CN103261447B - 使用褐色煤制备直接还原铁和/或熔融金属的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于使用高水分含量碳质材料制备直接还原铁和/或熔融金属的方法，所述方法包括：将得自高水分含量碳质材料的碳质材料与含有金属氧化物的材料团块化，以形成适合用于直接还原和/或熔融金属制备工艺的团块。该方法也包括蒸馏高水分含量碳质材料。该方法进一步包括将由蒸馏步骤获得的碳质材料干法淬火。该方法还进一步包括在蒸馏步骤之前，用得自于来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气的能量将高水分含量碳质材料干燥。

Description

使用褐色煤制备直接还原铁和/或熔融金属的方法和系统

铁本理彦

托德.阿斯托里亚

相关申请的交叉引用

本专利申请/专利要求2010年12月15日提交的，并且名称为“使用褐色煤制备直接还原铁和/或熔融金属的方法和系统(METHODANDSYSTEMFORPRODUCINGDIRECTREDUCEDIRONAND/ORHOTMETALUSINGBROWNCOAL)”的美国临时专利申请号61/423,173的优先权权益，该美国临时专利申请的内容通过引用全部结合在此。本专利申请/专利也是在2011年11月29日提交的题名为“具有材料再循环能力的用于生产熔融金属的电炉(ELECTRICFURNACEFORPRODUCINGMOLTENMETALHAVINGMATERIALRECYCLINGCAPABILITY)”的共同未决的美国专利申请号13/305,876的部分延续案，该共同未决的美国专利申请的内容通过引用全部结合在此。

发明领域

本发明总体涉及使用褐色煤，即褐煤和次烟煤，来制备直接还原铁(DRI)和/或熔融金属的方法和系统。有利地，此方法和系统可以用于高效率地发电，并且DRI和/或熔融金属可以用于存储能量并可以容易地运输。

发明背景

基于干燥无灰(DAF)计，褐煤具有约25-35％的总碳含量、有时高至约66％的水分含量、约6-19％的灰分含量、以及范围从约10-20MJ/kg(即约每短吨9-17兆Btu)的热含量。为了作比较，基于DAF计，烟煤具有约60-80％的总碳含量、约6-12％的灰分含量、以及约24-35MJ/kg的热值。次烟煤具有介于褐煤和烟煤之间的总碳含量、灰分含量和热值，并且含有大约15-30％的水分。应当注意，所有这些含量范围仅是示例性的，而非限制性的(当贯穿本说明书使用时)。褐煤具有高含量的挥发性物质，这使得它与其它较高级的煤相比，更易于转变成气体和液化石油产品。然而，褐煤的高水分含量和对自燃的敏感性可以导致运输和储存中的困难。

因为它的低能量密度，褐煤对运输而言是低效的，并且与其它高级煤相比，在世界市场中未被广泛地交易。褐煤通常用作在煤矿附近建造的发电厂的燃料。澳大利亚的LatrobeValley和德克萨斯州的Luminant的Monticello的工厂是位于煤矿附近的烧褐煤的发电厂的实例。

即使褐煤脱去了挥发组分，褐煤也不具有和焦炭一样足以在高炉中使用的强度。褐煤具有较少的固定碳，这使得它难以作为与含有氧化铁的材料团块化的碳质材料用在直接还原(DR)和其他制铁方法中。

次烟煤与褐煤类似，并且具有约20-30％的典型水分含量。次烟煤的高水分含量也使得它的能量密度与其他高级煤相比较低。而且，即使次烟煤脱去了挥发组分，它也不具有和焦炭一样足以在高炉中使用的强度。

因此，制备DRI和/或熔融金属的常规方法和系统典型地使用焦炭或高级煤，且不使用褐煤(即褐色煤)、次烟煤等。褐煤仅仅用于本地的、低效率的发电。这种发电的低效率产生自以下事实：为了干燥褐煤和次烟煤，必须使用煤的能量的一部分蒸发水分。

