CN1176310A - 熔融还原生产生铁的方法和设备及形成这种工厂的方法 - Google Patents

Abstract

通过用包括至少一个进行熔融还原工艺的冶金容器8的设备取代高炉(1),同时至少部分地保留现存炼铁厂的下列构成部分的至少一种来改造现存炼铁厂而构成用煤和含氧气体熔融还原法炼生铁的工厂,所述构成部分为:i)铁矿石储料仓(4),ii)焦炭储料仓(5),用作煤储料仓,iii)铸铁场(18),用于冶金容器出铁出渣,iv)包括除尘装置(24)的热气排放系统(23),v)冷却水供应系统(25)。

Description

熔融还原生产生铁的方法和 设备及形成这种工厂的方法

本发明涉及形成以熔融还原法自铁的氧化物生产生铁的工厂的方法，在熔融还原法中铁的氧化物被煤和含氧气体还原。本发明还涉及用此法而形成的工厂和涉及在这种工厂中进行生铁生产的方法。

多年以来，生铁一直用已知的高炉法在高炉中生产，在高炉中团状的铁的氧化物，如烧结矿或球团矿基本上用焦炭和热风(空气)还原。高炉是构成炼铁厂的一个部分的冶金容器，炼铁厂包括，例如：储存铁矿石和焦炭的储料仓、将铁矿石和焦炭供到高炉内的料车卷扬机、带有出铁和出渣装置的铸铁场、带有除尘装置的高炉热气排放系统和冷却高炉耐火炉衬的冷却水系统。焦炭是由煤在焦化厂中在约1000℃干馏制成的。这使得挥发性组分自煤中逸出并产生焦炭，它提供了在高炉中的坚固的多孔结构。炼焦是昂贵而有害于环境的。

现代高炉的炉缸直径通常为12-14m，年产量为3-4百万吨生铁，而当新建时，需要10亿FL(约6亿美元)的投资。

在炉役期内，对于具有现代耐火炉衬的高炉而言，该期可延续十年以上，高炉连续运行，而根据更换耐火炉衬的需要确定何时结束。在炉役期结束时，高炉停炉修理(换炉衬)。

在世界各地关于开发可供选用的熔融还原生产生铁的工艺的工作已持续数十年了，以这些方法，铁的氧化物基本上用煤和氧或含氧气体还原。这些方法在专题文献中以名称(商标)AISI Direct Ironmaking.CCF.Corex.DIOS和Hismelt公知。这些方法的优点在于生产生铁不需要焦炭，及按某些方法，即CCF.DIOS和Hismelt法，可省去由造团(造球)来准备矿石的过程。AISIDirect Ironmaking，CCF和DIOS被称为渣熔池还原法，按此法，铁矿石的终还原发生于浮在生铁水面上的渣层中。CCF法述于EP-A-690136，EP-A-686703和不久将公开的欧洲专利申请96200246.5和962000774.6中，为详细了解应参考这些文献。Hismelt法是所谓的铁熔池还原法。

直到目前只有Corex法以工业规模应用。但该法消耗大量的煤和产生大量的气体。

虽然通过开发上述的其它的方法达到了预期的效果，但还没有旨在工业性应用的突破，这部分是因为用于这些方法的设备投资不比高炉设备明显地低及因为其生铁的成本不比高炉生铁的成本低。

关于CCF法的实验性工作述于“Steel Times”(published inUK).May 1993.page 220。在直接还原铁矿石的第一次尝试中，将高炉改造以便进行直接还原试验，其中用煤代替焦炭，但铁矿石为成团态。为避免需要团状的矿石，设计了称为旋风转炉(CCF)的新炉型，它有作为其下部的形状类似于转炉的终还原容器，和一个直接装在其上方的旋风反应器。矿石在旋风反应器中被产于下部容器的还原过程气体预还原。在下容器中，借助煤和氧将矿石终还原，氧有助于该气体的二次燃烧，从而提供热。

