CN115485397A - 用于由dri产品制造液态生铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造液态生铁的方法，包括以下步骤：i)提供直接还原的铁产品(1)(DRI产品)，所述铁产品具有至少为75.0重量％的铁含量、至少为0.10重量％的碳含量以及最大15.0重量％的酸性和碱性的渣料组成部分的含量，所述渣料组成部分选自包括CaO、SiO2、MgO和Al2O3的组别，ii)在添加造渣剂(2)的情况下将DRI产品(1)输送到电运行的熔化设备(3)中，iii)必要时，将其他的铁成分和/或碳成分(5)输送到电运行的熔化设备(3)中，iv)在存在造渣剂(2)的情况下熔化DRI产品(1)以及可能地熔化其他的铁成分和/或碳成分(5)，使得形成液态的生铁相(6)和液态的渣料相(7)，v)调整渣料相(7)，使得其具有0.95到1.5的(CaO+MgO/SiO2)的碱度，vi)排出液态的生铁相(6)，和vii)排出和造粒渣料相(7)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造液态生铁的方法、特别是在熔融设备中由直接还原的铁产品(DRI产品)制造液态生铁的方法、一种粒化渣以及一种用于制造液态生铁的设备。
背景技术
这种方法和设施原则上从现有技术中已知。因此例如WO2017/207472A1公开用于由直接还原的铁产品(DRI)制造液态生铁的方法和设施，所述铁产品在电弧炉(EAF)中熔化。所使用的DRI具有高的碳含量，所述碳含量以碳化铁的形式存在，并且能量有利地作用于熔池。
此外，欧洲专利申请EP 1 160 338 A1以及EP 1 160 337 A1中公开一种用于预热和最终还原直接还原的铁产品(DRI)的高度节能的方法。所述铁产品在电弧炉(EAF)中熔化，其中在该工艺中重复使用在熔化过程期间形成的含有CO的废气。
欧洲专利申请EP 1 298 224 A1同样公开一种用于制造液态生铁的方法，其中通过电弧加热将直接还原的铁产品熔化。电弧加热主要包括辐射加热，所述辐射加热产生熔炉的耐火材料的更好的使用寿命。
从US5,810,905中已知另一种用于制造液态生铁的方法。在此，首先含铁的精矿在氢气存在下在流化床反应器中转化为碳化铁，然后将其输送给电弧炉(SAF)并熔化和液化成液态的生铁。
尽管从现有技术已知用于由直接还原的铁产品制造液态生铁的各种方法和设施，但是仍然存在改进的方法和设施的需求。
发明内容
因此，在此背景下，本发明所基于的目的在于：提出一种相对于现有技术改进的方法以及一种相对于现有技术改进的、用于制造液态生铁的设施。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求18的特征的设施来实现。
本发明的其他有利的设计方案在从属权利要求中说明。在从属权利要求中单独列出的特征可以以技术上有意义的方式相互组合并且可以限定本发明的其他的设计方案。此外，在说明书中更详细地说明和解释权利要求中提出的特征，其中示出本发明的其他优选的设计方案。
根据第一方面，本发明涉及一种用于制造液态生铁的方法，包括以下步骤：
i)提供直接还原的铁产品(DRI产品)，所述铁产品具有至少为75.0重量％的铁含量、至少为0.10重量％的碳含量以及最大15.0重量％的酸性和碱性的渣料组成部分的含量，所述渣料组成部分选自的组别包括CaO、SiO2、MgO和Al2O3，
ii)在添加造渣剂的情况下将DRI产品输送到电运行的熔化设备中，
iii)必要时，将其他的铁成分和/或碳成分输送到电运行的熔化设备中，
iv)在存在造渣剂的情况下熔化DRI产品以及可能地熔化其他的铁成分和/或碳成分，使得形成液态的生铁相和液态的渣料相，
v)调节渣料相，使得渣料相具有0.95到1.5的(CaO+MgO/SiO2)的碱度，
