CN107075592B - 复合铁水制备装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合铁水制备装置。本发明在基于流化还原炉及煤填充式熔融气化炉的铁水制备装置和基于熔浴式熔融还原炉的铁水制备装置中，通过进一步设置的其他流化还原炉结合上述两个铁水制备装置，从而在基于流化还原炉及煤填充式熔融气化炉的铁水制备装置中，可使用以往的冶金用燃料及原料来稳定地生产铁水，并且在与该铁水制备装置连接的所述基于熔浴式熔融还原炉的铁水制备装置中，可使用以往不适合做冶金用的低级燃料及原料来稳定地生产铁水。

Description

复合铁水制备装置
技术领域
本发明涉及一种复合铁水制备装置，更为详细地涉及一种由具有多种形式和功能的多个反应器相结合而构造的复合铁水制备装置，其中所述反应器用于执行含铁物质的还原及熔化等，该复合铁水制备装置在直接使用粉状或块状的普通煤及粉状的含铁矿石来制备铁水时，能够直接使用多种品位及粒度的燃料和原料。
背景技术
目前，全球钢铁产量的60％左右采用从14世纪开发的高炉法来生产。高炉法为将经过烧结过程的铁矿石和由烟煤作为原料来制备的焦炭等一起放入高炉内，并吹入氧气而将铁矿石还原为铁，从而制备铁水的方法。
如此，作为铁水生产装置的主流形式的高炉法要求原料在其反应特性具有一定水平以上的强度的同时具有能够保证炉内通气性的粒度。因此，如上所述，作为燃料及还原剂来使用的碳源依赖于将特定原料煤加工处理而成的焦炭，并且铁源主要依赖于经过一系列压块工艺的烧结矿。
因此，在目前的高炉法中必须伴有焦炭制备设备及烧结设备等的原料预处理设备，因此除高炉以外还需构建附属设备，而且还需要针对附属设备中产生的各种环境污染物质设置环境污染防治设备，需要消耗大量的投资费用，制备成本急剧上升。
为了解决高炉法中存在的这些问题，世界各国的炼铁厂致力于开发如下的熔融还原炼铁法：该方法直接将普通煤作为燃料和还原剂来使用，并且直接将全球矿石产量中占80％以上的粉矿作为铁源来使用而制备铁水。
作为熔融还原炼铁法的一例，欧洲专利公报第1689892号公开了一种直接使用粉状或块状的普通煤和粉状的含铁矿石的铁水制备装置及其铁水制备方法。
在上述欧洲专利中，直接使用粉状或块状的普通煤和粉状的含铁矿石的铁水制备装置由以下结构等构成：多级的流化还原炉，使粉状的含铁矿石及副原料与还原气体接触而还原及烧成；高温压块装置，将从所述流化还原炉中排出的粉状还原铁压缩而制备高温还原压缩铁；及熔融气化炉，对粉状的普通煤进行压缩而制备的型煤及块状的普通煤被连续供给到所述熔融气化炉中并在所述熔融气化炉的内部形成一定高度的煤填充床，通过形成在所述煤填充床外壁下端的多个鼓风机吹入氧气及粉煤材料，通过所述氧气，粉煤材料及煤填充床内的块状煤被燃烧，通过所述燃烧而形成的高温气体在填充床中上升的同时，通过其显热对高温还原压缩铁及与所述高温还原压缩铁一起被装入煤填充床上部的副原料进行加热、熔化及造渣，从而制备铁水和熔渣后将其堆积在所述煤填充床的下方，然后周期性地向外排出所述铁水和熔渣，所述熔融气化炉排出贯通所述熔化的煤填充床的高温气体并将其作为在粉状的含铁矿石的还原中所需的还原气体来供给到所述多级的流化还原炉。其中，所述高温还原压缩铁在所述高温压块装置中制备并被装入所述煤填充床的上部后，在所述煤填充床的内部下降。
此外，上述铁水制备装置设置有废气改性循环装置，该废气改性循环装置能够将从所述多级流化还原炉中排出的气体经过水集尘装置冷却后，将部分分支压缩并去除CO2，之后与从所述熔融气化炉中排出的高温还原气体混合，并向所述多级流化还原炉进一步供给还原气体。并且上述铁水制备装置被构造为将所述废气改质循环装置中去除CO2后的气体向所述多级流化还原炉中相当于最下级且直接接收还原气体的最终流化还原炉的前端供给。
在所述铁水制备流程中，铁矿石还原的60～70％则在所述多级流化还原炉中通过间接还原来实现，其中所述间接还原通过从所述熔融气化炉供给的还原气体来进行。另外，铁矿石还原的30～40％则在所述铁矿石制成高温还原压缩铁并被投入熔融气化炉中后，在所述熔融气化炉内的煤填充床内通过间接还原及直接还原来实现，其中间接还原通过在所述煤填充床中上升的煤燃烧气体来进行；直接还原通过所述煤填充床内的煤中的碳成分和煤燃烧气体来进行。
因此，为了顺利进行所述铁矿石的还原，所述流化还原炉内的还原气体与粉铁矿石之间、以及熔融气化炉内的高温煤燃烧气体与高温还原压缩铁之间顺利的接触尤为重要。
当考虑流化还原炉中较高的混合效率时，认为所述流化还原炉中的气体与粉矿之间的接触没有任何问题，但所述熔融气化炉的煤填充床内的气体与高温还原压缩铁之间的接触会受到所述煤填充床内气流分布的影响，而决定该气流分布的因素为所述煤填充床内的孔隙分布。
此外，所述煤填充床内的孔隙分布在保持通过所述煤填充床并向所述煤填充床的下部排出的铁水及熔渣的顺畅的流动时还起到决定性作用，其中，所述铁水及熔渣为在所述煤填充床内高温还原压缩铁和副原料经过加热、熔化及造渣而生成的物质。
所述煤填充床内的孔隙分布会大大受到形成所述煤填充床的煤在高温下的物理性质的影响，因此在所述铁水制备装置中可使用的煤的品位(Rank)受限。
此外，如上所述，铁水及熔渣为了向熔融气化炉的外部排出需要通过煤填充床，而在所述铁水及熔渣中熔渣的量及流动性等尤其重要。所述熔渣的性状取决于在所述铁水制备装置中作为原料使用的矿石内的脉石的含量及组成等，因此在所述铁水制备装置中可使用的矿石的品位受限。
除此之外，根据所述煤填充床内的高还原气氛，当使用含有大量磷(Posphorous)成分的矿石时，会出现所生产的铁水中含有大量的难以精炼的磷成分的问题等。因此，为了保持所生产铁水的质量，也需要限制所使用的原料矿石。
从上述欧洲专利公报第1689892号中公开的铁水制备装置的实际运转结果发表资料来看，所述铁水制备装置的运转相当稳定，能够使用的矿石品位及煤品位的范围也与以往的高炉法相比逐渐扩大，但所述铁水制备装置能够使用的矿石品位及煤品位相当受限。
另一方面，美国专利公报US6332745B1、US6379422B1及US6602321B1等公开了熔融还原炼铁法的另一例。
在上述美国专利中，铁水制备装置包括：熔浴(motlen bath)式反应器，由熔融铁层、形成于所述熔融铁层上部的熔渣层和形成于所述熔渣层上部的气体层等构成；二次燃烧枪，从所述熔浴式反应器上部形成至所述熔渣层的上部，被构造为能够向所述熔渣层的上部吹送漂浮有氧气的高温热风；粉煤吹送枪和粉矿吹送枪，贯穿所述熔浴式反应器的侧部，并且贯穿所述熔浴式反应器内的熔渣层，从而形成至所述熔渣层下部的熔融铁层上部，即形成至所述熔渣层和熔融铁层之间的边界位置，并被构造为从外部分别独立地将粉煤和粉矿等吹送至所述边界位置；预还原炉，使用从所述熔浴式反应器排出的高温气体中的一部分来预热及预还原向所述熔浴式反应器中吹送的粉矿；洗涤器，用于冷却及洗涤从所述预还原炉排出的气体；洗涤器，用于冷却及洗涤除供给到所述预还原炉中气体之外的向熔浴式反应器排出的剩余气体；和热风炉，为了形成通过所述二次燃烧枪供给的热风而设置。
上述铁水制备装置在熔浴式反应器内形成的熔浴中，在熔融状态下进行铁矿的还原，为此，向所述熔浴中供给所述还原所需的还原剂煤，所述还原所需的热由以下方式供给：在所述熔浴中通过铁矿和煤的还原反应而生成气体，对该气体由上述二次燃烧枪供给的漂浮有氧气的空气热风来进行燃烧，即进行二次燃烧，并将所述二次燃烧中产生的热作为所述还原所需的热来提供。
随着将空气热风等作为这种燃烧及氧化气体来使用，从上述熔浴式反应器排出并供给到预还原炉中的高温气体的还原力非常低，在所述预还原炉中进行的矿石还原被限制在20％以下。为了在熔浴中能够进行急剧的熔融及反应，将上述矿石及煤粉碎成1mm以下后吹送。通过所述反应而生成的铁水及熔渣分别通过独立的排出口连续或周期性地排出。
上述铁水制备装置中的所有反应及铁水和熔渣的排出在熔融状态下进行，因此认为与上述欧洲专利公报第1689892号所公开的铁水制备装置相比，上述铁水制备装置能够使用的煤和矿石品位所受的限制非常少，并且如上所述那样，随着同时进行熔融及还原反应，且积极利用二次燃烧，其热效率非常高。
