+4C(炭)→5CO+3H₂

如上式4所述，蒸汽作为含烃气体的起始材料。即，蒸汽将含烃气体中含有的碳转化成一氧化碳。含烃气体和蒸汽反应生成的一氧化碳和氢气在回旋区中燃烧，从而变成二氧化碳和水。二氧化碳和水离开回旋区，然后经过煤炭床层，同时与煤炭反应，从而再次被转化成一氧化碳和氢气。

含有一氧化碳和氢气的还原气体在熔融气化炉中增多，而氧留在被还原物质中，从而将被还原物质完全还原。具体地讲，还原气体增多，同时经过熔融气化炉中的炭床。在这种情况下，通过将大量的热从熔融气化炉的下部传递到熔融气化炉的上部并将还原气体传送到还原反应器中，可以进一步提高铁矿石的还原比。因此，举个例子，可以将铁矿石的还原比控制到大约70％至80％。具体地讲，因为蒸汽生成的氢气的还原能力是一氧化碳的还原能力的三倍，所以在铁矿石的还原方面是有利的。

如图4所示，蒸汽被注入到熔融气化炉中之前与含氧气体混合。因为含氧气体可处于室温，所以应当以蒸汽状态注入水，从而防止由于水的冷凝导致组分被破坏。此外，蒸汽会在吹管703或风口80中冷凝。在这种情况下，水使得含氧气体的高速流动变差。因此，产生整个气体注入装置90的压力损失，因此，风口80由于在回旋区附近熔化而被损坏。因此，为了不使蒸汽冷凝，必须适当地控制吹管703或风口80的安装位置。

如图4所示，当将蒸汽和含氧气体一起混合时，蒸汽和含氧气体之间所成的角α优选地在18度至26度的范围内。当在吹管703中安装蒸汽注入线路701时，考虑到设计因素，不能使角α小于18度。另外，如果角α大于26度，则含氧气体的流动会被阻塞，然后蒸汽会冷凝。因此，优选的是，将角α保持在以上范围内。

在图4中，优选的是，Φ、d和L具有适当的关系。这里，Φ是风口的直径，d是喷管的直径，L是从熔融气化炉中的注入位置c到用于将蒸汽和含氧气体混合的初始开始位置e的水平距离。也就是说，优选地，L/(Φ+d)等于或大于10.0而等于或小于20.0。

如果L/(Φ+d)小于10.0，则蒸汽和含氧气体没有很好地混合。另外，如果L/(Φ+d)超过20.0，则蒸汽在注入的蒸汽和氧气的混合过程中冷凝。因此，为了满足以上范围，需要控制蒸汽注入线路701的安装位置。

图5示出了根据本发明第三示例性实施例用于制造铁水的设备300。因为在图5中示出的熔融气化炉60与在图1中示出的熔融气化炉相同，所以使用相同的标号，并省略其详细描述。

用于制造铁水的设备300包括至少一个流化床还原反应器20、熔融气化炉60、还原气体供给线路70和用于制造蠕铁(compacted iron)的装置40。另外，还可以包括热压平衡装置50，从而将在用于制造蠕铁的装置40中制造的蠕铁传送到熔融气化炉60。热压平衡装置50将在用于制造蠕铁的装置40中制造的蠕铁传送到熔融气化炉60。可以省略用于制造蠕铁的装置40和热压平衡装置50。

用于制造铁水的设备300可以使用铁矿粉。如果需要的话，还可以使用添加剂。在流化床还原反应器20中形成流化床，以还原铁矿石。流化床还原反应器20包括第一流化床还原反应器201、第二流化床还原反应器203、第三流化床还原反应器205和第四流化床还原反应器207。虽然在图5中示出了四个流化床还原反应器，但这仅用于对本发明进行举例说明，而本发明不限于此。因此，也可以使用三个流化床还原反应器。

第一流化床还原反应器201通过使用从第二流化床还原反应器203排出的还原气体将铁矿石预热。第二流化床还原反应器203和第三流化床还原反应器205将预热的铁矿石预还原。另外，第四流化床还原反应器207最终将预还原的铁矿石还原，从而将其转化成被还原物质。

铁矿石在经过流化床还原反应器20的同时被还原并被加热。为此，将在熔融气化炉60中产生的还原气体通过还原气体供给线路70供给到流化床还原反应器20。通过用于制造蠕铁的装置40将被还原的铁矿石制成蠕铁。

用于制造蠕铁的装置40包括装料斗401、一对辊403、破碎机405和贮仓407。另外，如果需要的话，还可以包括其它装置。装料斗401将在经过流化床还原反应器20的同时被还原的铁矿石回收。将铁矿石从装料斗401装到这对辊403中，然后压制成条形。将压制的铁矿石在破碎机405中破碎，然后将其作为蠕铁矿石储存在贮仓407中。