vi)排出液态的生铁相，和
vii)排出和造粒渣料相。
令人惊讶地已经表明：经由以与高炉相似的化学组分调节对于电运行的熔化设备、即例如对于EAF、SAF或IF设备不常见的渣料分析获得能粒化的、工业上可用的渣料。因此，例如，所述渣料是水泥制造中的优选产品，因为所述渣料减少在水泥制造中燃料的使用，进而显着减少CO2排放。因此，渣料不必耗费地处理或甚至填埋，而是提供对制造工艺起经济上有利作用的市场价值。
此外通过由所使用的DRI产品中产生液态生铁和所寻求的渣料运行方式，可以保留现有的、用于在具有高炉、生铁脱硫装置和LD转换器的集成冶炼厂中产生粗钢的工艺路线。特别的优点在于：现有的高炉产能可以通过根据本发明的方法逐步地补充、部分或完全替代，其中既不必显著改进金属冶金的核心工艺流程也不必显著改进副产品、即例如高炉渣料、脱硫渣料和钢厂渣料的处理工艺流程。
DRI产品可以一方面包括以所谓优质“DR级球团”形式的直接还原铁，或者替选地包括由具有较高渣料组成部分和/或其混合物的所谓的高炉球团构成的铁。在此适用的是：通过提高渣料组成部分来提高熔化设备中的渣料量。在一个优选的实施变型形式中，直接还原的铁产品(DRI产品)具有至少80.0重量％、更优选至少85.0重量％的铁含量。
渣料组成部分会根据矿砂质量波动，进而在所使用的DRI产品中形成最大15.0重量％的份额，优选最大12.0重量％的份额。当然，DRI产品并非不含渣料组成部分，并且其优选以至少2.0重量％的份额、更优选至少4.0重量％的份额包含在所使用的DRI产品中。
为了获得可粒化的渣料，所述渣料必须具有玻璃化的能力，其中玻璃化一般可以表示为碱度和组分的函数。因此，根据本发明提出：调节渣料相，使其具有(CaO+MgO/SiO2)的为0.95至1.50的碱度B3，优选地(CaO+MgO/SiO2)的为1.0至1.40的碱度B3，更优选(CaO+MgO/SiO2)的为1.0至1.25的碱度B3。
为了简化渣料相的粒化，渣料相应有利地具有特定的流动行为。作为优选地在此示出：渣料相调节为，使得所述渣料相具有0.10至0.80Pa*s的粘度，优选0.30至0.50Pa*s的粘度。粘度通常可以描述为组分以及温度的函数。在该上下文中，因此特别优选地提出：在1300℃至1600℃的范围内的排出温度中、更优选在1350℃至1550℃范围内的排出温度中并且还更尤其优选在1400℃至1500℃范围内的排出温度中排出渣料相。
在一个特别优选的实施变型形式中，粒化作为湿法或干法粒化来执行。
在另一有利的实施变型形式中，自动地经由集成到设施自动化中的工艺模型来进行造渣剂的添加，根据所述工艺模型计算造渣剂的添加量并且将其确定为过程参数的函数。在此，工艺模型有利地基于用于熔体和渣料的质量和能量平衡。经由自动添加确保对期望的金属和/或渣料参数进行必要的调节。对于复杂的渣料体系CaO、SiO2、MgO、Al2O3及其众多晶体混合氧化物，工艺模型还可以包括适合的用于热力学描述液态渣料相的模型，所述模型描述关于氧化物和混合氧化物的饱和极限为组分和温度的函数。
有利地，将造渣剂按量添加给熔化工艺，使得实现对于成功粒化所需的特性，即流动行为以及在液态渣料相中玻璃化的能力。作为尤其优选的是，根据步骤ii)，将相对于所输送的DRI产品量直至最大15重量％的份额、优选最大10重量％份额的造渣剂输送给熔化工艺。在此，造渣剂优选选自包括CaO、SiO2、MgO和/或Al2O3的组别。如果需要，可以添加其他的混合氧化物，即例如CaSiO3、Ca2Si2O5、Mg2SiO4、CaAl2O4等。
尤其可粒化的渣料相包括至少70.0重量％由成分CaO、MgO和SiO2形成的组分。