然而，从上述美国专利公报US6332745B1等中公开的铁水制备装置的实际运转结果发表资料来看，其具有各种设备问题及作业问题。
在上述问题中，对运转率及生产性的影响最大的是所述熔浴式反应器和与此相连的预还原炉的联系作业不够顺畅这一问题。据报道，导致上述问题的原因如下：在所述熔浴式反应器中二次燃烧后产生的气体的温度及性状不稳定，这样会导致使用该气体所进行的在所述预还原炉中的矿石升温及还原反应的变动加剧，从所述预还原炉向所述熔浴式反应器供给的预还原矿的性状变动，随之造成熔浴式反应器中的矿石熔融还原反应及二次燃烧反应不稳定的不良循环。
此外，即使在所述联系作业暂时顺利的情况下，也会因从所述预还原炉供给到所述熔浴式反应器的预还原矿的还原率过低，在所述预还原矿的熔融还原中所需的煤消耗量远高于目标消耗量，此外，由于所述熔浴式反应器内的熔渣中氧化铁浓度过高，会产生过分侵蚀所述熔浴式反应器的耐燃材料的问题。
为了解决上述问题，目前采用各种方法，但根据报道，其改善效果微弱，而且因所述方法，热效率及反应效率逐渐下降，随之经济性也下降。
如上所述，为了代替高炉，独立开发出诸多熔融还原炼铁法，并且陆续报道采用各种熔融还原炼铁法的铁水制备装置的运转结果，各熔融还原炼铁法已达到能够了解其优缺点及技术成果等的水平。
因此，目前亟需开发一种复合铁水制备工艺(装置)，该工艺(装置)通过新的中间工艺(装置)将多个铁水制备工艺(装置)相结合而成。
发明内容
技术问题
本发明涉及一种新型铁水制备装置，该新型铁水制备装置对所述基于流化还原炉及煤填充式熔融气化炉的铁水制备装置和基于熔浴式熔融还原炉的铁水制备装置，通过进一步设置的流化还原炉结合所述两个铁水制备装置。更为详细地，本发明涉及一种复合铁水制备装置，该复合铁水制备装置对基于流化还原炉及煤填充式熔融气化炉的铁水制备装置和基于熔浴式熔融还原炉的铁水制备装置，通过进一步设置的其他的流化还原炉结合所述两个铁水制备装置，从而在基于流化还原炉及煤填充式熔融气化炉的铁水制备装置中，可使用以往的冶金用燃料及原料来稳定地生产铁水，并且在与该铁水制备装置连接的所述基于熔浴式熔融还原炉的铁水制备装置中，可使用以往不适合做冶金用的低级燃料及原料来稳定地生产铁水。
此外，本发明涉及一种新型铁水制备装置，该新型铁水制备装置对所述基于流化还原炉及煤填充式熔融气化炉的铁水制备装置和基于熔浴式熔融还原炉的铁水制备装置，通过进一步设置的流化还原炉结合所述两个铁水制备装置。更为详细地，本发明涉及一种复合铁水制备装置，该复合铁水制备装置对所述基于流化还原炉及煤填充式熔融气化炉的铁水制备装置，能够部分提取并去除在所述铁水制备装置的最终副产气体中所含的CO2成分后，使去除CO2成分后的最终副产气体升温而制成高温还原气体，之后将该高温还原气体供给到另行设置的多级流化还原炉中，在所述多级流化还原炉中将粉矿及副原料等分别还原及烧成为规定的水平而制备还原粉体，并将该还原粉体供给到所述基于熔浴式熔融还原炉的铁水制备装置，从而能够稳定地运转所述熔浴式熔融还原炉，据此在所述基于流化还原炉及煤填充式熔融气化炉铁水制备装置中可使用高级燃料及原料来稳定地生产铁水，在与该铁水制备装置连接的所述基于熔浴式熔融还原炉的铁水制备装置中可使用低级燃料及原料来稳定地生产铁水。
技术方案
根据本发明的一个实现例，可提供一种复合铁水制备装置，其包括：
第一铁水制备装置，包括：被构造为多级的第一流化还原炉，用于将粉矿还原转换为还原铁粉；多个高温压块装置，用于将从所述第一流化还原炉排出的还原铁粉制成高温还原压缩铁；输送装置，用于输送按规定大小破碎的所述高温还原压缩铁；压缩铁装入装置，用于向熔融气化炉连续供给通过所述输送装置输送的所述高温还原压缩铁；块状普通煤装入装置，用于向所述熔融气化炉连续供给块状普通煤；熔融气化炉，通过氧气燃烧从所述块状普通煤装入装置供给的块状普通煤和从所述熔融气化炉的下部吹入的粉煤材料而产生高温燃烧气体，并利用该高温燃烧气体熔化从所述压缩铁装入装置供给的高温还原压缩铁，并且供给在所述第一流化还原炉中的粉矿还原所需的还原气体；CO2去除装置，从所述第一流化还原炉的废气中分支出部分废气并去除CO2，将去除CO2后的该部分废气添加到从所述熔融气化炉供给的还原气体中，并向所述第一流化还原炉供给还原气体；灰尘循环装置，分离所述熔融气化炉中产生的还原气体中所包含的灰尘，并向所述熔融气化炉重新吹送该灰尘；压力控制装置，根据所述熔融气化炉的压力变动，从所述熔融气化炉中产生的气体中分支出部分气体并将该部分气体冷却后排出到副产气体线中，从而将所述熔融气化炉内的压力保持一定；第一显热回收装置，用于回收从所述第一流化还原炉排出的废气的显热；第一干式集尘装置，用于分离含在所述第一流化还原炉所排出废气中的飞尘；及第一气体冷却装置，用于冷却从所述第一流化还原炉排出的废气；
第二铁水制备装置，包括：铁浴式熔融还原炉，用于对向所述铁浴式熔融还原炉的内部吹入的粉状含铁物质和粉煤在该内部进行熔化、燃烧及熔融还原等反应而制成铁水及熔渣后向外排出；热风炉，用于制备作为二次燃烧氧化剂吹入所述熔融还原炉中的热风；及清洗装置，用于冷却及清洗从所述熔融还原炉排出的气体；及
第三铁水制备装置，设置在所述第一铁水制备装置和所述第二铁水制备装置之间，并连接所述第一铁水制备装置和所述第二铁水制备装置，从在所述第一铁水制备装置的熔融气化炉中产生并被供给到所述第一流化还原炉的还原气体中分支出部分还原气体，并利用分支出的该还原气体，将粉矿还原成规定水平后作为所述第二铁水制备装置的铁源来供给。
所述第三铁水制备装置可包括：
氧气混合炉，设置在经由所述第一铁水制备装置的灰尘循环装置向所述第一流化还原炉供给高温还原气体的导管上，该氧气混合炉用于向所述高温还原气体中吹送氧气；
设置在所述氧气混合炉的后端的导管，该导管用于分支所述还原气体的一部分；及
第二流化还原炉，与所述导管连接，该第二流化还原炉用于从所述导管接收所分支的部分还原气体并将粉矿还原转换为还原粉体。
所述第二流化还原炉可被构造为两级或三级以上的多级。
可包括：第二显热回收装置，与所述第二流化还原炉的后端连接，该第二干式集尘装置用于回收所述第二流化还原炉所排出废气的显热。
可包括：第二干式集尘装置，与所述第二显热回收装置的后端连接，该第二干式集尘装置用于分离所述废气中的飞尘。
可包括：第二气体冷却装置，与所述第二干式集尘装置的后端连接，该第二气体冷却装置用于冷却所述废气。
可包括：还原粉体储存槽，与所述第二流化还原炉中的最下级第二流化还原炉连接，该还原粉体储存槽用于储存通过导管从所述第二流化还原炉排出的还原粉体。
可包括：还原粉体气送装置，与所述还原粉体储存槽的下端连接，该还原粉体气送装置用于通过还原粉体气送管从所述还原粉体储存槽向所述铁浴式熔融还原炉的内部吹送还原粉体，其中所述还原粉体气送管用于连接所述还原粉体储存槽和所述铁浴式熔融还原炉。
在所述第一干式集尘装置的下端可设置有第一气送装置及第一气送管，所述第一气送装置用于使在所述第一干式集尘装置中分离的灰尘能够与从所述第二流化还原炉排出的还原粉体一起被吹入所述铁浴式熔融还原炉内，所述第一气送管用于连接所述第一气送装置和所述还原粉体气送管。
在所述第二干式集尘装置的下端可设置有第二气送装置及第二气送管，所述第二气送装置用于使在所述第二干式集尘装置中分离的灰尘能够与从所述第二流化还原炉排出的还原粉体一起被吹入所述第二铁水制备装置的铁浴式熔融还原炉内，所述第二气送管用于连接所述第二气送装置和所述还原粉体气送管。
可包括热风炉燃料气体供给导管，为了供给所述热风炉所需的燃料，所述热风炉燃料气体供给导管在从所述第一铁水制备装置的第一流化还原炉及所述第二流化还原炉排出的废气汇合后向副产气体线分支的线的后端分支并与所述热风炉连接。
此外，根据本发明的另一实现例，可提供一种复合铁水制备装置，其包括：
