CN104593537B - 燃烧设备和使用该燃烧设备制造还原铁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃烧设备和使用所述燃烧设备制造还原铁的方法，更具体地，涉及加热煤块来制造还原铁的燃烧设备，所述燃烧设备包括：第一燃烧炉，在使容纳煤块的小车沿着线性移动路径移动的同时加热煤块；第二燃烧炉，连接到第一燃烧炉的另一侧，并在使从小车排出的煤块沿着环形路径移动的同时加热煤块；以及冷却装置，连接到第二燃烧炉，并在使在第二燃烧炉中还原的还原铁沿着环形路径移动的同时冷却还原铁。所述燃烧设备使在燃烧炉和冷却装置中产生的废气循环来控制温度和氧浓度，因此提高还原铁的金属化率。

Description

燃烧设备和使用该燃烧设备制造还原铁的方法
技术领域
本发明涉及燃烧设备和使用该燃烧设备制造还原铁的方法，更具体地，涉及能够通过对燃烧炉内部的温度和氧浓度进行控制来提高还原铁的金属化率的燃烧设备和使用该燃烧设备制造还原铁的方法。
背景技术
典型的还原铁制造设备包括分别容纳铁原料和碳质材料的多个料斗、接收并压碎相应的铁原料和碳质材料的压碎机、接收并混合铁原料和碳质材料的混合机、将在混合机中获得的所得混合物进行压缩和成型的成型机以及热处理并燃烧在成型机中成型的煤块(或煤砖)的燃烧炉。
同时，煤块在燃烧炉中进行热处理和还原，从而制造还原铁。出于此目的，通常将燃烧炉密封，并将一氧化碳(CO)气体、二氧化碳(CO2)气体或氢(H)气体供给到燃烧炉，以引起燃烧炉内部的还原气氛。
然而，在燃烧炉内部产生还原气氛耗费许多时间，因此存在的问题是，还原铁的大量生产是困难的。
在全世界范围有大约60％的铁产量是通过自第14世纪开发的高炉法来制造的。高炉法是这样的方法，即，将经历烧结工艺的铁矿和通过使用火焰煤作为原料制造的焦炭两者引入到高炉中，并将高温空气吹入到高炉中，以将铁矿还原为铁，从而制造铁锭。
因为占据大半铁锭制造设备的高炉由于其反应特性而需要原料具有预定水平或更大的强度并具有用于确保高炉中的透气性的粒径，所以高炉依赖于如上所述的作为碳源(用作原料和还原剂)的通过处理特定焦煤所制造的焦炭，并主要依赖于作为铁源的经历一系列结块工艺的烧结矿。
为了使还原气流平稳，将通过使细铁矿成块状而形成的烧结矿和通过干燥并蒸馏细煤以使细煤成块状而形成的焦炭装入到高炉中。
因为与细铁矿相比具有块状的烧结矿与原气体具有极小的每单位体积的接触面积，并且即使在高炉中完成还原之后烧结矿与碳也具有小的接触面积，所以碳难以渗透到还原铁中。因此，因为烧结矿具有高熔化温度，所以烧结矿具有的基本问题在于，为了熔化烧结矿而消耗了大量的能量，并且熔融铁的生产速率缓慢。
因此，开发出了将超细铁矿聚集成块或球并在转底炉(RHF)中引起还原气氛以直接制造还原铁的工艺。然而，直接制造还原铁的工艺显示出大约150,000吨至500,000吨的年产量，因此在大量生产方面具有限制。另外，此工艺具有95％或更高的还原率，因此通过此工艺获得的还原铁被用作电炉的原料。
另外，开发出了将超细铁矿聚集成块或球并且随后在最大1,350℃的温度下燃烧以部分地制造还原铁的另一工艺，通过此工艺，能够进行最大4,000,000吨的年产量的大量生产。然而，因为这样的工艺在未被密封的开放式燃烧炉中执行，所以难以控制燃烧炉内部的温度和氧浓度，因此存在的问题是，部分还原铁的金属化率相对低。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：KR 2013-53089A
专利文献2：KR 2013-116054A
发明内容
本公开提供了能够控制燃烧炉中的温度和氧浓度以提高部分还原铁的金属化率的燃烧设备和使用该燃烧设备制造还原铁的方法。
本公开还提供了能够使在制造部分还原铁的工艺中产生的废气在燃烧炉内部循环以提高能量效率的燃烧设备和使用该燃烧设备制造还原铁的方法。
根据示例性实施例，提供了通过加热煤块来制造还原铁的燃烧设备，所述燃烧设备包括燃烧炉，燃烧炉限定容纳煤块的小车移动所沿着的路径，其中，燃烧炉被划分为多个区域，所述多个区域中的一些区域彼此连通。
所述燃烧设备可以包括：上通路，设置在燃烧炉的上部中以与燃烧炉连通，并沿着燃烧炉的纵向方向被划分为多个区域；上连接管，连接上通路的不同区域；下通路，设置在燃烧炉的下部中以与燃烧炉连通，并沿着燃烧炉的纵向方向被划分为多个区域；以及下连接管，连接下通路的不同区域，其中，下连接管和上连接管将下通路和上通路中的相应通路的至少一个区域与外部连通。
燃烧炉可以相对于小车的移动方向被划分为干燥区域、预热区域、还原区域、第一冷却区域和第二冷却区域，下连接管将空气引入到第一冷却区域和第二冷却区域中。
下连接管可以设置有热交换器，其中，热交换器设置在连接还原区域和第一冷却区域的下连接管上。
