CN103842525B - 生产生铁的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于还原含氧化铁的材料的方法，其中该含氧化铁的材料在还原高炉中形成固定床，并在该还原高炉中用至少一种以压力为p1引入该固定床中的预还原气体将该含氧化铁的材料转变成预还原的材料。将该至少一部分预还原的材料，优选全部预还原的材料由还原高炉供入熔融气化器中，在该熔融气化器中用一种压力为p2的还原气体对其进行最终还原。其中压力为p3的炉顶气体由固定床上面的腔中从还原高炉排出，并由固定床中将压力为p4的至少一种粉尘吹扫气体从还原高炉排出。其中，有效的关系式是p1＞p4和p1＞p3，还优选p4＞p3。此外，本发明还涉及一种用于实施这种方法的设备。

Description

生产生铁的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于还原含氧化铁的材料的方法，其中该含氧化铁的材料在还原高炉中形成固定床，并在该还原高炉中用至少一种以压力为p1引入该固定床中的预还原气体将该含氧化铁的材料转变成预还原的材料，并将该至少一部分预还原的材料，优选全部预还原的材料由还原高炉供入熔融气化器中，在该熔融气化器中用一种压力为p2的还原气体对其进行最终还原。本发明还涉及一种用于实施该方法的设备。
背景技术
现有一些用于还原含氧化铁的材料的方法，在这些方法中，含氧化铁的材料的固定床在还原高炉中经受流过该固定床的预还原气体的作用，并转化成预还原的材料。该预还原的材料再供入熔融气化器中，在该熔融气化器中经还原气体继续还原。该用过的预还原气体在流过固定床后作为炉顶气体由该固定床上面的腔中排出该还原高炉。这种方法例如是COREX®-法。
在这种方法中的问题在于，将粉尘状材料(粉尘状材料也简称粉尘，其意指粒径至多为约500 µm的颗粒)夹带进还原高炉中或在还原高炉中形成粉尘状材料。夹带例如可由预还原气体、由含氧化铁的材料或由该预还原反应和还原反应同样所需的炉料添加物引入还原高炉中。在还原高炉中，粉尘状材料例如可通过由相转变引起的磨损和破碎过程形成。
部分粉尘通过预还原气体流从固定床带出，并与炉顶气体一起从还原高炉排出。另一部分粉尘通过预还原气体流沉积在由含氧化铁的材料和预还原的材料所组成的固定床的某些区域中。这种粉尘沉积阻碍气流，以致在固定床中出现好的透气区、较不好的透气区和实际上不透气的区。预还原气体透气越差的区，则在该区中的还原过程进行得越不好。该粉尘也相应影响该还原高炉的生产率或该预还原的材料的还原程度，该还原程度定义为待还原材料中通过还原去除的氧与通过还原可去除的氧的比。
特别是在COREX®-还原高炉的下面部分（即将预还原气体供入还原高炉的环风管的下部）形成特别明显的粉尘沉积，因为一方面经竖管(用于将预还原的材料供入熔融气化器)通过朝还原高炉方向流动的气流将粉尘由熔融气化器夹带进该还原高炉，并且另一方面该经竖管朝还原高炉方向流动的气流还阻碍粉尘经竖管朝熔融气化器方向离开该还原高炉。该在下部沉积的粉尘易于结块。特别是该通过竖管引入的粉尘由于其碱金属或低熔点的含碱金属的渣相的含量而具有很大的结块倾向。该通过炉料添加引入到还原高炉中的粉尘以及通过在还原高炉中经磨损和/或破碎产生的粉尘特别是在较少移动的沉积区也易于结块，这是根据在主要的还原条件下有利地形成金属铁和/或郁氏体和其粘结体的极细晶粒。在由存在于固定床的间隙中的粉尘结块情况下，该固定床硬化并形成材料跨接。这可形成硬化区域，该区域阻碍材料向从还原高炉卸出预还原的材料的设备滑动。这阻碍该还原高炉的正常运行，为建立正常的运行状态就必须使还原高炉停机和撤离矿工。这种清理工作意味着降低生产率。
