CN101688258A - 制备在金属制造方法中使用的还原剂的方法和设备、使用所述设备的金属制造方法和金属制造装置 - Google Patents

制备在金属制造方法中使用的还原剂的方法和设备、使用所述设备的金属制造方法和金属制造装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及制备在金属制造方法中使用的具有高温的还原剂的方法，所述方法包括：a)使用热源加热含碳原料的热解步骤，其中所述原料被热解到至多80％的热解程度变成具有高温的部分炭化了的含碳产物并从所述含碳原料产生包含挥发性物质的热解废气，b)燃烧所述热解废气的燃烧步骤，由此产生燃烧废气，其中所述燃烧废气的热能通过使所述燃烧废气与所述含碳原料直接接触而用作步骤a)中的热源和/或其中所述燃烧废气的热能通过加热所述含碳原料而不直接接触所述含碳原料而用作步骤a)中的热源。本发明还涉及用于执行根据本发明的方法的优选设备、利用还原剂制备工艺的金属制造方法如制铁工艺和进行所述工艺的装置。

Description

制备在金属制造方法中使用的还原剂的方法和设备、使用所述设备的金属制造方法和金属制造装置
本发明涉及制备在金属制造方法中使用的具有高温的还原剂的方法和设备和使用所述设备的金属制造方法和装置。
使用还原剂的金属制造方法在本领域中众所周知。EP 0 936 272公开了一种冶炼金属矿石即铁矿石的方法和设备，其中将氧化铁和作为还原剂的热炭进料到一级反应器中以还原氧化铁并由此生成元素铁的熔池，产生含氧化铁的熔渣层。
该热炭在二级反应器中通过部分氧化挥发性物质由包含固定碳和含烃挥发物的含碳物质来制备。在二级反应器中同时产生包含烃、CO、CO2、水蒸汽和H2的燃料气体，其具有大于0.25的CO∶CO2比。使这种燃料气体燃烧，以使得产生喷射火焰，将该火焰导入由氧化铁组成的熔渣层中。
该一级反应器可包括转炉和在其顶部的熔融用旋风分离器，也称为旋风分离器转炉(CCF)。将铁矿石细粒引入熔融用旋风分离器中。将氧气和来自转炉的气体物流形式的燃料也引入熔融用旋风分离器中。结果是，铁矿石被预还原并熔融。由于旋风作用，将液体金属物流与气体物流分离。
液态的预还原了的铁矿石沿熔融用旋风分离器的内壁向下流入转炉中，在那里发生进一步或最终还原。转炉中所需的还原剂以来自二级反应器的热炭、煤或它们的组合的形式引入。使用一个或多个喷枪将氧气引入转炉中。在二级反应器中，可使用氧化剂如(富氧)空气或氧气部分氧化煤。二级反应器的实例包括适于具有窄粒度分布的粒状煤原料的流化床、适于具有较宽粒度分布的粒状煤原料的喷射床反应器和采用粉碎的煤原料的载流反应器。
EP 0 726 326公开了通过在熔融用旋风分离器中在预还原段然后在作为冶金容器的转炉中在最终还原段直接还原铁矿石来生产熔融金属即生铁的方法和装置。这种已知方法包括输送铁矿石到在预还原段中的熔融用旋风分离器中并借助于来源于冶金容器中的最终还原段的还原性工艺气体在那里将其预还原的步骤。
还原性工艺气体在熔融用旋风分离器中的后燃也通过供应氧气进行，以使得熔融用旋风分离器中的铁矿石至少部分熔融。预还原的且至少部分熔融了的铁矿石从熔融用旋风分离器向下进入在位于下方的冶金容器中。在冶金容器中的最终还原通过直接供应固体颗粒形式的煤到熔渣层和供应氧气到冶金容器中而在熔渣层中实现，由此生成还原性工艺气体。这种还原性工艺气体通过供应氧气部分后燃。该部分后燃在熔渣层中至少部分实现，以使得后燃比率不大于0.55。剩余的还原性工艺气体在熔融用旋风分离器中消耗。据说尽管在冶金容器中后燃程度低，但仍得到低的煤消耗。这种已知方法产生的具有较大化学能含量的排出气体越多，设定的后燃比率越低。该方法还容许使用较低廉的高挥发性煤。