还提到的是，DE-A-3608150和DE-A-3720648叙述了直接还原氧化物的工艺和容器。尤其是，DE-A-3720648提出通过增加在两个水平面上喷空气来适应高炉。

本发明的目的在于提供构成熔融还原炼铁厂的方法，该炼铁厂及炼铁方法，它们的投资和生铁成本比高炉低。

按照本发明的第一个目标，提供构成由熔融还原法生产生铁的工厂的方法，以该法，铁的氧化物借助煤和含氧气体被还原，该法包括的步骤为通过用包含至少一座适于进行熔融还原法的冶金容器替代炼铁厂中的现存的高炉，而同时至少部分地保留现存炼铁厂的下列组成部分的至少一种，从而将现有的炼铁厂转变为适于熔融还原法的工厂。

i)将铁矿石供给冶金容器的储料仓，

ii)将焦炭储料仓作为将煤供给冶金容器的储料仓，

iii)有出铁出渣装置的，以便用于此冶金容器排铁和渣的铸铁场，

iv)自高炉排放热气的，包含除尘装置的排气系统，以便控制自熔融还原过程中的气体排放，

v)高炉的冷却水供应系统，以便作为此冶金容器的冷却水供应系统。

现存炼铁厂中的上述组成部分的两种或多种的任意组合都可保留在新厂中。

按本发明的另一目标，提供了以上述本发明方法而构成的工厂。

本发明还包括在按本发明上述方法构成的工厂中，用煤和含氧气体生产生铁的方法。

在本发明中，最好是熔融还原法属这种类型：它含使用还原过程气体的铁的氧化物的预还原和预还原的铁的氧化物的终还原过程，其中，此预还原的铁的氧化物在终还原容器中主要用煤和氧气终还原，而该还原过程气体是在该容器中产生的。更好地是，在进行终还原过程的终还原容器中，生铁的产率在40-120吨/m²(单位终还原容器横截面积)/24小时的范围内。对此，AISI Direct Ironmaking，CCF，DIOS和Hismelt法是适合的。Corex法的生产率低。对于这些方法而言，通过终还原容器的空的内部截面的过程气体的平均垂直流速为，例如1-5m/秒。

较好地是，在用于取代高炉的终还原容器中的生铁的生产率至少等于高炉炉缸截面相当的高炉的生产率，而且是大于60吨/m²/24小时。对此，AISIDirect Ironmaking，CCF，及DIOS法是适合的。至于终还原容器的设计，Hismelt法不适于用来取代高炉。

较好地是，铁的氧化物的预还原过程在其中供氧的熔融旋风反应器中进行，在还原过程气体中保持燃烧(CCF法)。由于预还原产物的密实性，所以CCF法尤为适合。由于DIOS和AISI Direct Ironmaking法的预还原产物的尺寸和复杂性，它们不太适合，这种预还原物可能在高炉设备中不易容纳。本申请人在生产率，高炉法和熔融还原法的一定程度上的相容及可通过将高炉设备改造为熔融还原而获得的优点方面的角度上的成功是令人惊讶的。这种改造可在高炉炉役末期或更早时进行。

由于生产率很相近，所以铁矿石和煤或焦炭的供应量以及储存和供应它们的设备部分也是可相容的。排出生铁和渣及过程气体的设备部分也是可相容的。

通过本发明，由于不用焦炭及采用不使用球团的投资费用很低的某种熔融还原法，达到了明显低于高炉法的，最多为FL50.00(约30.00美元)/吨生铁的低成本，上述的投资费用和修炉的费用相比是很低的。

较好地是，终还原容器中的压力范围为1-5大气压。依据预期的生产率适当选择压力。以这种方式，在某种情况下可使熔融还原法的生产率实际上与高炉的生产率相同，结果两种工艺和设备实际上是可完全相容的。