发明概述

然而，按照本发明的方法和系统，可以使用褐煤、次烟煤等，有效地且高效地发电并可以制备DRI和/或熔融金属。由此允许能量存储和容易的运输。

在一个示例性实施方案中，本发明提供了一种用于使用高水分含量碳质材料制备直接还原铁和/或熔融金属的方法，所述方法包括：将得自高水分含量碳质材料的碳质材料与含有金属氧化物的材料团块化，以形成适合用于直接还原和/或熔融金属制备工艺的团块。该方法也包括蒸馏高水分含量碳质材料。该方法进一步包括将由蒸馏步骤获得的碳质材料干法淬火。该方法还进一步包括在蒸馏步骤之前，用得自于来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气的能量将高水分含量碳质材料干燥。任选地，该方法包括用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气直接地将高水分含量碳质材料干燥。任选地，该方法包括用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气间接地将高水分含量碳质材料干燥。任选地，该方法包括在蒸馏步骤之前，用低氧含量的气体将高水分含量碳质材料干燥。任选地，该方法包括在蒸馏步骤之前，用来自发电厂的废气将高水分含量碳质材料干燥。该方法还进一步包括用一部分高水分含量碳质材料发电。该方法还进一步包括在团块化步骤之前，使低氧含量的气体再循环。优选地，高水分含量碳质材料包括褐色煤、褐煤和次烟煤中的一种。优选地，高水分含量碳质材料含有至少20％的水分。任选地，该方法还进一步包括，使用得自蒸馏步骤的高水分含量碳质材料的气化部分用于发电，并使用高水分含量碳质材料的剩余部分作为在直接还原和/或熔融金属制备工艺中的还原剂。任选地，直接还原和/或熔融金属制备工艺包括，使用用于从团块制备熔融金属的还原和/或熔化炉的制备方法，所述炉包括一个或多个位于炉底部的开口，用于选择性地从炉中移除部分原材料，使得原材料床或层随时间的过去具有预定特性。任选地，直接还原和/或熔融金属制备工艺包括，在将来自二次燃烧燃烧器的含氧气体向炉内部进料的同时，使用用于从团块制备熔融金属的还原和/或熔化炉，由此导致从团块层生成的含有一氧化碳的气体的燃烧，并且使用来自那里的辐射热实现团块层的加热还原。

在另一个示例性的实施方案中，本发明提供了一种用于使用高水分含量碳质材料制备直接还原铁和/或熔融金属的系统，所述系统包括：用于将得自高水分含量碳质材料的碳质材料与含有金属氧化物的材料团块化，以形成适合用于直接还原和/或熔融金属制备工艺的团块的装置。该系统也包括用于蒸馏高水分含量碳质材料的装置。该系统进一步包括用于将由蒸馏步骤获得的碳质材料干法淬火的装置。该系统还进一步包括用于在蒸馏步骤之前，用得自于来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气的能量将高水分含量碳质材料干燥的装置。任选地，该系统包括用于使用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气直接地将高水分含量碳质材料干燥的装置。任选地，该系统包括用于使用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气间接地将高水分含量碳质材料干燥的装置。任选地，该系统包括用于在蒸馏步骤之前，用低氧含量的气体将高水分含量碳质材料干燥的装置。任选地，该系统包括用于在蒸馏步骤之前，用来自发电厂的废气将高水分含量碳质材料干燥的装置。该系统还进一步包括用于使用一部分高水分含量碳质材料发电的装置。该系统还进一步包括用于在团块化步骤之前，使低氧含量的气体再循环的装置。优选地，高水分含量碳质材料包括褐色煤、褐煤和次烟煤中的一种。优选地，高水分含量碳质材料含有至少20％的水分。任选地，该系统还进一步包括，用于使用得自蒸馏步骤的高水分含量碳质材料的气化部分用于发电并使用高水分含量碳质材料的剩余部分作为在直接还原和/或熔融金属制备工艺中的还原剂的装置。任选地，直接还原和/或熔融金属制备工艺包括，使用用于从团块制备熔融金属的还原和/或熔化炉的制备方法，所述炉包括一个或多个位于炉底部的开口，用于选择性地从炉中移除部分原材料，使得原材料床或层随时间的过去具有预定特性。任选地，直接还原和/或熔融金属制备工艺包括，在将来自二次燃烧燃烧器的含氧气体向炉内部进料的同时，使用用于从团块制备熔融金属的还原和/或熔化炉，由此导致从团块层生成的含有一氧化碳的气体的燃烧，并且使用来自那里的辐射热实现团块层的加热还原。