WO 2004/031324公开了一种在热解条件下处理物料的方法和装置。这种已知装置包括外壳，其中提供有挤出螺杆。待处理的原料的实例包括产生炭或焦炭的煤。该螺杆配置降低了与反应期间塑性相有关的问题，如影响传热和加工性能的粘结、差的混合性质。还据说这种已知装置本身可用来使用还原剂将铁矿石还原为钢。
虽然以上论述的现有技术说明了各种改善制铁工艺的努力，但仍然需要进一步优化这些工艺，特别是鉴于煤消耗、能量消耗和环境上有害的副产物如二氧化碳的排放。
本发明的第一目标是以能量有效的方式制备还原剂如部分炭化了的煤。
本发明的一个目标是减少金属制造中的煤消耗。本发明的其它目标是减少金属制造中的CO2排放。
又一目标是使煤被一种或多种替代能源(部分)代替，由此容许CO2排放进一步减少。
另一目标是提供所产生的具有高CO2含量的废气，它可以在不需要成本高的CO2捕获措施的情况下再次使用或储存。
根据本发明的第一方面，提供了在金属制造方法中使用的具有高温的还原剂的制备方法，包括
a)使用热源加热含碳原料的热解步骤，其中将所述原料热解到至多80％变成具有高温的部分炭化了的含碳产物的程度并由所述含碳原料产生包含挥发性物质的热解废气，
b)燃烧所述热解废气的燃烧步骤，由此产生燃烧废气，
其中所述燃烧废气的热能通过使所述燃烧废气与所述含碳原料直接接触用作步骤a)中的热源和/或其中所述燃烧废气流的热能通过加热所述含碳原料而不直接接触所述含碳原料用作步骤a)中的热源。该含碳原料通过部分热解而部分炭化生成还原剂。该部分炭化了的含碳产物为所述还原剂。
在根据本发明的第一方面的方法中，含碳原料仅仅通过在步骤a)中加热来部分热解。该部分热解步骤的废气包含挥发性组分，例如烃。该热解废气在步骤b)中燃烧。该燃烧步骤b)产生燃烧废气。该燃烧废气用来加热新进料的含碳原料和在步骤a)中已经部分炭化了的含碳原料，以提供部分热解所需的热量。加热可直接进行，即通过使燃烧废气与待加热的物料直接接触来进行，或者间接进行，即不通过使燃烧废气与待加热的物料直接接触来进行，或者直接和间接进行。用这种方法，以能量高度充分的方式制备在制铁工艺中使用的还原剂，它容许制铁工艺中的效率改善。可将本发明的方法认为是含碳原料变为待直接用于制铁工艺的具有高温的还原剂的预处理方法，当使用适于金属制造尤其适于制铁的CCF装置时，能够实现较高的碳效率和能量效率和具有高PCR的废气(例如在旋风分离器出口处)。发明人已发现，热解的优化与金属制造相结合产生超过25％/吨生成的金属的潜在能量效率改善。该潜力通过由热炭代替冷煤并通过内在的效率提高而实现，因为较低的煤消耗意味着产生较少的需要被加热的气体，导致每吨热金属较少的热量损失。冷煤将以其它方式在仅部分使用进料的煤的方法中加热(约45％的后燃比率)并在约1700℃的高温下释放其废气。两种因素意味着浴熔炉在化学上和热上不是加热冷物料的有效反应器。含碳原料的同时直接和间接加热可通过将燃烧废气流分流为至少第一燃烧废气流和第二燃烧废气流来实现，且其中第一燃烧废气流的热能通过使该流与含碳原料直接接触而用作步骤a)中的热源且其中第二燃烧废气流通过加热含碳原料而不直接接触该含碳原料用作步骤a)中的热源。
煤的最大热解量取决于对于它来说产生待用作热解废气的气体的足够量的要求，所述热解废气用来加热含碳原料。发明人发现，合适的热解程度为至多50％。热解程度优选在5％和50％之间，且更优选在10％和40％之间。根据煤类型和水分含量，优选的热解程度在15％和25％之间，且温度在400℃和900℃之间。发现优选的温度范围在600℃和800℃之间。