发明内容
本发明的目的在于减少或避免在还原高炉中的粉尘沉积，并由此降低或避免结块问题。
该目的是通过一种用于还原含氧化铁的材料的方法实现的，其中该含氧化铁的材料在还原高炉中形成固定床，并在该还原高炉中用至少一种以压力为p1引入该固定床中的预还原气体将该含氧化铁的材料转变成预还原的材料，并将该至少一部分预还原的材料，优选全部预还原的材料由还原高炉供入熔融气化器中，在该熔融气化器中用一种压力为p2的还原气体对其进行最终还原，并且其中压力为p3的炉顶气体由固定床上面的腔中从还原高炉排出，其特征在于，由固定床中将压力为p4的至少一种粉尘吹扫气体从还原高炉排出，并且有效的关系式是p1＞p4和p1＞p3，还优选p4＞p3。
本文中术语“预还原”意指还原程度为大于70 %，优选大于80 %，特别优选至多90 %或更大，更特别优选至多95 %，其中这种表达法包括90 %和95 %。本文中术语“最终还原”意指还原程度为大于95 %，优选98 %或更高，特别优选99 %或更高。原则上，按“预还原”的还原程度总是小于按“最终还原”的还原程度，并因此存在两个还原步骤。
炉顶气体意指流过固定床后的经耗用过的预还原气体，其由该固定床上面的腔中排出该还原高炉。
在本发明的方法中，该粉尘不仅由来自该还原高炉的炉顶气体所带出，而且还由来自固定床所排出的粉尘吹扫气体而带出。由此降低了在固定床中所沉积的和引起结块的粉尘量。通过调整压力p3和p4的比例关系可调节作为炉顶气体和作为粉尘吹扫气体所排出的气体量的比。
该粉尘吹扫气体的排出可通过特为此所配置的设备来实现，其与该预还原的材料向熔融气化器方向的流动无关。
按本发明方法的一个优选实施方案，至少部分的该至少一种粉尘吹扫气体至少在该预还原的材料进入熔融气化器时在还原高炉和熔融气化器之间要经过的部分路径期间会随该预还原的材料一起导向熔融气化器。
如果粉尘吹扫气体随该预还原的材料一起引向熔融气化器，则该粉尘会随该预还原的材料一起直接或间接地进入该熔融气化器，在该熔融气化器中，该粉尘至少部分经加工成最终产物生铁和渣。再则，经吹扫的粉尘还需借助于特别的设备再次供入熔融气化器或经另行使用。
按本发明方法的一个实施方案，存在关系式p4＞p2。特别是当粉尘吹扫气体与预还原的材料一起导向熔融气化器时，由此避免通过呈p2的还原气体将粉尘从该熔融气化器供入还原高炉。
按权利要求2的本发明方法的另一个实施方案，存在关系式p2＞p4，并且该预还原的材料在其供入熔融气化器前或期间在气体-中间压力pZ下以一步或多步输送，在此pZ≥p2。在正常情况下，将该预还原的材料供入熔融气化器时pZ=p2。如果这时还使用吹洗气体，则pZ比p2高几个mbar。
例如在实施该方法中，该气体-中间压力pZ从pZ≤p4升高到pZ≥p2。由此如果p2＞p4，则可避免通过呈p2的还原气体将粉尘从熔融气化器供入还原高炉中。之所以如此，是因为通过竖管抑制了该还原气体流向还原高炉。
有利的是，使供入熔融气化器的来自还原高炉的预还原的材料在供入该熔融气化器前在中间容器中进行中间贮存，这时在该中间容器中在中间贮存时所形成的材料填层的上端(即该材料填层的背向流入预还原的材料的面)和该材料填层的下端(即将预还原的材料排向熔融气化器4的该材料填层的端)之间存在压力差△pzw。由该中间容器排出粉尘夹带气体，其具有粉尘夹带气体-压力p5，其中p5＜p4和p5＜p2。对于△pzw，△pzw小于/等于(p2-p5)，即△pzw ≤ (p2-p5)。△pzw是要使在导出粉尘夹带气体的粉尘夹带气体排出管道和熔融气化器之间不出现短路流动，该短路流动降低或抑制预还原气体通过预还原气体导入管道2供入还原反应器。如果该来自熔融气化器的并通过中间容器流向还原反应器的载有粉尘的气体通过在中间容器中的材料填层流动，则该粉尘会在该材料填层的空隙中部分分离出。分离出的粉尘越多，则由于该气体为通过该材料填层需克服增高的流动阻力，所以△pzw就越大。