在进一步的示例性实施方案中，本发明提供了一种用于使用褐煤、次烟煤等制备直接还原铁和/或熔融金属的方法，所述方法包括：用得自来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气的能量将褐煤或次烟煤干燥；任选地，用低氧含量的气体将褐煤或次烟煤干燥；蒸馏褐煤或次烟煤；将得自蒸馏步骤的碳质材料干法淬火；和将碳质材料与含有金属氧化物的材料团块化，以形成适合用于直接还原和/或熔融金属制备工艺的团块。任选地，该方法进一步包括用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气直接地将褐煤或次烟煤干燥。任选地，该方法进一步包括用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气间接地将褐煤或次烟煤干燥。该方法还进一步包括在干法淬火和干燥步骤之间，使低氧含量的气体再循环。任选地，该方法还进一步包括用来自发电厂的废气将褐煤或次烟煤干燥。

在还进一步的示例性实施方案中，本发明提供了一种用于使用褐煤、次烟煤等制备直接还原铁和/或熔融金属的系统，所述系统包括：用于使用得自来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气的能量将褐煤或次烟煤干燥的装置；任选地，用于使用低氧含量的气体将褐煤或次烟煤干燥的装置；用于蒸馏褐煤或次烟煤的装置；用于将得自蒸馏步骤的碳质材料干法淬火的装置；和用于将碳质材料与含有金属氧化物的材料团块化，以形成适合用于直接还原和/或熔融金属制备工艺的团块的装置。任选地，该系统进一步包括用于使用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气直接地将褐煤或次烟煤干燥的装置。任选地，该系统进一步包括用于使用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气间接地将褐煤或次烟煤干燥的装置。该系统还进一步包括用于在干法淬火和干燥步骤之间，使低氧含量的气体再循环的装置。任选地，该系统还进一步包括用于使用来自发电厂的废气将褐煤或次烟煤干燥的装置。

在还进一步的示例性实施方案中，本发明提供了一种用于使用褐煤、次烟煤等制备直接还原铁和/或熔融金属的方法，所述方法包括：用得自来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气的能量将褐煤或次烟煤干燥；任选地，用低氧含量的气体将褐煤或次烟煤干燥；任选地，用部分褐煤或次烟煤发电；用部分褐煤或次烟煤制备碳质材料；和将碳质材料与含有金属氧化物的材料团块化，以形成适合用于直接还原和/或熔融金属制备工艺的团块。该方法也包括蒸馏至少一部分褐煤或次烟煤；和将得自蒸馏步骤的碳质材料干法淬火。任选地，该方法进一步包括用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气直接地将褐煤或次烟煤干燥。任选地，该方法进一步包括用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气间接地将褐煤或次烟煤干燥。该方法还进一步包括在干法淬火和干燥步骤之间，使低氧含量的气体再循环。该方法还进一步包括用来自发电厂的废气将褐煤或次烟煤干燥。

在还进一步的示例性实施方案中，本发明提供了一种使用高水分含量碳质材料制备直接还原铁和/或熔融金属的方法，所述方法包括：用得自来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气的能量将高水分含量碳质材料干燥；任选地，用一部分高水分含量碳质材料发电；用一部分高水分含量碳质材料制备碳质材料；和将该碳质材料与含有金属氧化物的材料团块化，以形成适合用于直接还原和/或熔融金属制备工艺的团块。高水分含量碳质材料含有至少约20％的水分。该方法进一步包括蒸馏至少一部分高水分含量碳质材料；和将得自蒸馏步骤的碳质材料干法淬火。任选地，该方法包括用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气直接地将高水分含量碳质材料干燥。任选地，该方法包括用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气间接地将高水分含量碳质材料干燥。任选地，该方法进一步包括用来自发电厂的废气将高水分含量碳质材料干燥。

在还进一步的示例性实施方案中，本发明提供了一种用于使用褐煤、次烟煤等制备直接还原铁和/或熔融金属的方法，所述方法包括：蒸馏褐煤或次烟煤；将得自蒸馏步骤的碳质材料干法淬火；和将碳质材料与含有金属氧化物的材料团块化，以形成适合用于直接还原和/或熔融金属制备工艺的团块。该方法进一步包括用得自来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气的能量将褐煤或次烟煤干燥。任选地，该方法进一步包括用低氧含量的气体将褐煤或次烟煤干燥。任选地，该方法还进一步包括用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气直接地将褐煤或次烟煤干燥。任选地，该方法还进一步包括用来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气间接地将褐煤或次烟煤干燥。该方法还进一步包括在干法淬火和干燥步骤之间使低氧含量的气体再循环。任选地，该方法还进一步包括用来自发电厂的废气将褐煤或次烟煤干燥。