上连接管可以连接第二冷却区域和干燥区域、连接第一冷却区域和干燥区域、连接第一冷却区域和还原区域并连接预热区域和还原区域，其中，在第二冷却区域中产生的气体的一部分被排出到连接第二冷却区域和干燥区域的上连接管中。
下连接管可以连接第二冷却区域和第一冷却区域、连接还原区域和第一冷却区域、连接还原区域和预热区域，其中，空气被引入到连接第二冷却区域和第一冷却区域的下连接管中，在干燥区域中产生的气体被排出到连接至干燥区域的下连接管中。
燃烧炉可以包括：第一燃烧炉，在使容纳煤块的小车沿着线性移动路径移动的同时加热煤块；第二燃烧炉，连接到第一燃烧炉的另一侧，并在使从小车排出的煤块沿着环形移动路径移动的同时加热煤块；以及冷却区域，连接到第二燃烧炉，并在使在第二燃烧炉中获得的还原铁沿着环形移动路径移动的同时冷却还原铁。第一燃烧炉被划分为干燥区域、煤气化区域和预热区域。
第一燃烧炉可以被划分为干燥区域、煤气化区域和预热区域。
冷却区域可以被划分为第一冷却区域和第二冷却区域。
所述燃烧设备可以包括将干燥区域、煤气化区域、预热区域、第一冷却区域和第二冷却区域中的至少两个区域彼此连通的连接管。
所述燃烧设备可以包括将外部空气供给到第一冷却区域和第二冷却区域的引入管。
第一冷却区域的引入管可以连接到连接煤气化区域和第一冷却区域的连接管。
连接管可以连接煤气化区域和第一冷却区域。
连接管可以连接预热区域、第二冷却区域和煤气化区域。
连接管可以连接预热区域和干燥区域。
根据另一示例性实施例，提供了一种通过使容纳煤块的小车移动到燃烧炉中来制造还原铁的方法，所述方法包括：使在制造还原铁中产生的废气的至少一部分在燃烧炉内部循环来控制温度和氧浓度。
燃烧炉可以沿着小车的移动方向被划分为干燥区域、预热区域、还原区域、第一冷却区域和第二冷却区域；可以将空气引入到第一冷却区域和第二冷却区域中；以及可以使在预热区域、还原区域、第一冷却区域和第二冷却区域中产生的气体在干燥区域、预热区域和还原区域中的至少一个区域内部循环，以控制燃烧炉内部的每个区域的温度和氧浓度。
可以将由穿过第二冷却区域的空气产生的气体的一部分排出到外部，并将其余气体供给到干燥区域。
可以将在还原区域中产生的气体的一部分供给到第一冷却区域。
可以将空气以及在还原区域中产生的气体的一部分供给到第一冷却区域。
可以使在还原区域中产生的气体的一部分在温度上降低并供给到第一冷却区域。
可以将在第一冷却区域中产生的气体的一部分供给到干燥区域，并可以将其余气体供给到还原区域。
可以将在还原区域中产生的气体的一部分供给到预热区域。
还原区域和预热区域的氧浓度可以低于第一冷却区域的氧浓度。
第一冷却区域的氧浓度可以低于第二冷却区域的氧浓度。
可以使用在还原铁的制造过程中在去除包含在煤块中的碳质材料的挥发物质的煤气化工艺中产生的废气作为还原铁的冷却气体。
所述方法可以包括在煤气化工艺之后预热煤块的工艺，其中，将在预热煤块的工艺中产生的废气和在冷却还原铁的工艺中产生的废气混合，以供给到煤气化工艺，从而加热煤块。
可以在煤气化工艺之前执行去除水分的干燥工艺，其中，干燥工艺使用在预热煤的工艺中产生的废气作为热源。
冷却还原铁的工艺可以包括：第一冷却工艺，将还原铁冷却到400℃或以上的温度；以及第二冷却工艺，将在第一冷却工艺中冷却的还原铁冷却到100℃或以上的温度，其中，第一冷却工艺使用在煤气化工艺中产生的废气作为冷却气体，第二冷却工艺使用外部空气作为冷却气体。
第一冷却工艺可以使用外部空气和在煤气化工艺中产生的废气的气体混合物作为冷却气体。
附图说明
根据下面结合附图进行的描述，可以更详细地理解示例性实施例，其中：
图1是示出根据示例性实施例的用于制造还原铁的设备的构造的框图；
图2是示出根据示例性实施例的燃烧设备的内部结构和流体流动的框图；
图3是示出依赖于煤含量的氧浓度与还原铁的金属化率之间的关系的图；
图4是示出根据示例性实施例的在通过用于制造还原铁的方法制造还原铁的工艺中的燃烧设备内部的氧浓度和温度分布的图；
图5是示出根据另一示例性实施例的燃烧设备的结构的示意图；
图6是示出燃烧设备的内部结构和根据煤块的移动路径的流体的流动的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述具体的实施例。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应当被解释为局限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使本公开将是彻底的和完整的，这些实施例将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。
图1是示出根据示例性实施例的用于制造还原铁的设备的构造的框图。
