CN1182259C - 熔融生铁的制法 - Google Patents

Abstract

一种熔融生铁的制法，包含下列步骤：还原铁矿粒子，以形成含有过剩的自由碳的预还原铁；将仍保持热度的预还原铁传送到熔炉中；于熔炉中熔解预还原铁，以便得到熔融生铁。

Description

熔融生铁的制法

                         技术领域

本发明涉及熔融生铁的制法。

                         背景技术

这些年来，有人已对发展还原-熔解方法以替代鼓风炉中熔融生铁的制造做了许多努力，特别是使用小量的生产单位及避免材料的准备，也就是直接取用细微的矿石和煤。此类方法令人感到兴趣，主要因为其可以避免相当大的投资，来建立例如焦煤生产工厂和矿石制粒工厂。

但现在所使用的方法仍有许多缺点。

此种制造生铁的方法所直接遭遇的其中一个困难在于：此方法的两个要素-直接还原和熔化-需要不同的操作条件。这是因为在还原铁矿粒子时，尝试要维持还原的气氛，而在熔化时则必需注入大量的氧气，以便含碳燃料中的能量利用效率会更好。

于已知的方法中，来自熔炉的气体乃注入预还原炉中。当来自熔炉的气体的一氧化碳很少而二氧化碳很多时，此类气体大量注入到预还原炉中将会扰乱铁矿的还原。

于此方法的改进型中，来自熔炉的热气体在注入到预还原炉时富含一氧化碳。来自熔炉的富含二氧化碳的气体则和某些煤接触，因而大部分的二氧化碳和煤反应而转换成一氧化碳。来自熔炉的气体所增加的还原力当然会促进预还原炉中的反应。然而，此操作很耗费能量。

因此最好能直接从预还原铁粒子得到制造生铁的最佳方法。

文献WO 97/17473涉及一种由金属氧化物生产金属和金属合金的方法。该方法的第一步中，金属氧化物和/或部分还原金属氧化物和一固体含碳材料注入一预还原容器，以部分还原此金属氧化物和/或部分还原金属氧化物，至少释放固体含碳材料中的一部分挥发成分。在第二步骤中，继续进行部分还原金属氧化物的还原，以便生产熔融金属。为此，部分还原金属氧化物和在第一步中至少部分去挥发成分的固体含碳材料注入容纳熔融金属和熔渣的还原/熔炼容器。

在WO 97/17473的方法的第一步中最好包括在第一预还原容器中对金属氧化物的干燥、预热和部分还原步骤，其中有来自还原/熔炼炉和/或第二预还原容器的气体。然后，预还原、干燥和预热的金属氧化物被与固体含碳材料一起传送到第二预还原容器中，以便继续金属氧化物的还原和固体含碳材料的部分挥发成分的释放。

文献DE 4240197-A涉及由金属氧化物生产生铁的方法。铁矿首先在一还原单元中处理，然后引入熔炼单元。

在还原单元中，包括一氧化碳和氢的还原气体从下到上流动。铁矿和选择的添加剂从上到下地移动，然后排出以便继续下一步在熔炼单元中的处理。还原气体来自熔炼单元。还原单元包括一组气体分布平台，以之字形倾斜串联安排，铁矿和选择的添加剂沿其向下通过炉子。粗粒金属氧化物和任何需要的添加剂引入还原单元的上部。细粒金属氧化物引入还原单元的中部，细粒的添加剂引入还原单元的中部或下部。

还原气体从还原单元上升，通过与添加剂选择混和的从上向下移动的铁矿，这样进行还原，同时使得其基本不含这些层中携带的灰尘。

文献JP 62188714-A公开一种生产生铁的方法。一固定床还原/炼焦反应器中加入铁矿和煤，以便预还原铁矿，将煤转换为焦炭。预还原铁矿和焦炭用于填充一精炼炉，使用氧气熔化它们。

