CN1061688C - 将金属载体加于熔融气化区中的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

将含部分细粉并至少经部分还原的金属载体及碳载体加入其内有处于熔融气化区(11)中的熔融气化器(10)的方法，金属载体和碳载体被加在熔融气化器(11)的熔融气化区水平面上方，然后下降至熔融气化区(11)中并穿过该区，从而形成金属熔体，并因煤的气化而产生还原气体。为防止在将金属载体加入时熔融气化器(10)中时金属载体被从中部分带出，并使之能达到金属载体和碳载体均匀分布，将碳载体和金属载体，最好借助重力作用，引入熔融气化器(10)的熔融气化区(11)中心上方，形成金属载体的中心物流(32)，其周边围绕着由碳载体构成的外围物流(37)。

Description

将金属载体加于熔融气化区中的方法及设备
本发明涉及将金属载体特别是海绵铁、及碳载体加于熔融气化器中的方法，所述金属载体含有部分细粉，并至少经部分还原，在该熔融气化器中保持着一个熔融气化区，其中将金属载体和碳载体加在熔融气化器的熔融气化区上方，然后它们下降到熔融气化区中，并经过该区而形成金属熔体、特别是生铁水，并通过煤的气化而产生还原气体，本发明还涉及实施该方法的设备。
将粒状的含铁物料、如经预还原的海绵铁，经设置在熔融气化器的炉壳中心的加料口从上方加入，该颗粒因重力的作用而下降，然后存在于此熔融气化器中的流化床内减速，可从EP-B-0010 627中得知。也是在重力的影响下，经过设置在熔融气化器炉壳侧面中的、或设在向顶部延伸而构成此熔融气化器的圆拱中的加料孔加入块煤。通过设置在中心的、含铁物料的加料口，将在此熔融气化器中形成的还原气体抽出。
这种方法不适于处理细颗粒的金属载体、尤其是细颗粒的海绵铁，因为，在此熔融气化区中形成的、然后经设在炉壳中心或设在熔融气化器圆拱中的加料口抽出的还原气体的大量气流会把细粒金属载体立即带出此熔融气化器。这种细粒金属载体的带出被熔融气化器上部区域、即在熔融气化区上方区域中的占主要地位的温度所加强，该温度过低，以致于不能保证熔化，即，使细颗粒在加料口处结团，从而形成较大的颗粒，尽管有上升气流，但它们仍可沉入熔融气化区中。
从EP-A-0217331得知，将经预还原的细矿石加入熔融气化器、并借助等离子烧嘴使之完全还原和熔化，同时供入含碳还原剂。将经预还原的细矿石或海绵铁细粉末供入设在熔融气化器下部的等离子烧嘴中。这种方法的缺点是：由于将经预还原的细矿石直接供入下熔融区、即熔体集聚区，所以不再能够保证完全还原，而且进一步处理该生铁时所必需的化学成份不能借助任何手段达到。此外，由于在熔融气化器下部区域由煤所形成的流化床或固定床不可能从等离子烧嘴的高温区带走足够量的熔化产物，所以加入大量预还原的细矿石是不可行的。加入大量预还原细矿石会导致等离子烧嘴瞬时的热故障和机械故障。
经过从熔融气化器头部伸入煤流化床近旁的下流管将海绵铁颗粒中的细粒部分加于熔融气化器中的技术可从EP-B-0111 176得知。在下流管的端部设有挡板，以便将该细粒部分的速度减至最小，从而使出自该下流管的细粒部分的出口速度非常低。在加料处，在熔融气化器中占主要地位的温度很低，因而阻止了供入的细粒部分的立即熔化。这种低温和下流管的很低的出口速度使得大部分供入的细粒部分又与熔融气化器中所产生的还原气体被一起从该熔融气化器中带走。按这种方法，加入含细粉部份的海绵铁颗粒或仅加细粒部分都是行不通的。
借助输送气体，将海绵铁细粒部分加入由熔融气化器中的熔融气化区，从而形成的流化床的技术可从EP-A-0 594 557得知。这是不利的，结果是发生流化床堵塞，从而导致气体环流不足及可能地使气体被堵塞，结果使气体喷发，借此冲破被堵塞的流化床。因此使碳载体的气化过程和被还原的铁矿石的熔化过程明显受阻。
从EP-A-0576414得知：经粉尘烧嘴将细粒金属载体供入熔融气化区。与此工艺相关的一个缺点是：在熔融气化区中会形成带有过量金属的区域和带有过量碳的区域。
