CN1167156A - 生铁水或钢水预产品的生产方法 - Google Patents

生铁水或钢水预产品的生产方法 Download PDF

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Abstract

一种由铁矿石和助熔剂以及至少部分碎料所组成的炉料生产生铁水或液态钢预产品的方法，其中，炉料在至少一个还原区(18)内被直接还原成海绵铁，在供给碳载体和含氧气体条件下的熔化气化区(I-IV)内熔炼海绵铁，并产生了还原气体，该还原气体被喷射进还原区(18)内，并在那里进行反应，被抽出来作输出气体供给用户使用，此项改进的目的在于提供一种利用碎矿石的廉价方法。

Description

生铁水或钢水预产品的生产方法
本发明涉及一种由铁矿石和助熔剂以及至少部分碎料所组成的炉料生产生铁水或钢水预产品的方法，其中，通过旋转层方法，炉料在至少一个还原区内被直接还原成海绵铁，在供给碳载体和含氧气体的条件下的熔化气化区内熔炼海绵铁，并产生了含CO和H2的还原性气体，将它们喷射进还原区，并且在那里进行反应，该气体最后被抽出来作为输出气体供给用户使用；以及实现上述方法的设备。
从AT-B 390622就已知道这种方法。按照AT-B 390622生产粒径大都各不相同的炉料，将炉料还原并通过风筛将其分离成不同粒径的部分，然后以单独的步骤进行完全还原。然而，这种已知的一步法仅能达到还原气体的低热利用，势必增加还原气体的消耗。也不可能最佳利用还原气体中的化学结合能。
本发明的目的是提供一种开始定义的那种方法及实现该方法的设备，它能以一种利用未处理的煤作为碳载体的廉价方式使用至少含有碎料的铁矿石和助熔剂，该方法能够利用仍然包含在还原气体中的化学结合能(CO、H2含量)。
按照本发明，通过以下开始定义的那种方法可以达到上述目的：
—首先通过旋转层方法使赤铁矿和/或磁铁矿碎矿石和/或矿粉在预热区内进行预热，
—从而在至少一个连续排列的还原区内将已预热的炉料还原到较完全的程度，
—随后通过强制输送工具，最好是气动输送工具，将至少更细颗粒的炉料加进熔化气化区的流化床和/或(如果要求的话)固定床内，并在那里进行熔炼。
按照AT-B 387 403，含菱铁矿和/或水合的炉料在位于固定床直接还原区前的固定床加热区内进行煅烧，然而，其中只有能在固定床内被处理的粗块含铁矿石的炉料才可用于装料。
炉料不是在如同已知固定床法(AT-B 387 403)情况下的材料逆流中而是在稳定的或循环旋转层中，即(例如)斜流中进行处理，这对本发明来说是十分重要的，因而由于改进了高能气体利用而能对碎矿石和矿粉廉价地进行处理。这是很重要的，因为目前世界生产的约75％的矿石都是碎矿石，它比粗块或团块矿石便宜。按照本发明，不仅通过旋转法进行还原而且还进行预热。按照本发明的多步旋转层法，就可能以最佳方式利用还原气体而无须供给附加的能量。
从US-A 5,082,251已经知道一种直接还原法，按照该方法，使用重整天然气或石油，在一种级联排列的旋转层反应器的系统中，对经干燥、筛分和破碎而制得的复合矿石后的富铁碎矿石进行还原，这样就可得到一种极细的粒径组成。随后，将铁粉冷压或热压成块。将烟气用作预热阶段的流化气体，该烟气是燃烧空气和天然气而产生的；因此必须输入外部能量，只有旋转气体的显热是可利用的。相反，通过固体碳载体(例如煤)进行本发明的还原，此后，按照本发明，CO还原占优势，而按照US-A5,082,251，主要用H2进行矿石的直接还原。
从使用来自最终还原阶段的还原气体的方法而不是按照US-A5,082,251那样供给导致高成本的外部气体来预热矿石，就可看出本发明的主要优点。本发明的另一个气体调节的优点在于，除了可作预热之用以外，还能用作还原气氛进行预还原，从而确保还原气体特别有效的利用。