较好地是，在这种被采用的工厂中，将实际上的生铁生产率保持得低于每吨有最低可能耗煤量的生铁的生产率，而且还原过程气体的实际生产率与和有最低可能煤耗的生铁的这种生产率相对应的生产率相比有所提高。因此，生铁的实际生产率可比有最低可能煤耗的生铁产率低0-30％，而还原过程气体的实际生产率可比与有最低可能煤耗的生铁的生产率相当的生产率高0-30％。

因为焦炭是昂贵的原料，所以按高炉法用所有类型的手段，如喷煤粉末达到最低可能的焦炭消耗。但是，高炉法必需用300kg/吨生铁的最小量的焦炭。用熔融还原法，尤其是CCF法就有相对于500-640kg/吨(煤的气化)的最低煤耗提高煤耗的可能性。这降低了生产率而提高了离开熔融还原设备的过程气体的数量和能含量，此过程气体可用于产生能量。

如上所述，该取代高炉的冶金容器最好包含一个终还原容器及一个直接在此终还原容器之上并与之开通的熔融旋风反应器。

在炼铁厂包含围绕高炉的钢结构的场合下，最好将冶金容器设置在被保留的钢结构中。若进行熔融还原的设备包括用熔融还原过程排出的气体将水加热的锅炉，那么也可将锅炉设置在此钢结构中。

因此，冶金容器可包含一个特征最大直径不大于被更换的所述高炉的特征最大直径的终还原容器。

以这种方式可不太昂贵地进行炼铁厂改造的工作，而且将投资保持得很低。

根据本发明中使用的特定的熔融还原工艺，含氧气体可以是空气、富氧空气或氧。CCF法要用氧，可通过在改造炼铁厂时增添制氧设备而得到氧。氧用于炼钢，所以炼铁和炼钢车间已有制氧能力，炼钢对氧中低氮含量的严格要求不应用于CCF法的生铁生产。因此可方便地将低级制氧设备增加到已按本发明改造的炼铁厂中。

因此，在含氧气体为氧，而冶金容器包含终还原容器及向其供氧的熔融旋风反应器的场合下，该改造方法可包括对现存的高炉设备增添制氧厂。

现在通过非限制性的例子并参考附图来叙述本发明的实施方案，其中的图1是使本发明具体化的炼铁厂的示意性和图解性的侧视图。

图1示意性地展示了现存炼铁厂改进后的状态，其中，对于炼铁而言，用熔融还原的CCF法替代了高炉法。但本发明不限于这种熔融还原法，而且还适用于其它的熔融还原法，如上面讨论过的方法。图1中的虚线表示改进后不再需要的和被拆除的现存炼铁厂的那些部分。改造中增加的新厂部分用实线示出。在现存工厂中，通过上料卷扬机2和料钟3自储料仓4和5分别向高炉1供烧结矿或球团矿状的铁矿石和焦炭。自热风炉6并经热风管7供热风(空气)。在改造中，高炉1被熔融还原铁的氧化物的冶金容器8取代。图1示出了，这种熔融还原容器属CCF型(Cyclone ConverterFurnace)，它具有在其中发生铁的氧化物预还原和熔化的旋风反应器9和终还原容器10，其中有生铁水11及浮在其顶上的渣层12。旋风反应器9就装在终还原容器10之上，从而形成一个单一的单元，而且二者以直接开通的通道彼此相通。

自储料仓4经供料系统13将铁的氧化物供到CCF容器8的旋风反应器9。这些铁的氧化物可包含铁矿石的集团物和高炉或转炉粉尘。在CCF法的场合下，该铁矿石可不成团块地供应。

自储料仓5经供料系统14将煤供至终还原容器10。经输送管线15将氧送至旋风反应器9并经输送管线16将其送至终还原反应器10，这些都由新制氧厂17供应。

因为在改造后继续采用现存炼铁厂的很多部分，所以形成本发明在投资成本上的很大的优点，所述的这些部分是不需很多改装的。

在此情况下，自现存炼铁厂保留的部分是带有出铁19，出渣20装置的铸铁场18，和现适于冷却旋风反应器9和终还原容器10的冷却水供应系统25，以及储料仓4，5。此外，旋风反应器9和终还原容器10的被装在原高炉1的钢结构21中。直接还原过程中所产生的过程气体，以1400-1800℃的温度自旋风反应器经新的加热水锅炉22并经带有除尘装置24的现存高炉的排气系统排放。