首先，将如下描述还原铁制造方法。
还原铁制造方法包括：准备并混合铁原料和将被用作还原剂的碳质材料；使通过混合铁原料和碳质材料形成的混合物成型，以制造煤块；然后在燃烧设备中燃烧并还原煤块，以制造还原铁，例如部分还原铁。这里，铁原料是将被还原的对象，并可以使用在炼钢工艺中产生的矿泥、含铁粉尘和铁矿中的至少一种。另外，碳质材料是还原铁原料的还原剂，并可以使用在炼钢工艺中产生的含铁粉尘和煤中的至少一种。这里，部分还原铁是指包含在铁原料中的Fe并未被100％完全还原，而是在小于100％的范围内被部分还原。当然，可以通过调节燃烧时间和热处理温度来制造被100％还原的还原铁，但存在的问题是：为了制造100％还原铁，燃烧设备是超负荷的。
如图1中所示，用于制造还原铁的还原铁制造设备包括：多个料斗100和110，分别容纳铁原料和碳质材料；压碎机200，分别从料斗100和110接收铁材料和碳质材料，以将铁材料和碳质材料压碎；混合机300，从压碎机200接收压碎的铁材料和碳质材料，以混合压碎的铁材料和碳质材料；成型机400，将在混合机300中混合的混合物进行压缩和成型；以及燃烧设备500，热处理和燃烧在成型机400中制造的煤块，并冷却煤块。这里，示例性地提供了作为煤块的原料的铁原料和碳质材料，但可以另外使用用于有助于铁原料和碳质材料之间的粘结并提高煤块的强度的辅助原料，例如粘结剂，辅助原料容纳在图1中示出的料斗120中。
虽然未详细示出，但成型机400是设置有彼此面对的一对辊的成型机，即，双辊成型机。因此，当在这对辊之间装载混合物时，通过由于这对辊的旋转所产生的挤压来制造煤块。
燃烧设备500热处理并还原在成型机400中制造的煤块，然后冷却煤块。例如，燃烧设备500具有内空间，并设置有加热工具，以热处理并还原煤块。燃烧设备被划分成多个区域，一些区域可以包括彼此连通的燃烧炉。因此，在制造还原铁的工艺中产生的废气的至少一部分在燃烧炉内部循环，以控制燃烧炉内部的温度和氧浓度，由此提高部分还原铁的金属化率。
示例1)
图2是示出根据示例性实施例的燃烧设备的内部结构和流体的流动的框图。
参照图2，燃烧设备500包括：燃烧炉510，限定允许将煤块容纳在内部的小车移动的路径；上通路520，设置在燃烧炉510的上部中以与燃烧炉510连通，并沿着燃烧炉510的纵向方向被划分为多个区域；上连接管522，设置在上通路520中，以连通至少两个不同的区域；下通路530，设置在燃烧炉510的下部中以与燃烧炉510连通，并沿着燃烧炉510的纵向方向被划分为多个区域；以及下连接管532，位于下通路530上，以连通至少两个不同的区域。
燃烧炉510具有内空间和敞开的两个侧面，其中，容纳煤块的小车通过一个侧面进入，并且小车通过另一侧面离开。加热装置可以设置在燃烧炉510的上部中，以将容纳在小车中的煤块加热到预定温度，因此还原煤块。这里，加热装置可以是燃烧器，并使用LPG和空气作为用于加热的燃料。另外，由燃烧器产生的加热气体加热燃烧炉510的内部，因此引起装载在进入燃烧炉510的小车上的煤块的铁原料和碳质材料之间的还原。当然，除了燃烧器之外，可以使用各种工具作为用于加热燃烧炉510的工具，并且除了LPG和空气之外，可以使用各种材料作为燃料。
燃烧炉510在其外观上被形成为一个空间，但燃烧炉510可以沿着小车的移动方向被划分为多个区域。即，如图2中所示，燃烧炉510可以从小车进入的一侧依次被划分为干燥区域A、预热区域B、还原区域C1和C2以及冷却区域D1和D2。
在成型机400中制造的煤块内部包含水分。因此，当煤块被快速加热至高温时，在煤块内部的水分蒸发的同时，煤块会断裂。为了防止此现象，在干燥区域A中将煤块加热到预定温度，例如，大约200℃至大约300℃的温度，以去除包含在煤块内部的水分。此时，从冷却区域D1和D2排出的废气被供给到干燥区域A，在干燥煤块时使用的气体被排放到外部。
已经穿过干燥区域A的小车移向预热区域B。在预热区域B中加热煤块，从而有助于煤块的还原并去除包含在煤块内部的焦油、挥发物质等。包含在煤块内部的焦油、挥发物质等在大约300℃至大约800℃的温度下挥发。作为预热气体，将在还原煤块的工艺中产生的废气供给到预热区域B。同时，煤内部的焦油和挥发物质在蒸发期间转化为CHn类气体，其可以用作燃烧期间的燃料，因此，可以将在预热工艺中产生的废气供给到还原区域C1和C2。
之后，已经穿过预热区域B的小车移向还原区域C1和C2。还原区域C1和C2是燃烧炉510内部的区域，煤块的还原反应基本上在此处发生。此时，可以将还原区域C1和C2的温度控制到煤块的还原发生的大约1000℃至大约1200℃。可以通过使用加热装置(例如，如上描述的燃烧器)来执行还原区域C1和C2中的温度控制。另外，可以使用从预热区域B引入的废气作为用于加热装置的燃料。
