CN1021917C - 铁矿石熔融还原的预还原方法及设备 - Google Patents

Abstract

铁矿石熔融还原的预还原方法，其步骤包括，利用熔炼还原炉(1)产生的气体对处于具有流化床(5)的预还原炉(2)中的矿石进行预还原，控制熔炼还原炉产生的并引入预还原炉的气体压力，从而控制引入预还原炉的气体的实际流率。

铁矿石熔融还原预还原的装置，包括用于将熔炼还原炉(1)产生的气体引入预还原炉(2)的气流通路(3)和位于该气流通路中的气体压力控制阀(16)。

Description

本发明涉及铁矿石熔融还原领域，具体地说是涉及铁矿石熔融还原的预还原方法及设备。

应该注意到，作为一项冶炼技术，熔炼和还原矿石的熔铁池型方法可用来取代高炉法，在这种熔炼和还原矿石的方法中，通常利用在熔炼还原炉中产生的还原气体对矿石进行预还原，以提高能量的效率。作为预还原炉常常使用流化床型还原炉。在这种流化床型熔炼还原炉中，可以象通常那样，使用粉状材料矿石，粉状材料矿石能快速地与还原气体反应。

在使用流化床型预还原炉的传统方法中，是将熔炼还原炉中产生的气体按原样引入预还原炉。这种方法已在，例如NO·210110/83    NO.23915/87和NO.60805等日本专利公开出版物中公开。

将熔炼还原炉中产生的气体按原状引入预还原炉的原因如下：

首先，将熔炼还原炉中产生的气体全部用于预还原炉，对于提高能量的效率是有利的。其次，当预还原炉的形状和大小是依据所产生的气体的流率而预先确定时，矿石可以被有效而适当地预还原。

在上述流化床型预还原炉中，引入预还原炉的气体流率应在一个合适的范围内，该范围与预还原炉的形状和大小有关。如果气体流率过小，矿石不能适当地流化。如果流率过大，随排出气体一起被带走的矿石量将会增加。因此，在气体流率过小或过大的任何一种情况下 都不能得到预期的均匀而有效的预还原反应。特别是，当气体流率过大时，排气管道和预还原炉后续装置上的设备容易发生阻塞和类似的问题。

然而，近年来人们已经在研究，在熔炼还原炉的运行中，使在熔炼还原炉中产生的，其压力和流率发生较大变化的气体得以的实际应用。也就是说，引入预还原炉中的还原气体的压力和流率具有较大的变化。产生这种变化的原因如下：

（a）、这种熔炼和还原矿石的方法极有利于适度控制铁的生产。因此，诸如材料填充，吹氧量，熔炼还原炉内部温度等运行条件变化很大。

（b）、熔炼还原炉内气体的较高压力可增大气体密度和促进矿石的还原反应。另外，使用较高的气体压力，具有促进设备小型化的优点。而且有助于在炉内压力超过大气压力的情况下操作熔炼还原炉。在高于大气压力的压力下进行操作期间，气体压力的变化大于在大气压力下进行操作时的压力变化。

（c）、为了提高经济效率，需要使用多种材料。当使用，例如挥发成份彼此不同的煤时，产生的气体量随之发生变化。

在产生的气体量有较大变化的操作中，采用将熔炼还原炉中产生的气体按原状引入预还原炉这种传统的方法，不能使矿石得到适当的流化，也不能得到预期的有效预还原。

为了解决上述问题，应根据情况设计一个装置，该装置的设计标准是它能够产生数量较大的气体。在运行期间，当矿石流化所需气体不足时，从预还原炉排出的气体中的一部分可以重复使用，即将它们添加到在熔炼还原炉内产生的气体中，并引入到预还原炉。然而，在 这种方法中，需要提高压力来促使从预还原炉排出的和压力相当低的那一部分气体循环。因而需要一台用于提高压力的压缩机，一个位于压缩机入口处用于除去气体中的粉尘并能冷却气体的装置，和一个将已通过上述装置的气体加温的装置。由此，这不仅使设备的价格昂贵而且运行费用也高。