应注意到，在本发明的上下文中，措词“热解了的”是指含碳原料基本上在不存在任何实质量的氧气(无氧气气氛或低氧气分压)的情况下被加热到预定温度。此加热的结果是发生广泛种类的反应，由此生成多种产物。固态产物由术语“炭”表示，而流体产物尤其是气态组分为所谓的“挥发性物质”。优选步骤a)和b)在彼此分开的不同区域中进行，以使氧气或其它氧化剂以不可接受的含量存在于步骤a)区域中的风险最小化。部分热解是指所得的部分炭化了的含碳产物仍含有显著量的挥发性物质，其随后可在部分炭化了的含碳产物的后续使用过程中得到。优选将刚好足够的挥发性物质从含碳原料中汽提出来以维持该热解过程并使炭获得所要的高温。优选挥发性物质总量的至多50％已从含碳原料中释放。
煤在热解条件下的处理是一种本身已知用于制备炭或焦炭的工艺。参见例如WO-A-2004/031324。通常，所述工艺包括三个阶段。首先将煤加热，此后煤变得至少部分塑性化且失去挥发性物质(同时其仍被加热)。在一定时间段之后，塑性煤失去一定量的挥发性物质。因此，煤的化学组成随时间而改变。因此，煤变得易碎并变成炭或焦炭，同时仍然在失去挥发性物质。
合适的含碳原料的实例包括各种各样的煤。根据本发明的方法容许使用普通煤和高挥发性煤作为原料，它们的成本比低挥发性煤低。本发明还可以处理替代的含碳资源如生物质，由此容许煤部分替换为含碳原料。在热解工艺的启动期间，可能需要显著量的、至多达100％的外部供应的可燃气体例如CO或天然气来引发含碳原料的部分热解和因而发生的挥发性物质的生成。热解一旦开始，则可将外部供应的可燃气体的量减少，优选减少到不需要外源的程度，且在这方面该工艺变得自维持。外源的量还取决于所使用的含碳原料的类型。在本发明中，挥发性物质(主要为烃)在步骤a)中的原料加热和部分炭化期间从含碳原料中蒸发。所述挥发性物质在随后的燃烧步骤b)中用作燃料。通过燃烧产生的热量包含在热的燃烧废气中，且随后传递给新鲜含碳原料和已经部分炭化了的产物。因此，该产物的温度进一步上升，而燃烧废气冷却。
在优选的实施方案中，步骤a)区域包括单程反应器，更优选挤出机型反应器，尤其是具有互相啮合的双挤出螺杆的挤出机型反应器。该相互啮合的双挤出螺杆可为反向旋转类型。这样的反应器对这种物料是有益的，因为所得炭产物的不利的粘着性质被机械式抵消。这类优选的反应器本身从WO 2004/031324已知，该专利的说明书通过引用将其全部内容并入本文。
优选将在根据本发明的方法中用于燃烧热解废气的含氧气体预热，由此提高燃烧效率。优选预热后的含氧气体的温度在400℃和700℃之间。
为了增加传热效率，使热的燃烧废气与正被部分炭化的含碳原料逆流进料。例如，将来自步骤b)的热的燃烧废气冷却到约500℃，而从步骤a)最终得到的产物具有约700℃的温度。
在另一优选的实施方案中，步骤a)以这样的方式进行：所得热解废气包含的挥发性物质的量在所述热解废气燃烧后足以提供为了加热并部分热解所述含碳原料所需的热量，而部分炭化了的含碳产物包含剩余的挥发性物质。实际上，这种操作方式为自维持的：通过热解废气的燃烧产生并传递到“新鲜”原料中的热量刚好足以容许通过加热该“新鲜”物料而生成合适量的热解废气。只是在该方法的启动期间，可能需要外部供应的可燃气体，例如天然气或CO。为此目的，可提供供应这些外部供应的可燃气体的装备。
根据本发明的第二方面，提供通过在预还原段然后在最终还原段中直接还原金属矿石生产熔融金属的方法，其包括以下步骤：
(a)在所述预还原段中，将金属矿石进料到预还原区并在此借助于来源于最终还原区的还原性工艺气体将其预还原，
(b)在所述预还原区中通过向此处供应氧气使所述还原性工艺气体实现后燃，以使得在所述预还原区中的所述金属矿石至少部分熔融，
(c)使所述预还原且至少部分熔融了的金属矿石从所述预还原区进入位于从铁矿石流动方向看的下游的最终还原区中，在那里发生所述最终还原，和
(d)在所述最终还原区中在熔渣层中通过供应还原剂和含氧气体到所述最终还原区实现所述最终还原，由此生成所述还原性工艺气体，和
(e)在所述最终还原区中借助于向此处供应的所述含氧气体实现所述还原性工艺气体的部分后燃，
其中将还原剂进料到所述最终还原区中，所述还原剂已根据本发明的方法制备。
