CN1121358A - 生产铁的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

生产铁的方法和装置，该方法是在反应器，例如转炉(10)的熔浴中熔融还原精矿或已预还原的精矿。将精矿和碳质还原剂供入包括一层熔融铁(28)和一层浮于其上的熔渣(30)的熔浴中。采用直吹管(38)将含氧气体，例如热空气，朝着熔渣层鼓入所谓的后燃烧区(37)，使正被排出的还原气体燃烧，并加热熔浴。燃烧过程中产生的热废气通过反应器顶部的出口(12)排放。将含氧气体鼓入通过冷却壁(42)与反应器壁隔开的后燃烧区，以防止气相中飞溅的熔渣和金属熔珠在鼓风过程中到达未冷却的反应器壁(11)上。

Description

生产铁的方法和装置
本发明涉及生产铁的方法和装置，该方法是在反应器，例如转炉，的熔浴中熔融还原(melt reduction)精矿或已预还原的精矿，其中，将精矿或已预还原的和部分熔融的精矿以及碳质还原剂，例如煤，供入包括一层熔融铁和一层浮于其上的熔渣的熔浴中；采用直吹管将含氧气体，例如热空气，朝着熔渣层鼓入所谓的后燃烧区，使正被排出的还原气体燃烧，以便加热熔浴；所产生的热废气通过反应器顶的出口排放。
世界各地采用在熔浴中熔融还原精矿的试验经验表明，在高于和稍低于熔浴表面的区域中，瓷砖衬里的磨损是一大问题。
在熔渣表面上进行后燃烧时，预热空气或，例如纯氧气，的射流以能够造成剧烈搅拌熔渣的方式供入。这样，就造成FeO含量特别高的熔渣珠飞溅到后还原区的气相中。如所预期的那样，这会在热的燃烧气体和熔渣珠之间产生充分的热交换。然而，与此同时，含FeO高的大量熔渣珠会向上和向外喷射并冲击转炉顶和壁上的衬里。由于燃烧之故，这些温度远高于熔浴温度的熔珠会使衬里磨损和破裂，最终造成严重破坏。如果发生最坏的情况，在生产期间，磨损可高达1.5毫米/小时，这就意味着，转炉衬里的使用寿命仅为1200小时。
为了防止磨损和破坏，已建议在转炉中采用冷却壁。例如，已采用完全建造成水冷护壁的转炉和其中的瓷砖衬里装配了冷却气体通道的转炉。然而，整个转炉、顶和炉壁的冷却导致很高的热损失，而不得不加以补充。
本发明的目的是对上述熔融还原方法和装置提供改进。
本发明的具体目的是减小磨损并提高反应器，例如熔融还原法中的转炉，的使用寿命。
本发明的另一个目的是提供一种熔融还原方法，其中在后燃烧区允许采用比早期更高的温度。
本发明方法的特征在于将含氧气体鼓入转炉的后燃烧区，采用冷却壁(colded panel)将该后燃烧区与反应器壁隔开，以防止在鼓风过程中气相中飞溅的熔渣和金属熔珠到达未冷却的反应器壁上。
采用熔融还原精矿生产铁的装置，其特征在于，采用冷却壁制成的遮热板(shield)，在熔渣层和废气出口之间的区域中，将后燃烧区与反应器或相应装置的瓷砖壁隔开。
根据本发明，后燃烧发生在通过冷却壁而与反应器其余部分隔开的空间。一个或多个冷却壁可以防止在后燃烧段中溅入气相的热熔融珠飞溅到反应器瓷砖壁上。冷却壁可以是例如水冷式、气冷式或汽冷式，它们耐熔融珠的磨损性能明显优于未冷却的瓷砖壁。为了防止在反应器其余部分上不必要的冷却，可在冷却壁的外部装配绝热层。在多数情况下，冷却壁上总是会生成凝固熔珠的保护层。
优选将冷却壁加工成直立式圆筒，并将其同心地置于熔渣表面和气体出口之间。从而使该圆筒包围反应器的后燃烧区。必要时，可将冷却壁的上端或下端加宽，从而使遮热板区呈截头锥体形状。当后燃烧段采用空气时，气体的体积可以很大，使得扩大被冷却壁下端屏蔽的空间是有利的。该遮热板可以具有正方形、长方形或六角形的截面。因此，该遮热板可做成平面水冷壁或膜壁，这在制造工序中是一个优点。
优选将冷却壁紧固在反应器的顶部。必要时，可在冷却壁的上部或冷却壁与反应器顶之间开孔，这样，在屏蔽区域外面产生的气体也可以流到气体出口。或者，可以通过单独的气体出口将这些气体从反应器中排出。
在某些情况下，冷却壁的下缘可以延伸到熔渣表面。必要时，熔渣表面和冷却壁之间的间隙或冷却壁下部的孔洞可以让气体从后燃烧区外面的空间通过遮热板区流到气体出口。
当本发明应用于在由冷却壁制成并位于熔浴反应器之上的燃烧室中采用预还原和部分熔炼精矿供料的方法中时，该燃烧室冷却壁的底部可以容易地加长，以便全部或部分地延伸到反应器的熔渣表面。后燃烧区也就可扩展到燃烧室的底部。
在上述方法中，后燃烧段所需的含氧气体优选用一条或几条直吹管治切线方向引入转炉，从而在反应器已屏蔽区使向上流的热气体形成涡流在燃烧室中加强涡流的形成。
下面，将参照附图对本发明作详细说明，这张附图示意地说明了本发明的熔融还原铁精矿的装置。
该说明性的装置包括用于熔融还原已预还原的熔融精矿的转炉10。该转炉内部衬以瓷砖11。转炉的气体出口12与预还原和熔炼精矿的燃烧室14连接。燃烧室装有水冷式膜壁15。具有例如流化床的反应器16安装在燃烧室的顶部以便预热精矿。
精矿通过进口18送入反应器16的反应室17。来自燃烧室的热气体通过孔20送入反应器的底部。精矿在反应室中经废气预热并被上流的气体带走，经反应器上部流到颗粒分离器22中。一部分预热的精矿循环到反应室，而另一部分则经管道24输送到燃烧室。与此同时，将碳质还原剂引入燃烧室。
预热的精矿在燃烧室中预还原和熔炼，并向下流进转炉以便在转炉的熔浴28、30中最后还原氧化铁。该熔浴由转炉底部的铁层28和该铁层上部的熔渣层30组成。煤32和热风34经转炉底部的孔引入转炉。铁和渣通过转炉侧面的出口36排放。
为了增强对熔浴传热，通过位于熔渣表面40上的直吹管38将含氧气体，例如热风，鼓入后燃烧区37。采用直吹管沿切线方向鼓入热风，以使向上流的气体形成涡流，从而加强燃烧室中涡流的形成。热风可以在熔渣层引起剧烈湍流，同时，还原气体燃烧而产生热量。剧烈湍流导致在后燃烧区中气相和飞溅的熔渣和金属熔珠之间产生良好的热传导。
根据本发明，转炉中的后燃烧区用冷却壁42遮热屏蔽。该冷却壁通过将燃烧室的冷却壁15向下延伸到转炉而形成。
在附图说明的方法中，采用溶于金属层的碳实现最后还原。后燃烧采用热风，它可以给熔渣层30以及金属层28供给能量。熔渣层比金属层薄。
其它相应的熔浴方法可在后燃烧段使用氧气，其熔渣层比铁层更厚，而且从上面将所有煤注入气相或熔渣层。在这些方法中，后燃烧主要将能量供给膨胀的熔渣层。通过悬浮在熔渣中的焦炭粒和铁熔珠实现还原。
后燃烧采用空气时，由于空气中含氮量高，与采用纯氧气的方法比较，导致铁再氧化程更低。采用空气的方法，其氧的利用率为70％，而采用氧气的方法仅有40％的氧被利用。此外，采用空气有助于抑制熔渣层中泡沫的生成，这是一个优点。由于空气还可以在熔渣层中产生更加剧烈的湍流，采用空气可以导致气体和熔渣相之间的密切接触。在后燃烧区周围采用遮热屏蔽的冷却表面，可以在转炉中利用上述的剧烈湍流。
本发明绝不只限于上述说明性的实施方案，在这些实施方案中，主要是结合在燃烧室中用预还原的方法的熔融还原对本发明进行说明。本发明也可以用于各种转炉工艺。在权利要求中所限定的发明思想的范围内，本发明也可以在许多方面改变。