按一个实施方案，该粉尘夹带气体包括该粉尘吹扫气体，并且是p4 = p5。
按本发明方法的一个实施方案，该预还原的材料在气体-中间压力pZ下运送，其方式在于该预还原的材料供入具有压力闸门设备的中间容器中或依次供入具有压力闸门设备的多个中间容器中。
按本发明方法的一个实施方案，p1＞p2。
该预还原气体可源自各种来源。例如可源自外气体源。外气体源意指这种气体源，即在用于提供预还原气体的外气体源情况下，本发明方法不实施用于预还原该含氧化铁材料的步骤或用于还原该预还原的材料的步骤。对此，该外气体源可以是天然气、炼厂气、焦炉气、或来自煤气化/煤干馏的气体。
该预还原气体也可源自内气体源。内气体源意指这种气体源，即在用于提供预还原气体的内气体源情况下，本发明方法实施用于预还原该含氧化铁材料的步骤或用于还原该预还原的材料的步骤。例如该内气体源可以是经相应处理的炉顶气体，其中该外理可包括例如除粉尘、CO2-去除、加热、冷却、压缩。另一实例是利用在COREX®-法的熔融气化器中、熔融气化器中所产生的还原气体。从熔融气化器中排出的还原气体通常用术语发生器气体表示。该发生器气体可经相应处理如除粉尘和冷却后作为预还原气体用于本发明方法的还原高炉中。按其利用的另一方案，该发生器气体可在另一还原高炉中用于还原，在完成其还原目的后可从该还原高炉排出，并经相应处理后可类似于炉顶气体来利用。
也可利用由外气体源和内气体源组成的混合物作为预还原气体。
按本发明方法的一个实施方案，将处于不同压力下的两种或多种预还原气体供入固定床中，其中对于按水平方向看每两个成垂直直接相邻供入的预还原气体，在较低处供入的预还原气体的压力总是高于在较高处供入的预还原气体的压力。
在这类工艺流程中，该在较高处供入的预还原气体流向该固定床的表面，而该在较低处供入的预还原气体以相反的方向流动，并因此可从该位于预还原气体供入还原高炉的最低高度水平线下面的固定床的区域排出粉尘吹扫气体。在此，可将具有不同还原力的预还原气体在不同部位供入该还原高炉是有利的。这可改进对预还原的控制，并由此提高生产率。
与现有技术相比，用本发明方法可达还原高炉的更高的可利用率，并因此是高生产率的，并可将还原高炉设计得更小。也可以使用迄今有问题的具有高的粉末含量或在还原高炉中更易于形成粉末的原材料。
本发明的另一目的是用于实施本发明方法的设备，其包括还原高炉、至少一条通入该还原高炉的预还原气体导入管道、从该还原高炉引出的炉顶气体排出管道、熔融气化器、用于将还原高炉中预还原的材料供入熔融气化器的供入系统、从该还原高炉引出的粉尘吹扫气体排出管道。
用于将还原高炉中预还原的材料供入熔融气化器的供入系统例如可包括一条或多条管道、中间容器、用于使来自还原高炉的预还原的材料可控加入到熔融气化器中的压力闸门设备和计量设备。例如也可包括气动输送管道或输送带或竖管。该计量设备例如可设计成输送螺杆或叶轮闸门形式。
熔融气化器意指一种设备，即在该熔融气化器中借助于通过用工业纯氧气化碳载体所获得的还原气体最终还原并熔融该供入的预还原的材料，该还原气体的压力为3-5 bar (绝对)或更高，且该还原气体的温度为约900-2400 ℃(在固定床表面至用于喷射工业纯氧的喷嘴平面)。术语熔融气化器不意指高炉。
