CN1213700A - 炼铁方法 - Google Patents

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Abstract

在反应器中燃烧煤和纯氧的条件下将铁矿石引入该反应器,使铁矿石被还原成熔融的铁。用一氧化碳通入形成在反应器底部的熔融铁相将其搅拌。在较佳实施例中,粉碎的铁矿石和纯氧切向地注入至炼铁炉内位于转化器段顶部的旋流器段,从而使铁矿石在旋流器段熔融并被初步还原。氧化铁的主要还原反应发生在炼铁炉的转化器段。

Description

炼铁方法
本发明要求1997年9月3日递交的、专利申请号为60/057,446的临时申请的优先权。
本发明涉及炼铁，特别是用熔融法生产铁。具体说，本发明涉及将一氧化碳引入炼铁装置的熔炼炉。
通常是将铁矿石、燃料(一般为煤或煤炭)和氧气引入炉子来生产铁。在炉子的顶部或炉子之上的反应室内，铁矿石(主要是氧化铁)通过与一氧化碳和碳接触而被初步还原为氧化亚铁，在炉子的下部，氧化亚铁与一氧化碳和其它还原性气体接触而被进一步还原为金属铁。一氧化碳是通过燃料的不完全燃烧而产生的，燃料与氧气一起被引入到炉子的下部。在此炼铁过程中，在炉子的底部形成一层熔融的铁，在熔融的铁的顶部形成一层矿渣，该矿渣是由与燃料一起引入炉子的成渣剂和包含在矿石中的杂质产生的。
排出炉子的废热气体通常包含下述(体积％)的气体：约10-35％的一氧化碳，约2-15％的氢，约40-55％的二氧化碳，余量大部分为氮气，水汽，硫化物(SOx,H2S等)和氮的氧化物(NOx)。废气中也带有固体矿石和灰分。废气通常是通过颗粒分离器以除去固体矿石和灰分，然后通过废气锅炉以回收热能，然后进行处理以除去硫和氮的氧化物，然后再进行燃烧以回收包含在气体中的一氧化碳的燃烧值，最后排至大气中。
为了提高炼铁过程的效率，可将惰性气流(如氮气)鼓人至熔融的铁中以搅拌熔融物，从而改善熔融物中未转化的氧化亚铁和一氧化碳及碳之间的接触。将氮气引入至炉子中有一些缺点。因为氮是惰性的并且没有燃烧值；必须将额外的燃料引入至炉子中以提供把氮气加热至操作温度所需的能量。此外，氮气增加了由炉子顶部排出的废气的体积，因此增加了用于炉子的废气处理装置的尺寸。还有，炉子内部的高温使得一些氮气转化为氮的氧化物，因此增加了废气中污染物的浓度，并且废气中氮的存在降低了该气体的燃烧值。
人们在不断地寻求提高炼铁过程操作效率的方法。本发明通过显著减少或全部避免将氮气故意地引入炉子中，通过提高在炉子中的燃料转化效率和通过减少燃料消耗以减少熔融铁中的硫含量来使操作效率得到显著提高。
本发明包括用还原性气体代替部分或全部引入至炼铁反应器中所形成的熔融铁相和/或矿渣相中的氮搅拌气体。
在一个概括的实施方式中，本发明包括由铁矿石生产铁的方法，该方法包括如下步骤：
(a)在带有储料区的反应器内使含碳燃料与氧气一起燃烧，从而产生热量和一氧化碳；
(b)在所述的热量存在下，使铁矿石和成渣剂在反应器内与一氧化碳接触，从而使矿石中的氧化铁转化为熔融的铁，并且在所述的储料区内形成熔融的铁相和炉渣相；以及
(c)定期从所述的反应器中排除熔融的铁和矿渣；
本发明的改进包括将还原性气体引入至熔融的铁相、至矿渣相或同时至该两相。
在本发明的一个较佳实施例中，其反应器包括上部的旋流器段和下部的转化器段。在该较佳实施例中，高纯度的氧气和铁矿石被切向喷射至反应器的旋流器段。此外，含碳燃料和高纯度氧气被导入至反应器的转化器段。
在另一个较佳实施例中，还原性气体至少有一部分是富含一氧化碳的气体。该富含一氧化碳的气体可以由含有一氧化碳的尾气来制备。在该实施例中，这种富含一氧化碳的气体可以使该含有一氧化碳的尾气通过一个除去二氧化碳的系统而得到。该除去二氧化碳的系统较好的是一个含有二氧化碳选择吸附剂的吸附系统。
