CN1083889C

CN1083889C - 生产液体生铁的装置

Info

Publication number: CN1083889C
Application number: CN98811778A
Authority: CN
Inventors: 吉多·蒙特尼
Original assignee: Sidmar SA
Current assignee: Sidmar SA
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2002-05-01
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: PL340798A1; ES2170547T3; ATE212068T1; DE69803224T2; EP1034312B1; JP2001525487A; US6419724B1; DE69803224D1; AU1874999A; AU747093B2; BR9815151A; EP1034312A1; WO1999028512A1; CA2312035A1; CN1280628A

Abstract

本发明涉及一种还原氧化铁和熔化铁的方法，其特征在于，它至少含有两个连续的步骤，即，第一个标准阶段，还原初始氧化物直至金属化程度达到80-94%数量级，优选85-90%，和加热到1000℃以上的温度，最高温度接近熔点；和第二个阶段，把金属化铁、脉石、溶剂和过剩的煤的混合物供给到含有熔融相铸铁的熔化炉中，然后去除金属和渣，优选连续地，借助于溢流。

Description

生产液体生铁的装置

本发明涉及还原氧化铁生产液相生铁的新方法，该法可以从氧化铁如铁矿石或循环产物、和煤和/或气体开始来生产熔融状态的金属。本发明旨在与已知方法相比，得到几点如后面所述的经济利益。

本发明还涉及实施该方法的装置。

借助于电设备生产钢的增长已经提高了对可以避免使用废钢的可行的替换方法的需求，因为适当质量的废钢越来越缺乏。

类似地，在制造者之间的竞争和销售价格的不景气，以及增长的生态压力，迫使钢制造者开发低成本和低污染的新的生产方法。

为了这个目的，最近开发了还原氧化铁的各种方法以生产公知的直接还原铁(DRI)。DRI主要例如，通过气体还原(HYL法，Midrex)或通过如在SL-RN，Fastmet，Inmetco或Circofer和Comet法中的从碳源还原，或按照申请人在28/01/1998提交的序号为98200242.0的欧洲专利申请的方法，来获得。这些方法大部分存在的主要缺点是，所获得的是还原态的产物，通常被描述为海绵铁，该产物密度非常低并具有促进铁再氧化的高比表面积。这引起储存和运输困难，和在许多情况下必须进行昂贵的压实以便允许后续处理。作为一个例子，海绵铁通常体积密度(bulkdensity)为1.5-2kg/dm³，被压实到5到5.5kg/dm³。

此外，失去了冷却前在还原物质中存在的大量潜热。

一些提出的还原方法基于使用固体碳源，如煤，它被过量加入以保证充分的还原。碳源的余量被加入到其他必须被处理的含有灰分的残留产物中。

按照本发明可以通过分段的还原/熔化方法避免所有这些缺点。所生产的熔融粗生铁可以用于所有一般的应用，例如在炼钢生产中如在电炉炼钢厂中或氧气转炉中的小锭浇铸或精炼操作。

更特别地，本发明的目的是在生产已还原的氧化铁后直接地并连续地将其转换，以便在经济上更有优势的条件下，采用较现有设备更紧凑且有所改进的技术设备获得液态生铁。

尤其是，该目的是连续生产生铁，优选脱硫和从渣分离的生铁，通过选择燃料和利用装置上游的燃烧气体的直接再循环来回收能量而具有低的和更经济的能耗。

根据发明，该方法至少包括两个连续的阶段，第一阶段是还原的标准阶段，直到金属化率达到80到94％的数量级，优选85到90％，加入助熔剂来提高在第二阶段所产生的渣的品位。第二阶段是生产生铁的阶段，紧随第一阶段之后。

生产生铁的第二阶段在两步连续的子阶段中完成。首先，实际上100％氧化铁进一步被还原。这可以由使用带有容许气体通过的中心带或带有喷枪的紧凑反应器、和供给上述预热的煤来完成，几乎完全金属化的铁、脉石、造渣剂和过剩的煤的混合物立刻被直接输送到含有生铁熔融相的炉子中，然后排放金属和渣，优选连续地，如通过溢流。

