CN1061689C - 生产金属熔体的熔融气化器 - Google Patents

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Abstract

用于生产金属熔体和还原气体的熔融气化器(10)带有用于含氧气体、碳载体和金属载体的输送管(17、16、9)。从熔融还原器(10)伸出至少一条用于产于熔融气化器(10)中的还原气体的气体排放管(12)。还带有金属熔体和渣的排出口(18)。为了能无须造块而处理细颗粒金属载体，并不被产生于熔融气化器(10)中的还原气体将细颗金属载体从中带走，在向上构成熔融气化器(10)顶部的圆拱(30)区域中设有金属载体输管(9)，在熔融气化器(10)内，在金属载体输送管(9)入口处下方设有向垂直线倾斜的、其上受因重力而下降的金属载体冲击的耐火斜墙(33)。此外，在斜墙(33)上方设有加热装置(38)，用它可加热介于金属载体输送管(9)的出口处与斜墙(33)之间的区域。

Description

生产金属熔体的熔融气化器
本发明涉及用至少经部分还原的并含部分细粉的金属载体、特别是粒状海绵铁生产金属熔体、及通过煤的气化生产还原气体的熔融气化器，它设有将含氧气体，碳载体和金属载体供入所述熔融气化器的输送管，那些用于输送含氧气体的导管设置在熔融气化器的下部区域，借此由熔融器中引出至少一根排放在该熔融气化器中生成的还原气体的气体排放管，且熔融气化器具有一个用于金属熔体和渣的排放孔。
从EP-B-0010627得知，将粒状的含铁物料如经预还原的海绵铁经在熔融气化器炉壳中的中心设置的加料口从上方加入，而该颗粒在重力作用下落入熔融气化器，然后在存在于熔融气化器中的流化床内变得慢下来。经设在熔融气化器侧面的加料口或设在形成熔融气化器顶部的园拱中的加料口、也是在重力作用下将块煤加入。在熔融气化器中形成的还原气体经中心设置的含铁物料加料口被抽出。
这种工艺不适于处理细粒状的金属载体，尤其是细粒状的海绵铁，因为细粒状的金属载体会被在熔融气化区中形成的、并经设置在熔融气化炉壳上或园拱中心的中心加料管引出的还原气体的强气流立即带出熔融气化器。在熔融气化器上部中、即在熔融气化区上方区域中占主要地位的温度进一步促进了细粒状金属载体的这种排放，即此温度过低，以致不能保证此细颗粒在加料位置熔化，即结团而形成较大的颗粒，尽管有上升气流，但这种较大的颗粒仍会沉入熔融气化区中。
将经预还原的细矿石引入熔融气化器，然后借助等离子烧嘴使之完全还原和熔化，同时供以含碳的还原剂，可从EP-A-0217331中得知。将经预还原的细矿石或海绵铁粉供入设在熔融所化器下部的等离子烧嘴中。这种方法的缺点是，由于直接将经预还原的细矿石供于较低的熔融区，即熔体收集区，因而不再能保证完全还原，而且不能用任何方法达到进一步处理生铁时所需的化学组成。此外，由于在熔融气化器的下部区域中用煤形成了固定床或流化床，因不可能从等离子的高温区带走足够量的熔融产物，所以加入大量预还原细矿石是不可行的。加入大量经预还原的细矿石会导致等离子烧嘴的紧急的热故障和机械故障。
从EP-B-0111176得知，经过从熔融气化器头部伸入煤的流化床附近的下降管，将海绵铁颗粒中的细粒部分加入熔融气化器。在下降管的端部设有挡板，以便将细粒部分的速度减至最小，结果导致细粒部分离开下降管的出口速度很低。在加料位置，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。这种熔化的阻止及出自下降管的低的出口速度又使得供入的细粒部分与在熔融气化器中产生的还原气体一起带出熔融气化器。按此方法加大量的含细粉部分的海绵铁或仅是细粒部分的海绵铁是不可行的。
