CN1101786A - 制造生铁和水泥熟料的方法 - Google Patents

Abstract

一个熔化气化器(3)中制造生铁和水泥熟料的方 法中，炉料至少部分地预热，并且在必要时脱氧和预 还原，或者以废钢形式使用炉料，将煤吹入一个流化 床(7)中，并在还原炉料时进行气化，而且生铁(8)以 及炉渣(9)以液态形式排出，采取如下措施，即装入熔 化气化器(3)中的石灰料在必要时与一部分数量的铁 矿石一起在预热炉身(1)中预热并焙烧，而且按照所 希望的水泥熟料组成引入石灰料。

Description

本发明涉及一种在一个熔化气化器中制造生铁和水泥熟料的方法，在该方法中炉料至少部分地进行预热，并且在需要时进行脱氧和预还原，或者以废料形式使用炉料，将煤吹入一个流化床中并在还原炉料的情况下进行气化，生铁和渣液体地被排出。

在熔化气化器中制造生铁的方法通常根据所希望的生铁产量进行最佳化，其中在大多数传统方法中通过价值相当高的气化器头部的产物气体来计算经济效果。在这样的已知方法中渣的选择应考虑从生铁池中去除有害物质，并且在同时考虑产物气体的能量利用而不相应地要求生铁水池的质量时，通常获得一种肯定不能满足作为水泥熟料的良好前提的渣池。

本发明的目的就在于，进一步改造开头所述种类的方法，在一个熔化气化器中能够直接制造生铁和水泥熟料，并且在制造中能无危险性地去除一系列有害物质。为了完成这个任务，本发明的方法基本在于，装向熔化气化器的石灰料在需要时在一个预热炉身中与一部分数量的铁矿石一起预热和焙烧，并且按照所希望的水泥熟料组成引入石灰料。由于石灰料的引入取决于所希望的水泥熟料组成，所以本发明方法所需要的参数由水泥熟料质量确定。使用炉渣作为水泥熟料通常是以较高的CaO含量为前提，因此用于同时制造生铁和水泥熟料的本发明方法可以以非常劣质的炉料进行操作。按照本发明可用的原矿与在传统高炉中的一般配料组分相比可以具有大量的CaO、SiO₂和Al₂O₃，因为这些矿石伴生物是用于生产水泥熟料的成分。因为从现在起同样不要求至今用于熔化气化器过程改善产物气体质量的一般最佳化，借助用于水泥熟料生产的当时热平衡的良好措施能够达到经济的处理方法。在石灰质泥灰岩的分别预热时，在必要时与铁矿石混合在一起，在预热后已装炉的物料首先进行焙烧并在需要时进行烧结，此时对于焙烧和需要时的烧结可以考虑直接使用过程的废热。将铁矿石及尤其是部分数量的铁矿石用于以这种方法预热和焙烧石灰料，导致同时形成可良好还原的改进铁产量的纯铁粒。

除了具有较高数量的MgO、CaO、SiO₂和Al₂O₃的劣质铁矿石外，熔化气化器还可用固体的或液体的炼钢炉渣装料。作为煤可以至少部分代替使用各种碳载体，如油页岩、公共和工业废料、或废物，而且使用一个用于石灰质石灰岩的脱氧和预热的预热炉身使石灰料能够以十分简单的方式适合于所希望的水泥熟料组成，并且考虑所希望的水泥熟料质量来实施该方法。

在熔化气化器头部除了碳载体外以一种本身公知的方法吹入一种预热的空气-氧混合气体，其中除熔化热之外，由燃烧反应产生一种还原气体，这种还原气体主要由一氧化碳、氢和二氧化碳组成。因为气化过程在改进产物气体的热值意义上不必最佳化，所以此时可以以比较显著低的温度进行操作，因为不需要用于改进热值的较高的CO分量。

取决于石灰料的定量配料可直接得到炉渣熔体，这种炉渣熔体相应于所希望的水泥工艺组成具有高炉渣特性、白水泥熟料特性、硅酸盐水泥熟料特性、高铁酸盐（Ferrari）水泥熟料特性、矿渣水泥熟料特性或者特殊水泥熟料特性。