来自于第一还原阶段的已还原的氧化铁可产生自任何可以在旋转炉膛的炉子、竖炉、旋转炉或流化床炉以及其他类型的装置中进行的还原方法。当还原产物温度升高时，即含有更多的潜热，实施本发明变得在经济上更有价值。

根据实施中的第一种变化类型，可以利用电磁感应或可能利用电弧如埋弧来提供熔化所需的能量。

根据实施中的第二种变化类型，在基本上由要处理的物料的供给设备组成的单个装置中，也可以进行进一步还原和连续熔化，该要处理的物料优选直接来源于第一阶段的物料，其温度尽可能高。该供料设备在旋转管式炉的一端露出，该管式炉的相对端敞开，并首先与排放生铁和渣的优选为漏斗型的设备连接，其次与气体排放设备连接。位于供料设备侧面的烧嘴提供熔化要处理的物料所需的热，同时位于炉子的另一端的喷枪对熔体脱硫。烧嘴可以与排放设备位于同一侧，或若采用的熔化方法需要则烧嘴甚至可以加倍。

在这种情况下，优选上述装置组成元件固定在同一底盘上，这样整套设备可以倾斜。传统上，优选炉子安装在支撑于托辊上的环上，该托辊由马达和适合的输送系统驱动。

支撑旋转炉及其他设备的底盘其倾角可以控制，以便使炉子产生连续的倾转运动。其效果是间歇地将来自于炉子排放端的热的生铁送到炉子的供料端，随后引起生铁到出口的脉冲流，一种不是连续的而是不连续的，或甚至更好的是脉冲的运动。从排放出口取热的熔融物料保证了炉料更好的熔化，所述的物料与位于加料端的较冷的液体熔体混合。同时，这也产生了碳浓度的均匀化，该浓度在从加料端到排放端的运动过程中增加。

该均匀化提高了熔化能力和还原能力，由此提高了熔体性能。碳浓度的提高降低了生铁凝固温度，这对工艺进步也具有非常有益的影响。

炉子的总体结构也是影响海绵铁熔化的一个非常重要的因素。清楚的是，因为提高生铁容积，提高抽吸效果及最终提高熔化能力，所以在加料端的内径比在排放端的大在此特别有效，特别是与上述倾转的效果相结合的情况下。

本发明的基本特征是从DRI生产设备到生铁生产阶段的所有传递都是通过重力作用获得的，并注意降低热量损失。

需要指出的是本发明的方法与现有技术目前状态下所使用的方法具有实质性的不同，事实在于，首先，获得了所涉及氧化铁的几乎完全的还原，其次，产物直接流到由液相生铁组成的熔体中而没有中断，总之在阶段之间没有明显的冷却。

仔细观察可以看到，产生的液态生铁具有精确确定的高于3％的碳浓度，优选4.5％到5.5％的数量级，这通常对于涉及的大部分铁矿石来说，可以获得满意流动性的熔融生铁。

相关于按照本发明的方法的其它细节将在后面进行更具体的描述。

根据实施中的上述第一种变化类型，该方法是通过这样的途径进行的，即下层炉子产生的煤气通过气体排出管被直接送入第一阶段，以通过它的潜热和还原能力发挥作用。

在供给来源于第一阶段的金属化混合物的管道中，可调的瓣阀可以在排出金属化混合物时产生一个具有足够重量和充足下降高度的缓冲区，在浇注时有力地穿透下层炉子的液态表面，这大大地加速了熔化。

底层的熔化炉配置了用于间歇排放液体生铁的设备，优选地，为了简单采用挡板的形式，其中生铁和渣本质以公知的方法进行分离。优选渣被制粒或可为此目的配备的熔池中混凝。这两种渣是已知的市售的副产品。液态粗生铁形成特别有用的产品，例如在使用电炉(RAFs)或氧气转炉(BOFs)的精炼工艺中。

虽然该方法被描述用于氧化铁的还原，但是它也可应用于其他金属氧化物或它们与氧化铁的混合物的还原，特别是与铁一起使用的金属用于生产合金如不锈钢。它也被应用于回收来自高炉、转炉和电炉的灰分。