原则上，该工艺以批次计100％的DRI产品的质量份额执行。替代地，可以每批次将其他的铁和/或碳成分添加给根据本发明的工艺。如果提出输送其他的铁和/或碳成分，则其根据步骤iii)以相对于所输送的DRI产品量直至最大30.0重量％、优选最大25.0重量％、更优选最大20.0重量％的份额来输送。其他的铁和/或碳成分在此选自：包括冷生铁、木炭和/或废钢的组别。
直接还原的铁产品(DRI产品)可以以不同形式添加给熔化设备。优选地，将直接还原的铁产品(DRI产品)以热形式作为HDRI产品(所谓的热DRI)、以冷形式作为CDRI产品(所谓的冷DRI)、以热压块形式作为HBI产品(所谓的hot briquetted DRI热压块DRI)和/或以颗粒形式、优选以平均粒径最大10.0mm、更优选以平均粒径最大5.0mm的颗粒形式输送给熔化设备。
在直接还原方法中产生的DRI产品通常具有0.50和6.0重量％之间的碳含量。为了在液态生铁相中实现类似于生铁的分析，因此必要时需要：将根据步骤iv)形成的液态生铁相渗碳至至少2.50重量％的碳含量。这可以通过在熔化工艺中添加冷生铁或其他碳载体来进行。在该工艺中制造的液态的生铁相在其他工艺中应引入到常规的工艺路线中，例如在所述工艺路线中所述生铁相被输送给生铁脱硫设施或转换器以进行进一步处理。因此，碳含量不得超过6.0重量％的最大含量，更优选4.50重量％的最大含量。
按照根据本发明的方法制造的生铁相优选具有以重量％计的以下组分：
-碳含量2.50-5.0，更优选3.50-4.50，
-硅0.10-0.80，更优选0.20-0.50，
-锰0.50-5.0，更优选0.50-1.50，
-以及不可避免的硫和磷杂质，其分别最多为0.06，更优选最多为0.04。
DRI产品优选在低CO2钢生产的范围中在直接还原设施中制造，并且经由输送装置在保护气体氛围下输送给熔化设备和/或热绝缘的料仓储库。基于天然气的常规的重整气体和具有直至100％的氢含量的富氢的重整气体可以用作为还原气体。富集所需的氢气优选借助于绿色电力进而CO2中性地制造。
在一个特别优选的实施变型形式中，将来自优选热绝缘的料仓储库的DRI产品和/或造渣剂输送给熔化设备。暂存在料仓储库中的DRI产品在保护气体氛围下储存。替代地，DRI产品可以直接从直接还原设施经由具有金属输送带的输送装置在保护气体氛围下输送给熔化设备和/或热绝缘的料仓储库。在此，DRI产品具有的温度为750至800℃。
在另一方面，本发明还涉及通过根据本发明的方法获得的粒化渣料。所述粒化渣料包括以重量％计的以下组分：
-SiO2 30.0-50.0，优选35.0-40.0
-CaO 25.0-50.0，优选30.0-43.0
-Al2O3 5.0-15.0，优选8.0-12.0
-MgO 2.0-15.0，优选4.0-12.0，
-以及不可避免的杂质，所述杂质选自包括铁(Fe)、MnO2和/或硫(S)的组别。
优选地，不可避免的杂质中的铁含量最大为2.0重量％，更优选为1.0重量％。
特别优选地，粒化渣料中的成分SiO2、CaO和MgO的总份额为至少70.0重量％，更优选为75.0重量％，还更优选为80.0重量％，并且最优选为85.0重量％。
按照根据本发明的工艺生产的粒化渣料的特征在于：所述粒化渣料具有至少70.0重量％、优选至少90.0重量％和更优选至少95.0重量％的玻璃状的凝固份额。优选地通过湿法粒化实现大于90.0重量％的玻璃份额。
有利地，粒化渣料还具有最大2.0重量％的总铁含量(Fe)，优选最大1.0重量％的总铁含量(Fe)。
根据粒化渣料的应用情况，必要时存在的次要组成部分也可以是重要的，所述次要组成部分在对洗出液(氯化物、硫酸盐、重金属等)中的环境方面的适用性测试中复得。因此，在一个优选的实施变型形式中，根据适用的法律指南(NGS-TR Boden der LAGA M20，2013年5月)，粒化渣料可以具有0(不受限制的嵌入)或1(受限制的开放嵌入)的洗出液分配参数。
