CN1026433C - 生产黑色或有色金属的设备及方法 - Google Patents

Abstract

从自熔或非自熔的自还原结块或矿石生产黑色或有色金属的竖炉设备，其柱或锥形炉身的顶部有一加料装置与用作气体通过烟囱的出口或引导气体至热再生的导管，还有鼓风用的送风口；还包括柱或锥形炉膛，其径度较炉身大出的程度，足以使进料器位于燃料床上方；下部有送风口，用来鼓风，同时注或不同时注入液、气、固体燃料将空气布散至进料器下方，还有用来排出熔融金属和炉渣的斜槽；炉身与炉膛以耐火材料衬里，衬里冷却或不冷却。

Description

本发明涉及这样一种冶金设备，通过还原由铁矿石或氧化铁或其它矿石或其它金属氧化物所形之自熔的或非自熔的自还原的结块，来生产生铁、铸铁或其它浇注金属合金;同时还涉及到对金属炉料或金属炉料再加上按任何配比的自还原结块的简易熔化方法，用以获取这样一类液态金属，例如液态生铁、液态铸铁或其它液态金属合金。

在已知的用于制取生铁的一些传统工艺中，例如采用鼓风炉或电还原炉以及与之相类似的方法，从经过粒度调整的氧化铁和铁矿石开始，以及从常规的球团或其它传统的结块开始，通过用于这类炉子的典型作业，以获得具有预定组成的固态或液态铁。

在鼓风炉中，炉料包括分选过的矿石、球团、烧结块与其它标准的结块、焦炭与石灰石，此种炉料相续地加到顶部，形成一个连续的料柱。将大气中的空气引入到炉子的下部，此种空气在再生式或非再生式加热器中预热至300到1200℃的某个温度，通过此炉膛上部的一排风口。在这里，由于CO₂与来自焦炭的碳起反应形成的一氧化碳之压力，而形成了一个还原气氛区域。该CO即与氧化铁中的氧结合，使氧化铁还原成金属铁而生产出生铁。

这时的杂质，即矿渣与焦灰，形成一层浮置在熔融生铁表面上的较疏松的液态渣。

与加料方向逆流的气体则将此炉料预热并经顶部排出。这类气体主要包含CO、CO₂、N₂与H₂，此种气体被输送到再生式预热器，作为助燃空气进入炉中与其它加热设备中。

本发明涉及到的设备包括一台竖炉，得以在比采用常规鼓风炉与其它还原炉的传统车间更有利的经济条件下，为铸造车间和冶金车间提供铸铁、生铁和其它金属冶金。

对于标准的球团，是通过焦炭部分燃烧产生的CO来进行还原的。CO扩散入此种结块中，按照反应：MeO+CO→Me+CO₂发生还原反应。上述反应下发生的CO₂以逆于CO扩散的方向扩散。此种反应要求有一定的时间使CO完全扩散入矿石或常规的团球中，也就是要求采用对于其中的炉料能有较长停留时间的炉子，而这段时间在鼓风炉中属典型的时间。

另一方面，自还原的球团则提供了更加有利于还原的条件。矿石或氧化物与细碎的木炭或焦炭之间的更紧密接触则提供较短的反应时间，这是因为CO扩散入这种球团中的步骤是不需要的，而此种还原是由以下一些反应所发生的：

在这个意义上，此类结块本身在其中有碳存在的整个时期内，实际上提供了一个具有还原气氛的半封闭系统。换言之，此类自述还原的结块，正如它的名称所表明的那样，将在其中保留一种不取决于外部气氛特征的自还原气氛，这种外部气氛是指存在于竖炉之内且由上流气体提供的气氛。