下面将参照实验示例详细地说明本发明。本发明的实验示例仅用于对本发明进行举例说明，而本发明不限于此。

在本发明的实验示例中，通过使用在图5中示出的用于制造铁水的设备来制造铁水。在用于制造铁水的设备的侧壁安装26个风口，每个风口的直径为23mm。铁水的产量为2500t-p/d，吹送的氧气的量为36,000m³/hr。熔融气化炉中的回旋区的温度在注入液态天然气之前为3,850℃。将25-50kg/thm的液态天然气注入到熔融气化炉中，然后制造铁水。

除了注入液态天然气之外，现有技术的对比示例的实验条件与本发明的实验条件相同。

因为本发明技术人员能够理解用于制造铁水的其它详细方法，所以省略了对它们的详细描述。根据实验示例和对比示例的实验结果如下。

铁水的产量和还原剂比例

如图6所示，在实验示例中铁水的产量为每天2250吨，而对比示例的铁水的产量为每天2100吨。因此，与对比示例相比，在实验示例中铁水的产量每天提高了150吨。也就是说，在实验示例中通过注入LNG使得氢气在熔融气化炉中的生成量提高，从而提高了具有适当还原比的还原铁的产量。

同时，如图7所示，在实验示例中，为了生产1吨铁水，要消耗790kg还原剂。相对而言，在对比示例中，为了生产1吨铁水，要消耗850kg还原剂。因此，在实验示例中使用的还原剂比在对比示例中使用的还原剂少60kg。这是因为随着铁水的产量增大，通过熔融气化炉的炉体排出的热量减少。

图8是显示出上述的铁水的产量和还原剂比例的示图。在图8中，将实验示例的数据表示为■，并将对比示例的数据表示为●。如图8所示，实验示例的数据主要位于图8的右下方。因此，明了的是，还原剂比例低，铁水的产量大。相反，对比示例的数据主要位于图8的左上部。因此，明了的是，还原剂比例大，而铁水的产量小。因此，与对比示例相比，根据实验示例，以最低成本制造出铁水。

图9和图10分别示出了实验示例和对比示例的铁水的温度和回旋区的温度。如图9所示，实验示例的铁水的温度为1495℃，而对比示例的铁水的温度为1515℃。因此，明了的是，实验示例中的铁水的温度与对比示例相比降低了20℃。

另外，如图10所示，实验示例中的回旋区的温度为3850℃，而对比示例的回旋区的温度为3570℃，其远低于实验示例的温度。也就是说，实验示例中的回旋区的温度比对比示例中的回旋区的温度低280℃。当回旋区的温度如此被降低时，风口受到较小的损坏。也就是说，当回旋区的温度变低时，风口前端的热负荷减小。因此，因为不出现风口被熔化且被损坏的现象，所以在注入LND的同时使得熔融气化炉的操作稳定化。另外，明了的是，随着回旋区的温度降低，铁水中的硅的量减小。下面将参照图11对此进行详细说明。

如图11所示，在实验示例中，铁水中的Si含量小，为大约0.9％。相对而言，在对比示例中，铁水中的Si含量为大约1.3％，比实验示例的铁水中的Si含量高0.4％。当如在实验示例中注入LNG时，铁水和回旋区的温度降低并且稳定(见图9和图10)。当回旋区的温度降低时，煤炭灰分中的被转化成SiO气体的二氧化硅(SiO₂)的速率和量减小。因此，如下式5所示，较少的SiO气体被加入到铁水中。

[式5]

SiO+铁水中的[C]→CO+铁水中的[Si]

如果铁水中的硅的含量高，那么因为铁水的质量劣化，所以应当去除铁水中的硅。因此，提高了铁水的制造成本。因此，如在实验示例中所述，通过注入LNG提高铁水的质量，因此，可以降低铁水的制造成本。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出并描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此在形式和细节方面做出各种改变。

Claims

1、一种制造铁水的方法，包括以下步骤：

在还原反应器中还原铁矿石，并将所述铁矿石转化成被还原物质；

将成块的含碳材料装到与所述还原反应器相连的熔融气化炉中，并形成煤填充床；

将含氧气体注入到所述煤填充床中，并形成回旋区；

在所述回旋区中燃烧所述成块的含碳材料，并产生还原气体；

在形成所述回旋区之后，将含烃气体直接注入到所述回旋区中，然后进一步产生所述还原气体；

将所述被还原物质装到所述熔融气化炉中，使所述被还原物质与所述还原气体接触，并使所述被还原物质熔化。

2、如权利要求1所述的方法，其中，在进一步产生所述还原气体的过程中，所述含烃气体的注入速率小于所述含氧气体的注入速率。

3、如权利要求2所述的方法，其中，所述含氧气体的注入速率与所述含烃气体的注入速率之比在1.5至3.0的范围内。

4、如权利要求1所述的方法，其中，在进一步产生所述还原气体的过程中，在使所述含烃气体与所述含氧气体隔开的同时将所述含烃气体注入到所述熔融气化炉中。

5、如权利要求4所述的方法，其中，通过安装在所述熔融气化炉中的风口将所述含氧气体注入到所述熔融气化炉中，并且，注入所述含氧气体所通过的风口的直径Φ与从所述含烃气体在所述熔融气化炉中的注入位置到所述含烃气体的点燃开始位置的水平距离F满足下式：