附图简述

本文参考多张附图，以非限制性实施方案，示例并描述本发明，其中适当时，使用相同的附图标记表示相同的方法步骤/系统组件，并且其中：

图1是示例本发明的褐色煤DRI/熔融金属制备系统的一个示例性实施方案的示意图。

发明详述

在废气区10中，通过使用得自来自加热、还原和/或熔化炉如窑、还原加热炉(RHF)和/或位于熔炼炉区14等中的熔炼炉12的热废气的能量，在避免自燃的同时，将褐煤、次烟煤等首先预干燥至预定水分含量。这一过程在煤预干燥容器16中进行。可以直接地(即热废气接触煤)或间接地(即热废气与煤通过传热面和/或其它适合的传热介质隔开)使用得自热废气的能量。对于直接干燥法，煤与热废气接触(例如，在如类似于在Process中使用的容器的竖炉型容器中、经由流化床、经由传送带式干燥器等)。然而，热废气可能含有足够的氧，如果煤干燥得过多，所述氧足以引起由煤的燃烧导致的问题。在这种情况下，可以通过使用适当的装置设计(例如在烟道气体在管道中流动而煤保持在装置的壳程上的容器或窑中等)，实施煤的间接干燥。在这一间接干燥情况下，煤可以保持在低氧含量的气氛中，并且得自热废气的能量仍可以用于将煤预干燥。一种可能的问题伴随着部分干燥的褐煤或次烟煤的原材料处理。如果发生燃烧或者部分干燥的褐煤或次烟煤的大批原材料处理问题，那么可以取消预干燥步骤，并实施另一种间接干燥方法。在这种情况下，所有的干燥可以在一个在低氧含量条件下作业的单元中完成(如在下文的段落中所述的)。低氧含量气体部分地被得自热废气的能量加热并再循环。

随后，将预干燥过的褐煤、次烟煤等进料至第二干燥系统18(例如，如类似于在Process中使用的容器的竖炉型容器、旋转窑、流化床、传送带式干燥器等)，其将褐煤或次烟煤干燥至足以用于在发电区20中的高效发电。该第二干燥系统18位于例如煤干燥和制备区22中。褐煤、次烟煤等可能被干燥至低于约5％水分。这一发电是高效的，因为已经使用了得自加热、还原和/或熔化炉的废热以除去水分，所以能量不损失给使水气化所需的潜热或被在烟道气中的水蒸气携带的显热。在第二干燥系统18中，使用低氧含量的气体作为干燥介质，以避免褐煤或次烟煤的自燃。备选地，可以使用利用具有管道的窑等的间接干燥。在由于原材料处理的问题导致不可能进行褐煤或次烟煤的预干燥的情况下，则这便是唯一的煤干燥单元作业。

将得自第二干燥系统18的干燥的褐煤或次烟煤进料至破坏性蒸馏设施24，如旋转窑和/或转底炉。将得自破坏性蒸馏设施24的挥发性的且易燃的气体燃烧或进料至后燃烧室26，并用于制备适用于发电的热的气体或蒸气。

现有的使用褐煤或次烟煤的发电厂也具有被发电厂废气加热的预干燥系统。然而，来自发电厂的废气不具有足以适当干燥褐煤或次烟煤的能量，或者以可能用于发电的能量为代价才可以将褐煤或次烟煤适当干燥。所以发电效率低。

接着，将得自蒸馏设施24的热碳质材料进料至干法淬火系统28(例如，如类似于在Process中使用的容器的竖炉型容器、旋转窑、流化床、传送带式干燥器等)，其将碳质材料冷却，使得它可以用于进一步的加工步骤中。使用低氧含量的气体冷却热碳质材料。在将蒸馏过的碳质材料冷却后，热的低氧含量的气体随后被用于在上述的第二干燥系统18中干燥褐煤或次烟煤。随后调节该低氧含量的气体，使得它可以再循环至干法淬火系统28。