按照AT-B-390622，将细粒部分吹入熔融气化器中的固定床内，其中固定床起着类似过滤器的作用。因而气体穿透性下降，其结果是会发生气体喷发。
由GB-A-1090826已知一种方法，其中铁矿石在一个在熔融室中存在的熔化床上朝上喷出的氧-燃料火焰中熔化，随后，矿石熔体导经一个还原室，并在那里还原。
本发明者在避免这些缺点和困难，且其目的在于提供一种开始时所述类型的方法及实施此方法的设备，用所述的方法和设备毋需造块就可以处理细粒金属载体，而且其中，一方面，可以可靠地避免在熔融气化器中产生的还原气体将供入的细颗粒、可能是预还原或完全还原态的细颗粒带走，而另一方面，若需要，保证细颗粒的最终还原。本发明要达到的另一目的是，使金属载体和碳载体在熔融气化区的流化床中达到尽可能均匀的分布。
按照本发明，在将碳载体和金属载体二者引入熔融气化器的熔融气化区中心部位上方、最好是利用重力的方式可达到此目的，其中金属载体形成一股中心流，而其周边围绕着由碳载体构成的外周物流。
由于围绕着金属载体的中心物流，由碳载体形成了致密的外周物流，从而防止了金属细粉部分的粉尘损失，即防止了随产生于熔融气化器中的还原气体排走的所述细粉部分的损失。
按一较佳实施方案，该碳载体构成的外周物流是由若干紧密相邻的碳载体物流构成的。此时，通过适当安排由碳载体组成的外周物流、从而影响熔融气化器中的流化床的结构是可行的，即，有选择地将大量碳载体加入到流化床的中心区，或加在其周边区域中是可行的。
最好，改变单位时间内所加入的碳载体和／或金属载体的量，其中有益的是
·进行单位时间所加金属载体和碳载体量的改变，从而减少所加入的金属载体量，同时大致保持所加的碳载量不变，或使之增加，或
·相反地，减少所加的碳载体量，同时大致保持所加的金属载体量不变，或使之增加，或
·大致保持所加入的金属载体量不变，而且增加碳载体的量，或
·相反，大致保持碳载体量不变，而且增加金属载体量。
借此，逐层地影响气化区的结构是可行的。
实施例方法的设备设有一个熔融气化器，它具有输送含氧体、碳载体及至少经部分还原的金属载体的管道，而且从向上形成熔融气化器顶端的圆拱区开始，一根还原气体的气体排放管与上述管道分离，该熔融气化器还设有金属熔体、尤其是生铁水和渣的排出口，此处，安排有将含氧气体导入熔融气化器下部的送料管，该设备的特征在于，在熔融气化器圆拱的中心内部设有碳载体和金属载体的加料装置，它具有输送金属载体的中心管及形成包围中心管的外围物流的碳载体输送管。
碳载体输送管最好由围在中心管周边而又留有环形间隙的外围管构成。
一较佳实施方案的特征在于，碳载体输送管由数个围在中心管周边、与之相距一个近的距离的输送管构成，其中各输送管间的自由距离及各输送管与中心管间的自由距离小于输送器的直径、最好小于其半径是有益的。
为形成非常靠近地围绕由金属载体形成中心物流的、特别致密的外围物流，各碳载体输送管相互集中并沿碳载体流动方向向中心管集中是有益的。
中心管的出口开孔设在高于碳载体出口孔的水平面之上是适宜的。
另一较佳实施方案的特征在于，碳载体输送管(33)和中心管均由设有内冷却的管子构成。
下面参照几个示于附图的举例性的实施方案详细叙述本发明，其中，图1示意性地展示了用于从细矿石生产生铁水或液体钢的预产物的整个设备。图2和3展示了垂直截面中的熔融气化器的细节及沿图2中的箭头Ⅲ的方向所见的视图；图4和5展示了本发明的另一实施方案，它们描绘了与图2和3相似的视图。
本发明的设备设有顺序串联的三个流化床反应器1-3，其中含氧化铁的物料如矿粉经矿石输关管4供入第一流化床反应器1，于其中的预热阶段5内发生矿粉的预热及可能有的预还原，接着从流化床反应器1经输送管6将其导入流化床反应器2，3。在流化床反应器2的内部，于预还原阶段7内进行预还原，在流化床反应器3中，于终还原阶段8内进行细矿石的终还原或完全还原成海绵铁。