第一铁水制备装置，包括：被构造为多级的第一流化还原炉，用于将粉矿还原转换为还原铁粉；多个高温压块装置，用于将从所述第一流化还原炉排出的还原铁粉制成高温还原压缩铁；输送装置，用于输送所述高温还原压缩铁；压缩铁装入装置，用于向熔融气化炉连续供给通过所述输送装置输送的所述高温还原压缩铁；块状普通煤装入装置，用于向所述熔融气化炉连续供给块状普通煤；熔融气化炉，通过氧气燃烧从所述块状普通煤装入装置供给的块状普通煤和从所述熔融气化炉的下部吹入的粉煤材料而产生高温燃烧气体，并利用该高温燃烧气体熔化从所述压缩铁装入装置供给的高温还原压缩铁，并且供给在所述第一流化还原炉中的粉矿还原所需的还原气体；CO2去除装置，从所述第一流化还原炉的废气中分支出部分废气并去除CO2，将去除CO2后的该部分废气添加到所述熔融气化炉所供给的还原气体中，并向所述第一流化还原炉供给还原气体；灰尘循环装置，分离所述熔融气化炉中产生的还原气体中所包含的灰尘，并向所述熔融气化炉重新吹送该灰尘；压力控制装置，根据所述熔融气化炉的压力变动，从所述熔融气化炉中产生的气体中分支出部分气体并将该部分气体冷却后排出到副产气体线中，从而将所述熔融气化炉内的压力保持一定；第一显热回收装置，用于回收从所述第一流化还原炉排出的废气的显热；第一干式集尘装置，用于分离含在从所述第一流化还原炉排出的废气中的飞尘；及第一气体冷却装置，用于冷却从所述第一流化还原炉排出的废气；
第二铁水制备装置，包括：铁浴式熔融还原炉，用于对向所述铁浴式熔融还原炉的内部吹入的粉状含铁物质和粉煤在该内部进行熔化、燃烧及熔融还原等反应而制成铁水及熔渣后向外排出；热风炉，用于制备作为二次燃烧氧化剂吹入所述熔融还原炉中的热风；第二显热回收装置，用于回收所述熔融还原炉所排出废气的显热；及清洗装置，用于冷却及清洗从所述熔融还原炉排出的气体；及
第四铁水制备装置，设置在所述第一铁水制备装置和所述第二铁水制备装置之间，并连接所述第一铁水制备装置和所述第二铁水制备装置，该第四铁水制备装置用于部分提取及去除所述第一铁水制备装置的最终副产气体中所含的CO2成分后，使去除CO2后的该副产气体升温而制成高温还原气体，之后利用该还原气体将粉矿及副原料等分别还原及烧成规定水平而制备还原粉体，并将该还原粉体作为所述第二铁水制备装置的铁源来供给。
所述第四铁水制备装置可包括：
压缩机，与供所述第一铁水制备装置中产生的副产气体流过的副产气体导管连接，该压缩机用于压缩所述副产气体；
第二CO2去除装置，与所述压缩机连接，该第二CO2去除装置用于去除经所述压缩机压缩的气体中的CO2成分；
换热器及气体加热器，与所述第二CO2去除装置连接，该换热器及气体加热器用于使从所述第二CO2去除装置排出的去除CO2后的气体升温而制备高温还原气体；
氧气混合炉，与所述气体加热器连接，该氧气混合炉用于向所述高温还原气体的内部吹送氧气；及
第二流化还原炉，与所述氧气混合炉连接，该第二流化还原炉接收所述高温还原气体并且还原及烧成粉矿及副原料。。
所述第二流化还原炉可被构造为两级或三级以上的多级。
可包括：第二干式集尘装置，与所述换热器的后端连接，该第二干式集尘装置用于分离从所述第二流化还原炉排出并流经所述换热器之后的废气中的飞尘。
可包括：第二气体冷却装置，与所述第二干式集尘装置的后端连接，该第二气体冷却装置用于冷却所述废气。
可包括：与所述第二气体冷却装置的后端连接的气体导管，该气体导管用于将所述废气中的一部分循环到所述第二CO2去除装置。
可包括：与所述第二气体冷却装置的后端连接的最终废气导管，该最终废气导管用于将所述废气中的剩余气体排出到外部。
可包括：连接所述第二CO2去除装置和所述最终废气导管的气体导管，该气体导管用于将在所述第二CO2去除装置中分离的CO2排出到外部。
可包括：还原粉体储存槽，用于储存从所述第二流化还原炉中的最下级流化还原炉通过导管排出的还原粉体。
可包括：还原粉体气送装置，用于通过还原粉体气送管从所述还原粉体储存槽向所述铁浴式熔融还原炉的内部吹送还原粉体，其中所述还原粉体气送管用于连接所述还原粉体储存槽和所述铁浴式熔融还原炉。
在所述第一干式集尘装置的下端可设置有第一气送装置及第一气送管，所述第一气送装置用于使在所述第一干式集尘装置中分离的灰尘能够与从所述第二流化还原炉排出的还原粉体一起被吹入所述铁浴式熔融还原炉内，所述第一气送管用于连接所述第一气送装置和所述还原粉体气送管。
在所述第二干式集尘装置的下端可设置有第二气送装置及第二气送管，所述第二气送装置用于使在所述第二干式集尘装置中分离的灰尘能够与从所述第二流化还原炉排出的还原粉体一起被吹入所述第二铁水制备装置的铁浴式熔融还原炉内，所述第二气送管用于连接所述第二气送装置和所述还原粉体气送管。
可包括：燃料气体供给导管，为了供给所述气体加热器及所述第二铁水制备装置的热风炉所需的燃料，所述燃料气体供给导管在所述导管中含有将在所述第二CO2去除装置中去除的CO2的气体及从所述第二铁水制备装置排出的气体相汇合处的前端分支并与所述热风炉及所述气体加热器连接。
技术效果
本发明的一个实现例的复合铁水制备装置由直接使用粉状或块状的普通煤及粉状的含铁矿石的多个反应炉构造，该复合铁水制备装置在基于流化还原炉及煤填充式熔融气化炉铁水制备装置中使用以往的冶金用矿石及煤来制备铁水，并使用稳定地产生的还原气体中的一部分来稳定地还原低品位矿石，并将还原出的铁作为铁源来使用，从而在基于熔浴式熔融还原炉的铁水制备装置中即使使用低级煤，也能稳定而高效地制备铁水。
此外，本发明的另一实现例的复合铁水制备装置由直接使用粉状或块状的普通煤及粉状的含铁矿石的多个反应炉构造，该复合铁水制备装置在基于流化还原炉及煤填充式熔融气化炉铁水制备装置中使用以往的冶金用矿石及煤来制备铁水，并且部分提取及去除最终副产气体中所含的CO2成分后，使去除CO2成分后的该副产气体升温而制成高温还原气体，并使用该还原气体来稳定地还原低品位矿石，并将还原出的铁作为铁源来使用，从而在基于熔浴式熔融还原炉的铁水制备装置中即使使用低级煤，也能稳定而高效地制备铁水。
因此，通过本发明的一个实现例及/或另一实现例的复合铁水制备装置，不仅使用以往的冶金用矿石及煤，还能使用以往认为不适合做冶金用的矿石及煤，从而同时制备铁水。
附图说明
图1为本发明的一个实现例的复合铁水制备装置的示意性结构图。
图2为表示本发明的一个实现例的复合铁水制备装置的实施例、即复合铁水制备装置内物质流的示意性工艺流程图。
图3为表示本发明的一个实现例的复合铁水制备装置的实施例、即通过复合铁水制备装置内物质流产生的气体的物理性质及组成比的表。
图4为本发明的另一实现例的复合铁水制备装置的示意性结构图。
图5为表示本发明的另一实现例的复合铁水制备装置的实施例、即复合铁水制备装置内物质流的示意性工艺流程图。
图6为表示本发明的另一实现例的复合铁水制备装置的实施例、即通过复合铁水制备装置内物质流产生的气体的物理性质及组成比的表。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实现例进行说明，以便本发明所属技术领域的技术人员能够容易实施本发明的实现例。如本发明所属技术领域的技术人员所能容易理解，将在后面描述的实现例在不脱离本发明的概念及范围的情况下可用多种形式变形实施。在附图中，相同或相似的部分尽量使用相同的附图标记来标示。
下面使用的专业术语只用于表示特定的实现例，并不意指限定本发明。只要句子不表示明显相反的意思，在此使用的单数形式也包括复数形式。在说明书中使用的“包括”意指具体表示特定的特性、区域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，而不排除其他特定的特性、区域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。
下面使用的包括技术术语和科学术语的所有用语具有与本发明所属技术领域的技术人员普遍理解的含义相同的含义。在词典中定义的用语进一步被解释为与相关技术文献和当前公开的内容相符的含义，只要未进行定义，并不解释为理想的或非常正式的含义。