具有在重力下运动的两个连续阶段的本发明方法可以处理来源于钢铁厂的可再循环的副产品。

生产的生铁可直接以熔融态使用，也可以铸锭形式使用。

在第二阶段结束时几乎完全不存在氧化铁确保了反应器出口的耐火材料和感应炉工作寿命的延长。

本发明方法的特征在于钢生产过程非常高的生产率，因为所使用的起始物料是液体态的，它代替了特别是在DRI方法中生产的固态物料。

第一阶段选择DRI方法是出于考虑在当地环境下的最佳的经济条件，用来耦合本方法的第二阶段。

纯粹从所需能量的观点出发，该方法也有几个优点。

在两阶段中的连铸避免了任何能量损失。进一步说，可以重新利用第二阶段所释放的有用的气体。来自于第一阶段的过量燃料(煤)可有益地用于第二阶段。过量的煤在未还原氧化铁的终还原时享用给料管，第二阶段的过量煤在提高生铁品位方面起作用。

连接第一阶段和第二阶段的给料管使建立具有特别紧凑形状的装置成为可能，这也降低了投资成本。第二阶段的熔化设备具有相当小的容积。

最后，该方法使优化使用再循环物料成为可能。

从质量观点出发，应该指出生铁形成比废钢更稳定(无再氧化)和有利的原材料，废钢因存在杂质而涉及主要的质量问题。生铁含有以碳存在形式的额外能源。对于来自高炉的生铁进行脱硫。

如已经说明的，根据实施本发明的第二种变化类型，可以在单个装置中进行构成本发明第二个阶段的两个子阶段。

有利的是，在这种情况下，该装置的给料设备由给料溜槽或其它合适的如阿基米德螺旋线给料系统组成，它被安装在一个盘上，通用烧嘴也在该盘上露出。首先为了避免炉料的再氧化，其次为了实现海绵铁的最终还原以及把所需的煤加入到熔池中以获得高质量生铁，也可以把粉煤喷枪安装在该盘上。

固定该盘，并连接到旋转炉的一端，比如利用安装在膨胀接头上的双密封接头，优选接头的中间室能够用惰性气体优选氮气来加压，整个组件容许在固定盘和旋转炉之间相对运动并吸收热膨胀。

类似地，在旋转炉的另一端，类似的设备吸收膨胀和容许炉子另一端相对于生铁和渣的排放设备旋转。

给料设备本身和与第一阶段DRI生产设备连接的管道或溜槽相连接。用于调节熔化炉旋转轴倾斜度的底盘支轴，被理想地安装在给料管连接平面的中心。此布置可以调节生铁的排放流速，甚至可以中止浇注，例如更换用于排放液态生铁的设备。

有利的是，可以配置容许固体物质通过而阻止气相回流到DRI生产炉的瓣阀，优选双活瓣阀门，优选在上述旋转点的上游配置。

同样，利用与上述相同类型的膨胀接头，将气体排放设备与外部的固定管相连接。

当然整个装置都配备有耐材内衬。

在阅读下面的本发明优化形式的实施方案的描述中，本发明的其他细节和特征将显现出来。

生产的生铁可以用于钢的最初生产，如使用电炉或BOF型的转炉，目标是缩短与DRI给料周期相比较的生产周期所花费的时间。

本发明体现了简单，紧凑和便宜的结构设计。

还利用能源如天然气、焦炉气体和/或粉煤，以及为此目的准备的、来自于再循环废物具有高发热值的燃料如油、塑料等，这比在传统电炉中，特别是在感应炉或电弧炉中所使用的更便宜。

根据发明的装置进一步旨在获得提高的耐材内衬工作寿命，这是因为搅动，和特别是在实施本发明的第二种变化类型中熔化炉沿着它的水平旋转轴连续旋转，所以避免了如电炉中在渣面处出现的典型的侵蚀和化学冲击现象。