Claims (11)

1.生产铁的方法，所述方法在反应器，例如转炉，的熔浴中熔融还原精矿或已预还原的精矿，其中-将精矿或已预还原的和部分熔融的精矿以及碳质还原剂，例如煤，供入包括一层熔融铁和一层浮于其上的熔渣的熔浴中；-采用一条或几条直吹管将含氧气体，例如热空气，朝着熔渣层鼓入所谓的后燃烧区，使正被排出的还原气体燃烧，并加热熔浴；-所产生的热废气通过反应器顶部的出口排放，其特征在于，将含氧气体鼓入转炉到达后燃烧区，所述后燃烧区采用冷却壁与反应器壁隔开，以防止在鼓风过程中气相中飞溅的熔渣和金属熔珠到达未冷却的反应器壁上。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于将精矿通过同心地安装在废气出口上面的闪燃室(flash chamber)送入反应器，来自反应器的废气被送到燃烧室，以便在燃烧室中至少部分熔炼和预还原精矿。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于热的含氧气体沿切线方向鼓入，以使废气在后燃烧区和燃烧室中形成向上的涡流。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于来自燃烧室的废气被送入安装在燃烧室上面的反应器中，以便预热将送入闪燃室的精矿。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于采用水冷式冷却壁将后燃烧区与反应器壁隔开。
6.生产铁的装置，所述装置通过在反应器，例如转炉(10)，的熔浴中熔融还原精矿或已预还原的精矿，所述熔浴包括一层熔融铁(28)和一层浮于其上的熔渣(30)，反应器包括-一个或几个用于精矿或已预还原的和部分熔融的精矿的进口以及一个或几个用于碳质还原剂，例如煤，的进口，-一条或几条热气直吹管(38)，用来将含氧气体，例如热气体，鼓入熔渣表面(40)之上的反应器中的所谓后燃烧区，以使正被排出的还原气体燃烧，并加热熔浴，和-至少一个气体出口12，该出口位于后燃烧区上面的反应器顶部，用来排放后燃烧过程中产生的热废气，其特征在于-设置由冷却壁(42)制成的遮热板，用以在熔渣层(30)和废气出口(12)之间的区域中将后燃烧区(37)与反应器的瓷砖壁(11)隔开。
7.根据权利要求6的装置，其特征在于该遮热板加工成直立式圆筒形壁面(42)，与气体出口(12)同心地安装。
8.根据权利要求6的装置，其特征在于该遮热板加工成呈截头锥体形状的壁面，并与气体出口同心地安装。
9.根据权利要求6的装置，其特征在于该遮热板加工成平壁面。
10.根据权利要求6的装置，其特征在于该遮热板的上部安装在反应器顶部的气体出口(12)周围。
11.根据权利要求6的装置，其特征在于该遮热板的下部延伸到熔渣的表面(40)。
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