本发明的一个目的是提供一种用于控制预还原矿石气体流率的方法和装置，使得在具有流化床的预还原炉中的矿石处于适当地流化状态和经济地实现这一状态。

为了实现上述目的，本发明提供了一种铁矿石熔融还原预还原的方法，该方法包括下述步骤：

利用熔炼还原炉中产生的气体，对具有流化床的预还原炉中的矿石进行预还原;

控制熔炼还原炉中产生的，引入预还原炉的气体压力，使引入预还原炉的气体实际流率得到控制。

另外，本发明还提供了一种铁矿石熔融还原预还原的方法，该方法包括以下步骤：

利用熔炼还原炉中产生的气体，对具有流化床的预还原炉中的矿石进行预还原。

控制熔炼还原炉中产生的，引入预还原炉的气体压力，根据位于预还原炉入口处的压力检测器测得的值，通过位于气流通路中的阀，对引入预还原炉中的气体压力进行控制，从熔炼还原炉引入预还原炉的气体流经上述阀。

控制从预还原炉排出的气体流率，通过位于从预还原炉排出的气体流通通路上的阀，对从预还原炉排出的气体流率进行控制。

本发明还提供了一种铁矿石熔融还原预还原的装置，包括具有流化床的预还原炉，用于将熔炼还原炉中产生的气体引入预还原炉的气流通路;

以及位于所述气流通路中的气体压力控制阀。

本发明的上述目的以及其它目的和优点将在下文结合附图进行详细说明使其更加明显。

图1表示本发明方法的示意图。

图2是示意图，表示在本发明的流化床型炉中使矿石适当流化的气体流率和气体压力范围之间的关系。

图3是示意图，表示在本发明的流化床型炉中的气体处于控制状态下的一个实例。

图4是本发明流化床型炉的垂直剖面图。

本发明利用了下述原理，通过改变流体的压力，使压缩流体的体积发生变化。也就是说，当熔炼还原炉中产生的气体压力发生变化时，气体的体积也将随之增大或减小。引入预还原炉的气体实际流速得以控制。“流率”是指气体在标准状态下Nm³/hr的流率，此处，“流率”是气体流过速率的简写形式。气体在实际压力和温度下的流率称为“实际流率”。气体的压力随着从熔炼还原炉中产生的气体量和气体压力变化。当熔炼还原中产生的气体量不足以使预还原炉中的矿石流化时，通过降低流入预还原炉的气体压力可以增大气体的实际流率。通过气体实际流率的增大，可使矿石适当地流化。当气体量过大时，通过提高流入预还原的气体压力，可以降低气体的实际流率。由此可防止将矿石从预还原炉中带走。

按照本发明的装置，通过调节控制阀的开度，可以改变熔炼还原炉中产生的气体压力、控制气体的实际流率和将气体引入预还原炉。 所述的控制阀设置在将熔炼还原炉产生的气体引入预还原炉的气流通路中。

可以使用两个控制阀，其中的一个用于将熔炼还原炉产生的还原气体引入预还原炉，另一个设置在从预还原炉排出的气流通路中。当设在还原气流通路中的控制阀的开度较小而设在从预还原炉排出的气流通路中的另一个控制阀开度较大时，引入预还原炉中的气体压力降低。当设置在还原气流通路中的控制阀开度较大而设置在从预还原炉排出的气流通路中的另一个控制阀的开度较小时，引入预还原炉中的气体压力得到提高。利用本发明提供的装置，仅需要按上述方式控制其控制阀，就可以控制气体的流率。

图1是表示本发明方法的示意图。在图1中，标号1是熔炼还原炉，2是流化床型预还原炉，3是用于引导熔炼还原炉产生的还原气体的气流通路，4是从预还原炉排出的气体的气流通路，6是设在还原气体气流通路中的除尘器，7是从预还原炉排出的气体气流通路中的除尘器。还原气体的气流通路3包括除尘器6的进气管8和排气管9。还原气体的气流通路4包括除尘器7的进气管10和排气管11。