具体地，还原区域C1和C2可以被划分为两个区域，即，相邻于预热区域B且煤块被充分加热的第一还原区域C1和相邻于冷却区域D1且被加热然后温度被升高的煤块的还原反应继续进行的第二还原区域C2。这里，可以将在第一还原区域C1中产生的废气供给到冷却区域D1，并可以将在第二还原区域C2中产生的废气供给到预热区域B。
之后，已经穿过还原区域C1和C2的小车移向冷却区域D1和D2。在冷却区域D1和D2中，在还原区域C1和C2中还原的煤块(即，还原铁)被冷却。完成还原的煤块通常具有大约1200℃的高温，煤块在穿过冷却区域D1和D2的同时被冷却到大约100℃的温度，从而从燃烧炉510离开。冷却区域D1和D2可以被划分为相邻于还原区域C1和C2的第一冷却区域D1和相邻于外部(即，小车离开所通过的燃烧炉510的另一侧)的第二冷却区域D2。还原铁可以在第一冷却区域D1和第二冷却区域D2中逐级地被冷却。还原铁在第一冷却区域D1中被冷却到大约400℃的温度，并在第二冷却区域D2中被冷却到大约100℃的温度。此时，因为第一冷却区域D1具有因包含在燃烧炉510内部的氧而容易发生再氧化的温度，所以在第一冷却区域D1中需要调节氧浓度。即，为了抑制或防止还原铁的再氧化，期望的是使第一冷却区域D1中的氧浓度最小化。因此，可以将在第一还原区域C1和第二还原区域C2中产生的废气(更优选地，在第一还原区域C1中产生的废气)作为冷却气体供给到第一冷却区域D1。原因在于，第一还原区域C1的废气的温度低于第二还原区域C2的废气的温度。从第一还原区域C1排出的废气可以在其温度经由热交换器而降低的状态下引入到第一冷却区域D1中。另外，可以使用在第一冷却区域D1中冷却还原铁时使用的气体作为用于干燥煤块所需的加热气体。此时，尽管在还原区域C1和C2中产生的废气的温度高于在冷却区域D1和D2中产生的气体的温度，但是在还原区域C1和C2中产生的废气具有大约1000℃至大约1200℃的高温，因此，在还原区域C1和C2中产生的废气不期望被用作用于干燥煤块的加热气体。可以将在第一冷却区域D1中产生的气体(例如，温度为大约500℃的气体)供给到干燥区域A，以在干燥煤块时使用。
另外，将空气从外部直接引入到第二冷却区域D2中，以冷却还原铁。因为将第二冷却区域D2冷却到比还原铁的再氧化发生的温度低的温度，所以尽管将空气从外部引入到第二冷却区域D2中以冷却还原铁，但因氧引起的再氧化减少。此时，可以将引入到第二冷却区域D2中的空气的一部分引入到第一冷却区域D1中，因为从第一还原区域C1引入的废气具有非常高的温度，因此废气应当用从外部引入的空气进行稀释，以降低废气的温度。如上所述，将从第一还原区域C1排出的废气在其温度经由热交换器而降低的状态下供给到第一冷却区域D1。另外，将通过在第二冷却区域D2中冷却还原铁所产生的气体的一部分排放到外部，并将其余气体与通过在第一冷却区域D1中冷却还原铁所产生的气体一起供给到干燥区域A，因此所述其余气体可以用作用于干燥煤块的加热气体。
上通路520和下通路530可以设置为在燃烧炉510的上部和下部中围绕燃烧炉510的每个区域，即，干燥区域A、预热区域B、还原区域C1和C2以及冷却区域D1和D2。上通路520和下通路530可以设置为例如多个排风罩。
另外，如上所述，上连接管522和下连接管532可以设置为连接至少两个不同的区域，从而废气和空气供给到燃烧炉510的每个区域并从燃烧炉510的每个区域排出，从而循环。例如，上连接管522可以连接到上通路520，从而将从第一冷却区域D1和第二冷却区域D2排出的气体供给到干燥区域A，下连接管532可以连接到下通路530，从而将排出的气体从第一还原区域C1供给到第一冷却区域D1。上连接管522和下连接管532可以设置有多个抽吸装置550a、550b、550c、550d、550e和550f，以引入空气并产生气体的流动，用于将在每个区域中产生的气体供给到其它区域或将在每个区域中产生的气体排出。另外，下连接管532可以设置有热交换器540，以控制从第一还原区域C1排出的气体的温度。
在示例性实施例中，可以部分地控制燃烧炉510内部的温度和氧浓度，以提高用于引发煤块(例如，煤(碳组分))和煤块内部的铁矿之间的还原反应所需的多个阶段中的煤块的还原效率，并抑制氧化铁(FeO)等被熔化。在用于引发煤块的还原反应所需的多个阶段中产生的废气可以在燃烧炉510内部循环，以控制每个阶段中的温度和氧浓度。尤其是，为了抑制还原煤块(即，还原铁)的再氧化，非常重要的是控制冷却区域中的温度和氧浓度。
在描述根据示例性实施例的用于制造还原铁的方法之前，将讨论温度和氧浓度对还原铁的金属化率的影响。
图3是示出依赖于煤含量的氧浓度与还原铁的金属化率之间的关系的图。