也可以避免使用独立的灰分离装置，并实现几乎完全回收来自于位于熔化炉上游装置中的燃料气体的潜热。

由于构成装置的各组件的独特设计，需要更新内衬的设备可简单地用备用设备代替而不需明显中断生产。

浇注区设备特别简单和可靠，而无需象用于高炉浇注平台那样的铸造用堵口机和开口机。

因此本发明提供了生产生铁的经济方法，考虑投资成本和运行花费两方面，提供一种即使对于例如每年生产仅250kt的小设备也有利润的方法。

总之，可以设想使用很少人员进行操作，因为设备和使用都简单而可靠，类似地，风险水平和因此其事故率比已知装置的要小得多。

该方法生产性能接近高炉渣的渣，能容易地进行工业利用，这不是利用直接在钢生产工艺中力入DRI所生产的渣的情况。

图1表示实施本方法的装置的方框图。

图2表示按照本发明第一种变化类型，带有给料管、气体排放管和埋弧炉的装置。

图3表示按照本发明第二种变化类型的装置的图解剖面图，该装置与DRI给料溜槽连接并与已处理物料的排放设备和气体排放设备连接。

图4表示安装在旋转炉给料端的固定盘的图。

图5表示分离液态生铁和渣的设备图，该设备带有容许炉子相对于本发明的非旋转设备旋转的密封接头。

图6表示从炉子上游到下游锥形缩小的第一种形式的图解图。

图7表示从上游到下游阶梯缩小的第二种形式的图解图。

图8表示示于纵剖面图的、旋转炉本身的某些额外设备的图解图。

图9表示加料端A-A剖面。

图1的图解

1. 氧化铁还原炉

2. 把金属化铁加到熔化炉的管道

3. 熔化炉

4. 从熔化炉排放燃烧气体的管道

5. 生铁精炼装置

6. 渣处理装置

实施发明的概要描述

在DRI生产1的第一标准阶段后，为传输金属化混合物(DRI)通过管道2加入到熔化炉3作好准备。来自于熔化炉的燃烧气体通过管道4排放到DRI炉中，同时生铁排放到精炼装置5，而渣排放到渣处理装置6。

图2的图解

11.埋弧电炉

12.电极

13.渣

14.生铁

15.渣排放溜槽

16.生铁排放溜槽

17.从熔化炉排放燃烧气体的管道

18.旋转炉膛型氧化铁还原炉

19.还原炉炉膛

20.金属化混合物排放管道

21.调节流速的瓣阀

a. 生铁排出方向

b. 渣排出方向

c. 燃烧气体排出方向

d. 金属化混合物加入方向

按照第一种实施方案的本发明优化实施模式的描述(图2)

由氧化铁还原炉18、DRI给料管20和埋弧电熔化炉和气体排放管道17构成装置，在埋弧电熔化炉中进行第一阶段、DRI装入及其熔化。

温度高于1000℃的DRI和过量的煤、石灰和其它熔剂混合，从炉膛19排放到4根排放管20之一中。流量调节瓣阀21间歇地释放金属化混合物，该混合物通过渣并穿透熔融生铁。熔化炉的电极12浸入渣13中，在此形成电弧。产生的生铁通过溜槽16排放，渣通过溜槽15排放，燃烧气体通过溜槽17排放并重新喷入到还原炉18中。

熔融的生铁可用于任何传统的应用。

渣可被制成粒状，也可以用于渣的正常应用，特别是高炉渣的应用。

在图3-9中，描述了实施发明的第二种变化类型。使用下面的参考编号。

图3-9的图解

101 旋转炉

102 DRI

103 给料设备

104 下游开口

105 给料管

106 给料溜槽

107 生铁排放设备

131 DRI物料

132 熔融炉料的溢流

133 气体

134 支撑点

135 烟道

137 挡板

139 生铁

141 渣

图3表示的装置基本上首先由旋转炉101组成，该旋转炉在一端(考虑物料移动的方向为上游端)带有加入DRI 102的设备103，在另一端(下游)带有与排放液体生铁和渣的设备107和排放气体设备109相连的开口104。