                          发明内容

本发明的目的为提出一个制造生铁的最佳方法。

根据本发明，此目的可由熔融生铁的制法来达到，其包括以下步骤：

(a)还原铁矿粒子，以形成含有过剩的自由碳的预还原铁。

(b)将热量仍高的预还原铁传送到熔炉中。

(c)于熔炉中熔化预还原的铁粒子，以便得到熔融的生铁。

依照本发明的一个重要方面，步骤(a)包含了下列步骤：

(a1)将铁矿导入具有数个炉床重叠的多炉床炉中，且沉积在多炉床炉的最上层炉床上，

(a2)将铁矿逐渐传送到较低的炉床中，

(a3)将含碳还原剂加入一个或多个较低炉床中，其数量足以还原铁矿并确保有过剩的自由碳，

(a4)将多炉床炉加热，且铁矿和含碳还原剂及由含碳还原剂在适当温度所产生的气体接触而加以还原，

(a5)由含碳还原剂所产生的过剩气体于该多炉床炉中的上部被燃烧，且利用所产生的热量将铁矿干燥及预热。

熔渣形成剂也可在步骤(a)或步骤(b)时加入。这些熔渣形成剂最好是从由石灰、石灰石助熔剂、氧化镁和其混合物所组成的群集中选择出来。

预还原铁在传送到熔炉前加以压缩是有利的。而所形成的砖块则含有预还原铁、过剩的自由碳及熔渣形成剂(如果需要的话)。由于砖块比形成它们的粒子的密度较高，因此有下列的优点：它们更容易穿过在熔炉中的熔融生铁浴，较小量的预还原铁会困在覆盖熔融生铁的熔渣层中，且较小部分的铁和自由碳会被由熔炉所逃离的气体带走。而仍然要指出的是其压缩后仍然相当的轻，因为此砖块不需要有相当大的稳定性或高密度，因为它们并不是要储存起来，而是在热度仍高时就马上传送到熔炉中。

于步骤(a)末了时，过剩的碳有利的范围是在7％和15％之间，且最好是靠近10％左右。

固态含碳还原剂是选自煤或者是液体或固体的石油制品。于含碳还原剂中所含的易挥发性部分是在其留存于多炉床炉中时即消除了，且其中的硫磺也部分消除了。

其中部分的过剩碳在步骤(c)中消耗掉了。

依照一特别的执行方法，此熔炉为一电弧炉。

在步骤(c)时注入氧气，以便燃烧过剩的自由碳，且因而贡献了于步骤(c)熔化时所需的大部分能量。再者，过剩的自由碳对于结束还原反应及将生铁碳化是有用的。

特别要注意的是：依照本发明的方法中，来自熔炉的气体并不注入还原炉中。还原程序因而不会被这些具有高氧化力的气体所干扰。

本方法的其中一个优点为这两个反应炉的功能都将最佳化。实际上，预还原产品的制造结合过剩的自由碳将增加还原的速度且增加金属化的比率，但也会增加制造此预还原铁粒子的成本。传统制造预还原铁的方法中，目的是为了要得到仅含有少许或者甚至没有残余碳的成品，因为当然在成品中没有反应而残留的碳代表了额外及不经济的制造成本。

为了要得到此过剩的自由碳，因而必须在还原步骤中加入适当数量的含碳还原剂。

预还原铁中的过剩自由碳的另一个优点为：于还原炉的还原炉床中温度非常高，因而含碳还原剂(于此例中为煤)将释放其易挥发性的部分且相当程度的脱硫。结果在熔化步骤中，没有易挥发部分的煤比仍含有易挥发部分的煤更容易熔解到生铁浴中。另外，由于含碳还原剂在停留于还原炉时受到极高的温度，因而硫含量也减少相当多。以此方式所得到的生铁具有较低的硫含量。当然，在熔化预还原铁粒子时也可使用焦煤来代替煤，以得到碳的较高溶解率。然而，利用焦煤代替煤将增加制造成本且没有解决硫的问题。焦煤实际上并不含挥发性的材料；然而，在其制造时其和所用的煤含有实质相同数量的硫。

过剩的碳在熔炉中燃烧，因而使得粒子熔解时节省了电能。

只在多炉床炉中最后的炉床中加入含碳还原剂，将能利用来自气体的残余热量将铁矿粒子干燥及预热，且完全燃烧一氧化碳。分开的后燃烧就不需要。另外，这些最后炉床的高温更可降低自由碳中的硫含量。

因而它不是两个已知方法的并列，而是互相作用以产生不可预期的优点。

本发明其他特色和特征可从下面优选的方法的详细叙述而得出，此方法是一示范性例子，并参考附图给出。

                       附图说明

图1为依照本发明制造熔融生铁的方法的概略图示。

                      具体实施方式

图1所示为依照本发明制造熔融生铁的方法的概要示意图。于此图中可以见到预还原反应器，于此例中为多炉床炉10，铁矿粒子在其中还原而形成预还原的铁。预还原的铁接着在仍保持热度时传送到熔炉，于此例中熔炉为电炉12。预还原的铁在此熔解，而得到覆盖一层熔渣16的熔融生铁14的浴液。