将颗粒尺寸为0.1mm或更小的超细矿与颗粒尺寸为1mm或更小的煤均匀地混合，以制造包含碳质材料的块体。相对于超细铁矿和煤的总重量，以5重量％至30重量％的量加入煤。在将包含碳质材料的块体在1200℃的还原温度下保持20分钟的同时，测量相对于周围气氛的氧浓度的块体的金属化率。参照图3，当块体内部的煤含量彼此相等时，可以看出，随着还原中的大气气体的氧浓度减小，块体的金属化率明显增大。因此，可以看出，当在敞开式燃烧炉中尽可能低地保持氧浓度时，在提高还原铁的金属化方面是有效的。
图4是示出根据示例性实施例的在通过用于制造还原铁的方法制造还原铁的工艺中的燃烧设备内部的氧浓度和温度分布的图。
如图4中所示，在成型机中制造的煤块穿过燃烧炉510的同时，煤块经过干燥区域A、预热区域B和还原区域C1和C2以及第一冷却区域D1和第二冷却区域D2被还原、冷却并随后排到外部。从包含20％的碳的包含碳质材料的块体制造煤块，测得通过如下描述的还原工艺制造的还原铁的金属化率为60％。
在成型机中制造的煤块容纳在可移动的小车上，然后引入到燃烧炉510中。小车沿着燃烧炉510的内部移动，小车内部的煤块根据燃烧炉510内部的温度变化经历干燥工艺、预热工艺、还原工艺和冷却工艺，然后排放到外部。
同时，燃烧设备的气流从空气引入到第二冷却区域D2中开始。
空气通过第二冷却区域D2的下连接管532被引入到第二冷却区域D2的下通路530中。通过下连接管532引入的空气的一部分被引入到第二冷却区域D2中，其余空气通过下连接管532被引入到第一冷却区域D1中。例如，当引入到下连接管532中的空气的流量为80Nm3/hr时，可以将50Nm3/hr的空气引入到第二冷却区域D2中，并可以将30Nm3/hr的空气引入到第一冷却区域D1中。
引入到第二冷却区域D2中的空气具有大约25℃的温度，并将在第一冷却区域D1中冷却到大约400℃的温度的还原铁冷却到大约100℃的温度，空气的一部分穿过上通路520，并通过上连接管522排出到外部，其余空气通过上连接管522被供给到干燥区域A。此时，冷却还原铁并经由上通路520通过上连接管522排放到外部的气体的温度升高至大约100℃，大约30Nm3/hr被排放到外部，并且大约20Nm3/hr被供给到干燥区域A。因为第二冷却区域D2被冷却到比还原铁可能再氧化的温度低的温度，所以不需要控制第二冷却区域D2内部的氧浓度。
另外，通过下连接管532供给到第一冷却区域D1的空气与从第一还原区域C1排出的气体一起被供给到第一冷却区域D1，在第一冷却区域D1中冷却还原铁，随后经由上通路520通过上连接管522排出，以供给到干燥区域A和第二还原区域C2。供给到第一冷却区域D1的空气和气体具有大约50℃的温度，快速地冷却还原铁，随后在大约500℃的升高温度下排出。从第一还原区域C1排出的气体用从外部供给的空气稀释，并被控制为具有大约10％的氧浓度，还原铁被冷却到大约400℃的温度。以这种方式，当在第一冷却区域D1中控制氧浓度时，可以减少还原铁的再氧化。在第一还原区域C1中的大约50Nm3/hr的气体和从外部引入的大约30Nm3/hr的空气被供给到第一冷却区域D1，从第一还原区域C1排出的气体在设置在下连接管532上的热交换器中被冷却，因此被供给到第一冷却区域D1。
之后，从第一冷却区域D1排出的大约30Nm3/hr的气体被供给到第二还原区域C2，大约50Nm3/hr的其余气体被供给到干燥区域A。
供给到第二还原区域C2的气体经由下通路530通过下连接管532被供给到预热区域B。
另外，在预热区域B中通过使用从第二还原区域C2供给的温度为大约700℃的气体将煤块预热到大约800℃的温度之后，通过上通路520将气体以大约600℃的降低温度供给到第一还原区域C1。此时，预热区域B被供以在还原煤块时使用的气体，因此可以将预热区域B控制为具有大约5％的氧浓度。
另外，将大约70Nm3/hr的气体从预热区域B供给到第一还原区域C1，其中，供给到预热区域B的气体以及在煤块预热工艺中产生的一氧化碳和煤的挥发物质被包含在气体中，因此排放出流量比供给到预热区域B的气体的流量多的气体。通过设置在上通路520上的燃烧器将还原气体保持到1000℃的温度，同时，包含在从预热区域B引入的气体中的挥发物质和焦油在第一还原区域C1中燃烧。另外，在煤块被还原的同时，产生一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)，因此，将被排出的气体的含量略微高于引入到第一还原区域C1中的气体的含量。
如之前描述的，通过使用从预热区域B供给的气体将第一还原区域C1控制为具有大约5％的氧浓度，并将经由第一还原区域C1通过下通路530排出的气体供给到第一冷却区域D1。
同时，将从第一冷却区域D1和第二冷却区域D2供给的气体供给到干燥区域以干燥煤块，然后经由下通路530通过下连接管532排到外部。此时，引入到干燥区域中的气体具有从第一冷却区域D1供给的大约50Nm3/hr的废气和从第二冷却区域D2供给的大约20Nm3/hr的废气的含量，对煤块进行干燥，然后经由干燥区域A的下通路530通过下连接管532排到外部。