在根据本发明的该方法中，将金属矿石例如铁矿石进料到预还原区，在那里使用来源于最终还原区的还原性工艺气体进行预还原。有利地，该预还原区为熔融用旋风分离器。将金属矿石例如铁矿石进料到该预还原区的顶部。如果预还原区为熔融用旋风分离器，则将矿石沿切线方向进料到该旋风分离器中。如果预还原区为熔融用旋风分离器，则还原性工艺气体在预还原区的下端(即开口下端)引入。还原性工艺气体用单独注入该预还原区中的含氧气体进行燃烧。在熔融用旋风分离器中，这引发旋风运动。在本发明的上下文中，含氧气体包含至少30％的氧气，且优选至少90％或者甚至95％的氧气。还可能使用工业纯的氧气或甚至更纯的氧气。铁矿石在飞行中被在预还原区中产生的热量熔融且液态矿石收集在周边壁上。因为还原性工艺气体包含CO和H2，所以液态矿石在其由于重力沿旋风分离器内壁向下行进期间被部分还原。使用根据本发明制备的还原剂在最终还原区中进行最终还原，由此生成液态铁池和包含CO和H2的还原性工艺气体。吸热的还原反应主要发生在浮在熔融铁池顶部的液态熔渣层中。所需热量通过经由喷枪将含氧气体例如工业纯氧气注入到熔渣层上而用氧气部分燃烧所述还原性气体来供应。在优选的实施方案中，该最终还原区为转炉。
虽然所述方法可用于还原可使用含碳物料作为原料来还原的任何金属矿石，例如镍矿石、铜矿石、钴矿石、锌矿石，但该设备特别适用于由铁矿石生产铁。
除了如上所述的益处和优势之外，在这类金属制造方法例如制铁工艺中使用具有高温的部分热解了的含碳物料容许开采出的含碳材料分阶段但最终基本完全氧化成为完全燃烧的工艺废气，例如具有至多96％的CO2含量。同时，本方法容许较低的煤消耗(每吨生成的铁约550千克或更少)和工艺废气排放减少(约20-30％)。有利地，部分煤炭化、预还原和最终还原的阶段全部热耦合，由此避免临时储存并减少热量损失。
在根据本发明的该方法的优选的实施方案中，离开预还原区的工艺废气具有如下定义的后燃比率：
PCR = CO 2 + H 2 O CO 2 + CO + H 2 O + H 2
其中CO2、CO、H2O和H2为这些气体在离开该预还原区例如熔融用旋风分离器时的体积百分比浓度，其中PCR大于0.60，优选大于0.75，更优选为至少0.90，且甚至更优选为至少0.95。
在另一优选的实施方案中，含氧气体借助于多喷枪配置供应到最终还原区例如冶金容器以增加传热，减少热量损失并抑制粉尘损失。优选所述喷枪关于最终还原区以热的燃烧后的气体朝向所述最终还原区的中心轴流动的方式排列，以便引导所述热气体远离所述最终还原区的壁。这样，热气体不与最终还原区例如冶金容器的壁接触，这延长所述壁的使用寿命并提供优良的混合。此外，向中心轴流动的气体被向上推动，即从铁矿石的流动方向看被向上游推动，由此实现热能在该工艺中的有效使用，发明人发现，如果使用基本旋转对称的最终还原区，则使用至少3个沿最终还原区的圆周基本等角度分布的喷枪是优选的。3个喷枪的使用在冶金容器内提供优良且稳定的流动。更多喷枪提供甚至更加稳定的流动并提供加工余量。
虽然所述方法可用于还原可使用含碳材料作为原料还原的任何金属矿石，例如镍矿石、铜矿石、钴矿石、锌矿石，但该设备特别适合于由铁矿石生产铁。
本发明还提供执行如上所讨论的还原剂制备方法和金属制造方法的设备和装置的优选实施方案。
根据第三方面，本发明涉及制备在金属制造方法中使用的具有高温的还原剂的设备，其包括
-至少一个加热室，其具有用于进料含碳原料的入口和用于排出具有高温的部分炭化了的原料的出口并也具有用于排出包含来源于所述含碳原料的挥发性物质的热解废气的出口；
-配置在所述加热室中的输送机装备，其用于将该含碳原料从入口输送到出口；
-用于燃烧所述热解废气的燃烧室，该室具有与用于该加热室排出热解废气的出口连接的热解废气的入口且具有燃烧废气的出口；