经完全还原的物料，此处指海绵铁，经输送管9，供入熔融气化器10，其特定的供料方式将于下文陈述。在熔融气化器10内的熔融气化区11-它由固定床和／或流化床构成-中，由煤和含氧气体产生了含CO和H2的还原气体，它经还原气体输送管12供入在细矿石流动方向最后设置的流化床反应器3中。最好，熔融气化区11由在熔融气化区的主要部分上延伸的并被高度较低的流化床覆盖的固定床构成。然后使还原气体以与矿石流相反的方向从流化床反应器3导向流化床反应器2，再导向反应器1，即经连接导管13引导，然后经顶部气体排放管14作为顶部气体导出流化床反应器1，接着被冷却及在湿式除尘器15中洗涤除尘。
熔融气化器10设有输送固体碳载体的输送管16，输送含氧气体的输送管17，以及任选地设有输送诸如在室温下为液体或气体的碳氢化物之类的碳载体和输送经煅烧的熔剂的输送管。在熔融气化器10内部，在熔融气化区11下方，聚集着生铁水或熔融的钢的预产物和熔渣，它们经排放口18排出。
在离开熔融气化器10并进入流化床反应器3的还原气体输送管12中设有除尘装置19，如热气体旋风分离器，在旋风分离器中被分离的粉尘颗粒经返折导管20被供往熔融气化器10，这些颗粒与作为输送工具的氮气一起在吹氧时经过烧嘴21被供入气化器10。
其中发生细矿石预还原的流化床反应器2被供以少量的还原气体，该气体有较低的还原势，但对于预还原目的而言是足够了。当欲被还原的材料所达到的还原程度低于终还原阶段8中的还原程度时，此处则不出现“粘附”。离开流化床反应器2的、反应后的还原气体经管道13供往除法器22。一部分经除尘的还原气体经出口气体排放管23抽出；另一部分经管13经压缩机24被供往预热阶段5，即流化床反应器1。
调节还原气体温度的可能性归因于气体再循环管25，设置该管是可取的，它离开还原气体输送管12，并将部分还原气体经除尘器26和压缩机27回输至所述的还原气体输送管12中，即在热气体旋风分离器19之前输至管12中。
为调节细矿石的预热温度，将含氧气体如空气或O2经管道28输往预热阶段5，此处称之为流化床反应器1，从而使供往预热阶段5的还原气体发生部分燃烧是可行的。
按本发明，经单独的加料装置29加入了海绵铁和碳载体，该装置在图2-5中以2种变通形式作了详细说明。
加料装置29设有输送海绵铁的中心管31，海绵铁在重力的作用下，落入熔融气化器10中，从而形成物流32，所述的中心管31设在熔融气化器10的拱顶30的中心，拱顶30构成熔融气化器10的顶部。按照图2所示的实施方案，中心管31被碳载体输送管33包围，它是由外套管35构成的，管35包围中心管31但留有一环形间隙34。借助于径向拉杆36将中心管31支撑在连接在拱顶30上的外套管35上。
借助环状间隙31输送碳载体，然后它又以紧密的方式形成包围中心海绵铁物流32的外围物流37。
由碳载体形成的外围物流37构成了对由海绵铁形成的中心物流的保护，前者将后者封住，从而避免了海绵铁的粉尘损失。碳载体和海绵铁一直下降到熔融气化区11为止，然后穿过该区，在此期间，海绵铁的熔化、任选地在终还原后的熔化及碳载体的气化就发生了。
按照图4和5中所示的实施方案，外围部份37由几个紧密相邻的碳载体物流38构成。按此实施方案，由几个输送管40构成碳载体输送管33，它们以近的距离39围住中心管31。输送管40彼此间的距离41和它与中心管31间的距离39比输送管40的直径42的测量值稍小，更好是，距离39、40小于输送管40的直径42的一半。
若按此实施方案，欲在海绵铁的中心物流32周围形成碳载体的特别致密的外围物流，就适当地将输送管40的轴线43定向，以使之向中心管31倾斜，即输送管40沿碳载体流动的方向相互集中，并还向中心管31集中，比如在图4中以表示输送管40的一根管的虚线所示。
按图2，中心管31的出口孔44的位置高于外围管35出口孔45的位置，而且按图4也高于输送管40的出口孔46的位置。最好管31、35、40都设有内部的液体冷却，但这不作详细说明。