图1为本发明的一个实现例的复合铁水制备装置的示意性结构图。
参照图1，在本发明的一个实现例的复合铁水制备装置由直接使用粉状或块状的普通煤及粉状的含铁矿石的多个反应炉构造，其中，第一铁水制备装置可包括：
被构造为多级的第一流化还原炉A，用于将粉矿还原转换为还原铁粉；多个高温压块装置B，用于将从所述第一流化还原炉A排出的还原铁粉制成高温还原压缩铁；输送装置D，用于输送按规定大小破碎的所述高温还原压缩铁；压缩铁装入装置E，用于向熔融气化炉G连续供给通过所述输送装置D输送的所述高温还原压缩铁；块状普通煤装入装置F，用于向所述熔融气化炉G连续供给块状普通煤；熔融气化炉G，通过氧气燃烧从所述块状普通煤装入装置F供给的块状普通煤和从所述熔融气化炉G的下部吹入的粉煤材料而产生高温燃烧气体，并利用该高温燃烧气体熔化从所述压缩铁装入装置E供给的高温还原压缩铁，并且供给在所述第一流化还原炉A中的粉矿还原所需的还原气体；CO2去除装置M，从所述第一流化还原炉A的废气中分支出部分废气并去除CO2，将去除CO2后的该部分废气添加到从所述熔融气化炉G供给的还原气体中，并向所述第一流化还原炉A供给还原气体；灰尘循环装置H，分离所述熔融气化炉G中产生的还原气体中所包含的灰尘，并向所述熔融气化炉重新吹送该灰尘；压力控制装置I，根据所述熔融气化炉的压力变动，从所述熔融气化炉中产生的气体中分支出部分气体并将该部分气体冷却后排出到副产气体线中，从而将所述熔融气化炉内的压力保持一定；第一显热回收装置J，用于回收从所述第一流化还原炉A排出的废气的显热；第一干式集尘装置K，用于分离含在从所述第一流化还原炉A排出的废气中的飞尘；及第一气体冷却装置L，用于冷却从所述第一流化还原炉A排出的废气。
此外，所述复合铁水制备装置的第二铁水制备装置可包括：
铁浴式熔融还原炉a，用于对向所述铁浴式熔融还原炉a的内部吹入的粉状含铁物质和粉煤在该内部进行熔化、燃烧及熔融还原等反应，以制备铁水及熔渣后向外排出；
热风炉b，用于制备作为二次燃烧氧化剂吹入所述熔融还原炉a中的热风；及
清洗装置d，用于冷却及清洗从所述熔融还原炉a排出的气体。
所述复合铁水制备装置可包括：第三铁水制备装置，设置在所述第一铁水制备装置和所述第二铁水制备装置之间，并连接所述第一铁水制备装置和所述第二铁水制备装置，从在所述第一铁水制备装置的熔融气化炉G中产生并被供给到所述第一流化还原炉A的还原气体中分支出部分还原气体，并利用分支出的该还原气体，将粉矿还原成规定水平后作为所述第二铁水制备装置的铁源来供给。
所述第三铁水制备装置可包括：
氧气混合炉2，设置在经由所述第一铁水制备装置的灰尘循环装置H向所述第一流化还原炉A供给高温还原气体的导管30上，该氧气混合炉2用于向所述高温还原气体中吹送氧气；
设置在所述氧气混合炉2的后端的导管31，该导管31用于分支所述还原气体的一部分；及
第二流化还原炉1，与所述导管31连接，该第二流化还原炉1用于从所述导管31接收所分支的部分还原气体并将粉矿转换为还原粉体。
所述第二流化还原炉1可被构造为两级或三级以上的多级。
此外，可依次具备：
第二显热回收装置3，与所述第二流化还原炉1的后端连接，该第二显热回收装置3用于回收从所述第二流化还原炉1排出的废气的显热；
第二干式集尘装置4，与所述第二显热回收装置3的后端连接，该第二干式集尘装置4用于分离所述废气中的飞尘；及
第二气体冷却装置5，与所述第二干式集尘装置4的后端连接，该第二气体冷却装置5用于冷却所述废气。
此外，可具备以下结构等：
还原粉体储存槽20，与被构造为多级的所述第二流化还原炉1中的最下级第二流化还原炉连接，该还原粉体储存槽20用于储存通过导管19从所述第二流化还原炉1排出的还原粉体；和
还原粉体气送装置21，与所述还原粉体储存槽20的下端连接，该还原粉体气送装置21用于通过还原粉体气送管10从所述还原粉体储存槽20向所述第二铁水制备装置的铁浴式熔融还原炉a的内部吹送还原粉体，其中所述还原粉体气送管10用于连接所述还原粉体储存槽20和所述第二铁水制备装置的铁浴式熔融还原炉a。
此外，在所述第一干式集尘装置K的下端设置有第一气送装置6及第一气送管7，所述第一气送装置6用于使在所述第一干式集尘装置K中分离的灰尘能够与从所述第二流化还原炉1排出的还原粉体一起被吹入所述第二铁水制备装置的铁浴式熔融还原炉a内，所述第一气送管7用于连接所述第一气送装置6和所述还原粉体气送管10。
在所述第二干式集尘装置4的下端设置有第二气送装置8及第二气送管9，所述第二气送装置8用于使在所述第二干式集尘装置4中分离的灰尘能够与从所述第二流化还原炉1排出的还原粉体一起被吹入所述第二铁水制备装置的铁浴式熔融还原炉a内，所述第二气送管9用于连接所述第二气送装置8和所述还原粉体气送管10。
此外，可包括热风炉燃料气体供给导管18，为了供给所述热风炉b所需的燃料，所述热风炉燃料气体供给导管18在从所述第一铁水制备装置的第一流化还原炉A及所述第二流化还原炉1排出的废气汇合后向副产气体线分支的线线后端分支并与所述热风炉b连接。
下面，参照图1对本发明的一个实现例的复合铁水制备装置的作用进行说明。
所述第一铁水制备装置的熔融气化炉G中产生的还原气体与从所述CO2去除装置M供给的去除CO2后的气体汇合后经过灰尘循环装置H，在此过程中去除还原气体中的灰尘。去除灰尘后的所述还原气体中的一部分向所述压力控制装置I分支，剩余部分作为高温还原气体通过所述导管30被供给到所述第一铁水制备装置的第一流化还原炉A。
在所述导管30上设置有氧气混合炉2，向所述氧气混合炉2的内部吹送氧气，燃烧流经所述氧气混合炉2内部的部分高温还原气体，并利用该燃烧热提升所述高温还原气体的温度。
此时，在所述氧气混合炉2后端的高温还原气体的温度优选为大约700～780℃，以防止在接收所述高温还原气体的所述第一流化还原炉A及所述第三铁水制备装置的第二流化还原炉1中的粉矿粘结。
在所述氧气混合炉2的后端升温至上述温度的高温还原气体从所述导管30向导管31分支后被供给到所述第二流化还原炉1。
所述第二流化还原炉1被构造为多级(图1中例如被构造为三级)，粉矿及副原料被供给到多级的所述第二流化还原炉1的最上级第二流化还原炉中，并与被供给到多级的第二流化还原炉1的最下级第二流化还原炉中的高温气体以对流(Counter Flow)方式彼此交叉而接触，在此过程中，所述粉矿及副原料经还原及烧成转换为还原粉体。其中，所述对流方式如下：粉矿及副原料从最上级供给到最下级，高温气体从最下级供给到最上级。
所述还原粉体从所述第二流化还原炉1的最下级第二流化还原炉排出并储存于还原粉体储存槽20中后，通过设置在所述还原铁粉储存槽20下端的气送装置21经由还原粉体气送管10被吹入所述第二铁水制备装置的铁浴式熔融还原炉a的内部，之后在所述铁浴式熔融还原炉a的内部熔化后通过熔融还原及造渣反应等而转换为铁水及熔渣。
此外，从所述第二流化还原炉1的最下级排出的还原粉体中所含的还原粉矿的还原率大约以60～70％左右为宜，这是因为在60～70％以上的还原率下会产生矿石的粘结现象，在60～70％以下的还原率下会过分增加第二铁水制备装置的铁浴式熔融还原炉a内的所述还原粉体的熔融还原及造渣所需的能量。为了保持这种还原率，所述第二流化还原炉1优选被构造为例如两级或三级的多级。
此外，从所述第二流化还原炉1排出的废气经过第二显热回收装置3冷却后，经过所述第二干式集尘装置4分离所述废气中所含的灰尘，之后在所述第二气体冷却装置5中冷却至常温后，与从所述第一铁水制备装置的第一流化还原炉A排出并经过所述第一显热回收装置J、所述第一干式集尘装置K及所述第一气体冷却装置L而被去除灰尘并经冷却的气体汇合。所述汇合后气体中的一部分被供给到CO2去除装置M中，剩余部分与通过所述压力控制装置I排出的气体汇合后排出到副产气体线中。
此外，在所述第一干式集尘装置K及所述第二干式集尘装置4的下端分别设置有第一气送装置6和第二气送装置7，所述第一气送装置6和第二气送装置7从所述第一干式集尘装置K及所述第二干式集尘装置4接收从所述第一流化还原炉A和所述第二流化还原炉1的废气中分离的灰尘后，分别经由所述第一气送管7和第二气送管9将所述灰尘输送到还原粉体气送管10，并且与所述还原粉体气送管10中的还原粉体混合后吹送所述铁浴式熔融还原炉a的内部。