从EP-A-0594557得知，借助于输送气体将海绵铁细粒部分直接加入熔融气化器中的、由熔融气化区构成的流化床中。但这是无益的，因为，用此方法，结果是流化床中的气体循环会因流化床堵塞而受损，流化床的作用类似于过滤器，而堵塞是因直接吹入流化床中的细粒部分造成的。结果是会出现突发性的气体喷发，这将破坏被堵塞的流化床。因此碳载体的气化过程及经还原的金属载体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。这种方法呈现很差的熔化性能，这是由于该颗粒在热火焰中滞留时间过短。
DE-B-1154817叙及了一种方法，其中破碎了的铁矿石和助熔剂及氧和／或空气通过一个烧嘴导入到一个反应室中。在此处，首先产生一种强氧化性的燃烧火焰，将反应物料加热至熔融。随后，在火焰中为进行进一步还原而鼓入燃料。火焰被调整到对准在熔融室中存在的熔融体。
本发明旨在避免上述这些缺点和困难，其目的在于，提供开始时所述类型的熔融气化器，它无需造块就可以处理细粒的金属载体，一方面，可靠地避免了产生于熔融气化器中的还原气体可能在预还原或完全还原阶段将供来的细颗粒排走，另一方面，如需要，还保证细颗粒的终还原。可按本发明达到的另一目的是，使金属载体和碳载体在熔融气化区中的流化床内尽可能均匀的分布。
按照本发明，这一目的是这样完成的：在构成熔融气化器顶端的园拱区中、最好在其中心区中，设置至少一根输送金属载体的输送管，而且在熔融气化器内，在金属载体输送管的入口处下方设置向垂直线倾斜的耐火斜墙，在其上受到因重力而下沉的金属载体的冲击，以及在此斜墙上方设置加热装置，最好设置煤烧嘴，用它们可加热金属载体输送入口管处和斜墙间的区域。
因而，金属载体降落在斜墙上并沿其下滑。用该加热装置，将斜墙和熔融气化器园拱间的区域维持在金属载体的熔化温度之上，而分别因对斜墙的冲击或沿其下滑而减慢的金属载体会局部熔化和结块。尽管在园拱区中有离开熔融气化器的强的还原气流，但这样形成的团块下沉，结果在由流化床构成的气化区中熔化，然后从其中通过，在该过程中团块被完全熔化。有细粒金属载体从熔融气化器中被带走得以有效的避免。
按一较佳实施方案，该斜墙由具有截头锥形的、或金字塔形的封闭墙构成，并在熔融气化器的园拱上设有几个金属载体输送管，它们都设置在该封闭墙重直上方的区域中，并都指向该封闭墙的内表面。在此，该封闭墙围出一个可叫作燃烧室的空间。它与熔融气化器的净空间中的其余部分在空间在上是分开的，因而可将分别使金属载体局部熔化或结团而供应的能量减至最少。
进而，为在这样形成的燃烧室中产生均匀的温度，最好在此封闭墙上方设置几个加热装置，其中，在金属载体输管出口和封闭墙突出熔融气化器的园拱处的区域间设置加热装置是适宜的。
为加入块煤，最好在园拱区中心及在封闭墙的下开口上方设输送管。借此优化熔融气化器中心处中的流化床结构是可行的，此外，其中在位于封闭墙垂直上方的区域外侧设置块煤输管，及任选地设置经预还原的铁载体输送管也是适宜的。
本发明特别适于用由矿石、特别是铁矿石和熔剂构成的炉料以及至少部分地含有细粉部分的炉料生产金属熔体、尤其是生铁水的工厂，其特征在于：
●至少有两个顺序串联的流化床反应器，其中矿石经输送管沿一个方向从一个流化床反应器导往下一个流化床反应器，而还原气体经还原气体连接管道沿相反方向从下一个流化床反应器被导向上一个流化床反应器，及
●有这样一种熔融气化反应器，其中延伸着一根进料管线，它从沿矿石流的最后方向设置的流化床反应器中引导还原产物，以及一根气体排放管线，它从沿矿石流的最后方向设置在流化床反应器中的气体排放管延伸。
现参照附图中说明的示例性实施方案详述本发明，其中，图1仅以举例的方式示意性地展示了生产金属熔体、尤其是生铁、或液体钢的预产物的整体设备，图2按放大的尺寸说明图1中的细节。