用于将还原高炉中预还原的材料供入熔融气化器的供入系统优选也包括至少部分粉尘吹扫气体排出管道。由此可将粉尘吹扫气体与预还原的材料一起由还原高炉中排出。
用于将还原高炉中预还原的材料供入熔融气化器的供入系统优选包括一条或多条具有一个或多个中间容器和任选具有一个或多个压力闸门设备的管道。该压力闸门设备也可配置在中间容器上。
按一个实施方案，至少一个中间容器配置有粉尘夹带气体排出管道。以此方式可由这种中间容器中带出粉尘，此时从该中间容器中排出夹带有粉尘的气体。在本发明中该气体称为粉尘夹带气体。
按一个实施方案，本发明的设备具有两条或多条以不同高度水平面通入还原高炉的预还原气体导入管道。以此方式可将两种或多种呈相互不同压力的预还原气体(相同组成或不同组成)供入还原高炉中的固定床中。
下面按实施方案的多个示例性示意图阐述本发明。
附图说明
图1示出用于实施本发明方法的设备的一种实施方案。
图2示出用于实施本发明方法的设备的一种优选实施方案。
图3示出用于实施本发明方法的设备的另一优选实施方案。
图4a和4b示出在本方法的双生产线期间的用于实施本发明方法的设备的一种实施方案。
图5示出用于实施本发明方法的设备的另一优选实施方案。
具体实施方式
图1示出一种用于实施本发明方法的设备。该设备包括还原高炉1、通入该还原高炉1的预还原气体导入管道2、从该还原高炉1引出的炉顶气体排出管道3、熔融气化器4、用于将还原高炉1中预还原的材料供入熔融气化器4的供入系统5、以及从该还原高炉1引出的粉尘吹扫气体排出管道6。在该还原高炉1中，含氧化铁的材料形成固定床7。通过预还原气体导入管道2供入该固定床7的预还原气体的压力为p1。通过该预还原气体将含氧化铁的材料转化成预还原的材料。预还原的材料经用于将在还原高炉1中的预还原的材料供入熔融气化器4中的供入系统5供入。其中，借助于压力为p2的还原气体8 (其在熔融气化器4中通过气化碳载体产生)进行最终还原并熔融。经流过该固定床7后耗用的预还原气体由固定床7上方的腔中作为压力为p3的炉顶气体从还原高炉1排出。经由还原高炉1引出的粉尘吹扫气体排出管道6将压力为p4的粉尘吹扫气体由固定床7排出还原高炉1。存在关系式p1＞p4和p1＞p3。p4＞p2和p4＞p3同样是有效的。p1＞p2也是有效的。
在图2中p2＞p4。该预还原的材料9在供入熔融气化器4之前使其处于在气体-中间压力pZ下的阶段（即在中间容器10中）。在此pZ≥p2。在图2中通过由中间容器10落入熔融气化器4的颗粒示出将预还原的材料供入熔融气化器4的情况。在未表明预还原的材料经闸门进入中间容器10的情况下，pZ = p4＜p2。在图2中，该用于将在还原高炉中预还原的材料供入该熔融气化器的供入系统还包括一部分粉尘吹扫气体排出管道6。在供入系统5的连接还原高炉1和熔融气化器4的管道中，也可通过各两条水平划线示出在中间容器10之前和之后的压力闸门设备。在图2中表示的情况下，在连接还原高炉1和中间容器10的管道中的压力闸门设备是关闭的，在连接中间容器10和熔融气化器4的管道中的压力闸门设备是打开的。
图3示出还原高炉1的熔融气化器侧的端区的截面、熔融气化器4的截面和用于将还原高炉1中预还原的材料供入熔融气化器4的供入系统5。在还原高炉1上可看到环风管区，其中该预还原气体导入管道2通入还原高炉1中。也可看到从还原高炉中输送出预还原的材料的输送螺杆。用于将还原高炉1中预还原的材料供入熔融气化器4的供入系统5包括中间容器11。也示出中间容器11中的由预还原的材料组成的材料填层。在该材料填层的上端和该材料填层的下端之间的压力差为△pzw。该中间容器11配置有粉尘夹带气体排出管道12。经该管道借助于压力为p5的粉尘夹带气体(用波浪形箭头表示)由中间容器11中带出粉尘。由直线箭头表示的粉尘吸扫气体在压力为p4下排出。