为了冷却在熔化气化区内生成的还原气体，按照本发明，将部分还原气体直接加进用于形成旋转层的还原区内，而另一部分还原气体在热旋风器和涤气器内进行净化后，作为冷却气体同加进还原区内的第一部分还原气体进行混合。
为了控制还原区内炉料的流化状态。最好将一部分还原气体加进旋转层附近的还原区内，而供给热旋风器的那部分还原气体被部分地加进还原区内在其底部形成的流化床中。
为了有效地预热炉料，最好把离开还原区的还原气体加进预热区，由于部分燃烧还原气体而导致温度上升。
为了有效地利用在还原中产生的粉尘和碎粒，最好是用一个还原旋风分离器来除去从还原区抽出的还原气体中的碎料，在分离期间还原旋风器内分离出来的碎料被还原到较完全的程度，并借助于喷射器被供入熔化气化区内含氧气体的供气点附近。
从还原区旋转层适当地部分排出在还原区内已经事先被完全还原的碎料，并经过Sleuce系统在含氧气体供应点附近用喷射器供入熔化气化区内，同时，从还原区的旋转层排出的部分炉料同还原旋风器内分离出来的物料一起被适当地供入熔化气化区内。
此时，用喷射器和氧气粉尘燃烧器经过Sleuce系统，将已在热旋风器内分离出来的粉尘在细焦流化床和粗焦流化床之间范围附近供入熔化气化区内。
通过将一部分熔炼过程所需的助熔剂同煤一起直接加入熔化气化区内，并将一部分助熔剂同碎矿石一起加入预热区来适当地添加助熔剂，其中，最好以粒径在4mm-12.7mm范围内的粗颗粒输入同煤一起加入的助熔剂，并最好以粒径在2mm-6.3mm范围内的细颗粒输入同碎矿石一起加入的助熔剂。
通过设置2个就地分开的连续排列的还原区可达到特别有效的还原，离开第一还原区的还原气体进入在碎矿石流动方向意义上位于第一还原区前的第二还原区内，并在压缩状态下从该处加入预热区内。
为了利用在工艺过程中产生的过量气体，按照最佳实施方案，如果要求的话，根据离开还原区的一部分还原气体的混合物情况，在CO2净化后，离开预热区的输出气体被用于生产热压团块铁，其中，碎矿石在预热区内进行预热，随后在至少一个还原区内进行完全还原，并被供入压缩和制团设备内；根据加热情况，输出气体被输入至少一个形成旋转床的还原区内，而且，在流过该处后，从该处被抽出来并在部分燃烧状态下被加进预热区内，目的在于升高温度以形成旋转床。
一种实现本发明方法的装置，它包括至少一个还原反应器，与该反应器连接的一根用于输送含有铁矿石和助熔剂的炉料输送管、一根用于输送还原气体的供气管以及一根用于输送反应器内生成的还原产物的输送管和一根输出气体的导气管；包括一个熔炉燃气发生器，输入来自还原反应器的还原产物的输送管进入该熔炉燃气发生器内；它还包括含氧气体和碳载体的供料管以及生铁或初级钢料和炉渣的出料口和放渣口，其中，在熔炉燃气发生器内生成的还原气体的气管从熔炉燃气发生器进入还原反应器，该装置的特征在于，还原反应器被设计成旋转层还原反应器；按炉料流向而言，旋转层预热反应器位于旋转层还原反应器之前，旋转层还原反应器的气管进入旋转层预热反应器内；设置气动输送管用于将旋转层还原反应器内生成的海绵铁输入熔炉燃气发生器内，输送管在流化床和/或固定床水平处进入熔炉燃气发生器内。
通过主要在还原反应器(也在预热反应器)内的流化程度可以控制还原过程，其中旋转层还原反应器包括一个直径较小的下部和一个位于下部之上直径较大的上部，从下部到上部的过渡段被设计成圆锥形，还原气体的供气管进入圆锥形过渡段，其中旋转层预热反应器相应地有一个圆锥形底端，还原气体的供气管通到该圆锥形底端内。