图4表示由盘103构成的给料设备103，该盘形成缓冲区，配备有倾斜的溜槽106。烧嘴113通过同一个盘进入炉子中。插入炉内的烧嘴长度可调以便于优化炉子101进口处DRI 131物料的熔化。该烧嘴可被安装在对面，也可通过在每一边安装一个烧嘴而加倍。盘103也可配置粉煤喷射器114。外围密封接头119容许炉子相对于固定盘旋转。

炉子的另一端是敞开的，且首先朝向设备135，其次朝向设备109。

再提供适合的接头120以便炉子可以旋转。

由炉子101和设备103、107和135(或137)形成的组合装置由底盘115支撑。支撑旋转炉子101的托辊125固定在该底盘上。该炉子本身配有放置在托辊上的环123。托辊125由马达直接或间接驱动(未示出)。

溜槽106的终端通过可压缩设备121与管105相连接。

该底盘作为一个总体连同它所支撑的旋转装置101和固定装置103、107和135(或137)可倾斜到沿支轴134的水平线，该支轴位于与此连接结构相同的平面上。

提供了两种工作条件。在第一种条件下，炉子处于生产中，它的旋转轴稍微倾斜。

在这种情况下，因为溜槽106和管105的接头121的可压缩性，在旋转中保持连接的密封性。

而且，因为炉子的倾斜和形状，可以在确保熔融物料渐进移动的同时拦住熔融物料熔体。此外，倾转的底盘允许连铸中断，以便于可以替换充满液体生铁的输送设备。

因为旋转炉101的长度，甚至很小的倾斜可能会在炉子的下游端产生数量级为10到20cm数量级的垂直位移。

气体排放设备107通过膨胀接头129与供给DRI炉的再循环管109相连接，该接头129也提供了无渗透密封。

第二种工作条件是炉子必需进行实质性的检修。

在这种情况下，为了使底盘和整体设备移动，溜槽106仅必须从管105卸下。也可以通过在一端从设备103和在另一端从设备107和135(或137)(当然，要卸开不同的膨胀接头和其他接头)拆卸炉子101来卸开装置。

例如若需要完全检修炉子101的耐材内衬，则例如可以垂直地修理它，为此目的需要配有适当的处理设备。

实践中，设计本发明的装置使它能够迅速地卸开并用整套的备用装置代替，或部分卸开用其构成设备之一代替。

例如，可以非常迅速地拆接炉子的DRI给料装置，用预热的备用装置代替它。

在装置中可配置各种设备。

炉子101和设备103，5107，109和135(或137)都配有能够承受温度和负荷的适当的耐火材料内衬。

液体生铁排放设备，优选具有如图3所示的烟道135形状，可以配有如图5所示的挡板137。

类似地，例如可在朝向开口104的墙上配置观测窗127。

在该墙上，也可以提供位于开口104边缘上部的脱硫枪111和氧枪，以清除在此点可能形成的生铁和渣的任何沉积物。

选择盘103和炉子101的衬层在它们的连接点处的几何形状，以确保装置的最佳可能功能。

当然，因为炉子的倾斜和所示的炉子形状，在保证物料渐进移动的同时(在图3中从左到右)，必须拦住熔融物料131熔体。要处理的供给物料通常比熔池中的物料轻，而部分漂在其表面。

需要指出的是，要处理和熔化的物料通过喷入粉煤在炉子中进行最终的还原，并达到4％碳含量的增碳。

熔化所需要的热量主要由炉料上面烧嘴火焰的辐射及炉墙的辐射提供。另外，旋转炉的热耐火材料内衬通过直接接触加热熔体。

与熔炼化反应器和电炉不同[在这些电炉中通常可观测到由于渣的冲击内衬迅速磨损并产生局部磨损]，在本发明的装置中没有观测到局部磨损，这非常有利于延长使用寿命。

安装在盘103上的烧嘴可相对于炉子的旋转轴有利地纵向移动来进行调节，特别是，这可以避免加入料的再氧化。同样应用于可能位于排放侧的烧嘴112上。

有利地是，为气体提供一个双单向瓣阀(double non-return flapvalue)117，优选在给料管115上，然而该给料管容许加入到炉子的固体物质通过。所述的单向瓣阀旨在防止来自于烧嘴的燃烧气体转向。