下面对使用本发明的一个实现例的复合铁水制备装置制备铁水的实施例进行说明。其中，所述复合铁水制备装置由直接使用粉状或块状的普通煤及粉状的含铁矿石的多个反应炉构造。第一铁水制备装置为了稳定而高效地制备铁水以符合本发明的目的，作为粉矿及煤一般使用如以下[表1]到[表3]所示的含铁量较高的高品位粉矿及粘性较高的冶金用煤。
[表1]第一铁水制备装置所使用矿石的组成
T.Fe Fe FeO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO MnO P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> S K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub> ZnO LOI
62.14 0.00 0.16 88.660 3.89 2.22 0.03 0.09 0.16 0.16 0.02 0.01 0.02 0.13 0.00 4.44
[表2]第一铁水制备装置所使用煤的组成
Figure BDA0001288622840000141
Figure BDA0001288622840000151
[表3]第一铁水制备装置所使用副原料的组成
水分 T.Fe Fe FeO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO MnO
0.20 0.00 0.00 0.00 0.29 1.55 0.45 40.18 11.87 0.01
此外，第二铁水制备装置与第一铁水制备装置不同地，使用如以下[表4]到[表5]所述的脉石含量较高的低品位矿石及根本没有粘性的廉价无烟煤。
[表4]第二铁水制备装置所使用矿石的组成
T.Fe Fe FeO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO MnO P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> S K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub> ZnO 水分 LOI
56.43 0.00 0.00 80.68 5.51 3.23 0.08 0.07 0.10 0.16 0.01 0.07 0.00 0.00 0.00 0.2 8.30
[表5]第二铁水制备装置所使用煤的组成
水分 挥发分 灰分 固定碳
3.39 5.32 16.34 74.95
此外，第三铁水制备装置使用与第一铁水制备装置中的组成相同组成的副原料。
图2及图3为利用本发明的一个实现例的复合铁水制备装置的第三铁水制备装置，在第一铁水制备装置中以180t/h制备铁水，在第二铁水制备装置中以100t/h制备铁水的工艺的实施例，表示工艺流程图和气体物理性质及组成比。
此外，以下的[表6]到[表9]为表示在本发明的一个实现例的所述第一铁水制备装置及第二铁水制备装置中分别生产的铁水及熔渣的主成分含量的组成表。
[表6]第一铁水制备装置所生产铁水的组成
C Si P Mn S
4.500 0.500 0.059 0.150 0.047
[表7]第一铁水制备装置所生产熔渣的组成
SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO FeO S
30.731 17.695 36.893 10.516 0.488 1.226
[表8]第二铁水制备装置所生产铁水的组成
C Si P Mn S
4.000 0.100 0.090 0.000 0.076
[表9]第二铁水制备装置所生产熔渣的组成
SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO FeO S
32.807 18.359 42.649 2.450 2.988 0.303
所述第二铁水制备装置与第一铁水制备装置相比，使用廉价的燃料及原料，因此会导致铁水中S及P等杂质的含量增加，但该含量也为一般在精炼工艺中所能去除的水平。
上述内容表示，在第一铁水制备装置中使用价格较高的燃料及原料来稳定而高效地制备铁水，结果在第一铁水制备装置中稳定地产生高温还原气体，并且使用该高温还原气体，从第二流化还原炉1使用低级粉矿及副原料，以大约60～70％水平的还原率稳定地制备还原粉体。
此外，上述内容表示，将该还原粉体作为第二铁水制备装置中的铁浴式熔融还原炉a的铁源来供给，从而如上所述，在所述第二铁水制备装置中即使使用廉价的无烟煤，也会稳定地生产铁水。
另外，图4为本发明的另一实现例的复合铁水制备装置的示意性结构图。
除了在下面特别说明的内容之外，本发明的另一实现例的复合铁水制备装置与在对本发明的一个实现例的复合铁水制备装置的说明中所说明的内容相同，因此省略其详细说明。
参照图4，在本发明的另一实现例的复合铁水制备装置由直接使用粉状或块状的普通煤及粉状的含铁矿石的多个反应炉构造，其中，第一铁水制备装置可包括：
被构造为多级的第一流化还原炉A，用于将粉矿还原转换为还原铁粉；多个高温压块装置B，用于将从所述第一流化还原炉A排出的还原铁粉制成高温还原压缩铁；输送装置D，用于输送按规定大小破碎的高温还原压缩铁；压缩铁装入装置E，用于向熔融气化炉G连续供给通过所述输送装置D输送的所述高温还原压缩铁；块状普通煤装入装置F，用于向所述熔融气化炉G连续供给块状普通煤；熔融气化炉G，通过氧气燃烧从所述块状普通煤装入装置F供给的块状普通煤和从所述熔融气化炉G的下部吹入的粉煤材料而产生高温燃烧气体，并利用该高温燃烧气体熔化从所述压缩铁装入装置E供给的高温还原压缩铁，并且供给在所述第一流化还原炉A中的粉矿还原所需的还原气体；CO2去除装置M，从所述第一流化还原炉A的废气中分支出部分废气并去除CO2，将去除CO2后的该部分废气添加到从所述熔融气化炉G供给的还原气体中，并向所述第一流化还原炉A供给还原气体；灰尘循环装置H，分离所述熔融气化炉G中产生的还原气体中所包含的灰尘，并向所述熔融气化炉G重新吹送该灰尘；压力控制装置I，根据所述熔融气化炉G的压力变动，从所述熔融气化炉G中产生的气体中分支出部分气体并将该部分气体冷却后排出到副产气体线中，从而将所述熔融气化炉G内的压力保持一定；第一显热回收装置J，用于回收从所述第一流化还原炉A排出的废气的显热；第一干式集尘装置K，用于分离含在从所述第一流化还原炉A排出的废气中的飞尘；及第一气体冷却装置L，用于冷却从所述第一流化还原炉A排出的废气。
此外，所述复合铁水制备装置的第二铁水制备装置可包括：
铁浴式熔融还原炉a，用于对向所述铁浴式熔融还原炉a的内部吹入的粉状含铁物质和粉煤在该内部进行熔化、燃烧及熔融还原等反应而制成铁水及熔渣后向外排出；
热风炉b，用于制备作为二次燃烧氧化剂吹入所述熔融还原炉a中的热风；
第二显热回收装置c，用于回收从所述熔融还原炉a排出的废气的显热；及
清洗装置d，用于冷却及清洗从所述熔融还原炉a排出的气体。
所述复合铁水制备装置可包括：
第四铁水制备装置，设置在所述第一铁水制备装置和所述第二铁水制备装置之间，并连接所述第一铁水制备装置和所述第二铁水制备装置，该第四铁水制备装置用于部分提取及去除所述第一铁水制备装置的最终副产气体中所含的CO2成分后，使去除CO2后的该副产气体升温而制成高温还原气体，之后利用该还原气体将粉矿及副原料等分别还原及烧成规定水平而制备还原粉体，并将该还原粉体作为所述第二铁水制备装置的铁源来供给。
所述第四铁水制备装置可包括：
压缩机101，与供所述第一铁水制备装置中产生的副产气体流过的副产气体导管120连接，该压缩机101用于压缩所述副产气体；