-用于在加热室中通过使燃烧废气与含碳原料直接和/或间接接触将含在所述燃烧废气中的热量传递给所述含碳原料的装备。
在根据本发明的该设备的操作期间，在入口处加载的含碳原料在加热室中被加热到足以使其部分热解的温度，同时被输送到加热室的出口。将热解废气收集且随后使其在燃烧室中燃烧，该燃烧室优选与加热室分开。将生成的燃烧废气用在加热室中。如上关于根据本发明的方法所讨论的优势同样适用于根据本发明的该设备。具体地说，根据本发明的设备容许如上文所说明的存在于燃烧废气中的热量的有效利用。
优选地，根据本发明的该方面的设备为单程反应器，更优选挤出机型反应器。根据本发明的挤出机型反应器的输送机装备优选包括互相啮合的双挤出螺杆，其可为反向旋转的互相啮合的双挤出螺杆。
根据第四方面，本发明涉及用于通过直接还原金属矿石例如铁矿石生产熔融铁的装置，其包括
(a)根据本发明用于制备具有高温的还原剂的设备；
(b)用于执行铁矿石的最终还原的冶金容器；
(c)用于将来源于所述设备的部分炭化了的含碳原料供应到熔渣层中的供应装备，所述熔渣层在所述装置运行中在所述冶金容器中在源自还原后的金属矿石的金属的熔浴上方形成；
(d)用于将氧气供应到所述冶金容器中的供应装备；
(e)用于从所述冶金容器中排出熔融金属和熔渣的排出装备；
(f)位于所述冶金容器上方且与所述冶金容器开放式连接以与其形成单个反应器的熔融用旋风分离器，在操作中工艺气体从所述冶金容器直接进入所述熔融用旋风分离器且至少部分熔融的预还原了的金属矿石从所述熔融用旋风分离器直接进入所述冶金容器；
(g)用于将金属矿石供应到所述熔融用旋风分离器中的供应装备；
(h)用于将氧气供应到所述熔融用旋风分离器中的供应装备；
(i)用于从所述熔融周旋风分离器中排出流动物流形式的工艺气体的排出装备。
虽然所述设备可用于还原可使用含碳物料作为原料还原的任何金属矿石，例如镍矿石、铜矿石、钴矿石、锌矿石，但该设备特别适用于由铁矿石生产铁。
本发明借助于附图进一步说明，其中：
图1示意性地展示了根据本发明用于执行在制铁工艺中使用的具有高温的还原剂的制备方法的挤出型反应器的优选的实施方案。图2示意地展示了根据本发明用于通过直接还原铁矿石生产熔融铁的装置的实施方案。
用于制备具有高温的还原剂的设备的优选的实施方案在图1中展示。挤出型设备由附图标记10从整体上标明。该设备10包括双壁外壳12。两个挤出螺杆14在外壳12内部彼此平行配置。在图1的视图中，仅可看见一个挤出螺杆。外壳12的内部限定了加热室16。外壳12提供有在外壳12的第一末端20附近的待炭化的含碳原料的入口18，入口18与加热室16流体连通。用于排出部分热解了的原料的产物出口22安置在外壳12的相对的第二末端24处。外壳12的顶壁26还提供有一个或多个也与加热室16流体连通的用于排出在加热室16中发生的部分热解的气态产物及其它挥发性物质的热解废气出口28。出口28经由合适的收集管道30与用于燃烧该热解废气的燃烧器设备(通常由32标明)连接。在燃烧器设备32中，所收集的包含烃及其它挥发性物质的热解废气用含氧气体例如空气(未示出)，优选预热了的空气至少部分燃烧，并获得热的燃烧废气。使该燃烧废气回到设备10中。在所展示的实施方案中，将燃烧废气分成两个单独流。第一燃烧废气流在外壳12的第二末端24处进入螺杆14的中空轴34中并在第一末端20处离开。第二燃烧废气流在第二末端24处经由入口36引入在双壁外壳12的内壁与外壁之间的环形空间38中。在第一外壳末端20处，该第二流通过出口40排出。因此，在加热室16中两股燃烧废气流与含碳原料流逆向流动。由此，热量从两个流股传递到含碳原料。燃烧后的气体冷却到约500℃或更低，而具有约700℃温度的部分热解的产物离开出口22。在挤出机型反应器10中的停留时间可以改变，通常约5-10分钟将足以获得自维持的反应。两个螺杆14各自具有中空轴34，它提供有螺旋式配置的桨叶42。这些桨叶42也可为中空的，用于流通加热流体例如燃烧废气。两个螺杆14的桨叶42以微小的机械间隙互相啮合。在热解工艺的启动期间，可能需要外部供应的可燃气体，例如天然气或CO。为此目的，可提供用于供应这种外部供应的可燃气体(未示出)到设备10的装备。如果热解废气的热值比维持部分炭化工艺所需的热值高，则过量热值可用于其它目的。为此目的，可对设备10提供额外的出口(未示出)以引导一部分热解废气离开。