根据另一方面，本发明还涉及一种用于制造液态生铁的设施，包括：用于制造直接还原的铁产品(DRI产品)的直接还原设施；电运行的熔化设备，在所述熔化设备中能够熔化直接还原的铁产品(DRI产品)；以及输送装置，直接还原的铁产品(DRI产品)能够经由输送装置从直接还原设施输送至熔化设备。
熔化设备优选以电弧炉(EAF)、埋弧炉(SAF)或感应炉(IF)的形式构成。
输送装置优选以金属输送带的形式构造并且具有保护气体氛围。
此外，该设施有利地具有绝热的料仓储库。
附图说明
下面，根据附图更详细地解释本发明以及技术领域。应该指出的是：本发明不应受所示实施例的限制。特别地，除非另有明确说明，还可行的是：提取附图中解释的事实的部分方面并与来自本说明书和/或附图的其他组成部分和认知相结合。特别要指出的是：附图和特别是所示的尺寸比例仅是示意性的。相同的附图标记表示相同的对象，使得在必要时可以补充地使用其他附图中的解释内容。附图示出：
图1示出解释根据本发明的方法的流程图的示意图，
图2示出根据第一实施变型形式的设施的高度简化示意图，和
图3示出根据第二实施变型形式的设施的高度简化示意图。
具体实施方式
根据图1，根据本发明的方法在一个可能的实施变型形式中根据流程图来解释。
为了制造液态生铁，首先提供直接还原的铁产品1(DRI产品)，所述铁产品在当前所示的实施变型形式中具有至少为80.0重量％的铁含量、至少为3.0重量％的碳含量以及总共最大12.0重量％的酸性和碱性的渣料组成部分的含量，所述渣料组成部分选自组别CaO、SiO2、MgO和Al2O3，并且所述铁产品以具有约为750-800℃温度的热DRI产品的形式存在。
DRI产品1例如可以在直接还原设施11中例如在低CO2钢生产的范围中制造，如其在图2和3中所示。
在下一步骤中，将DRI产品1在添加造渣剂2的情况下输送给电运行的熔化设备3。造渣剂2在当前所示的实施变型形式中选自组别CaO、SiO2、MgO和Al2O3，并且以相对于所输送的DRI产品量直至10.0重量％的量添加给熔化设备3。当前，熔化设备3以电弧炉(EAF)的形式构成并且包括至少一个电极4，即例如碳电极。
图1所示的工艺原则上可以以批次计100％的DRI产品的质量份额执行。然而，在所示的实施变型形式中，将煤和废钢形式的其他的铁和/或碳成分5添加给熔化设备3。在当前的示例中，铁和碳成分5的质量份额相对于输入的DRI产品量为20.0重量％。
然后，借助于电流熔化由DRI产品1、造渣剂2以及铁和碳成分5构成的混合物，使得形成液态生铁相6和液态渣料相7。
经由添加造渣剂5将渣料相7调节为，所述渣料相在当前示出的实施变型形式中具有0.95至1.25的(CaO+MgO/SiO2)的碱度B3和0.30至0.50Pa*s的粘度。如果达到所述渣料参数，则在1350℃至1550℃的排出温度中将渣料相7排出，并且然后粒化。在最后的步骤中，液态的生铁相6被排出并例如输送给转炉炼钢厂以进行进一步加工。
排出的生铁相6按重量％计具有以下组分：
-碳含量3.50，
-硅0.3，
-锰0.50，
–分别最多0.04的剩余的铁以及不可避免的杂质硫和磷。
排出的渣料相7经由湿法粒化加工成粒化渣8，所述粒化渣按重量％计具有以下组分：
-SiO2 45.0,
–CaO 40.0
-Al2O3 8.0,
–MgO 5.0,
-以及总共小于2.0的不可避免的杂质，包括铁、MnO2和硫(S)。
该粒化渣的特征在于：其具有95.0重量％的玻璃状的凝固份额和小于1.0重量％的总铁含量(Fe)。
图2示出根据第一实施变型形式的设施10的高度简化示意图。
用于制造液态生铁的设施10包括用于制造直接还原的铁产品1的直接还原设施11。直接还原设施11包括形成还原井12的第一上部以及形成冷却部件13的第二下部。基于天然气、焦炭气或其他炉气的常规的重整气体以及具有最大100％氢含量的富氢的重整气体可以用作为还原气体。所需的氢气有利地由绿色电力以CO2中性的方式制造。