开始时，将矿石填充到预还原炉2中，呈固体状态的这些矿石在预还原炉2中被预加热和预还原。在预还原炉中预加热和预还原的矿石被填充到熔炼还原炉1中进行熔炼和还原。在熔炼炉中产生的、以CO为主要成分的气体，通过构成还原气流通路3的管道8引入除尘器6，并在除尘器中将气体中的粉尘除去。除去粉尘的气体再通过管道9引入预还原炉2的下侧。粉状或粒状的矿石装在预还原炉2中的多孔布料器上。由于上述已除尘的气体从低侧流至布料器上，从而使矿石流化并形成流化床。矿石与还原气体反应被预还原和预加热，并在流化 床中搅动，已经预加热和预还原的矿石从出料部13排出。由预还原炉2排出的气体。通过构成排出气体通路的管道10引入除尘器7。由除尘器7收集从预还原炉中带出的粉状矿石，而将气体通过管道11送至气体处理装置。

从出料部13排出的预还原矿石，以自流方式通过传输管道14装入熔炼还原炉1。由除尘器7收集的、经预还原的粉状矿石，通过传输管道15送至熔炼还原炉1，并喷入熔炼还原炉内。通过管道14送入炉1中的粉状矿石，其颗粒尺寸呈中粒或粗粒，而通过管道15送入炉1中的粉状矿石则呈细粒。

在上述熔炼还原装置中，在构成还原气流通路3的管道9的中间设有一个气流调节器16，该气流调节器16可以是一个用于控制还原气流通路3开度的阀，在构成排气气流通路4的管道11中间设置一个气流调节器17，该气流调节器17也可以是一个用于控制排出气流通路4开度的阀。用于检测气体流率的检测器18设置在管道11上，以控制气流调节器17的开度。用于检测压力的检测器19设在预还原炉2的入口处以控制气流调节器16的开度。另外还设置了根据检测器18、19的检测值控制气流调节器16、17的运算和控制单元20以及比较控制器21。通过气流调节器16、17和检测装置，可以控制引入的气体流率，从而可使矿石在预还原炉2中适当地流化。

如上所述，为了实现粉状或粒状矿石在预还原炉2中流化，需要选定引入气体的最佳实际流率。图2是使矿石在流化床型炉中适当流化的气体流率和气体压力间关系的示意图。横坐标表示引入流化床型炉中的气体流率相对于基准值的相对值。气体流率指的是将气体的体 积转换为气体在标准状态下的体积时得到的气体流率。气体流率用Nm³/hr表示。纵坐标表示的是在流化床型炉入口处的气体压力。气体压力用Pa表示。使矿石流化所需的最小气体流率与流化床型炉入口处气体压力间的关系，在图2中用实线A表示。在实线A左侧区域代表的条件下，将不能获得矿石的适当流化状态。因为随着气体压力的增大，气体体积将减小，因而气体的实际流率也将减小。因此，正如图2所明确表示的那样，随着气体压力的增大，使矿石流化所需的气体流率也将增大。

甚至在气体流率减小，矿石不能适当流化的情况下，当改变炉入口处的气体压力，使气体压力满足实线A右侧区域的条件时，既使较小的气体流率也可以再一次使矿石适当地流化。

如图3所示，例如当气体流率由点a₁减小到点a₂时，如果流化床型炉入口处的气体压力仍保持在19.6133×10⁴Pa，矿石将不能适当流化。点a₁代表的条件是：炉入口处的气体压力为19.6133×10⁴Pa气体流率为100%。点a₂表示气体压力为19.6133×10⁴Pa，气体流率为60%的情况。当炉入口处的气体压力由19.6133×10⁴Pa变为7.8453×10⁴Pa时，其条件满足实线A的右侧区域，矿石被再次适当地流化。也就是说，当运行条件从点a₂变换到点a₃时，可以使矿石再次适当流化。矿石能适当流化的原因在于，当呈标准状态的气体流率为60%时，由于气体压力降低，使得气体实际流率增大。当气体的压力由19.6133×10⁴Pa变为7.8453×10⁴Pa时，以绝对压力的比值为基准的气体实际流率大约为3.0/1.8倍。