图6和7说明等同于装置101的两种装置。在图6的情况下，形状向出口逐渐变细，在图7的情况下，形状从一端向另一端呈阶梯状。

正如所说明的，有利的是给料端直径比出料端的直径大。

另外，如箭头160所示，炉子可进行倾转运动。

由参考数103表示的通常为盘状的给料设备可以配有(这已在上述的应用中提到)喷射粉煤的设备114和氧枪(氧枪，优选浸入熔融物料中)以及烧嘴113。有利的是，通过给料溜槽106或通过额外的管道，提供再循环部分产生生铁的可能性，如借助于挡板162。

图中表示的部分分离板163，它是由炉子旋转驱动、并配有所示的中心开口165和外围开口165。该板163能够使气体排出和使生铁输送到上游隔室的排放端，而拦住在通过氧枪161喷射氧过程中由熔池猛烈活动而产生的废渣和泡沫。

虽然以上描述了本发明的优选形式，但是可以清楚理解的是，在实施中，可以对本发明进行许多改变或变化。本发明的范围概括在本发明的权利要求书中。

Claims

1.一种生产液体生铁的装置，其包括：还原氧化铁的还原炉(1)和熔炼已还原的氧化铁的含有生铁熔融相和渣的熔化炉(3)，将生铁排出到生铁精炼厂的装置(5)和将渣排出到渣处理厂的装置(6)，其特征在于，还原炉(1)和熔化炉(3)经一个或多个在重力作用下将产生自还原炉(1)的金属化的铁的混合物供给熔化炉(3)的管道和一个或多个将得自熔化炉(3)的燃烧气体排出到还原炉的管道(4)相连；并且供应管道上配有调节瓣阀，从而可以积累足够大的金属化的混合物块，这样在倾倒之后，落下一定高度以有力地穿过液体生铁。

2.按照权利要求1的装置，其特征在于，该熔化炉(3)是感应炉，感应电流引起熔体的搅动而没有过多的湍流。

3.按照权利要求1的装置，其特征在于，该熔化炉(3)是电弧炉。

4.按照权利要求3的装置，其特征在于，该熔化炉(3)是埋弧炉。

5.按照权利要求1的装置，其特征在于，该熔化炉(3)基本上由用于供给要处理的物料的设备组成，上述用于供给要处理的物料的设备从旋转管状炉一端露出，管状炉相对的一端是敞开的，并首先与用于排放熔融铁和渣的设备连接，其次与气体排放设备连接，组合燃料烧嘴提供熔化要处理的物料所需的热。

6.按照权利要求5的装置，其特征在于，所述用于排放熔融铁和渣的设备是漏斗状的。

7.按照权利要求2的装置，其特征在于，构成熔化炉的设备安装在同一盘上。

8.按照权利要求5-7中任一项的装置，其特征在于，给料设备与安装在DRI设备上的管道或溜槽连接，为产生装置倾斜而配置的底盘其支轴处于连接线平面，膨胀接头确保在该平面下的气密连接。

9.按照权利要求8的装置，其特征在于，所述膨胀接头是膨胀膜盒。

10.按照权利要求5的装置，其特征在于，所述气体排放设备直接连接到把要处理的物料供给到该装置的上游设备。

11.按照权利要求5的装置，其特征在于，炉子上游的供给设备由供料溜槽或任何其他适宜的供给系统组成，它安装在一个盘上，烧嘴也在此盘上露出。

12.按照权利要求11的装置，其特征在于所述供给系统是阿基米德螺旋线。

13.按照权利要求1的装置，其特征在于，该盘包括粉煤喷射器。

14.按照权利要求5的装置，其特征在于，它包括允许固体物料通过同时阻止气体回流的瓣阀。

15.按照权利要求5的装置，其特征在于，面向排放口的墙配有用于生铁脱硫的枪、观察窗口，并且任选地配有反向烧嘴或二级烧嘴。