7.0≤F/Φ≤14.0。

6、如权利要求1所述的方法，其中，在进一步产生所述还原气体的过程中，通过安装在所述熔融气化炉中的喷管将所述含烃气体注入到所述回旋区中，所述含烃气体在喷管出口的速率大于所述含烃气体在喷管进口的速率。

7、如权利要求1所述的方法，其中，在形成回旋区的过程中，将蒸汽与待供给的含氧气体混合。

8、如权利要求7所述的方法，其中，通过安装在所述熔融气化炉中的风口将所述蒸汽与所述含氧气体一起注入，并且，在混合开始位置，所述蒸汽和所述含氧气体之间所成的角度在18度至26度的范围内。

9、如权利要求7所述的方法，其中，所述蒸汽在被注入到所述熔融气化炉中之前与所述含氧气体混合，并且，注入所述含氧气体所通过的风口的直径Φ、按照所述含烃气体与所述含氧气体隔开的方式注入所述含烃气体所通过的喷管的直径d与从所述含氧气体在所述熔融气化炉中的注入位置到所述含氧气体的混合开始位置的水平距离L满足下式：

10.0≤L/(Φ+d)≤20.0。

10、如权利要求1所述的方法，其中，在进一步产生还原气体的过程中，所述含烃气体包括从由液态天然气(LNG)、液态石油气(LPG)、高炉煤气(BFG)和焦炉煤气(COG)组成的组中选择的至少一种气体。

11、如权利要求1所述的方法，还包括将在所述熔融气化炉中产生的还原气体供给到所述还原反应器。

12、一种制造铁水的设备，包括：

还原反应器，还原铁矿石，并将所述铁矿石转化成被还原物质；

熔融气化炉，将所述被还原物质和成块的含碳材料装到所述熔融气化炉中，所述熔融气化炉与所述还原反应器相连，并且，所述熔融气化炉形成煤填充床，并制造所述铁水，

其中，将含氧气体注入到所述煤填充床中，形成回旋区，然后产生还原气体，

在形成所述回旋区之后，将含烃气体直接注入到所述回旋区中，从而进一步产生还原气体，

通过使所述还原气体与所述被还原物质接触来制造所述铁水。

13、如权利要求12所述的设备，其中，所述含烃气体的注入速率小于所述含氧气体的注入速率。

14、如权利要求13所述的设备，其中，所述含氧气体的注入速率与所述含烃气体的注入速率之比在1.5至3.0的范围内。

15、如权利要求12所述的设备，其中，所述熔融气化炉还包括安装在其侧面的风口，所述风口包括：

穿透开口，将所述含氧气体注入到所述熔融气化炉中；

喷管，与所述穿透开口隔开，并将所述含烃气体注入到所述熔融气化炉中。

16、如权利要求15所述的设备，其中，所述含烃气体离开所通过的喷管出口的内径小于所述含烃气体流入所通过的喷管进口的内径。

17、如权利要求16所述的设备，其中，所述喷管的内径在所述喷管的出口附近沿着所述含烃气体流动的方向逐渐地减小，然后在接近所述喷管的出口的位置保持在相同的直径。

18、如权利要求16所述的设备，其中，将所述含氧气体注入到所述熔融气化炉中所通过的风口的直径Φ与从所述含烃气体在所述熔融气化炉中的注入位置到所述含烃气体的点燃开始位置的水平距离F满足下式：

7.0≤F/Φ≤14.0。

19、如权利要求16所述的设备，其中，所述风口与用于注入蒸汽的蒸汽注入线路相连。

20、如权利要求19所述的设备，其中，所述蒸汽在被注入到所述熔融气化炉中之前与所述含氧气体混合，并且，在混合过程中所述蒸汽和所述含氧气体之间的角度在18度至26度的范围内。

21、如权利要求19所述的设备，其中，所述蒸汽在被注入到所述熔融气化炉中之前与所述含氧气体混合，并且，注入所述含氧气体所通过的风口的直径Φ、按照所述含烃气体与所述含氧气体隔开的方式注入所述含烃气体所通过的喷管的直径d与从所述含氧气体在所述熔融气化炉中的注入位置到所述含氧气体的混合开始位置的水平距离L满足下式：

10.0≤L/(Φ+d)≤20.0。

22、如权利要求12所述的设备，还包括还原气体供给线路，所述还原气体供给线路将在所述熔融气化炉中产生的还原气体供给到所述还原反应器。

23、如权利要求12所述的设备，其中，所述还原反应器为流化床还原反应器。

24、如权利要求11所述的设备，其中，所述还原反应器为填充床还原反应器。