Claims (14)

1.一种形成熔融还原炼铁厂的方法，其中铁的氧化物被煤和含氧气体还原，该方法包括的步骤为：通过用包含至少一个适于进行所述熔融还原的冶金容器(8)的装置取代现存炼铁厂中的高炉(1)，而同时至少部分地保留现存炼铁厂的下列的组成部分的至少一种，而将现存的炼铁厂改造成所述的熔融还原厂：

i)铁矿石储料仓(4)，

ii)焦炭储料仓(5)，作为煤的储料仓，

iii)带有出生铁和渣装置的铸铁场(18)，为所述冶金容器出铁和出渣，

iv)包括除尘装置(24)的高炉排放热气的排气系统(23)，为控制自所述熔融还原过程的排气，

v)所述高炉的冷却水供应系统(25)，作为所述冶金容器(8)的冷却水供应系统。

2.按照权利要求1的方法，其中所述的冶金容器(8)包含终还原容器(10)及直接在所述终还原容器(10)之上并与其开通的熔融旋风反应器(9)。

3.按照权利要求1或2的方法，其中所述的炼铁厂包括围绕所述高炉的钢结构(21)，而所述的冶金容器(9，10)被置于保留下来的所述钢结构中。

4.按照权利要求3的方法，其中所述的进行所述熔融还原的设备包括一个锅炉(22)，在其中水被自所述熔融还原过程排出的气体加热，所述锅炉被设置在所述的钢结构中。

5.按照权利要求1-4中任一项的方法，其中所述的冶金容器(8)包含特征最大直径不大于被更换的所述高炉的特征最大直径的终还原容器(10)。

6.按照权利要求1-5中任一项的方法，其中所述含氧气体为氧，而所述的冶金容器(8)包含终还原容器(10)和向其供氧的熔融旋风反应器(9)，该法包括对现存炼铁厂增添制氧厂的步骤。

7.一个进行熔融还原炼铁的工厂，它通过权利要求1-6中任一项的改造方法形成。

8.一种通过用煤和含氧气体进行熔融还原铁的氧化物炼生铁的方法，该方法在权利要求7的工厂中进行。

9.按照权利要求8的炼生铁方法，其中所述工厂的所述冶金容器(8)包含终还原容器(10)，而所述容融还原包括如下步骤：

(a)通过下面步骤(b)获得的还原过程气体完成铁的氧化物的预还原，

(b)完成自步骤(a)的预还原的氧化物的终还原，所述的终还原是在所述的，向其供煤和氧的终还原容器(10)中进行的，所述的还原过程气体于其中产生。

10.按照权利要求9的炼生铁方法，其中，在所述终还原容器中，所述步骤(b)的终还原的生铁生产率在40-120吨/m²(终还原器单位横截面积)/时范围。

11.按照权利要求9或10的炼生铁的方法，其中，所述工厂的冶金容器(8)除终还原容器(10)之外包含熔融旋风反应器(9)，所述的步骤(a)的预还原在带有向其供氧的所述熔融旋风反应器中进行，从而在所述还原过程气体中保持燃烧。

12.按照权利要求9-11中任一项的炼生铁的方法，其中在所述终还原容器中保持范围为1-5大气压的压力。

13.按照权利要求8-12中任一项的炼生铁的方法，其中，将实际的生铁产率维持低于对应每吨所产生铁的可能最低煤耗的生铁产率，使所述还原过程气体的实际产率相对于与有最低可能煤耗的生铁的产率相应的产率有提高。

14.按照权利要求13的方法，其中所述的生铁实际产率比有最低可能煤耗的生铁产率低0-30％，而所述的还原过程气体的实际产率比与所述有最低可能煤耗的生铁产率相应的产率高0-30％。