另一个较好的方面，水蒸气、一种或一种以上氮的氧化物、一种或一种以上硫的氧化物或这些气体的任意组合被从含一氧化碳尾气中除去。
在本发明的另一个较好的实施例中，至少部分的还原性气体是使含有一氧化碳的尾气通过一个气体分离系统而得到的，该气体分离系统包含从含有一氧化碳的尾气中分离出氮、氩或其混合物的装置。在一个更佳的实施例中，该气体分离系统包含一种或多种吸附剂。在另一个较佳实施例中，至少部分的还原性气体是使含有一氧化碳的尾气不仅通过去除二氧化碳的系统而且通过上述的气体分离系统而得到的。该较佳实施例的一个更好的方面，是含有一氧化碳的尾气首先通过一个去除二氧化碳的系统，然后再通过气体分离系统。
在本发明的另一个较佳实施例中，至少部分的还原性气体是使含一氧化碳的尾气通过一个一氧化碳排除系统而得到的。在一个更佳的实施例中，该一氧化碳排除系统包含一种一氧化碳选择吸附剂。在另一个较佳实施例中，至少部分的还原性气体是使含有一氧化碳的尾气不仅通过除二氧化碳系统而且通过除一氧化碳系统而得到的，该含有一氧化碳的尾气是先通过除二氧化碳的系统，然后再通过除一氧化碳系统。
在另一个较佳实施例中，将一种稀释气体(选自氮、氩、二氧化碳或这些气体中的二个或多个的混合物)与所述的还原性气体一起(或者在该还原性气体以外)导入至熔融铁相中、导入至矿渣相中、或者既导入至熔融铁相中也导入至矿渣相中。在该较佳实施例中，所述的稀释气体可以由含有一氧化碳的尾气中得到。该还原性气体和稀释气体可以被一起引入或者被分别地引入至熔融的铁相中、引入至矿渣相中、或者既引入至熔融的铁相中又引入至所述的矿渣相中。该还原性气体和稀释气体可以通过一个或多个同心导管被一起引入或者被分别地引入至熔融的铁相中、引入至矿渣相中、或者既引入至熔融的铁相中又引入至所述的矿渣相中，其中该还原性气体是通过中心导管引入，而所述的稀释气体是通过外部的同心导管引入。
在本发明的另一个较佳实施例中，烃类燃料被引入至熔融的铁相中、引入至矿渣相中、或者既引入至熔融的铁相中又引入至所述的矿渣相中。所述的还原性气体和烃类燃料可以作为混合物被引入，它们也可以被分别地引入至这些相中。在这较佳实施例的一个更好的方面，所述的燃料为甲烷。
在本发明的另一个较佳实施例中，还原性气体和/或烃类燃料是被一起引入或被分别地引入至反应器内矿渣相上方的气相中。在更佳的实施中，所述的燃料为甲烷。
附图说明了在一个旋流器-转换器-炉子系统中实施的本发明的一个较佳实施例。
本发明提供了将还原性气体引入至炼铁炉下部的改进。本说明书中，“还原性气体”是指含一氧化碳和/或含氢气体，该气体中一氧化碳和氢气的摩尔总数与二氧化碳和水蒸气的摩尔总数之比至少为5。该还原性气体可以包含基本上纯的一氧化碳、基本上纯的氢气、或这些气体中的一种或两种与烃类(特别是甲烷)的混合物。较好的还原性气体是富含一氧化碳的气体，即：至少包含60％(体积)一氧化碳的气体。
还原性气体有几个用处。一部分还原性气体在炉子需要使最终剩余的氧化铁被还原为金属铁的时刻提供了附加的还原作用。其余的还原性气体起燃料的作用，用于加热炉子的下部。用还原性气体来代替传统的用以搅拌熔融铁层和矿渣层的氮气，还带来了附加的好处：通过将还原性气体直接引入至熔融物质和/或矿渣内，可使熔融物质和矿渣内的氧化铁与还原性气体之间接触更好；可减少在炉子中必须加热的惰性气体的总量和减少必须从废气中分离出来的惰性气体的总量(如果想从废气中回收二氧化碳副产品的话)。使用循环的富含一氧化碳的气体作为还原性气体还有一个额外的优点，就是减少从熔炼炉系统排出的一氧化碳净量，从而降总燃料消耗量，并减少或消除了使用一氧化碳作为废燃料气。
本发明可用于任意的炼铁过程，在该过程中的铁矿石是在炉子中被还原，而熔融的铁结集在炉子底部，所述的炉子包括鼓风炉和电弧炉，然而为了便于说明，这里将其描述为用于旋流转化炉法来生产铁，这是本发明的较佳实施例。