为了避免过度热的装料，在必要时需要出现，可以不仅仅将用于得到所希望的水泥熟料质量的石灰料装入熔化气化器中，因为很多的石灰料也引起升高炉渣熔体温度和增加炉渣粘度的后果。虽然炉渣粘度至少可以通过部分加入相应的助熔剂，如CaF₂来重新降低，但是总的来说太高的炉渣熔体温度是不希望的。在这种情况下，本发明的方法可以有利地如此实现，即一部分数量的预热的焙烧物和液体流出的熔化气器的渣在一个水泥熟料装置中进行混合，以便在一个与熔化气化器分开的反应器，即水泥熟料装置中能够调节所希望的水泥熟料的所需要的CaO含量。这样一种水泥熟料装置可以以简单方式由回转炉，尤其是一种串联的这样的回转炉形成。

为了能够改进能量平衡和安全地去除有害物质，可以在本发明方法的范围内有利地如此进行，即用燃烧用空气将含氯的废料，例如像用载有二喔星和呋喃的PCB（多氯联苯）吹入熔化气化器或者预热炉身中。为了在相当高的石灰料情况下，（如本发明所谋求或者在预热炉身中所达到的）分离以氯化钙或其他化合物形式的氯化物，热分解这种含氯废料。另外，考虑到炉渣熔体的较高的熔体温度，这样高的氯含量能够直接用来在水泥熟料组成中避免或排出过高的碱度。此外，有利地如此进行，即熔化气化器的产物气体在一个热旋分器中在凝聚碱及必要时凝聚重金属化合物的情况下进行净化，此时尤其是净化过的产物气体用来自冷却凝固渣的水泥熟料的冷空气燃烧，并且用于焙烧来自碳酸盐原料的配料组分。以这种方式明显地改进方法的能量平衡。

只要水泥熟料组成应该具有太高的氧化铁含量，在按照本发明的工艺方法中，由于分成一个熔化气化器过程和一个与熔化气化器分开的水泥熟料装置中进行的过程，就能够有利地通过还原降低渣中的氧化铁含量。在这种情况下，在分离一种铁水熔池的条件下能够还原渣中过剩的氧化铁，当液体转炉渣以足够剩余铁利用的量添加到熔融熔化气化器渣中时，此时就能够特别有利地出现这样的还原。如果不加入液体的炼钢渣制造矿渣水泥熟料，已在熔化气化器中通过只部分还原送入的铁矿石（纯铁粒）提供水泥熟料中的提高的氧化铁部分应当是可能的。

为了在制造水泥熟料时最佳地使用明显可觉察到的和内在的炉渣热，有利的是采取这样的措施，即在一个流化床中或者在流化床冷却器中在使用冷却用空气下进行冷却温度超过1000℃的熔融水泥熟料，其中在冷却中达到下述可能性，即在相应的量形成所希望的水泥熟料相，尤其是A盐和B盐，以及同时提供相应量用于预热目的的预热的冷却用空气。此时该方法如此有利地进行，即为了形成水泥熟料相的A盐和B盐，在温度超过1000℃的保持时间选择至少15分钟，最好是25-30分钟。

鉴于在一种熔化气化器过程中没有其他可使用的劣质煤或使用油页岩、料废灰作为硅酸盐载体，以及使用废旧钢铁，因此在较高硫含量时也能够在渣中形成相应数量的硫化物结合的硫。在这些情况下该方法有利地如此进行，即在水泥熟料装置中将硫化物结合的硫以及碳化钙氧化成SO₃或CaO和CO₂。

总之，通过按照本发明的分离为冶金氧化还原操作和接着完成渣质量形成一种工艺操作，在该工艺操作中在由劣质原料同时生产生铁和水泥熟料下能够使方法最佳化。一种如合乎用于制造水泥熟料要求的强碱性渣原则上也能够用氧化铁增浓，其中这样的氧化铁在渣中起助熔剂作用是已知的，因此形成一种具有较高氧化铁含量的水泥熟料。这样的水泥熟料例如作为高铁酸盐水泥熟料或者矿渣水泥熟料是已知的。在炉渣中含如此高的氧化铁情况下，在还是液体的渣时在水泥熟料装置中，例如在第二个铁水罐中用碳可以二次冶金地还原至一种希望的氧化铁含量。