图1中的设备设有顺序串联的3个流化床反应器1-3，其中至少一部分是细粒料的含氧化铁的物料，如铁矿石经矿石输送管4被通往第一流化床反应器1，借此，在预热阶段5中进行细矿石的预热及可能的预还原，然后经输送管线6将它们从流化床还原器1导向流化床还原器2和3。在流化床2中，预还原是在预还阶段7中进行的，然后在流化床还原器3中，在终还原阶段8将细矿石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被送入熔融气化器10，即下文将叙及的特定方式。在熔融气化器10的由流化床形成的熔融气化区11中，由碳载体如煤和含氧气体生成含CO和H2的还原气体，然后经还原气体输送管口，供入沿细矿石流的最后方向设置的流化床反应器3中。然后以与矿石流相逆流的方向将还原气体从流化床反应器3导向流化反应器2、再导向反应器1，即经连接导管13，再经顶气排放管14将其作为顶气从流化床反应器1排出，然后在湿除尘器15中冷却和洗涤除尘。
熔融气化器10设有固体碳载体输送管16、含氧气体输送管17以及任选地设有在室温下为液态或气态的碳载体如烃类的输送管。在熔融气化器10内，在熔融气化区11下方，聚集了生铁水或熔融的钢的前体材料以及熔渣，它们经排放口18排出。
在离开熔融气化器10并延伸入流化床反应器3中的还原气体输送管12中，设有除尘装置19，如热气体旋风除尘器，在旋风除尘器中被分离出来的粉尘颗粒经返回管20被供往熔融气化器10，它们随作为输送工具的氮气被供入并在吹氧的条件下通过烧嘴21。
其中发生细矿石预还原的流化床反应器2被供以相当少量的还原气体，但该气体具有足以达到预还原目的的还原势。由于达到此处的待还原物料的还原程度低于终还原阶段8中物料的还原程度，所以此处不出现“粘结”。离开流化床反应器2的、经反应的还原气体经导管13被供往除尘器22。部分经过除尘的反应过的还原气体经出口气体排放管23被抽走；另一部分则经管线13和压缩机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，最好设有此管，而且它与还原气体输送管12分开，并将部分还原气体经除尘器26及压缩机回送至所述的还原气体输送管12中，即送至热气体旋风除尘器19之前的一个位置。
为调节细矿石的预热温度，将含氧气体如空气经导管28供往预热阶段5，这里指的是流化床反应器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，经过在图2中以放大视图说明的单独的加料装置29进行海绵铁和碳载体的加料。
在向上构成熔融气化器10的园拱30内部中心处，加料装置29设有斜墙33，它向熔融气化器的垂直轴32倾斜，所述的、按该较佳实施方案被说明的墙以截头锥形或金字塔形的封闭墙构成。该截头锥形或金字塔形的尖顶位于熔融气化器10的垂直轴或中心纵轴32上。封闭墙33用耐火材料构成而且任选地用支撑构件35加强其内部。支撑构件35可用钢板套构成。
突出于向熔融气化器10的拱顶30中突出的封闭墙33所围成的区域内，海绵铁输送管9沿纵向中心轴32的方向伸入熔融气化器10。经过输送管9的海绵铁颗粒由于重力作用而落入熔融气化器10中，冲击封闭墙33，而且如箭头所示，经所示的封闭墙33流向其面向着熔融气化区11的下部开口36，经该开口出来，然后向熔融气化区11的流化床中下沉即与产生于熔融气化器10中的向上流动的还原气流逆向流动，然后经过熔融气化区11并在此熔化。
由封闭墙33围住的区域37用加热装置38加热，装置38最好是作为用粉煤和氧的烧嘴来运行的。烧嘴38将在被封闭墙33围住的区域37中占主要地位的温度保持在海绵铁的熔化温度之上，区域37可被称为燃烧室。从而使海绵铁结团和局部熔化，以便尽管有还原气体的强逆向气流，由细颗粒这样形成的较大颗粒也会到达熔融气化区中的流化床，而不会随该还原气体排出。
还有，可经烧嘴38进行粉尘进入熔融气化器10的再循环，如来自除尘装置19的粉尘可送回熔融气化器10，即经导管38送回。
当海绵铁冲撞斜墙33并沿其下滑时，它慢了下来，因而燃烧室37中占主要地位的高温仍有足够的时间实际上完成聚团。按该举例性说明的实施方案所构成的燃烧室37不是绝对必要的。也可设置单板斜墙，细颗粒对其冲击，但燃烧室的优点是可将所需的能量供应减至最小，同时仍达到海绵铁细颗粒的有效聚团和局部熔化。此外，可在熔融气化器10的园拱30中设几个斜墙。