在涉及包括单个挤出螺杆的挤出机型反应器的实验中，用实验方式测试根据本发明的方法，并且发现，就所需要的热量来说，在700℃的温度下，在热的部分炭化的煤在反应器的末端释放之前从煤中释放的挥发性物质的量足以维持该工艺。根据热量-物料平衡，就所需要的热量推断，释放的挥发性物质(甚至对于低挥发性煤)的量能够驱动该方法。该令人惊奇的结果能够避免使用外部燃料来向该方法提供必要的热量。
图2图解展示了根据本发明的CCF型金属制造装置(例如制铁装置)100的一个实施方案。该装置包括一个或多个如在图1中示意性展示并在上文详述的还原剂制备设备10。此外，该制铁装置100包括作为预还原区用于预还原且熔融细铁矿石的熔融用旋风分离器102，细铁矿石在104处沿切线方向进料。在熔融用旋风分离器102下方，配置了作为最终还原区的转炉容器106，其中容器106的敞开的顶部108与熔融用旋风分离器102的敞开的底部112连接以容许还原性工艺气体从容器106进入熔融用旋风分离器并容许部分还原且熔融了的铁矿石向下流入容器106中。液态金属的池114存在于容器106的底部并具有浮在顶部的熔渣层116。将氧气进料到旋风分离器102和转炉106中，例如通过合适的供应管线122进料到旋风分离器102中。通常，氧气将借助于多个喷枪组件注入到转炉容器106中的熔渣层116上，在该多个喷枪组件中，仅有两个喷枪118在图2中示出。来源于还原剂制备设备10的具有高温的热的部分炭化的煤还通过入口124传送到转炉中用于根据FexOy+C(炭)→Fe+CO来还原源自旋风分离器102的部分还原并熔融了的铁矿石。气体例如氮气可从底部喷嘴(未示出)鼓泡穿过熔池114以搅拌熔渣层116的下部区域。包含CO并从熔渣层116逸出的还原性工艺气体用所供应的氧气部分燃烧。在离开转炉106时还原性工艺气体中约45％的PCR是有利的。该还原性工艺气体在旋风分离器102中通过供应的氧气进一步燃烧以及用于将飞行中的熔融铁矿石预还原为FexOy。沿壁流下的熔融铁矿石可被进一步还原为FeO。在顶部110处，离开的烟道气体在约1800℃的温度下具有100％的PCR。完全燃烧了的烟道气体在除尘、干燥并压缩后能直接用于CO2储存。热的金属和熔渣能使用常规放液孔120进行放液。

Claims (12)

1.在金属制造方法中使用的具有高温的还原剂的制备方法，所述方法包括：
a)使用热源加热含碳原料的热解步骤，其中将所述原料热解到至多80％变成具有高温的部分炭化了的含碳产物的热解程度并由所述含碳原料产生包含挥发性物质的热解废气，
b)燃烧所述热解废气的燃烧步骤，由此产生燃烧废气，
其中所述燃烧废气的热能通过使所述燃烧废气与所述含碳原料直接接触用作步骤a)中的热源和/或其中所述燃烧废气的热能通过加热所述含碳原料而不直接接触所述含碳原料用作步骤a)中的热源。
2.权利要求1的方法，其中步骤a)在单程反应器(10)，优选挤出机型反应器，更优选包括互相啮合的双挤出螺杆(14)的挤出机型反应器中进行。
3.前述权利要求之一的方法，其中步骤b)用优选具有400和700℃之间的温度的预热了的含氧气体进行。
4.前述权利要求之一的方法，其中，在步骤a)中，所述燃烧废气相对于所述含碳原料逆流进料。
5.前述权利要求之一的方法，其中步骤a)以这样的方式进行：所得热解废气包含的挥发性物质的量在所述热解废气燃烧后足以提供为了加热并部分热解所述含碳原料所需的热量，而部分炭化了的含碳产物包含剩余的挥发性物质。