基于在熔化气化器中铁熔体的较高还原势，一起带入的重金属化合物，例如它们是来自所使用的废材料，但是首先是锌、铅、铜和镍被还原。在这样的方法中锌进入气相，而铜和镍溶在铁水池中，铅作为粗铅合金在铁水池下部形成一种熔体相。在这种情况下所不希望的铜对于引入的废材料的量是唯一明显限制，因为铜作为铁有害物，在生铁中只允许含有微小的最大允许量的铜。硫和铬通常进入渣相中，其中在某种情况下一起带入的金属铝被燃烧并且也结合到渣相中。

大量高浓度重金属含量的废物像碱剩余物那样同样能够通过氯化去掉，其中带有氯含量的废料溶剂，像例如三氯乙烯能够代替一部分燃烧用煤和煤还原剂，但是或者例如氯化钙可用为原料装入预热器或熔化气化器中。

可以在一个热旋分器中于800-1000℃的较低温度净化来自熔化气化器头部的产物气体。在这样的温度能够凝聚在熔化气化器中汽化的碱化合物以及重金属氯化物，此时锌能氧化成氧化锌，并且也作为粉尘被分离出来。

在热旋分器的熔化气化器之间气体可以以循环方式引入，因此使一种再浓集至用于继续使用的合适浓度成为可能。

在预热炉身中从热旋分器引出的产物气体可用在水泥熟料装置中预热的空气以有利的方式进行燃烧，以使石灰质泥灰岩能够脱氧，并且在必要时能与矿石一起转变，借此产生能良好还原的铁酸盐相。同时利用这样一种预热达到一种极高效的废气净化并且首先是除尘和脱去剩余硫。可以通过吹入氨在约900℃的温度范围内，以常规方式降低氮氧化物，此时这种吹入在预热炉身的下部区域进行。

熔融水泥熟料在相应地进行具有在高于1000℃温度时的相应停留时间的冷却阶段之后，为了形成水泥熟料相A盐和B盐，可以制成颗粒，其中可以以特别简单的方法经过一个离心机叶轮进行水泥熟料颗粒化。为了改善能量平衡，在石灰质泥灰岩脱氧和在熔化气化器中燃烧可以使用在冷却熔体水泥熟料时预热的冷却用空气。

下面借助一个在附图中示意描述的实施例来解释本发明，该实施例是一个适用于实施本发明方法的设备。在附图1中用1表示一个预热炉身，石灰质泥灰岩和铁矿石装入预热炉身中。装入的石灰质泥灰岩和掺入的铁矿石在预热炉身中首先经过一个与一个预热区相连的干燥区。然后投入的物料经过一个焙烧区和一个形成亚铁酸钙的烧结区。用于焙烧和预热所需要的能量在燃烧区用预热空气燃烧在旋分器2中净化过的来自熔化气化器4的头部3的产物气体来获得，预热空气是通过管道5供给的。物料由预热炉身1经过一个叶轮闸门6进入熔化气化器，此时用一种载体气体经过相应的输入管道将煤、油页岩、垃圾灰、废旧钢料和/或家庭废物吹向熔化气化器的头部。废钢是一种广泛的预还原材料，以至于在这些情况下能够不进行铁矿石的显著预还原，而只向石灰质泥灰岩掺入部分数量的铁矿石。考虑到鉴于所希望的渣熔体组成有很高的石灰含量，然而也可以将相当大部分的用于获得生铁所需要的原料与石灰质泥灰岩在形成亚铁酸盐的情况下，一起供给，这些亚铁酸盐是特别容易还原的。