另一方面，当引入流化床型炉中的气体流率过大时，将有大量矿石随气体一起从炉中被带走。本发明人研究了可解决上述问题的条件。

本发明的最佳实施例中，利用除尘器7收集从预还原炉2带走的预还原粉状或粒状矿石。除尘器7收集的经预还原的粉状或粒状矿石，通过传输管道15送入熔炼还原炉。由出料部13排出的、已预还原的中等颗粒或粗颗粒矿石，也被送入熔炼还原炉中。预还原的矿石可分为粒状-粒状矿石和中颗粒-粗颗粒状矿石中的颗粒较粗的矿石。由气体从炉中带出的粉状和粒状矿石中颗粒较粗的矿石会使除尘器7和传输管道15内侧阻塞和磨损的可能性增大。此外，被带出的矿石应具备小的颗粒。本发明是在考虑到被带出的矿石的颗粒尺寸的条件下，研究了在流化床型炉中的气体流率间的关系。例如，为了使被带出的矿石的颗粒尺寸限定为0.5mm或更小，而确定了图2中的实线B。在实线B左侧的区域内，被带出的矿石的颗粒尺寸为0.5mm或更小。在实线B的右侧区域，会有颗粒尺寸大于0.5mm的矿石被带走。在实线B偏右侧处，有一条边界线（未示出），在边界线内被带出的矿石的颗粒尺寸限定为1.0mm或更小。在远离实线B的右侧区域，几乎各种颗粒尺寸的所有矿石都被从流化床型炉中带走。

相应地，为了使颗粒尺寸大于0.5mm的矿石适当流化和利用将颗粒尺寸等于和小于0.5mm的矿石带出的方法对矿石进行分选，应使流化床型炉入口处的气体状态保持在由实线A和B确定的区域内。理想的范围是斜线代表的范围。只要使炉入口处的气体状态保持在上述区域内，就能使矿石在预还原炉内适当流化和分选。熔炼还原炉内产生的气体压力和流率的变化可通过计数测量。由于在预还原炉入口处的气体压力和预还原炉内部的气体压力之间存在确定的关系，所以通过测量预还原炉内的气体压力，可以改变和调节预还原炉内部的气体压力。在改变和调节预还原炉内部的气体压力的情况下，通过改变 和调节预还原炉入口处的气体压力可以获得同样的效果。

现在参照说明书的附图1，说明改变和调节预还原炉入口处气体压力的方法。

气流调节器16位于构成预还原气流通路3的管道9的中间，气流调节器17位于构成排出气流通路4的管道11的中间，通过调节这两个气流调节器的开度，可以控制预还原气体的气流。流率检测器18具有借助于气体的温度和压力进行校正的功能和向运算控制单元20输出流经管道11且换算为标准状态的气体流率。炉入口处的气体压力和气体流率间的关系已预先设置在运算控制单元20中。气体压力和气体流率之间的合适关系，用例如图2中斜线所示的区域表示。根据炉入口处气体压力和气体流率间的关系，计算出与从流率检测器18输入的气体流率相应的气体压力。将计算得到的合适的气体压力输入比较控制器21，根据计算得到的合适压力与实际压力相比较的结果，经计算确定的开度控制信号被送至气体调节器17。根据控制信号，通过驱动装置（未示出）来控制气体调节器17的开度。另一方面，预还原炉2入口处的气体压力由压力检测器19检测，并经比较控制器21输出。比较控制器21对输出的实际压力信号和从运算控制单元20输入的合适压力信号进行比较。得到的开度控制信号送至气流调节器16，以便使实际压力接近于合适的压力。驱动装置（未表示）根据开度控制信号控制气流调节器16的开度。通过控制气流调节器16、17开度的方式，实现根据气体的流率确定预还原炉入口处气体压力的级联控制。