CCF炼铁反应器是一个包含两区的炉子，它包括一个位于传统的熔融器/转化器顶部的旋流器段。将细颗粒铁矿石和成渣剂的混合物与高纯度氧一起气动切向喷射至旋流器段。在本发明说明书中，“成渣剂”是指炼铁反应器中帮助形成矿渣的物质，包括碱性物质(诸如石灰，石灰石，氧化镁等)，和酸性氧化物(诸如氧化铝，氧化硅等)。“高纯度氧”是指至少含有90％(体积)氧气的气体。用于本发明方法的较好的高纯度氧是富氧空气、氧—氩气体混合物或基本上纯净的氧。在旋流器段，在作涡流运动的矿石与由炉子转化器上升的热还原性气体激烈混合。这使矿石熔化并被部分还原，熔融的、被部分还原的矿石结集在旋流器段的水冷边墙上，并且从墙上流下至液浴。热的上升气体是通过燃料(例如煤)与纯氧在液态熔融物中以及在液态熔融物之上燃烧而产生的。将煤和氧气引入至反应器的转化器段一般通过气动或重力流过导管，该导管从反应器的顶部向下延伸至转化器段。煤燃烧成为一氧化碳和二氧化碳，同时产生热量。在反应器的转化器段所产生的一氧化碳完成了氧化铁还原成为熔融铁的反应。
由以下说明并参照附图，可以更深入理解本发明。附图显示了一个旋风转化炉(CCF)炼铁装置，包括以下单元：CCF反应器A；颗粒分离器B；废热回收单元C；废气预净化器D；二氧化碳去除单元E；气体干燥单元F；惰性气体去除单元G；和循环气体压缩器H。为了便于讨论，单元G一般称为氮气去除单元，虽然它可以是用以从废气中去除其它惰性气体(如氩)的单元。
CCF反应器A包括旋流器段2和转化器段4。旋流器段2具有一个水冷侧墙(图中未示)，并且装有切向放置的矿石喷入口6。燃料和氧气加料导管8从反应器A的顶部垂直向下延伸至反应器的转化器段4。煤供料线路10和氧气供料线路12连接到导管8的顶部，通过供料线路14输送的铁矿石和石灰用高纯度的氧气(氧气通过供料线路16供料)通过线路18气动输送至喷入口6。位于反应器A底部的是矿渣和熔融铁去除口20和22，以及气体喷射枪24和26。
废气出口管线从反应器A的顶部向上升并且连接到颗粒分离器B的进口端。分离器B可以是任意的适合于使无机颗粒与热的气体分离的灰尘收集器。适合于颗粒分离的典型的分离器有静电沉积器，旋风涡流分离器和袋滤器。微细粉末回收线路30将分离器B的颗粒排出端连接至线路14。净化废气管线32将分离器B的气体出口连接至废热回收单元C的进口。单元C可以是任意合适的能量回收装置，例如废热锅炉或汽轮发动机。另一方面，分离器B和热回收单元的位置可以交换，或为了便于操作，可以将这两个单元组合成为单个的组合单元。线路34连接单元C的出口端与预处理单元D的入口端。D单元用于从废气流中除去硫的氧化物和氮的氧化物。为此目的，可以包括除去硫的化合物的装置，例如以碳酸钾洗涤器为基的装置，以及以氨为基的装置，用于把氮的氧化物还原为氮。还原得到的硫和氮的产物可以通过管线36排出单元D。净化气体线路38将预处理单元D的出口连到气体干燥器E的入口，所述的气体干燥器E可以包含任意合适的干燥剂，例如氧化铝或硅胶。干燥气体排出线路40将干燥器E的出口连到二氧化碳分离器F的进口。
分离器F可以是任意能从其它气体中有效地分离出二氧化碳的单元。例如，它可以是使用乙醇胺作为吸附剂的一种吸附装置、一种膜分离单元、或一种装有二氧化碳选择吸附剂(诸如氧化铝或13X沸石)的吸附系统。分离器F具有二氧化碳产品卸出线42和贫二氧化碳气体线44。当分离器F为一种吸附系统时，它一般最好将干燥器E置于分离器F的下游，因为二氧化碳洗涤剂常常是一种水成液，它会使贫二氧化碳气体含有饱和水蒸汽。线路44连接到氮分离器G的进口端，它可以是任意用以除去惰性气体的合适系统，但一般是一种含有一种或多种选择性地从干燥废气流中吸附氮和/或氩的吸附系统。
合适的吸附剂包括，例如13X沸石，Ag+交换型X沸石等。分离器G装有惰性气体排出线46，并且通过管线48连到压缩器H。