如上所述，可以确认的是，可以部分地控制温度和氧浓度，以提高煤块的还原发生的燃烧炉510中的还原铁的金属化率。另外，在还原煤块的工艺中产生的废气在燃烧炉510内部循环，因此可以获得还原煤块的工艺所需的能量，由此抑制或防止多余的能耗。
示例2)
图5是示出根据示例性实施例的燃烧设备的结构的示意图，图6是示出燃烧设备的内部结构和根据煤块移动的流体流动的框图。
参照图5和图6，燃烧设备600包括：第一燃烧炉610，限定线性路径以加热煤块，将煤块容纳在其中的小车沿着所述线性路径从一侧移动到另一侧；第二燃烧炉620，限定环形路径以还原煤块，所述环形路径连接到第一燃烧炉610的所述另一侧，通过第一燃烧炉610的所述另一侧排出的煤块沿着所述环形路径移动；以及连接到第二燃烧炉620的冷却区域630，限定环形路径以冷却还原铁，所述环形路径连接到第二燃烧炉620，从第二燃烧炉620排出的还原铁沿着所述环形路径移动。
第一燃烧炉610具有内空间，其一侧是敞开的，从而容纳煤块的小车进入燃烧炉610。另外，第一燃烧炉610的另一侧连接到第二燃烧炉620。小车沿着具有以与烧结装置类似的形状形成的履带车形状(caterpillar shape)的移动路径移动，并连续地移动煤块，第一燃烧炉610可以形成为围绕具有履带车形状的移动路径的上侧移动路径。第一燃烧炉610在其外观上被形成为一个空间，但燃烧炉610可以沿着小车的移动方向被划分为多个区域。即，如在图5和图6中示出并显示的，从小车进入的一侧开始，燃烧炉610可以被依次划分为干燥区域L、煤气化区域M和预热区域N。第一燃烧炉610的内空间可以由分别设置在第一燃烧炉610的上部和下部中的上通路(未示出)和下通路(未示出)限定。上通路和下通路可以形成为诸如管的形状。另外，上通路和下通路可以通过分别与不同区域连通的多个连接管617a、617b、617c和617d来连接。连接管617a、617b、617c和617d连接到上通路和下通路，由此将第一燃烧炉610的不同区域彼此连通，或者将第一燃烧炉610和第二燃烧炉620或冷却区域630的任何一个区域彼此连通。例如，连接管617a、617b、617c和617d可以将煤气化区域M和冷却区域(稍后将描述的第一冷却区域P1)彼此连接，以将在煤气化区域M中产生的废气供给到冷却区域，并且还可以将预热区域N和干燥区域L彼此连接以及将预热区域N和煤气化区域M彼此连接，从而将在预热区域N中产生的废气分别供给到干燥区域L和煤气化区域M。连接管617a、617b、617c和617d可以设置有多个抽吸装置615a、615b、615c和615d，以产生用于将在每个区域中产生的气体供给到其它区域或排放在每个区域中产生的气体的气流。另外，排放在干燥煤块中产生的废气的排放管611a可以连接到第一燃烧炉610的干燥区域L。
第二燃烧炉620设置在第一燃烧炉610的另一侧(即，小车的移动方向改变的部分)处，在小车的移动方向改变的同时，从小车排放的煤块被装载到第二燃烧炉620中。在装载到第二燃烧炉620中的煤块沿着第二燃烧炉620的环形路径移动的同时，煤块被加热，从而被还原。
第二燃烧炉620可以是通常称作旋转炉的窖炉。在第二燃烧炉620中，具有限定内空间的上壁和侧壁的主体以及具有与上壁隔开的且形成在主体内部的底表面的炉底沿着轨道移动。主体形成为环形形状，炉底被设置为在具有环形形状的主体的内部旋转。另外，多个燃烧器可以设置在主体的侧壁上，以控制主体的内空间的气氛和温度。从第一燃烧炉610排出的煤块在如上构造的第二燃烧炉620中被还原，这里，第二燃烧炉620被称作还原区域O。这里，第二燃烧炉620还可以朝向冷却区域630向下倾斜，从而在第二燃烧炉620中产生的废气被平稳地引入到第一燃烧炉610的预热区域N中。
在煤块在第二燃烧炉620的内部被还原之后，将煤块排出到连接到第二燃烧炉620的冷却区域630，然后冷却，并排出到外部。冷却区域630可以形成为与第二燃烧炉620实质上相同的结构。同时，冷却区域630的内空间被划分为两个区域，因此在第二燃烧炉620中制造的还原铁可以以两个阶段进行冷却。另外，可以通过向上和向下设置在主体的上壁上的隔板、管(未示出)等将冷却区域630的内空间划分为第一冷却区域P1和第二冷却区域P2。此时，第一流管631可以连接到第一冷却区域P1的下部，第一流管可以再连接到煤气化区域M的连接管617a，以混合外部空气和从煤气化区域M排出的废气，因此根据场合需要将混合的外部空气和废气供给到第一冷却区域P1。第一流管631可以设有用于抽吸外部空气的抽吸装置615c。另外，外部空气通过上部被引入的第二流管632可以连接到第二冷却区域P2，通过冷却还原铁产生的废气的一部分可以通过位于下部的排放管611b排出到外部，其余废气可以通过连接的连接管617b和617c供给到煤气化区域M。