为了能从旋转层还原反应器内排出已完全还原的碎料，在旋转层的水平面上，旋转层还原反应器上设置有一个碎料排放装置，有一个输送设备从该碎料排放装置通向在熔炉燃气发生器内形成的固定床或流化床的水平面处进入熔炉燃气发生器内的气动输送设备。
按照最佳实施方案，在炉料流向上连续设置2个旋转层还原反应器。
如果按照以下工艺流程就可以特别有效地利用生成的过量气体，所说工艺流程是在CO2涤气器和加热设备的中间装置以后，输出气体的气管通入至少一个用于生产热压团块铁的还原反应器内，有一根气管从该还原反应器引出并通入旋转层预热反应器，其中碎矿石装料管进入旋转层预热反应器和离开旋转层预热反应器的输送管将已预热的碎矿石输入还原反应器，而且，在碎矿石流动方向上，压缩和制团设备被设置在还原反应器后面。
以下通过在附图中图解说明的三个实施方案来详细地解释本发明，其中，图1-3各自描述了在图解说明中本发明设备的较佳实施方案。
用1表示预热反应器，它被设计成旋转层预热反应器，含有铁矿石和助熔剂的炉料可通过横向进入旋转床区2(预热区)水平面的装料管3加入旋转层预热反应器内。在设计成塔形的旋转层预热反应器1的上端处，通过配置有气体净化旋风器4和气体涤气器5(例如文丘里管涤气器)的气体排放管6，排出在反应器1内生成的并流过该处的气体。这些气体可作为高质量的输出气体(它们约有8000KJ/Nm3的热值)用于各种作途，例如，用于生产含氧或不含氧的气流。
在旋转层预热反应器1内已被预热的全部炉料都可通过输送管7进入也被设计成旋转层反应器的还原反应器(8)内，并在该处还原到较完全的程度。
借助于气动海绵铁输送管9(包括N2喷射器)一可以用任何其它的强制输送工具来代替一可以将在旋转层还原反应器8内生成的海绵铁输入到熔炉燃气发生器10内，并输送到安装在其中的流化床III、II的同样高度和/或位于III、II以下的固定床I的相同高度上。熔炉燃气发生器包括至少一个煤和助熔剂的供料管11和排列在若干水平面上的含氧气体的供气喷口12。
在位于由固定床I形成的熔化气化区以下的熔炉燃气发生器内收集生铁水13和液态炉渣14，粗焦流化床II位于固定床I之上，细焦流化床III又位于流化床II之上，脱氧腔IV位于顶部，生铁和炉渣分别通过出铁放渣口15、16出铁和放渣。在熔炉燃气发生器10内，由碳载体和含氧气体生产还原气体，在流化床III以上的脱氧腔IV内收集该还原气体，并通过气管17经基本上是塔形的旋转层还原反应器8的平截头圆锥体缩颈将其加入旋转层还原反应器8内，反应器8的平截头圆锥体缩颈组成一个气体分配底19，而该圆锥体缩颈是为形成旋转层18或旋转床18(还原区)而设置的，还原气体是通过环形管20沿着缩颈的圆柱表面而供入的。
在旋转层内不能保持漂浮状态的大固体颗粒由于重力影响而沿中心下降，并通过中心固体排放管21被排出。该中心固体排放管21是这样配置的，经径向气体供气管22，固定床流入具有圆锥形底24并位于平截头圆锥形气体分配底19以下的圆锥槽部分23，以致即使大颗粒的还原也能达到满意的程度。
由于气体分配底19的平截头圆锥形状管内净速度随高度变化。因此，在气体分配底19的整个高度都能调节到特定的径粒分布。在气体分配底19内适当地配置风嘴，从而能形成内部循环的旋转层，在该处中心的气体速度高于周边气体速度。这类旋转层的形成既可用于还原反应器8又可用于预热反应器1。
离开熔炉燃气发生器10的一部分还原气体在热旋风器25内进行净化，在连续排列的涤气器26内进行冷却，并通过压缩机27和经气管28再次同离开熔炉燃气发生器10的还原气体混合。在热旋风器25内分离出来的粉尘通过N2喷射器29返回到熔炉燃气发生器10内。一部分离开热旋风器25的仍未冷却的还原气体通过圆柱槽23经环形管组成的气体供气设备22进入旋转层还原反应器8。