因此，本方法的第一个步骤为铁粒子在多炉床炉10中还原。多炉床炉10包含一系列垂直分隔的环状炉床。铁矿粒子先导入上层的炉床，然后逐渐传送到较低的炉床。

在多炉床炉10的较低炉床，煤导入数个炉床中，如同箭头18所示。应该体会到：导入的煤将有足够的数量以还原铁矿粒子，并确保有过剩的自由煤。换句话说，预还原铁含有过剩的自由煤。将煤加入多炉床炉10的较低炉床中，最好使得熔炉10的出口处大约有10％的过剩自由煤。

铁矿的还原发生于与煤及煤所产生的气体的接触时，其是将多炉床炉10加热到高达1050°到1200℃。由煤所产生的过剩气体在多炉床炉10中上升，且于该炉的上面部分燃烧。此燃烧用来干燥并预热上面炉床中的铁矿。

特别要指出的是：导入过剩的自由煤将增加还原的速率及金属化的比率。而由于预还原的速率和生产力都增加了，此方法可将多炉床炉10的功能最佳化。

在多炉床炉10的出口，可将仍保有热度的预还原铁经由连接这两个反应炉的管路20传送到电炉12中。

含有过剩煤的预还原铁的制造和一般的制造条件并不相同，一般制造的目标是要使预还原炉中煤的数量最小化。然而，如同上面所解释的，自由的过剩煤将使多炉床炉10的功能最佳化。

另外，于电炉12中使用自由煤也可改善该电炉的操作状况。实际上，自由煤的挥发性部分在多炉床炉中已消除掉，且煤更容易溶入熔融生铁14的浴液中。在多炉床炉10中的硫化物也会大部分消除掉，以降低了熔融生铁14浴液中硫的浓度。

氧气喷枪21能注入氧气以燃烧过剩的煤。此燃烧所贡献的能量可熔化加入电炉的预还原铁。

熔融的生铁由电炉12经由中间的排放孔23排放到坩锅22中。

要注意的是：来自电炉的气体并未导入多炉床炉10中，而是由电炉12的顶盖26中的开口24抽出，如同箭头28所示。

熔渣形成剂先导入多炉床炉10中，或在预还原铁传送到电炉12时导入。从回收熔渣供后续处理的角度来看，则在电炉12的炉壁中提供了开口24以排放熔渣。

Claims (11)

1.一种熔融生铁的制法，包含下列步骤：

(a)还原铁矿粒子，以形成含有过剩的自由碳的预还原铁，所述还原步骤包括以下分步：

(a1)将铁矿导入具有数个炉床重叠的多炉床炉中，且沉积在多炉床炉的最上层炉床上，

(a2)将铁矿逐渐传送到较低的炉床中，

(a3)将含碳还原剂加入一个或多个较低炉床中，其数量足以还原铁矿并确保有过剩的自由碳，

(a4)将多炉床炉加热到1050-1200℃，且铁矿和含碳还原剂及由含碳还原剂所产生的CO气体接触而加以还原，

(a5)由含碳还原剂所产生的过剩CO气体于该多炉床炉中燃烧，且利用所产生的热量将铁矿干燥及预热；

(b)将仍保持热度的预还原铁传送到熔炉中，

(c)于熔炉中熔解预还原铁，以便得到熔融生铁，来自熔炉的气体不注入多炉床炉中。

2.如权利要求1所述的制法，其特征在于在步骤(a)或步骤(b)时加入熔渣形成剂。

3.如权利要求2所述的制法，其特征在于熔渣形成剂是选自由石灰、石灰石助熔剂、氧化镁和其混合物所组成的组中。

4.如前述任一权利要求所述的制法，其特征在于预还原铁在传送到熔炉之前加以压缩。

5.如前述权利要求1-3中任一项所述的制法，其特征在于过剩的碳的数量在7％到15％之间。

6.如前述权利要求1-3中任一项所述的制法，其特征在于含碳还原剂为煤。

7.如前述权利要求1-3中任一项所述的制法，其特征在于含碳还原剂的挥发部分在步骤(a)时移除。

8.如前述权利要求1-3中任一项所述的制法，其特征在于含碳还原剂在步骤(a)时去硫。

9.如前述权利要求1-3中任一项所述的制法，其特征在于过剩的碳在步骤(c)时消耗掉。

10.如前述权利要求1-3中任一项所述的制法，其特征在于熔炉为一电炉。

11.如前述权利要求1-3中任一项所述的制法，其特征在于氧气在步骤(c)时注入，以便燃烧部分的过剩的自由碳。