因为本发明使用得自加热、还原和/或熔化炉12的废热，除去了褐煤或次烟煤中的大部分水分，以使从蒸馏过的碳质材料移除的能量再循环，所以可以获得作为整个系统的高能量效率。用于废气、褐煤或次烟煤干燥区以及发电区的热和物质平衡是有利的。

本发明的另一个优点是利用蒸馏过的碳质材料作为还原剂来制备还原金属和/或熔融金属，它们可以被加工以制备板坯、小坯和/或大方坯等。当用在加热、还原和/或熔化炉中时，蒸馏过的碳质材料与煤(特别是直接使用褐煤或次烟煤)相比具有若干优点。一些优点是：在团块中的较低的碳质材料混合率；生料和还原的团块的改善的物理性质；加热、还原和/或熔化炉的较高的生产率；以及由于较低的氢含量导致的在废气系统中的较低的低温腐蚀可能性。

来自褐煤或次烟煤的能量被“储存”在金属产物中，并且与褐煤或次烟煤相比可以更加容易地被运输。

按照本发明的方法和系统，将脱去了挥发组分的和冷却的碳质材料进料至粉碎系统30，如圆筒造球机或锤磨型粉碎机。随后，将粉碎的碳质材料与含有金属氧化物的材料在原材料处理区32团块化，所述含有金属氧化物的材料例如但不限于氧化铁、氧化锌、氧化镍、高炉尘、碱性氧气转炉尘、电弧炉尘等。在粒料干燥机34中将团块干燥(如果需要)，随后将团块进料至加热炉12以还原和/或熔融。加热炉12包括但不限于转底炉、电弧炉(EAF)、潜弧电炉、熔炼炉等。还原炉和熔炼炉可以是例如在共同受让的美国专利申请号13/305,876、WO2009/131148等中所述的炉。

因此，本发明将发电设施与加热、还原和熔化炉结合，并允许褐煤或次烟煤有效地转化为可以容易地运输的金属产物。

发电厂受益于得自加热、还原和/或熔化炉的废气的能量，这是因为可以将褐煤或次烟煤干燥并允许高效率的发电。

通过使用蒸馏过的碳质材料作为还原剂并且通过从发电厂获得电能，加热、还原和/或熔化炉得到了好处。

按照本发明，所有所需的能量都可以通过褐煤或次烟煤提供。然而，在一些特殊情况下，如在热损失相对较高的较小规模的工厂中、或用较低挥发性物质的煤、或在任何需要更高的热回收的情况下，为了仅由煤获得全部所需能量，需要高得多的效率，否则工厂需要其他的热源，如天然气或供应自电池界区外部的电能。在这些情况中，也可以使用蓄热式燃烧器或蓄热式炉。例如，该蓄热式燃烧器可以被得自加热、还原和/或熔化炉的热废气加热、或者蓄热式燃烧器可以被一部分得自用于褐煤、次烟煤等的蒸馏系统的能量加热。

再一次地，与本发明的各种实施方案关联使用的熔炼炉可以是例如在共同受让的美国专利申请号13/305,876、WO2009/131148等中所述的炉。例如这种炉是一种非倾动式电炉。例如，炉是从上面/下面看具有基本上矩形截面形状的电弧炉。原材料装料槽和排放气体导管连接至/穿过炉的顶壁。起到加热器的作用的电极插入穿过炉的顶壁。优选地，这些电极各自连接至用以将电极引入至/将电极拉出炉的内部的电极提升器件。原材料装料槽设置成与炉的两个侧壁相邻，其中电极设置成接近炉的中心线。多个原材料装料槽和电极可以沿炉的长度分隔。二次燃烧燃烧器也插入穿过炉的顶壁。多个排放气体导管和二次燃烧燃烧器可以沿炉的长度分隔。优选地，排放气体导管布置成比电极更接近于原材料装料槽，以便防止在二次燃烧之后产生的氧化排放气体流向电极，从而减轻对电极的损坏。

该炉的顶壁在任一侧优选具有阶梯状构造或以另外方式从原材料装料槽至电极倾斜。该阶梯状构造的每个阶梯包括基本上水平的踏板和基本上垂直的竖板。二次燃烧燃烧器布置成以基本上水平的构造通过基本上垂直的竖板，以使得将含氧气体有效地在团块层附近注入。应注意的是也可以将二次燃烧燃烧器布置成以基本上垂直的构造通过基本上水平的踏板。