从旋转层还原反应器8排出的气体通过气管30被加进还原旋风器31内，仍然包含在还原气体中的碎料在31内被分离和完全还原。这些碎料通过输送管32和N2喷射器33在接近固定床I的上端水平面处被输入熔炉燃气发生器10内。
从还原旋风器8排出的已部分氧化的还原气体通过气管30进入旋转层预热反应器内，然而，其中部分上述还原气体被燃烧以加热燃烧室34内的还原气体，含氧气体供气管35进入燃烧室34内。
在旋转床18的水平面处借助于螺旋输送机36从旋转层还原反应器8内推出一部分已完全还原的炉料，通过输送管37经N2喷射器33在接近固定床I的上端的水平处将上述炉料同来自还原旋风器31的碎料一起输入熔炉燃气发生器10内。
经包括Sleuce 39(在用于部分或完全还原物料的其它输送管32、37内也设置了Sleuce 39)的输送管38通过供给还原气体的环形管20，将在输出气体排放管6的旋风器4内分离出来的细粒料加入旋转层还原反应器8内。
图1设备的详细功能如下：
借助于气动急剧升降传送带或垂直输送机，将经过筛选和干燥处理的粒径分布为
0.04mm＝约20％
0.04-6.3mm＝约70％
6.3-12.7mm＝约10％和水分含量约为20％的碎矿石加入预热反应器1内。在该处，碎矿石在旋转床区2内被预热到约850℃温度，并由于还原气氛而任选地被预还原到接近于方铁矿的程度。
对于这种预还原过程而言，还原气体含有至少25％的(CO+H2)，以使其具有足够的还原能力。
随后，已预热和任选预还原的碎矿石流入还原反应器8(最好是通过重力作用)，在反应器8的旋转层或旋转床18内，该碎石大部分被还原成温度约为850℃的Fe相。对于这种还原过程而言，气体含有至少68％(CO+H2)的含量。
在还原反应器8内，对碎矿石进行筛分，0.2mm以下的那部分碎石被还原气体夹带进入还原旋风器31内。在该处，通过旋风效应使固体分离期间，0.2mm以下的碎矿石被完全还原。
通过排放螺旋输送机36从还原反应器8的旋转层18内排出的较细固体部分，借助于N2喷射器33，经过Sleuce 39，在鼓入含氧气体的水平面附近，将其同还原旋风器31内分离出来的碎矿石一起供入熔炉燃气发生器10内。
通过N2喷射器9或重力排放将来自还原反应器8下部的较粗固体部分经Sleuce 39在细焦流化床III区域鼓入或加入熔炉燃气发生器10内。
借助于N2喷射器29和氧气粉尘燃烧器将在热旋风器25(主要含有Fe和C)内分离出来的粉尘经Sleuce 39在细焦流化床III和粗焦流化床II之间的区域加入熔炉燃气发生器10内。
为预热和煅烧起见，工艺过程所需的助熔剂，作为一种粗粒料(最好粒径在4-12.7mm之间)经煤通道(11)加入，而作为一种细粒料(最好粒径在2-6.3mm之间)经碎矿石通道(3)加入。
对于需要较长还原时间的碎矿石，如图2所说明的那样，以串连或连接于第一级还原反应器8的方式设置包括辅助还原旋风器31′的第二级(如果要求的话，以及第三级)旋转层还原反应器8′。碎矿石在第二级还原反应器8′内被还原成方铁矿程度，而在第一级还原反应器8内被还原成Fe相。
在这种情况下，通过排放螺旋输送机36′从第二级还原反应器的旋转层18′排出的固体部分，由于重力作用同来自第二级还原反应器8′下部的较粗固体一起被加入第一级还原反应器8内。通过N2喷射器33，将在第二级还原旋风器31′内分离出来的碎矿石同在第一级还原旋风器31内分离出来的碎矿石一起在含氧气体鼓入平面附近供入熔炉燃气发生器10内。