这样，就可以把出现在炉子气氛中的，以及来自燃料部分燃烧与来自这些球团内所发生之还原反应的CO转变为用于这一过程的能量。

另一方面，在鼓风炉的熔化过程中，于作业期间由顶部加入的焦炭或另一种固体燃料，将随着其余的炉料经过一个下降的路程，沿着逆向与下降的CO₂按照CO₂+C→2CO起反应，使得含碳材料有较高的消耗而未能有效地增进此还原一熔化过程的效益。要是能在实际过程中进行CO燃烧，就可获得较高的效益，得以在化铁炉中节省燃料焦炭，在鼓风炉中以及在用作还原/熔化目的或仅用作熔化任何其它金属合金之竖炉中节省燃料与还原剂。

图1表示实施本发明之竖炉的立面图。

图2表示通过图1炉子中顶部一排风口的平面所截取的剖面图。

实施本发明的此种竖炉具有这样一些创新之处，即可使存在于其中的CO或任何其它上流的可燃气体例如H₂、CH₄及类似的气体易于燃烧，并能防止上述气体与所用燃料或还原剂发生吸热反应。这种新发展的炉子主要包括一台锥形或柱形的炉身1，横截面为圆形或任何其它形状，在其顶部可有一加料门或加料装置2以及一些气体的出口，在本例中的这些气体主要包括含量不等的CO₂、CO、H₂与N₂，它们流经烟囱3或输送至再生加热室或同流换热器，用于预热鼓风空气。

炉身1有一排或多排送风口4与5，它们将冷或热的，富含氧或非富含氧的空气供给由一氧化碳至二氧化碳（CO+1/2O₂→CO₂）的燃烧反应，提供附加的热量以加热下述炉料，此种炉料包括自还原的，自熔或非自熔的矿石、生铁、铁屑、铸造厂或钢厂的废料，以及上述成份按照从0至100%各种可能比例组成的任一种混合料。

炉膛8呈柱状或锥状，横截面为圆形或任何其它形状，它上部的径度大于炉身1的径度，所大出的程度要足以置入焦炭、木炭或任何其它固体燃料用的进料器6，此种进料器围绕该炉膛分布，进料器的台数要足以促进对燃料床7进行合适的加料。

炉膛8有一或多排送风口9，以便送入预热或非预热的富含或非富含氧的空气，可同时注入或不同时注入液体、气体或固体燃料，使空气布散到上述进料器6之下，使燃料进行完全或部分燃烧，由此而为还原和/或熔化炉提供所需的热能。此种炉身与炉膛可以设置有整体式或非整体式的耐火衬里10，能加以或不加以冷却。炉膛8的底部能构成平齐形式，或者具有锥形升起部11，以便使燃料床有更好地分布，在这种情形下则能设置一可加压或不加压的虹吸管，或者甚至再设置一凹槽12，以便分离炉渣与熔融金属。

熔融金属与炉渣通过一个或一些浇注斜槽经炉膛的下部连续或间断地排出该设备。

在这种类型的炉子中，燃料不是象常规工艺中那样同炉料一道加入到炉身的顶部中的（虽然也可以如此做），而更多的是通过位于燃料床上方炉身1与炉膛8交界处的一些特殊装置6来进行的。炉膛8对于熔化在炉身1内已金属化和已预热的材料来说，当所用的部分炉料包括有自还原的结块或矿石时，将起到一种气化器与热发生器的作用;而当采用生铁、铁屑、铸造厂与钢厂的废料或任何其它金属合金作为炉料的组分时，则仅仅起到预热作用。

作了上述改进的这种竖炉能给出具有不同气氛的区域，此类区域具有如下特征，即可以根据所用 燃料类型和根据在若干个部位注入助燃剂的多少来控制这些气氛。

来自下部区域的气体与炉料的加入方向逆向，传给炉料以加热和还原用的必要热能。

由于炉身1内的炉料并不包括焦炭、木炭或任何其它固体燃料，就不会发生将消耗掉大量碳的那种吸热反应：CO₂+C→2CO。这样，从该设备排出的废气基本上是CO₂与N₂。

