CN101688259B - 用于制备海绵铁的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
用于由块状形式的含氧化铁材料通过使用还原气体在还原炉(1)中直接还原而制备海绵铁的方法和装置，其中通过星形设置或彼此平行设置的多个还原气体分配通道(2)引入全部还原气体，优选引入到该还原炉的下四分之一内，并使其在该还原炉的整个横截面上均匀分布。
Description
本发明涉及用于由块状形式的含氧化铁材料通过使用还原气体在还原炉中直接还原而制备海绵铁的方法和装置。
在制备海绵铁(也称作直接还原铁)时，通过直接还原，在该还原炉中从上面填装块状形式的(例如球粒和/或块矿)氧化铁，其根据逆流原理由上升的还原气体流过。引入该还原炉中的热还原气体优选是在熔化气化器或在一些其他气体发生器中产生，该还原气体优选为750～900℃的温度，包含灰尘且富含一氧化碳和氢气，尤其包含70～90％的CO和H2。这样，块状形式的氧化铁完全或部分还原为海绵铁，并使海绵铁能够达到80％～超过95％的金属化程度。
在现有技术中已知的装置和方法中，还原气体在该还原炉的周围例如通过由耐火砖制成的环状通道(已知为促动管(Bustle-Kanal))引入。然而，在通过这种环状通道引入还原气体时，较少的还原气体到达该还原炉的中央，因此边缘区域中的金属化程度高于朝向还原炉的中心的。由于具有较低金属化程度的填料具有比具有较高金属化程度的填料更大的堆积重量，也更强烈地崩塌(zerfallen)，该填料向该还原炉的中央的方向集中。这种中央集中的运动具有进一步恶化特定量的还原气体的不均匀分配的作用。还原炉的直径越大，还原气体中所含的灰尘量越大，还原气体的不均匀分布就越强。此外，由耐火砖制成的环状通道需要昂贵的、容易磨损的且因此需要一再更新的衬套。
在DE2628447A1中，除该环状通道之外，还描述了在该环状通道的水平面之下的中央给料装置。依照EP0904415A1，以向下敞开的通道或具有敞开内端的斜向下朝向的管道的形式的另外的还原气体入口同样位于环状通道的水平面之下。
尽管这些装置提供了还原气体朝向中央的较好供给，但具有环状通道和在中部的气体分配通道的还原炉是昂贵的，且仍具有将还原气体在两个不同水平面上以相同压力引入的缺点，作为其的特别结果，每m2有更多的还原气体通过较高的入口引入，因为在那里气体的向上路径更短。然而，较少的还原气体特别意味着在还原炉中央填料的较低的金属化程度。
因此本发明的目的是找到简单的方法和简单的装置，使用其在不使用环状通道和与其相关的昂贵且容易磨损的还原炉的衬套的情况下获得还原气体的均匀分布以及由此产生的均匀金属化。
因此本发明的主题是用于由块状形式的含氧化铁材料通过使用还原气体在还原炉中直接还原而制备海绵铁的方法，该方法的特征在于通过星形设置或彼此平行设置的多个还原气体分配通道引入全部还原气体，优选引入该还原炉的下四分之一内。
为实现该方法，将块状形式的(例如球粒和/或块矿)含氧化铁材料从上面引入还原炉中。此外，将特别是在熔化气化器中制备的优选在750～900℃的温度下的包含灰尘且富含一氧化碳和氢气且尤其包含70～90％的CO和H2的热气体(上述还原气体)通过优选在该还原炉的下四分之一中经还原气体分配通道引入。引入的还原气体向上上升并由此还原该氧化铁以生成海绵铁。全部还原气体仅通过星形设置或平行设置的还原气体分配通道引入提供了还原气体和其中包含的灰尘在该还原炉的整个横截面上的均匀的分布。
DE 28 10 657公开了除了环形导管之外还具有引入工艺气体(例如天然气)的装置的还原炉。在这种情况下的缺点是通过该环形导管的还原气体的不均匀引入和高设备成本。
WO 00/36159描述了还原炉，其中在两个水平面处或在两个区域中引入还原气体。特别地，缺点在于高设备技术成本和用于控制还原气体引入的高需求。
该还原气体分配通道是向下敞开的半管壳(Halbrohrschale)，其固定在支承管(Tragrohr)上，且具有向下延伸的平行壁。在从上面用氧化铁填料装填还原炉时，在该半管壳之下产生不含填料的空间，且还原气体从所述空间均匀进入填料中。