p5＜p4和p5＜p2是有效的，△pzw小于/等于(p2–p5)是有效的。
原则上也可以如下的一种实施方案，即其中与图3不同，不存在由粉尘吹扫气体排出管道6和粉尘夹带气体排出管道12组成的所示管道组中的管道。例如，与图3不同，其中可以不存在在输送螺杆旁画出的粉尘吹扫气体排出管道6。由中间容器11引出的管道也可看作是粉尘吹扫气体排出管道，则该管道也可从固定床中以压力(也认为是p4)从还原高炉排出粉尘吹扫气体。这时该粉尘夹带气体包括粉尘吹扫气体，且p4 = p5。或可以是，在还原高炉1和中间容器11之间的供入系统5的区段内的任意部位处设置用于粉尘夹带的粉尘排出管道，以代替图3所示的粉尘夹带气体排出管道12和粉尘吹扫气体排出管道6。因为在此情况下，通过这种粉尘排出管道所输出的气体排出了图3中通过粉尘吹扫气体排出管道6和粉尘夹带气体排出管道12所输出的粉尘，并由此代替了该两管道，这时p4 = p5。
在图4a和4b中示出，两条预还原气体导入管道2a、2b是如何在不同高度通入还原高炉1中的。由此例如可导入具有不同还原能力的两种还原气体，任选可具有不同压力。同时还示出，用于将还原高炉1中预还原的材料供入熔融气化器4的供入系统5包括具有多个中间容器和多个压力闸门设备的管道。该预还原的材料在熔融气化器4之前的最后的中间容器13中所存在的气体-中间压力pZ下输送，在此该预还原的材料相继进入具有压力闸门设备16、17(各通过一对平行线表示) 的多个中间容器14、15。计量设备用带十字形的圆圈表示。用于将还原高炉中预还原的材料供入熔融气化器的供入系统还包括一部分粉尘吹扫气体排出管道6。另一些部分的粉尘吹扫气体排出管道6由中间容器14和15引出。该三个中间容器13、14、15的意义在于，在第一生产线(a) (图4a所示)中，预还原的材料由最上面的中间容器14供入中间的中间容器15中，这时在中间的中间容器15和下面的中间容器13之间的材料流动和气体流动通过压力闸门设备17阻断，并且来自中间的中间容器15的粉尘经由该容器引出的粉尘吹扫气体排出管道6吸出。转换到生产线(b) (图4b所示)后，预还原的材料由中间的中间容器15供入下面的中间容器13，这时在上面的中间容器14和中间的中间容器15之间的材料流动和气体流动通过压力闸门设备16阻断，并且来自上面的中间容器14的粉尘经由该容器引出的粉尘吹扫气体排出管道6吸出；此外，用来自还原高炉1的预还原的材料充填上面的中间容器14。由此可连续地由还原高炉1带出材料并带入熔融气化器4，这时其中的粉尘跟随预还原的材料进入熔融气化器或通过粉尘吹扫气体排出管道6带出。
图5示意性示出一种实施方案，在该方案中，该用于将还原高炉1中预还原的材料供入熔融气化器4的供入系统5不同于前面各图的结构。该供入系统包括带有传送带的热输送设备18用于在保护气体气氛下在两个中间容器之间输送热的预还原的材料。
为使中间容器处于一定的压力下，例如可向该中间容器供入气体或从该中间容器引出气体。为实施这种操作所需的管道系统为了更好的直观性在该图中未示出。
虽然通过优选实施例详细地进一步阐明和描述了本发明，但本发明并不受限于所公开的实施例，并且本专业人员可由此导出其它的方案，而这些没有离开本发明的保护范围。
标记列表
1 还原高炉
2 预还原气体导入管道
3 炉顶气体排出管道
4 熔融气化器
5 供入系统