如下将描述如上描述所形成的燃烧设备。
干燥区域L去除包含在煤块中的水分。即，在成型机400中制造的煤块内部包含水分，当煤块快速地加热至接近还原温度的高温时，在煤块内部的水分蒸发的同时，煤块会断裂。为了防止此问题，在干燥区域L中将煤块加热到预定温度，例如，大约200℃至大约300℃的温度，以去除包含在煤块内部的水分。
煤气化区域M加热在干燥区域L中干燥过的煤块，以去除包含在煤块中的焦油、挥发物质等。此时，包含在煤块中的焦油、挥发物质等在大约300℃至大约800℃的温度下蒸发。煤内部的焦油和挥发物质被去除，从而转化为CHn系列，因为CHn系列可以用作燃料，所以可以将在煤气化工艺中产生的废气供给到第一冷却区域P1。与此类似，当将在煤气化工艺中产生的废气供给到第一冷却区域P1时，CHn系列的废气接触具有高温的还原铁，因此CHn分解，从而由于CHn分解的热而改善了还原铁的冷却效果。另外，通过分解废气所产生的C和H气体可以供给到还原区域O，因此可以用作用于还原煤块的燃料。
另外，当氧浓度在煤气化区域M中为高时，因为煤块中的煤和挥发物质燃烧，从而快速地升高煤块的温度，因此工艺温度控制会困难，所以在煤气化工艺中对氧浓度进行控制是必要的。因此，可以通过使用在预热区域N和还原区域O中产生的排放气体来控制氧浓度。即，在还原区域O中产生的废气被排放到预热区域N中，并与在预热区域N中产生的废气混合，以供给到煤气化区域M。在预热区域N和还原区域O中产生的排放气体是在还原铁矿的工艺中产生，废气具有低的氧浓度并且为高温气体，从而使煤块的温度升高至大约800℃的温度。此时，当在预热区域N和还原区域O中产生的废气的温度过高时，废气可以与第二冷却区域P2中的废气的一部分混合，从而供给到煤气化区域M。
预热区域N和还原区域O是煤块的还原反应发生的区域。此时，为了获得煤块的强度，可以将预热区域N和还原区域O的温度控制到大约1000℃至大约1200℃的温度。预热区域N是这样的区域，即，在此区域中，煤块的温度升至用于还原煤块所需的温度，并且煤块的还原反应发生。另外，还原区域O是这样的区域，即，在此区域中，煤块被充分加热，并且煤块的还原反应继续发生。这里，可以将在还原区域O中产生的废气供给到预热区域N，因此加热煤块。另外，如上所述，还原区域O可以设置有燃烧器，以将煤块加热到目标温度。还原区域O形成在封闭式旋转器中，因此内部气氛(尤其是氧浓度)的控制是容易的，从而在还原煤块的同时，抑制所产生的FeO等的熔化。
在还原区域O中制造的还原铁排出到第一冷却区域P1中，沿着冷却区域的内部移动，并穿过第二冷却区域P2，从而排出到外部。此时，可以混合外部空气和在煤气化区域M中产生的排放气体，以供给到第一冷却区域P1，从而控制第一冷却区域P1内部的氧浓度。即，因为还原铁具有再氧化易于发生的温度，所以需要将第一冷却区域P1内部的氧浓度控制在低水平。因此，可以将在煤气化区域M中产生的具有相对低的氧浓度和温度的排放气体供给到第一冷却区域P1，以将还原铁快速地冷却到大约400℃，由此抑制或防止还原铁的再氧化。
在第一冷却区域P1中冷却的还原铁沿着第二冷却区域P2移动的同时，还原铁被冷却到大约100℃的温度，从而从冷却区域630排出。将外部空气直接引入到第二冷却区域P2中，以冷却还原铁。因为第二冷却区域P2被冷却到比还原铁的再氧化发生的温度低的温度，所以即使将空气从外部引入来冷却还原铁，仍可以抑制或防止由氧引起的再氧化。将外部空气供给到第二冷却区域P2可以引起燃烧设备中的气体循环的开始。
在示例性实施例中，可以局部地控制燃烧炉610内部的温度和氧浓度，以提高用于引发煤块(例如，煤(碳组分))和煤块内部的铁矿之间的还原反应所需的多个阶段中的煤块的还原效率，并抑制氧化铁(FeO)等的熔化。此时，在用于引发煤块的还原反应所需的多个阶段中产生的废气可以在燃烧炉610内部循环，以控制每个阶段中的温度和氧浓度。尤其是，为了抑制还原煤块(即，还原铁)的再氧化，非常重要的是控制冷却区域中的温度和氧浓度。
如上所述，将可移动小车式燃烧炉(即，敞开式燃烧炉)和旋转式燃烧炉应用于煤块的还原发生的燃烧设备，因此，可以通过局部地控制煤块还原时的温度和氧浓度来提高还原铁的金属化率。另外，在还原煤块的工艺中产生的废气在燃烧炉610内部循环，因此可以获得用于还原煤块的工艺所需的能量，由此抑制或防止多余的能耗。