在该炉的侧壁/底壁，接近中心线并远离原材料装料槽(即远离原材料床)，设置金属排出孔和炉渣排出孔以便于熔融金属和熔化的炉渣的排出。应注意的是金属排出孔和炉渣排出孔可以在炉的下部中的任意所需位置。这些孔可以位于炉的底部的中心。电极优选是具有适宜的热效率的三相交流电型的，如在炼钢电弧炉中典型地使用的。作为一个实例，可以使用六个电极的阵列，其由各自为单相的三对电极组成。每个电极的尖端部分优选埋入在布置于原材料床上的团块层中，或埋入在熔化的炉渣中，同时进行熔化操作。作为结果，熔化可以通过辐射热和电阻热的效果加速，并且可以最小化对未由原材料床保护的炉的内表面的损坏。

根据本发明，该炉的下部包括位于原材料和团块层下方的多个位置的多个出料斗。这些出料斗选择性地在过程中或离线操作，以将预定量的原材料(包括团块和细粉)从炉中排出，以使得可以控制炉中的材料流动和熔化区域的位置。排出操作使用布置于出料斗下方的滑动闸门和螺旋输送机进行。如果对每个出料斗使用多个滑动闸门，那么可以通过一次打开一个或多个滑动闸门将材料从炉的特定部分排出。

在操作中，需要的是控制该炉中的材料流动和熔化区域的位置，以使得可以保持炉的有序的连续操作。因而，除了使用出料斗之外，原材料装料槽配备有包括进料口的外槽，其可以伸缩或以其他方式垂直调节。每个原材料装料槽包括用于储存原材料的料斗、连接至料斗的内槽，以及可以在内槽上伸缩或以其他方式垂直调节的外槽。依赖于团块层的休止角，可以通过在垂直方向移动外槽和进料口，调节团块层的下部以在所需位置出现。

因而，本发明提供一种用于与原材料床和层归因于细粉的分离和/或堆积的休止角和塌落角改变无关地调节团块层的下部的系统和方法。可以在长期操作中建立并保持从进料点至熔化区域的稳定的材料流动。该操作，尤其是当将细粉从进料点之下移除时，是极其有效的。即使将团块刚好在进入进料料斗之前筛选，炉中一些量的细粉也是不可避免的。这些细粉倾向于刚好在进料点分离和/或积累。这种材料在化学性质上与进料材料相似，或被部分地还原。即使它被部分地还原，它典型地具有氧化剂和还原剂之间的良好平衡，并且可以典型地被再循环。再循环回收材料的一种方法是将它与进入团块化设备的新进料材料简单混合，这不需要新设备。再循环回收材料的另一种方法是将回收材料引导至位于与炉的出炉侧相反的新进料料斗和进料槽。再一次，炉的优选形状是矩形，其中耐火材料由在四个侧面中的两个上DRI进料保护。难以通过保持DRI层来保护炉的出炉侧，因为炉的出炉侧必须具有在排出孔的良好的熔融金属和/或炉渣流动。因此，希望的是通过水冷却保护炉的出炉侧。作为备选，将回收材料进料至炉的该侧也可以保护耐火材料并且与水冷却比较减少热损失。

如果移除材料的量过大，那么炉将需要例如相同量的预还原区域作为用于材料进料的两侧。然而，移除材料的量比新进料少得多并且可能被部分地还原。所以将再循环的材料熔化可以通过在新再循环料斗下方的炉渣和熔融金属层上产生料堆获得。

这种类型的电熔化炉的一个重要方面是泡沫炉渣的产生，其部分地由从还原反应放出的气体产生。可以将材料再循环至与电极相邻的区域(如一对电极之间)，导致由还原反应所导致的CO气体和泡沫炉渣的产生。可以将CaO加入至再循环的材料以使得获得良好的脱硫性能。如果将石灰石(CaCO3)或白云石(CaCO3和MgCO3)代替CaO加入至再循环的材料，可以使用所得到的CO2产生泡沫炉渣。也可以将石灰石或白云石与再循环的材料无关地装入至炉中。