在当前的直接还原设施11中产生的DRI产品1可以根据还原气体中的氢气份额具有可变份额的碳。为了具有生铁类似的分析，可为了在下部冷却部件13中冷却的目的通过有针对性地吹入天然气来增加碳含量。
此外，设施10包括：电运行的熔化设备3以及输送装置14，在所述熔化设备中可以熔化直接还原的铁产品1(DRI产品)，直接还原的铁产品1可以经由所述输送装置从直接还原设施11运输至熔化设备3。
当前，熔化设备3以电弧炉(EAF)的形式构成。
在直接还原设施11中制造的DRI产品1可以经由输送装置14直接输送给熔化设备3，如这根据虚线示出，其中所述输送装置当前以金属输送带的形式构成并且具有保护气体氛围。DRI产品1优选地经由输送装置14首先输送给热绝缘的且处于保护气体氛围的料仓储库15，然后所述DRI产品从所述料仓储库中优选自动地输送给熔化设备3。
在图3中示出第二实施变型形式中的设施10的高度简化示意图。与图2中所示的实施变型形式不同，熔化设备3当前以埋弧炉(SAF)的形式构成。当前，所述工艺方式的特征在于：围绕电极4的泡沫渣料相16存在于熔化设备3中。
附图标记列表
1 直接还原的铁产品/DRI产品
2 造渣剂
3 熔化设备
4 电极
5 铁成分和/或碳成分
6 液态的生铁相
7 液态的渣料相
8 粒化渣
10 设施
11 直接还原设施
12 还原井
13 冷却部件
14 输送装置
15 料仓储库
16 泡沫渣料
Claims (21)
1.一种用于制造液态生铁的方法，包括以下步骤：
i)提供直接还原的铁产品(1)(DRI产品)，所述铁产品具有至少为75.0重量％的铁含量、至少为0.10重量％的碳含量以及最大15.0重量％的酸性和碱性的渣料组成部分的含量，所述渣料组成部分选自包括CaO、SiO2、MgO和Al2O3的组别，
ii)在添加造渣剂(2)的情况下将所述DRI产品(1)输送到电运行的熔化设备(3)中，
iii)必要时，将其他的铁成分和/或碳成分(5)输送到电运行的所述熔化设备(3)中，
iv)在存在所述造渣剂(2)的情况下熔化所述DRI产品(1)以及必要时熔化所述其他的铁成分和/或碳成分(5)，使得形成液态的生铁相(6)和液态的渣料相(7)，
v)调整所述渣料相(7)，使得所述渣料相具有0.95到1.5的(CaO+MgO/SiO2)的碱度，
vi)排出液态的所述生铁相(6)，和
vii)排出和粒化所述渣料相(7)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述渣料相(7)，使得所述渣料相具有1.0至1.40的(CaO+MgO/SiO2)的碱度，优选具有1.0到1.25的(CaO+MgO/SiO2)的碱度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中调节所述渣料相(7)，使得所述渣料相具有0.10至0.80Pa*s的粘度，优选具有0.30至0.50Pa*s的粘度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述渣料相(7)在1300℃至1600℃范围内的排出温度中被排出。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述造渣剂(2)选自包括CaO、SiO2、MgO、Al2O3和/或其混合氧化物的组别。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据步骤ii)，输送所述造渣剂(2)，所述造渣剂(2)相对于所输送的所述DRI产品量的份额至多为最大15重量％、优选最大10重量％。