第二CO2去除装置102，与所述压缩机101连接，该第二CO2去除装置102用于去除经所述压缩机101压缩的气体中的CO2成分；
换热器104及气体加热器105，与所述第二CO2去除装置102连接，该换热器104及气体加热器105用于使从所述第二CO2去除装置102排出的去除CO2后的气体进行升温而制备高温还原气体；
氧气混合炉106，与所述气体加热器105连接，该氧气混合炉106用于向所述高温还原气体的内部吹送氧气；及
第二流化还原炉107，与所述氧气混合炉106连接，该第二流化还原炉接收所述高温还原气体并且还原及烧成粉矿及副原料。
所述第二流化还原炉107可被构造为两级或三级以上的多级。
可依次具备以下结构等：
第二干式集尘装置115，与所述换热器104的后端连接，该第二干式集尘装置115用于分离从所述第二流化还原炉107排出并流经所述换热器104之后的废气中的飞尘；
第二气体冷却装置116，与所述第二干式集尘装置115的后端连接，该第二气体冷却装置116用于冷却所述废气。
此外，可具备：
与所述第二气体冷却装置116的后端连接的气体导管121，该气体导管121用于将所述废气中的一部分循环到所述第二CO2去除装置102；
与所述第二气体冷却装置116的后端连接的最终废气导管124，该最终废气导管124用于将所述废气中的剩余气体排出到外部；及
连接所述第二CO2去除装置102和所述最终废气导管124的气体导管126，该气体导管126用于将在所述第二CO2去除装置102中分离的CO2排出到外部。
此外，可具备：
还原粉体储存槽109，用于储存从所述第二流化还原炉107中的最下级流化还原炉通过导管108排出的还原粉体；及
还原粉体气送装置110，用于通过还原粉体气送管111从所述还原粉体储存槽109向所述铁浴式熔融还原炉a的内部吹送还原粉体，其中所述还原粉体气送管111用于连接所述还原粉体储存槽109和所述铁浴式熔融还原炉a。
此外，在所述第一干式集尘装置K的下端可设置有第一气送装置113及第一气送管114，所述第一气送装置113用于使在所述第一干式集尘装置K中分离的灰尘能够与从所述第二流化还原炉7排出的还原粉体一起被吹入所述铁浴式熔融还原炉a内，所述第一气送管114用于连接所述第一气送装置113和所述还原粉体气送管111。
在所述第二干式集尘装置115的下端可设置有第二气送装置117及第二气送管118，所述第二气送装置117用于使在所述第二干式集尘装置115中分离的灰尘能够与从所述第二流化还原炉107排出的还原粉体一起被吹入所述第二铁水制备装置的铁浴式熔融还原炉a内，所述第二气送管118用于连接所述第二气送装置117和所述还原粉体气送管111。
此外，可具备燃料气体供给导管119，为了供给所述气体加热器105及所述第二铁水制备装置的热风炉b所需的燃料，所述燃料气体供给导管119在所述导管120中含有将在所述第二CO2去除装置102中去除的CO2的气体及从所述第二铁水制备装置排出的气体相汇合处的前端分支并与所述热风炉b及所述气体加热器105等连接。
下面，参照图4对本发明的另一实现例的复合铁水制备装置的作用进行说明。
在所述第一铁水制备装置中产生的副产气体流经导管120，并与所述第二流化还原炉107中产生的废气中流经所述导管121的部分废气汇合后被供给到所述压缩机101并被升压，之后被供给到与所述压缩机101连接的第二CO2去除装置102中，之后去除气体内的CO2。
从所述第二CO2去除装置102排出的、去除CO2后气体内的CO2浓度优选为大约3～15％左右，这是因为要使CO2浓度为3％以下，则所述第二CO2去除装置102的安装及运转所需的费用过高，而且若CO2浓度为15％以上，则上述去除CO2后气体的还原力过低，在所述第二流化还原炉107中无法顺利进行矿石还原。
此外，经过所述CO2去除装置102，从所述第一铁水制备装置的副产气体及第二流化还原炉107的废气中去除的CO2通过另行设置的气体导管126排出到外部。
从所述第二CO2去除装置102排出的去除CO2后的气体，在通过换热器104的过程中，通过在所述换热器104内部设置的换热管(Tube)，与从第二流化还原炉107排出的高温气体接触并被加热后，通过在所述气体加热器105的内部设置的换热管(Tube)，与高温燃烧气体接触并被加热。其中，所述高温燃烧气体为在所述气体加热器105中燃烧通过所述气体导管119供给的废气而生成的气体。
在所述气体加热器105中气体加热温度优选为大约400～450℃，这是因为所述去除CO2后的气体中含有大量的CO气体，在所述温度以上温度下，会因CO气体而产生金属尘化(Metal Dusting)，从而损伤设置在所述气体加热器105内部的换热管。
在所述气体加热器105中升温至大约400～450℃的气体在所述氧气混合炉106中通过从所述氧气混合炉106的外部吹入的氧气部分燃烧，并通过该燃烧热而升温，此时，从所述氧气混合炉106排出的气体温度优选为大约700～780℃水平，从而防止接收所述气体的第二流化还原炉107中出现粉矿粘结。在所述氧气混合炉106的后端升温至所述温度的高温气体被供给到第二流化还原炉107。
所述第二流化还原炉107被构造为多级(图1中例如被构造为三级)，粉矿及副原料被供给到多级第二流化还原炉107的最上级第二流化还原炉中，并与被供给到多级第二流化还原炉107的最下级第二流化还原炉中的高温气体以对流(Counter Flow)方式彼此交叉而接触，在此过程中，所述粉矿及副原料经还原及烧成转换为还原粉体。其中，所述对流方式如下：粉矿及副原料从最上级供给到最下级，高温气体从最下级供给到最上级。
所述还原粉体从所述第二流化还原炉107的最下级第二流化还原炉排出并通过导管108被输送及储存到还原粉体储存槽109中后，通过设置在所述还原铁粉储存槽109下端的气送装置110经由还原粉体气送管111被吹入所述第二铁水制备装置的铁浴式熔融还原炉a的内部，之后在所述铁浴式熔融还原炉a的内部熔化后通过熔融还原及造渣反应等而转换为铁水及熔渣。
此外，从所述第二流化还原炉107的最下级排出的还原粉体中所含的还原粉矿的还原率大约以60～70％左右为宜，这是因为在60～70％以上的还原率下会产生矿石的粘结现象，在60～70％以下的还原率下会过分增加第二铁水制备装置的铁浴式熔融还原炉a内的所述还原粉体的熔融还原及造渣所需的能量。为了保持这种还原率，所述第二流化还原炉107优选被构造为例如两级或三级的多级。
另一方面，从所述第二流化还原炉107排出的废气如上所述那样经过换热器104的过程中通过与所述去除CO2后气体之间的热交换而冷却后，经过所述第二干式集尘装置115分离所述废气中所含的灰尘，之后在所述第二气体冷却装置116中冷却至常温后，一部分被分支并且如上所述那样通过导管121与所述第一铁水制备装置的副产气体汇合后重新被供给到所述第二CO2去除装置102中，剩余部分经过导管124排出到外部，流经所述导管124的气体中的一部分经过导管119被供给作为所述气体加热器105及第二铁水制备装置的热风炉b的燃料。
此外，在所述第一干式集尘装置K及所述第二干式集尘装置115的下端分别设置有第一气送装置113和第二气送装置117，所述第一气送装置113和第二气送装置117从所述第一干式集尘装置K及所述第二干式集尘装置115接收从所述第一流化还原炉A和第二流化还原炉7的废气中分离的灰尘后，分别经由所述第一气体管114和第二气送管118将所述灰尘输送到还原粉体气送管111，并且与所述还原粉体气送管111中的还原粉体混合后吹送所述铁浴式熔融还原炉a的内部。
下面对使用本发明的另一实现例的复合铁水制备装置制备铁水的实施例进行说明。其中，所述复合铁水制备装置由直接使用粉状或块状的普通煤及粉状的含铁矿石的多个反应炉构造。第一铁水制备装置为了稳定而高效地制备铁水以符合本发明的目的，作为粉矿及煤一般使用如以下[表1]到[表3]所示的含铁量较高的高品位粉矿及粘性较高的冶金用煤。
[表11]第一铁水制备装置所使用矿石的组成