现在参照附图3说明一个实例，其中操作是在熔炼还原炉1产生的气体压力为19.6133×10⁴Pa预还原炉入口处的气体压力为 19.6133×10⁴Pa所产生的气体流率从100%降低到60%的条件下进行的。当流率检测器18测出的气体流率是基准流率值的60%时，由运算控制单元20根据测得的流率值算出合适的气体压力。例如算出的合适压力值为7.8453×10⁴Pa。在图3中，入口处气体压力为19.6133×10⁴Pa，气体流率为100%的状态用点a₁表示，入口处气体压力为19.6133×10⁴Pa、气体流率为60%的状态用点a₂表示，入口处气体压力为7.845×10⁴Pa、气体流率为60%的状态用点a₃表示。将合适的压力信号输到比较控制器21。同时将增加开度的信号输出到气流调节器17。比较控制器21将压力检测器检测到的19.6133×10⁴Pa的气体压力和合适的压力信号进行比较。气体调节器16的开度将根据比较信号而减小。按照上述方式对气流调节器16、17的开度进行控制，可使预还原炉2入口处的气体压力和气体流率进入图3中实线A和B限定的区域内，并能使矿石适当地流化。由于这种控制是依据气流的变化连续进行的，所以矿石能持续保持流化状态。

现在参照说明书的附图3说明另一个实例，其中的操作是在预还原炉2入口处的气体压力为7.845×10⁴Pa、气体流率从100%增加到160%的条件下进行的。在图3中，入口处气体压力为7.845×10⁴Pa、气体流率为100%的状态用点b₁表示，入口处气体压力为7.845×10⁴Pa、气体流率为160%的状态用点b₂表示。气流调节器16的开度增大，而气流调节器17的开度减小。将气流调节器调节到使入口处的气体压力为19.6133×10⁴Pa，气体流率为160%的状态，此状态用点b₃表示。由于点b₃被包含在实线A和B之间用斜线表示的区域中。因此矿石能在预还原炉 2中适当流化。颗粒尺寸大于0.5mm的预还原矿石将不会被气体带趟。

仅仅在确定的流率下根据熔炼还原炉中产生的气体变化来改变预还原炉2入口处气体压力的情况下，当按上述方式控制预还原炉入口处气体压力时，才能将预还原炉中的气体状态控制在实现矿石适当流化的范围内。

如上所述，根据本发明的方法，既使在熔9炼还原炉中产生的气体压力和流率有较大的变化时，预还原炉中的矿石仍然可以适当地流化。

在该最佳实施例中，也可以不使用流率检测器18，而根据装填入熔炼还原炉1中的各种原料炉料和吹入炉中的气体量来设定所产生的气体量。在熔炼还原炉中产生的气体量，可通过计算填入炉内的原料量和吹入炉中的气体量来设定。

用于冷却排出气体的冷却器和用于从排出气体中除去粉尘的粉尘收集器，可以装在管道11中流量检测器18的进气侧。这样可以提高流量检测器18的精度和使用寿命。如图4所示，可以在气体调节器17的排气侧设置具有预定开口的节流孔23。气体的压力和流率可用带有节流孔23的气流调节器17的开口来控制，气流调节器17的开口大于没有节流孔23的气流调节器的开口。因为是在气流调节器17的开口为50%的情况下操作，所以通 过气流调节器17可以提高操作和测量的精度。另外，由于气流调节器17的开口比较大，所以排出的气体中的粉尘不容易附着在气体调节器17上。既使粉尘附着在气流调节器17上，气流调节器17的开口也还是能够控制的。节流孔23可以设置在气流调节器17的排气侧，也可设置在进气和排气两侧。

当将熔炼还原炉中产生的气体的一部分从位于熔炼还原炉1和气流阀调节器16之间的管道8和9中分离出来，通过控制阀从系统中排出时，可以随意降低所产生的和将要输送到预还原炉中的气体量，由此可以进一步增加操作的灵活性。

设置在还原气流通路3和排出气流通路4中用于控制通路开度的阀不仅包括本发明实施例使用的那种蝶阀型气流调节器，也可以使用通过门型阀控制初始开度的其它各种类型的阀，用于控制开度的阀可用多个阀构成。