如果使用2级旋转层还原反应器8、8′和2级还原旋风器31、31′，工作压力不够补偿系统内的压力损失时，则可按照本发明，借助于压缩机40来使预热反应器1所需的混合气体达到必要的压力。在这种情况下，来自第二级还原旋风器31′的气体在涤气器41内被净化。然而，以后仅有一部分气流被压缩(一部分通过管42被抽出来作为输出气体)，并在混合室43内适当地同通过管44输入的含氧气体混合，以致随后能在预热反应器1内使一部分还原气体燃烧以便使碎矿石达到所需的预热温度。
如上所述，来自生铁生产的高质量输出气体可用于生产含氧或不含氧的气流。按照本发明的最佳实施方案，它在图3中表示，在CO2洗涤45和预热到约850℃的46以后，输出气体按以下方式被重新用作还原气体：
为了生产热压团块铁，用如同在生产生铁时所用同样团块的还原气体，来预热和还原如同在生产生铁时所用同样技术要求的碎矿石。借助于N2喷射器33将来自至少一个还原反应器8和来自还原旋风器31的已完全还原的粒料部分鼓风送入装料料斗47。另一方面，较粗的粒料部分能从还原反应器8的下部通过重力排放被加入装料料斗47。
此后，具有约92％金属化程度和至少750℃温度的已完全还原的碎矿石，由于重力作用经过包括可控马达的预压缩螺旋输送机48而进入对辊压制机49。
在以下实施例中，概述了在操作图1-3中所示方案的设备中所得的本发明方法的典型特性数据。
实施例煤分析值(干份分析值)
C        77％
H        4.5％
N        1.8％
O        2.6％
S        0.5％
粉尘     9.1％
C固定    61，5％矿石分析值(湿份分析值)
Fe       62.84％
Fe2O3  87.7％
CaO      0.73％
MgO      0.44％
SiO2    6.53％
Al2O3  0.49％
MnO      0.15％
烧损     0.08％
水份     2％碎矿石的粒径分布
+10mm          0％
10-6mm         5.8％
6-2mm          44.0％
2-0.63mm       29.6％
0.63-0.125mm   13.0％
-0.125mm       7.6％助熔剂(干份分析值)
CaO            45.2％
MgO            9.3％
SiO2          1.2％
Al2O3        0.7％
MnO            0.6％
Fe2O3        2.3％
烧损           39.1％
为了在图1的设备内生产42吨生铁/小时，42吨煤/小时供气29,000Nm3 O2/小时。矿石消耗总计64吨/小时而助熔剂消耗为14吨/小时。
除了铁以外，所生产的生铁还具有以下组分：
C         4.2％
Si        0.4％
P         0.07％
Mn        0.22％
S         0.04％
来自生铁设备的输出气体产生87.000Nm3/小时，具有以下分析植：
CO        36.1％
CO2      26.9％
H2       16.4％
H2O      1.5％
N2+Ar    18.1％
CH4      1％
H2S      0.02％
热值      6780KJ/Nm3
当按照图3将来自生铁设备的输出气体进一步用于生产热压团块铁时，能生产29吨热压团块铁/小时。其所需再循环气体的数量为36,000Nm3/小时。热压团块海绵铁具有以下分析值：
金属化率    92％
C           1％
S           0.01％
P           0.03％
用于生产热压团块铁的来自设备的输出气体数量为79,000Nm3/小时，该气体具有以下组分：