水分 T.Fe Fe FeO Fe<sub>2</sub>O3 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO MnO P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> S K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub> ZnO LOI
0.20 62.14 0.00 0.16 88.66 3.89 2.22 0.03 0.09 0.16 0.16 0.02 0.01 0.02 0.13 0.00 4.44
[表12]第一铁水制备装置所使用煤的组成
水分 挥发分 灰分 固定碳
5.00 23.66 12.12 59.20
[表13]第一铁水制备装置所使用副原料的组成
水分 T.Fe Fe FeO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO MnO
0.20 0.00 0.00 0.00 0.29 1.55 0.45 40.18 11.87 0.01
此外，第二铁水制备装置与第一铁水制备装置不同地，使用了以下[表14]至[表15]所示的脉石含量高的低品位矿石和根本没有粘性的廉价无烟煤。
[表14]第二铁水制备装置所使用矿石的组成
T.Fe Fe FeO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO MnO P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> S K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub> ZnO 水分 LOI
56.43 0.00 0.00 80.68 5.51 3.23 0.08 0.07 0.10 0.16 0.01 0.07 0.00 0.00 0.00 0.2 8.30
[表15]第二铁水制备装置所使用煤的组成
水分 挥发分 灰分 固定碳
3.39 5.32 16.34 74.95
此外，第四铁水制备装置使用与第一铁水制备装置中的组成相同组成的副原料。
图5为表示使用第一铁水制备装置的废气并利用本发明的另一实现例的第四铁水制备装置来在第二铁水制备装置中以100ton/h制备铁水的工艺的实施例，图5为表示基于物质流的工艺流程图和气体的物理性质及组成比的表。其中，第一铁水制备装置以180ton/h制备铁水。
此外，以下的[表16]到[表19]为表示本发明的另一实现例的所述第一铁水制备装置及第二铁水制备装置中分别生产的铁水及熔渣的主成分含量的组成表。
[表16]第一铁水制备装置所生产铁水的组成
C Si P Mn S
4.500 0.500 0.059 0.150 0.047
[表17]第一铁水制备装置所生产熔渣的组成
SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO FeO S
30.731 17.695 36.893 10.516 0.488 1.226
[表18]第二铁水制备装置所生产铁水的组成
C Si P Mn S
4.000 0.100 0.090 0.000 0.076
[表19]第二铁水制备装置所生产熔渣的组成
SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO FeO S
32.807 18.359 42.649 2.450 2.988 0.303
所述第二铁水制备装置与第一铁水制备装置相比，使用廉价的燃料及原料，因此会导致铁水中S及P等杂质的含量增加，但该含量也为一般在精炼工艺中所能去除的水平。
上述内容表示，在第一铁水制备装置中使用价格较高的燃料及原料来稳定而高效地制备铁水，结果在第一铁水制备装置中稳定地产生高温还原气体，并且使用该高温还原气体，从第二流化还原炉107使用低级粉矿及副原料，以大约60～70％水平的还原率稳定地制备还原粉体。
此外，上述内容表示，将该还原粉体作为第二铁水制备装置中的铁浴式熔融还原炉a的铁源来供给，从而如上所述，在所述第二铁水制备装置中即使使用廉价的无烟煤，也会稳定地生产铁水。
附图标记说明
A：第一流化还原炉 B：高温压块装置
D：输送装置 E：压缩铁装入装置
F：块状普通煤装入装置 G：熔融气化炉
H：灰尘循环装置 I：压力控制装置
J：第一显热回收装置 K：第一干式集尘装置
L：第一气体冷却装置 a：铁浴式熔融还原炉
b：热风炉 c：第二显热回收装置
d：清洗装置
1：第二流化还原炉 2：氧气混合炉
3：第二显热回收装置 4：第二干式集尘装置
5：第二气体冷却装置 6、8：第一、第二气送装置
7、9：第一、第二气送管 10：还原粉体气送管
19、30、31：导管 20：还原粉体储存槽
21：还原粉体气送管
101：压缩机 102：第二CO2去除装置
104：换热器 105：气体加热器
106：氧气混合炉 107：第二流化还原炉
108：导管 109：还原粉体储存槽
110：还原粉体气送装置 111：还原粉体气送管
113、117：第一、第二气送装置 114、118：第一、第二气送管
115、116：第一、第二冷却装置 119：燃料气体供给导管
120：副产气体导管 121、126：气体导管
124：最终废气导管

Claims (20)

1.一种复合铁水制备装置，包括：
第一铁水制备装置，包括：被构造为多级的第一流化还原炉，用于将粉矿还原转换为还原铁粉；多个高温压块装置，用于将从所述第一流化还原炉排出的还原铁粉制成高温还原压缩铁；输送装置，用于输送按规定大小破碎的所述高温还原压缩铁；压缩铁装入装置，用于向熔融气化炉连续供给通过所述输送装置输送的所述高温还原压缩铁；块状普通煤装入装置，用于向所述熔融气化炉连续供给块状普通煤；熔融气化炉，通过氧气燃烧从所述块状普通煤装入装置供给的块状普通煤和从所述熔融气化炉的下部吹入的粉煤材料而产生高温燃烧气体，并利用该高温燃烧气体熔化从所述压缩铁装入装置供给的高温还原压缩铁，并且供给在所述第一流化还原炉中的粉矿还原所需的还原气体；CO2去除装置，从所述第一流化还原炉的废气中分支出部分废气并去除CO2，将去除CO2后的该部分废气添加到从所述熔融气化炉供给的还原气体中，并向所述第一流化还原炉供给还原气体；灰尘循环装置，分离所述熔融气化炉中产生的还原气体中所包含的灰尘，并向所述熔融气化炉重新吹送该灰尘；压力控制装置，根据所述熔融气化炉的压力变动，从所述熔融气化炉中产生的气体中分支出部分气体并将该部分气体冷却后排出到副产气体线中，从而将所述熔融气化炉内的压力保持一定；第一显热回收装置，用于回收从所述第一流化还原炉排出的废气的显热；第一干式集尘装置，用于分离含在从所述第一流化还原炉排出的废气中的飞尘；及第一气体冷却装置，用于冷却从所述第一流化还原炉排出的废气；
第二铁水制备装置，包括：铁浴式熔融还原炉，用于对向所述铁浴式熔融还原炉的内部吹入的粉状含铁物质和粉煤在该内部进行熔化、燃烧及熔融还原等反应而制成铁水及熔渣后向外排出；热风炉，用于制备作为二次燃烧氧化剂吹入所述熔融还原炉中的热风；及清洗装置，用于冷却及清洗从所述熔融还原炉排出的气体；及
第三铁水制备装置，设置在所述第一铁水制备装置和所述第二铁水制备装置之间，并连接所述第一铁水制备装置和所述第二铁水制备装置，从在所述第一铁水制备装置的熔融气化炉中产生并被供给到所述第一流化还原炉的还原气体中分支出部分还原气体，并利用分支出的该还原气体，将粉矿还原成规定水平后作为所述第二铁水制备装置的铁源来供给；
其中，所述第三铁水制备装置包括：
氧气混合炉，设置在经由所述第一铁水制备装置的灰尘循环装置向所述第一铁水制备装置的所述第一流化还原炉供给高温还原气体的导管上，该氧气混合炉用于向所述高温还原气体中吹送氧气；
设置在所述氧气混合炉的后端的导管，该导管用于分支所述还原气体的一部分；及
第二流化还原炉，与所述导管连接，该第二流化还原炉用于从所述导管接收所分支的部分还原气体并将粉矿还原转换为还原粉体，