6 粉尘吹扫气体排出管道
7 固定床
8 还原气体
9 预还原的材料
10 中间容器
11 中间容器
12 粉尘夹带气体排出管道
13 中间容器
14 中间容器
15 中间容器
16 压力闸门设备
17 压力闸门设备
18 热输送设备

Claims (14)

1.用于还原含氧化铁的材料的方法，其中该含氧化铁的材料在还原高炉中形成固定床，并在该还原高炉中用至少一种以压力为p1引入该固定床中的预还原气体将该含氧化铁的材料转变成预还原的材料，并将该至少一部分预还原的材料由还原高炉供入熔融气化器中，在该熔融气化器中用一种压力为p2的还原气体对其进行最终还原，并且其中压力为p3的炉顶气体由固定床上面的腔中从还原高炉排出，其特征在于，由固定床中将压力为p4的至少一种粉尘吹扫气体从还原高炉排出，并且存在关系式p1＞p4和p1＞p3，并且至少部分的该至少一种粉尘吹扫气体至少在该预还原的材料进入熔融气化器时在还原高炉和熔融气化器之间要经过的部分路径期间会随该预还原的材料一起导向熔融气化器。
2.权利要求1的方法，其特征在于，将全部预还原的材料由还原高炉供入熔融气化器中。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，存在关系式p4＞p3。
4.权利要求1或2的方法，其特征在于，存在关系式p4＞p2。
5.权利要求1或2的方法，其特征在于，存在关系式p2＞p4，并且该预还原的材料在其供入熔融气化器前或期间在气体中间压力pZ下以一步或多步输送，其中pZ≥p2。
6.权利要求5的方法，其特征在于，使每种要供入熔融气化器的来自还原高炉的预还原的材料在供入该熔融气化器前在中间容器中进行中间贮存，其中在该中间容器中在中间贮存时所形成的材料填层的上端和该材料填层的下端之间存在压力差△pzw，并且其中由该中间容器引出粉尘夹带气体，其具有粉尘夹带气体压力p5，其中p5＜p4和p5＜p2，且其中△pzw≤ (p2-p5)。
7.权利要求6的方法，其特征在于，所述粉尘夹带气体包括所述粉尘吹扫气体，并且p4 = p5。
8.权利要求5的方法，其特征在于，通过将该预还原的材料供入具有压力闸门设备的中间容器中或依次供入具有压力闸门设备的多个中间容器中，而使所述预还原的材料在气体中间压力pZ下输送。
9.权利要求1或2的方法，其特征在于，p1＞p2。
10.权利要求1或2的方法，其特征在于，将处于不同压力下的两种或更多种预还原气体供入固定床中，其中对于每两个按水平方向看呈垂直直接相邻供入的预还原气体，在较低处供入的预还原气体的压力总是高于在较高处供入的预还原气体的压力。
11.用于实施权利要求1至10之一的方法的设备，其包括还原高炉、至少一条通入该还原高炉的预还原气体导入管道、从该还原高炉引出的炉顶气体排出管道、熔融气化器、用于将还原高炉中预还原的材料供入熔融气化器的供入系统、从该还原高炉引出的粉尘吹扫气体排出管道，其中用于将还原高炉中预还原的材料供入熔融气化器的供入系统还包括至少部分粉尘吹扫气体排出管道。
12.权利要求11的设备，其特征在于，用于将还原高炉中预还原的材料供入熔融气化器的供入系统包括一条或多条具有一个或多个中间容器和任选具有一个或多个压力闸门设备的管道。
13.权利要求12的设备，其特征在于，至少一个中间容器配置有粉尘夹带气体排出管道。
14.权利要求11至13之一的设备，其特征在于，该设备具有两条或更多条以不同高度水平面通入还原高炉的预还原气体导入管道。
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