本发明提出的这一设备在操作上可以有较大的灵活性，既可以在例如常规的化铁炉中熔化铁屑、生铁、铸造厂与钢厂的废料以及任何金属合金，又可以在添加铁屑、生铁和/或铸造厂或钢厂的废料或任何其它金属合金的条件下，来还原球团与其它自还原的结块或矿石。由于燃料又不是通过炉身加入，因而不会发生来自上流气体中CO₂的反应所造成的碳损失，故可显著地减少燃料消耗。

此种竖炉优于化铁炉、鼓风炉或任何其它竖炉的优点是能大量节省燃料，这是因为在所述竖炉大部中形成的一氧化碳和其它气体能够在其上部燃烧，从而能将反应过程中释出的热能输送给通过炉身下降的炉料，所形成的废气则几乎无例外的是二氧化碳与氮。

这种竖炉还可用作为一种还原与熔化炉，通过把焦炭、木炭或任何其它燃料供给到燃料床附近，进行自还原的结块与球团以及/或者矿石的冶炼。而且在这种情况下，形成在炉膛中的一氧化碳将顺着炉身燃烧，所发生的热将几乎全部输送给下降中的炉料，从而显著地提高了该设备的热效率。此外，由于这种设备在其炉身的炉料内并不包括木炭、焦炭或任何其它固体燃料，CO₂+C→2CO的这种反应或任何其它类似的吸热反应就不会发生，从而导致燃料消耗的减少。

从经济观点考虑，本发明的设备适用于铸造厂与冶金厂，在极为有利的条件下生产生铁、铸铁或任何其它浇注的金属合金。

Claims (3)

1、一种从自熔或非自熔的自还原结块或矿石生产黑色或有色金属的竖炉设备包括：

一个圆柱形或锥形的炉身(1)，在其顶部设有与热再生室连接的、用于排出气体的出口烟囱或管道，一加料门或加料装置(2)用来向炉中加入上述结块或矿石炉料；

一个圆柱形或锥形的炉膛(8)连接到炉身(1)的底部以包含一个燃料床(7)，炉膛的直径大于炉身(1)的直径，以允许燃料进料器(6)位于炉膛(8)的上部并直接位于燃料床(7)的上方；

还设有一或多排送风口(9)，以便送入预热或非预热的以及富含氧或非富含氧的空气，并可有选择地注入液体、气体或固体燃料，使其在进料器(6)下面喷散开；

至少一个浇注斜槽用来连续或间歇地排出熔融金属与炉渣；

一个耐火衬里(10)设置在炉身和炉膛上，它可加以冷却或不加以冷却；

其特征在于：一或多排设置在炉身(1)上的送风口(4)、(5)用来吹入预热或非预热的以及富含氧或非富含氧的空气，使得由炉膛中燃料部分燃烧或由自还原结块的还原反应产生的一氧化碳氧化，因而给冶炼提供附加的热量。

2、一种在竖炉中通过自熔或非自熔的自还原结块或矿石生产黑色或有色金属的方法，其中，该竖炉有一位于炉身下面的炉膛，该方法包括：

将固体燃料送入竖炉的炉膛中并单独将结块或矿石从炉身顶部送入;

向炉膛内注入预热或非预热的和富含氧或非富含氧的空气，使燃料燃烧产生的热引起结块的自还原反应来预热结块或矿石炉料，并熔化下降的还原后的结块;

向炉身内注入预热或非预热的和富含氧或非富含氧的空气，使炉膛内由燃料部分燃烧或结块的还原反应产生的一氧化碳氧化，为炉料的预热提供热量。

3、按照权利要求2的方法，其中，该竖炉有一位于炉身下面的炉膛，该方法包括：

向竖炉的炉膛内供入固体燃料，单独从炉身顶部供入含金属的炉料;

预热含金属的炉料;

向炉膛内注入预热或非预热的和富含氧或非富含氧的空气，以使燃料燃烧并产生热量熔化金属;

向炉身内注入预热或非预热的和富含氧或非富含氧的空气，使炉膛中燃料部分燃烧产生的一氧化碳氧化，进而提供热量预热含金属炉料。