海绵铁输送管9和固体碳载体输送管16都设有调量装置47，48，从而可调整单位时间的加入量。因此使碳载体和海绵铁在熔融气化区11中的固定床内的形成层状结构或均匀分布是可能的。
本发明不限于附图中所示的示例性实施方案，而是在各个方面可作改进。比如，以类似于图2所示的方式，用外围管35围绕中心管31，经过设在外围管35的正侧底部开口，碳载体离开外围管35，并形成外围物流。而且无论预还原和／或终还原的方式如何，都能实施本发明。

Claims (17)

1．将含有细粉并至少经部分还原的金属载体及碳载体加于熔融气化器(10)中的方法，在熔融气化器(10)中有熔融气化区(11)，在该方法中，金属载体和碳载体被供入熔融气化器(10)的熔融气化区(11)的上方，然后降落至熔融气化区(11)中并经过该区，从而形成金属熔体，并且在熔融气化器下部供入氧的情况下，通过煤的气化产生还原气体，其特征在于，将碳载体和金属载体加在熔融气化器的熔融气化区(11)中心的上方，形成金属载体的中心物流(32)，其周边围绕着由碳载体构成的外围物流(37)。
2．权利要求1的方法，其特征在于，通过重力作用将碳载体和金属载体加在熔融气化器的熔融气化区(11)中心的上方。
3．权利要求1的方法，其特征在于，所说的金属载体是海绵铁，所说的金属熔体是生铁水。
4．权利要求1的方法，其特征在于，碳载体所形成的外围物流(37)由几个紧密相邻的碳载体物流(38)构成。
5．权利要求1的方法，其特征在于，改变单位时间内所加的碳载体和／或金属载体的量。
6．权利要求5的方法，其特征在于，改变每单位时间所加的金属载体和碳载体的量，以便减少所加的金属载体量，同时大致保持所加的碳载体量不变或使之增加。
7．权利要求5的方法，其特征在于，减少所加的碳载体量，同时大致保持所加的金属载体量不变或使之增加。
8．权利要求5的方法，其特征在于，大致保持所加的金属载体量不变，并增加碳载体量。
9．权利要求5的方法，其特征在于，大致保持碳载体量不变，并增加金属载体量。
10．用于实施权利要求1-9中任一项方法的设备，它具有熔融气化器(10)，熔融气化器(10)具有输送含氧气体、碳载体及至少被部分还原的金属载体的输送管(17、16、9)，而且还原气体的气体排放管(12)从形成熔融气化(10)顶部的圆拱(30)区伸出，而且熔融气化器(10)还设有金属熔体和渣的排放口(18)，此处安排有将含氧气体送入熔融气化器下部的进料管，其特征在于，熔融气化器(10)的圆拱(30)的中心内部设有碳载体及金属载体的加料装置(29)，它具有一根输送金属载体的中心管(31)及用于形成围绕中心管(31)的外围物流(37)的碳载体输送管(33)。
11．权利要求10的设备，其特征在于，碳载体输送管(33)由周围围绕中心管(31)、同时又留有环形间隙(34)的外围管(35)构成。
12．权利要求10的设备，其特征在于，碳载体输送管由数个设置在中心管(31)的周边、与之有相距很近的距离(39)的输送管(40)构成。
13．权利要求12的设备，其特征在于，各输送管间的自由距离(41)及中心管(31)离输送管(40)的自由距离(39)小于输送管(40)的直径(42)。
14．权利要求13的设备，其特征在于，所说的自由距离(41)和自由距离(39)小于输送管(40)的直径(42)的一半。
15．权利要求12的设备，其特征在于，各碳载体输送管(40)相互集中，并沿碳载体流经的方向向中心管(31)集中。
16．权利要求10-15中任一项的设备，其特征在于，中心管(31)的出口开孔(44)设置在高于碳载体输送管(33)的出口开孔(46)的水平面上。
17．权利要求10-15中任一项的设备，其特征在于，碳载体输送管(33)和中心管(31)由设有内冷却的管构成。
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