在上述对气体流率的控制中，如果采用所谓的定值控制方法。可使预还原炉2的运行保持在最佳状态，这种方法可以使预还原炉2入口处的气体压力不依靠于熔炼还原炉1所产生的气体压力而保持在预定值。这样，当预还原炉2入口处的气体压力被保持在尽可能高的水平上时，可以增大气体密度以提高预还原效率。

当然，本发明的方法和装置不仅可以用于钢铁生产中铁矿石的熔炼和还原过程，而且还可以用于其它金属矿石的熔炼和还原过程。

根据本发明的方法和装置，既使熔炼还原炉中产生的气体压力和流率随着熔炼还原炉的运行有较大变化时，矿石仍可以在流化床型预还原炉中保持适当地流化状态，并能适当地预还原。由于矿石可以按这种不依赖于熔炼还原炉产生的气体量和压力的方式适当预还原，所以可以选择性地在以铁矿石熔炼还原为重要特征的生产过程中进行灵活地控制和改变操作条件。另外，由于仅通过在气流通路中设置能控制开度的阀和控制阀的开度就可以获得上述效果，所以不需要增加设置上的负担，也不会增加操作成本。

本发明提供了一种仅通过气流调节器17即可控制气体实际流 率的方法，所述的气流调节器17可以是一个可控制气流通路4的开度的阀。

Claims (12)

1、一种铁矿石熔融还原预还原的方法，其步骤包括：

利用熔炼还原炉(1)产生的气体，对处在具有流化床(5)的预还原炉(2)中的矿石进行预还原，其特征在于还包括以下步骤，

控制熔炼还原炉中产生并引入预还原炉的气体压力，使引入预还原炉的气体实际流率得以控制。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于引入预还原炉中的气体压力由阀16控制，阀16位于将气体从熔炼还原炉引入预还原炉的气流通路3中。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于控制引入预还原炉的气体压力包括控制预还原炉中的气体压力。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于根据设置在预还原炉气体入口处的压力检测器（19）的检测值对预还原炉中的气体压力进行控制。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于当熔炼还原炉产生的气体量大于预定的气体量时，上述引入预还原炉中的气体压力加大。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于当熔炼还原炉中产生的气体量小于预定的气体量时，上述引入预还原炉中的气体压力减小。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于其步骤还包括，控制从预还原炉排出的气体流率。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于上述从预还原炉排出的气体流率是通过设置在从预还原炉排出的气流通路中的阀（17）进行控制的。

9、一种铁矿石熔融还原预还原的方法，其步骤包括：

利用熔炼还原炉（1）产生的气体，对处于具有流化床（5）的预还原炉（2）中的矿石进行预还原，其特征在于其步骤包括：

控制熔炼还原炉中产生的、并引入预还原炉的气体压力，以及控制通过第1阀（16）和第2阀（17）从予还原炉排出的气体的流率，以使上述气体压力和上述气体流率能为流化矿石所需的气体压力和流率，使矿石具有予定的颗粒尺寸，或说防止从予还原中排出较大尺寸的颗粒，上述第1阀（16）是一个在气流通路（3）中的阀，能将上述气体从熔融炉中引入予还原炉中，第2阀（17）是设置在气流通路（4）中的阀，排出予还原炉中的气体。

10、一种铁矿石熔融还原预还原的装置，包括具有流化床的预还原炉（2），用于将熔炼还原炉（1）产生的气体引入具有流化床（5）的预还原炉（2）的气流通路（3）;

其特征在于：

在气流通路中设置气体压力控制阀（16）。

11、如权利要求10所述的装置，其特征在于进一步包括阀（17），该阀用于控制气体流率且位于从预还原炉排出的气体的气流通路（4）中。

12、如权利要求11所述的装置，其特征在于还包括有节流孔（23），该孔位于所述的阀和预还原炉之间的气流通路（11）中

13、如权利要求11所述的装置，其特征在于还包括一个节流孔，该孔位于阀的出气口一侧的气流通路中。

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