虽然本文参考其优选的实施方案和具体实例示例并描述了本发明，本领域技术人员将容易明白的是其他实施方案和实例可以履行类似的功能和/或获得类同的结果。所有这种等价实施方案和实例在本发明的精神和范围之内，从而被预期，并且意图由以下权利要求覆盖。

Claims (20)

1.一种用于使用高水分含量碳质材料制备直接还原铁和/或熔融金属的方法，所述方法包括：

用得自于来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气的能量将所述高水分含量碳质材料干燥；

破坏性蒸馏所述高水分含量碳质材料；

将由所述蒸馏步骤获得的碳质材料进行干法淬火；

将得自所述高水分含量碳质材料的碳质材料与含有金属氧化物的材料团块化而形成团块；和

在直接还原和/或熔融金属制备工艺中使用所述团块；并且

所述方法还包括：将得自所述蒸馏步骤的所述高水分含量碳质材料的气化部分用于发电，并使用所述高水分含量碳质材料的剩余部分作为在所述直接还原和/或熔融金属制备工艺中的还原剂。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

用来自所述用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的所述热废气直接地将所述高水分含量碳质材料干燥。

3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

用来自所述用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的所述热废气间接地将所述高水分含量碳质材料干燥。

4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

用低氧含量的气体将所述高水分含量碳质材料干燥。

5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

用一部分所述高水分含量碳质材料发电。

6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括：

用来自发电厂的废气将所述高水分含量碳质材料干燥。

7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

使低氧含量的气体再循环。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高水分含量碳质材料包括褐色煤、褐煤和次烟煤中的一种。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高水分含量碳质材料含有至少20％的水分。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述直接还原和/或熔融金属制备工艺包括：在将来自二次燃烧燃烧器的含氧气体向炉内部进料的同时，使用用于由所述团块制备熔融金属的还原和/或熔化炉，由此导致由团块层生成的含有一氧化碳的气体的燃烧，并且使用来自那里的辐射热以实现所述团块层的加热还原。

11.一种用于使用高水分含量碳质材料制备直接还原铁和/或熔融金属的系统，所述系统包括：

用于使用得自于来自用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的热废气的能量将所述高水分含量碳质材料干燥的装置；

用于破坏性蒸馏所述高水分含量碳质材料的装置；

用于将由所述蒸馏步骤获得的碳质材料进行干法淬火的装置；

用于将得自所述高水分含量碳质材料的碳质材料与含有金属氧化物的材料团块化而形成团块的装置；和

用于在直接还原和/或熔融金属制备工艺中使用所述团块的装置；并且

所述系统还包括：用于将得自所述蒸馏装置的所述高水分含量碳质材料的气化部分用于发电并使用所述高水分含量碳质材料的剩余部分作为在所述直接还原和/或熔融金属制备工艺中的还原剂的装置。

12.根据权利要求11所述的系统，所述系统还包括：

用于使用来自所述用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的所述热废气直接地将所述高水分含量碳质材料干燥的装置。

13.根据权利要求11所述的系统，所述系统还包括：

用于使用来自所述用于制备直接还原铁和/或熔融金属的炉的所述热废气间接地将所述高水分含量碳质材料干燥的装置。

14.根据权利要求11所述的系统，所述系统还包括：

用于使用低氧含量的气体将所述高水分含量碳质材料干燥的装置。

15.根据权利要求11所述的系统，所述系统还包括：

用于使用一部分所述高水分含量碳质材料发电的装置。

16.根据权利要求15所述的系统，所述系统还包括：

用于使用来自发电厂的废气将所述高水分含量碳质材料干燥的装置。

17.根据权利要求11所述的系统，所述系统还包括：

用于使低氧含量的气体再循环的装置。

18.根据权利要求11所述的系统，其中，所述高水分含量碳质材料包括褐色煤、褐煤和次烟煤中的一种。

19.根据权利要求11所述的系统，其中，所述高水分含量碳质材料含有至少20％的水分。

20.根据权利要求11所述的系统，其中，所述直接还原和/或熔融金属制备工艺包括：在将来自二次燃烧燃烧器的含氧气体向炉内部进料的同时，使用用于由所述团块制备熔融金属的还原和/或熔化炉，由此导致由团块层生成的含有一氧化碳的气体的燃烧，并且使用来自那里的辐射热以实现所述团块层的加热还原。