6.前述权利要求之一的方法，其中所述含碳原料包括煤。
7.通过在预还原段然后在最终还原段中直接还原金属矿石生产熔融金属的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)在所述预还原段中，将金属矿石进料到预还原区并在此借助于来源于最终还原区的还原性工艺气体将其预还原，
(b)在所述预还原区中通过向此处供应含氧气体使所述还原性工艺气体实现后燃，以使得在所述预还原区中的所述金属矿石至少部分熔融，
(c)使所述预还原且至少部分熔融了的铁矿石从所述预还原区进入位于从铁矿石流动方向看的下游的最终还原区中，在那里发生所述最终还原，和
(d)在所述最终还原区中在熔渣层(116)中通过供应还原剂和含氧气体到所述最终还原区实现所述最终还原，由此生成所述还原性工艺气体，和
(e)在所述最终还原区中借助于向此处供应的所述含氧气体实现所述还原性工艺气体的部分后燃，
其中将还原剂进料到所述最终还原区中，所述还原剂已经根据前述权利要求之一的方法制备。
8.权利要求7的方法，其中离开所述预还原区的废气具有如下定义的大于0.60的后燃比率：
PCR = CO 2 + H 2 O CO 2 + CO + H 2 O + H 2
其中CO2、CO、H2O和H2是这些气体在离开所述预还原区时的体积百分比浓度。
9.前述权利要求7或8之一的方法，其中借助于多喷枪配置将所述含氧气体供应到所述最终还原区，所述多喷枪配置的排列方式使得热的燃烧了的气体朝向所述最终还原区的中心轴流动，以便引导所述热气体远离所述最终还原区的壁。
10.制备在金属制造方法例如制铁工艺中使用的具有高温的还原剂的设备，其包括
-至少一个加热室(16)，其具有用于进料含碳原料的入口(18)和用于排出具有高温的部分炭化了的原料的出口(22)并也具有用于排出包含来源于所述含碳原料的挥发性物质的热解废气的出口(28)；
-配置在所述加热室(16)中的输送机装备(14)，其用于将所述含碳原料从入口(18)输送到出口(22)；
-用于燃烧所述热解废气的燃烧室(32)，其具有与用于将热解废气排到所述加热室的出口(28)流体连通的所述热解废气的入口并具有燃烧废气的出口，
-用于将所述燃烧废气中所含的热量传递到所述含碳原料的装备(34、38、42)。
11.权利要求10的设备，其中所述输送机装备包括互相啮合的双挤出螺杆(14)。
12.用于通过直接还原铁矿石生产熔融铁的装置(100)，包括
(a)至少一个权利要求10或11的设备(10)；
(b)用于执行铁矿石的最终还原的冶金容器(106)；
(c)用于将来源于所述设备(10)的部分炭化了的含碳原料供应到熔渣层(116)中的供应装备(124)，所述熔渣层(116)在所述装置运行中在所述冶金容器(106)中在铁熔浴(114)上方形成；
(d)用于供应含氧气体到所述冶金容器(106)的供应装备(118)；
(e)用于从所述冶金容器(106)中排出熔融铁和熔渣的排出装备(120)；
(f)位于所述冶金容器(106)上方且与所述冶金容器(106)开放式连接以与其形成单个反应器的熔融用旋风分离器(102)，在操作中工艺气体从所述冶金容器(106)直接进入所述熔融用旋风分离器(102)且至少部分熔融的预还原了的铁矿石从所述熔融用旋风分离器(102)直接进入所述冶金容器(106)；
(g)用于供应铁矿石到所述熔融用旋风分离器中的供应装备(104)；
(h)用于供应氧气到所述熔融用旋风分离器中的供应装备(122)；
(i)用于从所述熔融用旋风分离器(102)中排出流动物流形式的工艺气体的排出装备(110)。
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