CO          21.6％
CO2        44.1％
H2         10.6％
H2O        2.8％
N2+Ar      19.9％
CH4        1％
热值        4200KJ/Nm3
生铁设备和用于生产热压团块铁的设备所必需的耗电量为23MW。从用于生产热压团块铁的设备输出的气体相当于145MW的热功率。

Claims (4)

1.一种由铁矿石和助熔剂以及至少部分碎料所组成的炉料生产生铁水或液态钢预产品的方法，其中，通过旋转层方法，炉料在预热区(2)进行预热，并通过旋转层方法在至少一个还原区(18，18′)内直接并基本上完全被还原成海绵铁，该海绵铁被加到熔化-气化区(I至IV)内在供给碳载体和含氧气体的条件下进行熔炼，并产生了含有CO和H2的还原气体，该还原气体被喷吹到还原区(18，18′)内，并在那里进行反应，作为输出气体被取出并供给用户使用，其特征在于，如果需要的话，根据离开还原区(18)的一部分还原气体的混合物情况，在CO2净化后，离开预热区(2)的输出气体被用于生产热压团块铁，其中，碎矿石在预热区(2)内进行预热，随后在至少一个还原区(18)内基本上完成还原，并被供入压缩和制团设备(48、49)内；输出气体，刚一加热就被导入至少一个处于形成旋转床(18)状态的还原区内，而且流过该处后，从该处排出并在部分燃烧状态下被加到预热区(2)内，目的在于升高温度以形成旋转床(图1或图2各自与图3的组合)。
2.实现权利要求1方法的设备，该设备包括至少一个旋转层还原反应器(8，8′)，通入其中的输送管(7)用来输送包括铁矿石和助熔剂的炉料，用于还原气体的气体管(17)以及用于还原反应器内形成的还原产物的输送管(9)和用于顶部气体进入的气体管(30)；该设备还包括熔炉燃气发生器(10)，通入其中的输送管(9)用于从还原反应器(8、8′)将反应产物导入，它包括用于含氧气体和碳载体的进料管(11，12)以及生铁(13)或生钢料和炉渣(14)的排放口(15，16)，其中，用于在熔炉燃气发生器(10)中形成并进入还原反应器(8，8′)的还原气体的气体管道离开熔炉燃气发生器(10)，而且，按炉料流动方向而言，旋转层预热反应器(1)位于旋转层还原反应器(8，8′)之前，旋转层还原反应器(8、8′)的气体管(30)进入旋转层预热反应器，其中，耗尽的或部分耗尽的还原气体能够通过气体排放管(6、42)作为输出气体供给用户使用；其特征在于，用于输出气体的气体管(6，42)，为了生产热压团块铁，在CO2涤气器(45)和加热设备(46)的中间装置之后，延伸到至少一个还原反应器(8)中，从该处有一根气体管被导入旋转层预热反应器(1)内，其中，碎矿石装料管(3)进入旋转层预热反应器(1)并且输送管离开旋转层预热反应器(1)，将预热过的碎矿石送入还原反应器内；而且，压缩和制团设备(48、49)按碎矿石流动方向被安排在还原反应器(8)以后。
(图1或图2各自与图3组合)
3.权利要求2中所述的设备，其特征在于，旋转层还原反应器(8)包括较小直径的下部(23)和沿着所述下部而行的较大直径的上部，其中，从下部导到上部的转换装置被设计成圆锥形转换段，而且用于还原气体的第二支管进入圆锥形转换段(19)。
4.权利要求2或3所述的设备，其特征在于，提供一个在旋转床(18)的水平面上具有细碎料排放装置(36)的旋转层还原反应器(8)，来自碎料排放装置的输送管(37)导入气动输送装置(33)，它又顺次导入制团设备(49)。
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