经进入封闭墙33径向外侧的熔融气化器10的园拱30区中的输送管16将引入碳载体，如煤。块煤也可经由封闭墙33构成的燃烧室加入熔融气化器10，例如，经另一条中心设置的输送块状碳载体及经任选地输送预还原的铁载体的输送管16’的嘴加入。由于这样布置，碳载体输送管16，16’，就可优化流化床的结构，从而使海绵铁在流化床的截面上大致均匀地分布。

Claims (12)

1．一种熔融气化器，它用于由至少经部分还原并含部分细粉的金属载体生产金属熔体及通过煤的气化生产还原气体，它设有输送含氧气体，碳载体及金属载体的、伸入所述熔融气化器(10)中的输送管(17，16，9)，那些用于输送含氧气体的导管设置在熔融气化器的下部区域，借此由熔融气化器中引出至少一根排放产生于熔融气化器(10)中的气体排放管(12)，且熔融气化器(10)具有一个用于金属熔体及渣的排放口(18)，该熔融气体器(10)的特征在于，在向上构成熔融气化器(10)顶部的园拱(30)区域中设有至少一个输送金属载体的输送管(9)，且在熔融气化器(10)的内部(31)、在金属载体输送管(9)的进入位置下方设置一个耐火斜墙(33)，该墙(33)向垂直线倾斜，由于重力作用而下降的金属载体冲击在其上，以及在斜墙(33)的上方设有加热装置(38)，用它可加热金属载体输送管(9)的入口处和斜墙(33)之间的区域。
2．按权利要求1的熔融气化器，其特征在于，其中所说的至少经部分还原并含部分细粉的金属载体是海绵铁，所说的金属熔体是生铁水。
3．按权利要求1的熔融气化器，其特征在于，其中所说的向上构成熔融气化器(10)顶部的园拱(30)区域是指其中心区域。
4．按权利要求1的熔融气化器，其特征在于，其中所说的加热装置(38)是煤燃烧器。
5．按权利要求1-4中任一项的熔融气化器，其特征在于，斜墙(33)以截头锥形或金字塔形的封闭墙(33)构成，该锥形或金字塔形的尖顶方向朝下，且在于，在熔融气化器(10)的园拱(30)中设有几个用于金属载体的输送管(9)，它们都被设置在位于封闭墙(33)垂直上方的区域中，并且都指向封闭墙(33)的内表面。
6．按权利要求5的熔融气化器，其特征在于，在封闭墙(33)上方设有几个加热装置(38)。
7．按权利要求6的熔融气化器，其特征在于，加热装置(38)设在介于金属载体输送管(9)的出口与封闭墙(33)离开熔融气化器(10)的园拱(30)之处之间的区域。
8．按权利要求1-4中任一项的熔融气化器，其特征在于，块状碳载体输送管(16’)设在园拱(30)的中心，并设置在封闭墙(33)下开口的上方。
9．按权利要求8的熔融气化器，其特征在于，在封闭墙(33)的垂直上方区域外侧还设有用于块状碳载体的输送管(16)。
10．按权利要求9的熔融气化器，其特征在于，在封闭墙(33)的垂直上方区域外侧还设有用于经预还原的铁载体的输送管(16)。
11．按权利要求1-10中任一项的熔融气化器的应用，用于一种由矿石及熔剂构成的炉料生产金属熔体的设备，所述矿石至少部分地含有细粉，在该设备中，
●含有至少二个顺序串联的流化床(1-3)，其中矿石经输送管(6)沿一方向从流化床反应器(1)被导向流化床反应器(2，3)，而还原气体经还原气体连接导管(13)沿相反方向从流化床反应器(3)被导向流化床反应器(2，1)，及
●含有权利要求1的熔融气化器(10)，向其中延伸有将还原产物从沿矿石物流的最后方向设置的流化床反应器(3)中导出的送料管(9)，及延伸进入沿矿石流的最后方向设置的流化床反应器(3)中的气体排放管(12)。
12．按权利要求11的应用，其中所说的矿石是铁矿石，所说的金属熔体是生铁熔体。
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