该还原气体分配通道可以是星形设置且具有相同的长度或不同的长度。优选地，其具有不同的长度，较短的还原气体分配通道优选悬空(fliegend)安装，较长的还原气体分配通道优选被水冷支撑管(Stutzrohr)支撑。星形设置意指多个(优选4～12个，特别为8个)还原气体分配通道从还原炉的壁延伸到还原炉的内部，所有还原气体分配通道朝向还原炉的中央点。优选地，然后较长的还原气体分配通道各自与较短的还原气体分配通道相邻设置，其中该较长的还原气体分配通道优选安装在海绵铁的卸料斗上方。优选将水冷卸料蜗杆或其他卸料装置设置在该卸料斗的下端。
该还原气体分配通道优选在一个水平面上。
然而，在其中较长的还原气体分配通道各自与较短的还原气体分配通道相邻设置的设置情况下，也可以优选将较短的悬空安装的还原气体分配通道正好安装在该较长的受支撑的还原气体分配通道上方。在使用具有崩塌(Zerfall)和形成桥接的趋势的矿石时这可能可以是有利的。
这里重要的是不同高度的还原气体分配通道正好如此叠置设置：以使得在引入还原气体时实际上几乎没有压力差。
该还原气体分配通道也可以平行设置，且具有相同的长度或具有不同的长度。优选地，在这种情况下，还原气体分配通道位于一个水平面上。在小直径的还原炉的情况下，优选通过平行设置且从还原炉的壁连续延伸到相对置的该还原炉的壁的多个(优选2～8个，特别为4个)还原气体分配通道引入全部还原气体。在中等尺寸的还原炉的情况下，可以另外设置两个还原气体分配通道，其彼此相对设置，沿该炉的直径朝向中央，并与从还原炉的壁连续延伸到相对置的该还原炉的壁的其他还原气体分配通道相平行。这些另外的较短的还原气体分配通道优选由水冷支撑管支撑。
本发明的其他主题是用于由块状形式的含氧化铁材料通过使用还原气体在还原炉(1)中直接还原而制备海绵铁的装置，该装置的特征在于通过星形设置(优选在该还原炉(1)的下四分之一中)的多个还原气体分配通道(2a，2b)或彼此平行设置(优选在该还原炉(1)的下四分之一中)的多个还原气体分配通道(2)供入全部还原气体。
下面依据在附图中显示的示例性实施方式更详细地解释本发明，其中：
图1显示了通过还原炉(1)的垂直截面图，其中描绘了还原气体分配通道(2a，2d)和还原气体分配通道(2b)，
图2显示了通过具有支承管(3)的用于将该还原气体引入填料中的还原气体分配通道(2)的垂直截面图，
图3显示了通过在星形设置的还原气体分配通道(2a)和(2b)上方的如图1中所示的还原炉(1)的水平截面图，
图4显示了通过在平行设置的还原气体分配通道(2c)上方的如图1中所示的还原炉(1)的水平截面图，和
图5显示了通过在平行设置的还原气体分配通道(2c)和(2d)上方的如图1中所示的还原炉(1)的水平截面图。
通过分配管(5)从上面装填块状形式的含氧化铁材料的圆筒形还原炉(1)在下四分之一中具有多个还原气体分配通道(2)，通过其将还原气体引入该还原炉(1)中。在该还原炉(1)的下端，将还原成海绵铁的材料通过卸料斗(6)排出。在该卸料斗(6)的下端设置水冷卸料蜗杆或其他卸料装置，其在附图中未示出。
还原气体分配通道(2)是具有向下延伸的平行壁的向下敞开的半管壳(Halbrohrschale)，如图4中能够看到，其固定在支承管(3)上，其是内部冷却的，优选用水冷却。
该还原气体分配通道(2)可以是星形设置的。
该星形设置的还原气体分配通道(2a，2b)可以具有相同的长度或不同的长度。优选地，其具有不同的长度；优选地，较长的还原气体分配通道(2a)与较短的还原气体分配通道(2b)交替设置，如图3中所示。然后，通过较长的还原气体分配通道(2a)将还原气体供给还原炉(1)的中间区域和部分外侧区域(特别为约50％)，通过较短的还原气体分配通道(2b)将还原气体供给剩余部分的外侧区域。根据较长的还原气体分配通道(2a)的需要，较长的支承管(3)通常另外由水冷支撑管(4)支撑，如图1中所示，其固定到该还原炉(1)的底端，而较短的还原气体分配通道(2b)的支承管(3)优选是悬空安装的。