在同时引入熔化热下在一个位于熔化气化器下部区的煤流化床7中进行炉料还原。生铁水池8聚集在熔化气化器底部，渣池9漂浮在生铁池上。生铁水池也像渣池那样，以有规律的时间间隔放出，并且渣熔体送入一个由两个回转炉10和11组成的水泥熟料装置中。在这里必要时在第一个回转炉10中添加焙烧过的石灰质泥灰岩，这种添加通过一个叶轮闸门12进行。经过第二个回转炉11供给冷空气，以至于在预热后来使用的经过管道5返回预热炉身的燃烧用空气的同时能保证所希望的空气冷却。

来自熔化气化器4的头部3的产物气体经过一根管道13送向热旋分器2，此时在产物气体中除一氧化碳、氢之外，根据熔化气化器中的添加物或者混合物的组成，而且尤其根据氯含量，也含有碱和锌。净化过的产物气体经过管道14返回预热炉身1的燃烧区，而分离出的固体物质以循环方式引入，并经过一根管道15返回到煤流化床中。在以循环方式引入的固体物质中的可利用物质达到相应的浓度后，可以进行向一个废物排除装置16的排放。另一种可能性在于，将净化过的旋分器气体的一部分气流送回到熔化气化器进入燃烧区（煤流化床）中。

生铁经过生铁出口17引向钢厂。

下面借助于一个实施例详细解释本发明。

用一种来自黄铁矿（赤铁矿）和石灰质泥灰岩的炉料熔炼下述的水泥熟料和铁池成分：

水泥熟料    （%）

SiO₂18.1

Al₂O₃8.5

Fe₂O₃10.9

CaO    61.0

MgO    1.8

SO₃3.3

铁    （%）

C    4.43

Si    0.05

Mn    0.12

P    0.087

S    0.013（0.003）

Cu    1.133（0.073）

使用无烟煤作为还原剂，并且将水泥熟料/生铁系数调节到1。

用下述杰出的数值表示水泥强度，其中尤其是有利地出现高的早期强度：

7天 31N/mm²

28天 42N/mm²

Claims (11)

1、在一个熔化气化器(4)中制造生铁和水泥熟料的方法，在该方法中炉料至少部分地进行预热，并且在需要时进行脱氧和预还原，或者炉料以废料形式使用，将煤吹入一个流化床(7)中并且在还原炉料的同时进行气化，而且生铁及渣以液体形式被排出，其特征在于，供向熔化气化器(4)的石灰料在必要时与一部分量的铁矿石一起在预热炉身(1)中预热并焙烧，而且根据所希望的水泥熟料组成引入石灰料。

2、权利要求1所述的方法，其特征在于，一部分数量的预热焙烧物与液态放出的熔化气化器（4）的渣在一个水泥熟料装置中混合。

3、权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用燃烧用空气将含氯的废料，例如载有二喔星和呋喃的PCB（多氯联苯）吹入熔化气化器（4）或预热炉身（1）中。

4、权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，熔化气化器（4）的产物气体在一个热旋分器中，在凝聚碱和在必要时凝聚重金属化合物的条件下进行净化。

5、权利要求1-4中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，用来自冷却出自凝固渣的水泥熟料的冷却用空气燃烧净化过的产物气体，并且用于来自碳酸盐原料的炉料焙烧。

6、权利要求1-5中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，渣中过剩的氧化铁在分离铁水池（8）的同时进行还原。

7、权利要求1-6中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，液体的转炉渣以一种足够剩余铁利用的量掺入熔融液体的熔化气化器渣（9）中。

8、权利要求1-7中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，使用冷却用空气在一个流化床或流化床冷却器中冷却温度高于1000℃的熔融水泥熟料。

9、权利要求1-8中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，为了形成水泥熟料相A盐和B盐，在温度高于1000℃的停留时间至少选择为15分钟，最好是25-30分钟。

10、权利要求1-9中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在水泥熟料装置中硫化物结合的硫以及碳化钙氧化成SO₃或者CaO和CO₂。

11、权利要求1-10中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，将油页岩、废屑、废旧钢材或钢渣或炼钢粉尘加入带有煤的熔化气化器（4）中。