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中根据步骤iii)输送铁成分和/或碳成分(5)，所述铁成分和/或碳成分(5)相对于所输送的所述DRI产品量的份额至多为最大30.0重量％、优选最大25.0重量％、更优选最大20.0重量％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述粒化作为湿法或干法粒化来执行。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中自动地经由集成到设施自动化中的工艺模型来进行所述造渣剂(2)的添加，根据所述工艺模型计算所述造渣剂(2)的添加量，并且确定为过程参数的函数。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述直接还原的铁产品(1)以热的形式作为HDRI产品、以的冷形式作为CDRI产品、以热的压块形式作为HBI产品和/或以颗粒形式、优选以平均粒径最大10.0mm的颗粒形式输送给熔化设备(3)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将根据步骤iv)形成的液态的所述生铁相(6)渗碳至至少2.50重量％的碳含量。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述DRI产品(1)和/或所述造渣剂(2)从优选热绝缘的料仓储库(15)输送给所述熔化设备(3)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述DRI产品(1)在直接还原设施(11)中制造并且经由输送装置(14)在保护气体氛围下输送给所述熔化设备(3)和/或所述料仓储库(15)。
14.一种粒化渣，所述粒化渣通过根据前述权利要求中任一项所述的方法获得，所述粒化渣包括以重量％计的以下组分：
-SiO2 30.0-50.0，优选35.0-40.0
-CaO 25.0-50.0，优选30.0-43.0
-Al2O3 5.0-15.0，优选8.0-12.0
-MgO 2.0-15.0，优选4.0-12.0，
-以及不可避免的杂质，所述杂质选自包括铁(Fe)、MnO2和/或硫(S)的组别。
15.根据权利要求14所述的粒化渣，其中成分SiO2、CaO和MgO的总份额为至少70.0重量％。
16.根据权利要求14或15所述的粒化渣，其中该粒化渣具有至少70.0重量％、优选至少90.0重量％、更优选至少95.0重量％的玻璃状的凝固份额，并且优选具有最大2.0重量％的总铁含量、优选最大1.0重量％的总铁含量。
17.根据前述权利要求14至16中任一项所述的粒化渣，其中该粒化渣具有0或1的洗出物分配参数。
18.一种用于制造液态的生铁的设施(10)，包括：
用于制造直接还原的铁产品(1)的直接还原设施(11)；
电运行的熔化设备(3)，在所述熔化设备中能够熔化直接还原的所述铁产品(1)；以及
输送装置(14)，直接还原的所述铁产品(1)能够经由所述输送装置从所述直接还原设施(11)输送至所述熔化设备(3)。
19.根据权利要求18所述的设施(10)，其中所述熔化设备(3)以电弧炉(EAF)、埋弧炉(SAF)或感应炉(IF)的形式构造。
20.根据前述权利要求18或19中任一项所述的设施(10)，其中所述输送装置(14)以具有保护气体氛围的金属输送带的形式构造。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的设施(10)，其中所述设施还包括优选热绝缘的料仓储库(15)。
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