其中，所述复合铁水制备装置包括热风炉燃料气体供给导管，为了供给所述热风炉所需的燃料，所述热风炉燃料气体供给导管在从所述第一铁水制备装置的第一流化还原炉及所述第二流化还原炉排出的废气汇合后向副产气体线分支的线的后端分支并与所述热风炉连接。
2.根据权利要求1所述的复合铁水制备装置，其中，
所述第二流化还原炉被构造为两级或三级以上的多级。
3.根据权利要求2所述的复合铁水制备装置，包括：
第二显热回收装置，与所述第二流化还原炉的后端连接，所述第二显热回收装置用于回收所述第二流化还原炉所排出废气的显热。
4.根据权利要求3所述的复合铁水制备装置，包括：
第二干式集尘装置，与所述第二显热回收装置的后端连接，该第二干式集尘装置用于分离所述废气中的飞尘。
5.根据权利要求4所述的复合铁水制备装置，包括：
第二气体冷却装置，与所述第二干式集尘装置的后端连接，该第二气体冷却装置用于冷却所述废气。
6.根据权利要求5所述的复合铁水制备装置，包括：
还原粉体储存槽，与所述第二流化还原炉中的最下级第二流化还原炉连接，该还原粉体储存槽用于储存通过导管从所述第二流化还原炉排出的还原粉体。
7.根据权利要求6所述的复合铁水制备装置，包括：
还原粉体气送装置，与所述还原粉体储存槽的下端连接，该还原粉体气送装置用于通过还原粉体气送管从所述还原粉体储存槽向所述铁浴式熔融还原炉的内部吹送还原粉体，其中所述还原粉体气送管用于连接所述还原粉体储存槽和所述铁浴式熔融还原炉。
8.根据权利要求7所述的复合铁水制备装置，其中，
在所述第一干式集尘装置的下端设置有第一气送装置及第一气送管，所述第一气送装置用于使在所述第一干式集尘装置中分离的灰尘能够与从所述第二流化还原炉排出的还原粉体一起被吹入所述铁浴式熔融还原炉内，所述第一气送管用于连接所述第一气送装置和所述还原粉体气送管。
9.根据权利要求8所述的复合铁水制备装置，其中，
在所述第二干式集尘装置的下端设置有第二气送装置及第二气送管，所述第二气送装置用于使在所述第二干式集尘装置中分离的灰尘能够与从所述第二流化还原炉排出的还原粉体一起被吹入所述第二铁水制备装置的铁浴式熔融还原炉内，所述第二气送管用于连接所述第二气送装置和所述还原粉体气送管。
10.一种复合铁水制备装置，包括：
第一铁水制备装置，包括：被构造为多级的第一流化还原炉，用于将粉矿还原转换为还原铁粉；多个高温压块装置，用于将从所述第一流化还原炉排出的还原铁粉制成高温还原压缩铁；输送装置，用于输送所述高温还原压缩铁；压缩铁装入装置，用于向熔融气化炉连续供给通过所述输送装置输送的所述高温还原压缩铁；块状普通煤装入装置，用于向所述熔融气化炉连续供给块状普通煤；熔融气化炉，通过氧气燃烧从所述块状普通煤装入装置供给的块状普通煤和从所述熔融气化炉的下部吹入的粉煤材料而产生高温燃烧气体，并利用该高温燃烧气体熔化从所述压缩铁装入装置供给的高温还原压缩铁，并且供给在所述第一流化还原炉中的粉矿还原所需的还原气体；CO2去除装置，从所述第一流化还原炉的废气中分支出部分废气并去除CO2，将去除CO2后的该部分废气添加到所述熔融气化炉所供给的还原气体中，并向所述第一流化还原炉供给还原气体；灰尘循环装置，分离所述熔融气化炉中产生的还原气体中所包含的灰尘，并向所述熔融气化炉重新吹送该灰尘；压力控制装置，根据所述熔融气化炉的压力变动，从所述熔融气化炉中产生的气体中分支出部分气体并将该部分气体冷却后排出到副产气体线中，从而将所述熔融气化炉内的压力保持一定；第一显热回收装置，用于回收从所述第一流化还原炉排出的废气的显热；第一干式集尘装置，用于分离含在从所述第一流化还原炉排出的废气中的飞尘；及第一气体冷却装置，用于冷却从所述第一流化还原炉排出的废气；
第二铁水制备装置，包括：铁浴式熔融还原炉，用于对向所述铁浴式熔融还原炉的内部吹入的粉状含铁物质和粉煤在该内部进行熔化、燃烧及熔融还原等反应而制成铁水及熔渣后向外排出；热风炉，用于制备作为二次燃烧氧化剂吹入所述熔融还原炉中的热风；第二显热回收装置，用于回收从所述熔融还原炉排出的废气的显热；及清洗装置，用于冷却及清洗从所述熔融还原炉排出的气体；及
第四铁水制备装置，设置在所述第一铁水制备装置和所述第二铁水制备装置之间，并连接所述第一铁水制备装置和所述第二铁水制备装置，该第四铁水制备装置用于部分提取及去除所述第一铁水制备装置的最终副产气体中所含的CO2成分后，使去除CO2后的该副产气体升温而制成高温还原气体，之后利用该还原气体将粉矿及副原料等分别还原及烧成规定水平而制备还原粉体，并将该还原粉体作为所述第二铁水制备装置的铁源来供给，
其中，所述第四铁水制备装置包括：
压缩机，与供所述第一铁水制备装置中产生的副产气体流过的副产气体导管连接，该压缩机用于压缩所述副产气体；
第二CO2去除装置，与所述压缩机连接，该第二CO2去除装置用于去除经所述压缩机压缩的气体中的CO2成分；
换热器及气体加热器，与所述第二CO2去除装置连接，该换热器及气体加热器用于使从所述第二CO2去除装置排出的去除CO2后的气体升温而制备高温还原气体；
氧气混合炉，与所述气体加热器连接，该氧气混合炉用于向所述高温还原气体的内部吹送氧气；及
第二流化还原炉，与所述氧气混合炉连接，该第二流化还原炉接收所述高温还原气体并且还原及烧成粉矿及副原料，
其中，所述复合铁水制备装置包括燃料气体供给导管，为了供给所述气体加热器及所述第二铁水制备装置的热风炉所需的燃料，所述燃料气体供给导管在所述导管中含有将在所述第二CO2去除装置中去除的CO2的气体及从所述第二铁水制备装置排出的气体相汇合处的前端分支并与所述热风炉及所述气体加热器连接。
11.根据权利要求10所述的复合铁水制备装置，其中，
所述第二流化还原炉被构造为两级或三级以上的多级。
12.根据权利要求11所述的复合铁水制备装置，包括：
第二干式集尘装置，与所述换热器的后端连接，该第二干式集尘装置用于分离从所述第二流化还原炉排出并流经所述换热器之后的废气中的飞尘。
13.根据权利要求12所述的复合铁水制备装置，包括：
第二气体冷却装置，与所述第二干式集尘装置的后端连接，该第二气体冷却装置用于冷却所述废气。
14.根据权利要求13所述的复合铁水制备装置，包括：
与所述第二气体冷却装置的后端连接的气体导管，该气体导管用于将所述废气中的一部分循环到所述第二CO2去除装置。
15.根据权利要求14所述的复合铁水制备装置，包括：
与所述第二气体冷却装置的后端连接的最终废气导管，该最终废气导管用于将所述废气中的剩余气体排出到外部。
16.根据权利要求15所述的复合铁水制备装置，包括：
连接所述第二CO2去除装置和所述最终废气导管的气体导管，该气体导管用于将在所述第二CO2去除装置中分离的CO2排出到外部。
17.根据权利要求16所述的复合铁水制备装置，包括：
还原粉体储存槽，用于储存从所述第二流化还原炉中的最下级流化还原炉通过导管排出的还原粉体。
18.根据权利要求17所述的复合铁水制备装置，包括：
还原粉体气送装置，用于通过还原粉体气送管从所述还原粉体储存槽向所述铁浴式熔融还原炉的内部吹送还原粉体，其中所述还原粉体气送管用于连接所述还原粉体储存槽和所述铁浴式熔融还原炉。
19.根据权利要求18所述的复合铁水制备装置，其中，
在所述第一干式集尘装置的下端设置有第一气送装置及第一气送管，所述第一气送装置用于使在所述第一干式集尘装置中分离的灰尘能够与从所述第二流化还原炉排出的还原粉体一起被吹入所述铁浴式熔融还原炉内，所述第一气送管用于连接所述第一气送装置和所述还原粉体气送管。
20.根据权利要求19所述的复合铁水制备装置，其中，
在所述第二干式集尘装置的下端设置有第二气送装置及第二气送管，所述第二气送装置用于使在所述第二干式集尘装置中分离的灰尘能够与从所述第二流化还原炉排出的还原粉体一起被吹入所述第二铁水制备装置的铁浴式熔融还原炉内，所述第二气送管用于连接所述第二气送装置和所述还原粉体气送管。
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