在具有星形设置的还原气体分配通道(2a，2b)且具有相对较少数量(优选少于8个，特别为4个)的卸料斗(6)的还原炉(1)的情况下，较长的还原气体分配通道(2a)优选设置在该卸料斗(6)的上方，较短的还原气体分配通道(2b)优选设置在卸料斗(6)之间的空间上方。
该还原气体分配通道(2a，2b)优选设置在一个水平面上。
然而，在其中较长的还原气体分配通道(2a)各自与较短的还原气体分配通道(2b)相邻设置的设置情况下，也可以优选将较短的悬空(fliegend)安装的还原气体分配通道(2b)紧邻地(knapp)设置在该较长的受支撑的还原气体分配通道(2a)上方。在使用具有崩塌和形成桥接的趋势的矿石时这可能可以是有利的。这里重要的是不同高度的还原气体分配通道(2a，2b)如此紧邻地叠置：以使得在引入还原气体时实际上几乎没有压力差。
该还原气体分配通道(2)也可以彼此平行设置。
该彼此平行设置的还原气体分配通道(2c，2d)可以具有相同的长度或具有不同的长度，并优选位于一个水平面上。如果该还原气体分配通道(2)平行设置，特别是在小还原炉的情况下，两个或更多的彼此平行设置的还原气体分配通道(2c)是足够的，其从还原炉的壁连续延伸到相对置的该还原炉的壁，如图5中所示。
在中等尺寸的还原炉的情况下，例如在直径为6～8m的还原炉的情况下，有利的是沿该还原炉(1)的直径设置另外两个还原气体分配通道(2d)并使其相对设置，以及将剩余的还原气体分配通道(2c)与其平行设置并优选从还原炉的壁连续延伸到相对置的该还原炉的壁，如图5中所示。在这种情况下，该还原气体分配通道(2d)优选以与星形设置的还原气体分配通道(2a)的支撑类似的方式由水冷支撑管(4)支撑。
Claims (7)
1.用于由块状形式的含氧化铁材料通过使用还原气体在还原炉中直接还原而制备海绵铁的方法，其特征在于通过星形设置或彼此平行设置的多个还原气体分配通道将全部还原气体引入到该还原炉的下四分之一内，并在该还原炉的整个横截面上均匀分布，其中该还原气体分配通道设置在一个水平面上，或在星形设置的还原气体分配通道的情况下，将较长的还原气体分配通道各自与较短的还原气体分配通道相邻设置，其中所述较短的还原气体分配通道以如下方式紧邻地设置在所述较长的还原气体分配通道上方：以使得在引入还原气体时实际上几乎没有压力差。
2.权利要求1的方法，其特征在于在装填还原炉时，在该还原气体分配通道下方形成不含填料的空间，该还原气体分配通道形成为向下敞开的半管壳，并让还原气体从所述空间均匀进入填料中。
3.用于由决状形式的含氧化铁材料通过使用还原气体直接还原而制备海绵铁的装置，包括还原炉(1)和用于将全部还原气体供给到该还原炉(1)中的还原气体分配通道(2)，其特征在于在该还原炉(1)的下四分之一中提供星形设置的还原气体分配通道(2a，2b)或彼此平行设置的还原气体分配通道(2)，该还原气体分配通道(2，2a，2b)包括具有向下延伸的平行壁的向下敞开的半管壳和支承管(3)，其中该还原气体分配通道(2)设置在一个水平面上，或者在星形设置的还原气体分配通道(2a，2b)的情况下，较长的还原气体分配通道(2a)各自与较短的还原气体分配通道(2b)相邻设置，其中所述较短的还原气体分配通道(2b)紧邻地设置在所述较长的还原气体分配通道(2a)上方。
4.权利要求3的装置，其特征在于所述星形设置的还原气体分配通道(2)具有不同的长度，和所述较短的还原气体分配通道(2b)是悬空安装的。
5.权利要求4的装置，其特征在于所述较长的还原气体分配通道(2a)设置在卸料斗(6)上方，且所述较短的还原气体分配通道(2b)设置在卸料斗(6)之间的空间上方。
6.权利要求3的装置，其特征在于使至少2个平行设置的还原气体分配通道(2)从该还原炉的壁连续延伸到相对置的该还原炉的壁。
7.权利要求6的装置，其特征在于该还原气体分配通道(2)是由水冷支撑管(4)支撑的。
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