根据示例性实施例，在煤块沿着敞开式燃烧炉、旋转式燃烧炉和旋转式冷却装置移动的同时通过加热并冷却煤块来制造还原铁，从而易于控制燃烧炉内部的氧浓度，以改善工艺效率，并且还提高还原铁的强度和还原速率。另外，在制造部分还原铁的工艺中产生的气体的一部分在燃烧炉内部循环，以控制燃烧炉内部的温度和氧浓度，由此提高部分还原铁的金属化率。此外，节省了在控制燃烧炉内部的温度时使用的能量，由此降低生产成本。此外，诸如从形成部分还原铁的原料产生的一氧化碳等之类的材料在燃烧炉内部燃烧，由此提高能量效率，并且还抑制环境污染。
尽管已经参考具体实施例描述了燃烧设备和使用燃烧设备制造还原铁的方法，但它们不限于此。因此，本领域技术人员将容易地理解到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对它们进行各种修改和改变。

Claims (9)

1.一种通过加热煤块来制造还原铁的燃烧设备，所述燃烧设备包括：
燃烧炉，燃烧炉限定容纳煤块的小车移动所沿着的路径；
上通路，设置在燃烧炉的上部中以与燃烧炉连通，并沿着燃烧炉的纵向方向被划分为多个区域；
上连接管，连接上通路的不同区域；
下通路，设置在燃烧炉的下部中以与燃烧炉连通，并沿着燃烧炉的纵向方向被划分为多个区域；以及
下连接管，连接下通路的不同区域，
其中，下连接管和上连接管将下通路和上通路中的相应通路的至少一个区域与外部连通，
其中，相对于小车的移动方向，燃烧炉被划分为干燥区域、预热区域、还原区域、第一冷却区域和第二冷却区域，
其中，上连接管连接第二冷却区域和干燥区域、连接第一冷却区域和干燥区域、连接第一冷却区域和还原区域并连接预热区域和还原区域，
其中，下连接管将空气引入到第一冷却区域和第二冷却区域中，
其中，下连接管连接第二冷却区域和第一冷却区域、连接还原区域和第一冷却区域、连接还原区域和预热区域，
其中，空气被引入到连接第二冷却区域和第一冷却区域的下连接管中，
在干燥区域中产生的气体被排出到连接至干燥区域的下连接管中。
2.根据权利要求1所述的燃烧设备，其中，下连接管设置有热交换器，其中，热交换器设置在连接还原区域和第一冷却区域的下连接管上。
3.根据权利要求2所述的燃烧设备，其中，在第二冷却区域中产生的气体的一部分被排出到连接第二冷却区域和干燥区域的上连接管中。
4.一种通过加热煤块来制造还原铁的燃烧设备，所述燃烧设备包括限定容纳煤块的小车移动所沿着的路径的燃烧炉，燃烧炉包括：
第一燃烧炉，在使容纳煤块的小车沿着线性移动路径移动的同时加热煤块；
第二燃烧炉，连接到第一燃烧炉的另一侧，并在使从小车排出的煤块沿着环形移动路径移动的同时加热煤块；以及
冷却区域，连接到第二燃烧炉，并在使在第二燃烧炉中获得的还原铁沿着环形移动路径移动的同时冷却还原铁，
其中，第一燃烧炉被划分为干燥区域、煤气化区域和预热区域，
其中，冷却区域被划分为第一冷却区域和第二冷却区域，
所述燃烧设备包括将干燥区域、煤气化区域、预热区域、第一冷却区域和第二冷却区域中的至少两个区域彼此连通的连接管，
其中，连接管连接预热区域和干燥区域，所述燃烧设备包括将外部空气供给到第一冷却区域和第二冷却区域的引入管，
其中，第一冷却区域的引入管连接到连接煤气化区域和第一冷却区域的连接管，
其中，连接管连接煤气化区域和第一冷却区域或者连接预热区域、第二冷却区域和煤气化区域。
5.一种通过使容纳煤块的小车移动到燃烧炉中来制造还原铁的方法，所述方法包括：使在制造还原铁中产生的废气的至少一部分在燃烧炉内部循环来控制温度和氧浓度，其中，沿着小车的移动方向，燃烧炉被划分为干燥区域、预热区域、还原区域、第一冷却区域和第二冷却区域；
将空气引入到第一冷却区域和第二冷却区域中；以及
使在预热区域、还原区域、第一冷却区域和第二冷却区域中产生的气体在干燥区域、预热区域和还原区域中的至少一个区域内部循环，以控制燃烧炉内部的每个区域的温度和氧浓度，
其中，还原区域和预热区域的氧浓度低于第一冷却区域的氧浓度，
其中，将由穿过第二冷却区域的空气产生的气体的一部分排出到外部，并将其余气体供给到干燥区域，
其中，将空气以及在还原区域中产生的气体的一部分供给到第一冷却区域。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，使在还原区域中产生的气体的一部分在温度上降低并供给到第一冷却区域。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，将在第一冷却区域中产生的气体的一部分供给到干燥区域，并将其余气体供给到还原区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，将在还原区域中产生的气体的一部分供给到预热区域。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，第一冷却区域的氧浓度低于第二冷却区域的氧浓度。
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