一氧化碳压缩气体管线50连接到熔融铁相搅拌气体供料线路52或矿渣相搅拌气体供料线路54之一或两者。线路52的下游端连接到搅拌气体喷枪24，而线路54的下游端连接到搅拌喷枪26。虽然该系统显示了一个矿渣相搅拌喷枪和两个熔融铁相搅拌喷枪，但是可以用任意个数的搅拌喷枪来对这些区的材料提供搅拌。在附图所说明的系统中，一氧化碳和氮的输入管线56和58分别连接到线路50。
在另一个实施例中，分离器F和/或G被一个一氧化碳分离器(图中未示出)替换，该一氧化碳分离器可以是任何合适的一氧化碳去除系统，但最好是一种具有选择吸附一氧化碳的吸附剂的吸附装置。典型的用于一氧化碳分离装置的一氧化碳选择吸附剂是用Cu+离子或Ag+离子浸渍过的或用Cu+离子或Ag+离子交换过的吸附剂。合适的吸附剂的例子是氯化铜浸渍过的氧化铝，铜离子交换型X沸石，银离子交换型X沸石，沸石5A等等。
分离器F和/或分离器G和/或上述另一实施例中的一氧化碳分离器(当它们中的任一个或全部是吸附系统时)可各自包括单个的吸附单元或一组同步运行的吸附单元，或者不同步运行的多个吸附单元或吸附单元组，视需要而定。当使用包括单个吸附单元或同步运行的单元组的系统时，吸附步骤必需定时地停止，让吸附床再生；而使用多个并行不同步运行的吸附单元时，就可以有一个或多个单元处于吸附阶段，吸附所需的气体组分，而有一个或多个单元在进行再生，解吸和收集所吸附的气体组分。本发明的吸附系统是循环运行的。在较佳的吸附系统中，循环重复的方式可使所需的气体产物基本连续地生产出来。在本发明的较佳实施例中，吸附过程是在多床系统进行，该系统包括一组并行放置不同步运行的吸附器，可连续地生产非吸附和吸附的组分。
在另一个实施例中，在工艺线上省略了分离器G，而在管线38或44中安装了排气管线，以便从系统中排出充分多的气体，防止在系统中积累氮气和/或其它惰性气体。当希望使用一氧化碳和氮气的混合物，一氧化碳和氩气的混合物，或者一氧化碳、氮气和氩气的混合物作为搅拌气体时，可有利地应用该实施方式。
在另一个实施例中，在工艺线上省略了分离器F和G，而安装了排气管线，以便排放掉一部分由预处理单元D放出的气流。当认为不必从循环气流中去除所有的二氧化碳和氮气时，可有利地应用该实施方式。
在用附图所示的系统实施本发明时，将燃料(较好是细煤粉)和纯氧分别通过管线10和12连续输入至反应器内并在其中燃烧，因此产生热量、一氧化碳和二氧化碳。热的气体向上通过反应器A的区段4和2，然后经废气排放管28排出反应器外。当反应器A内的温度达到所需的运行温度(约1500-2000℃)时，将磨细的铁矿石和石灰的混合物通过管线14引入至管线18，在该处被来自管线12的纯氧流化，流化的混合物通过切向的入口6注入反应器A的旋流器段2。磨细的铁矿石-石灰石混合物快速地绕旋流器2的内部旋转，并与由旋流器上升的热气体紧密接触。铁矿石很快熔融，并按下列反应式部分还原为氧化亚铁：
            
熔融和部分还原的氧化铁被离心力抛掷至反应器A的水冷侧墙并滴下至反应器的转化器段4。熔融的铁矿石不断地被通过管线8进入区段4的煤的燃烧所加热，与额外的一氧化碳接触，按下列反应式进一步被还原为金属铁：
                   
熔融的铁与石灰和铁矿中所含的杂质一起在区段4的底部形成一个两层的液池，熔融的铁构成底层60(熔融铁相)，杂质构成顶层62(矿渣相)。在工艺过程中，定期地将矿渣和熔融的铁通过管线20和22排出反应器A。
在传统的CCF方法，氮气通过管线58和52引入至系统中，经喷枪24和/或26向上鼓泡通过熔融铁相和矿渣相，以搅拌铁矿石和矿渣从而促使铁矿石基本上完全被还原。在本发明中，氮气部分或全部被一氧化碳取代，一氧化碳的一部分或全部可通过管线56进入系统，或作为循环气流从反应器A的废气中得到，再按上所述纯化和回收。
通过管线28离开反应器A的废气的温度约为1800℃。这种气体，如上所述，按体积计，含有约10-35％一氧化碳，40-55％二氧化碳，其余主要为氮气，水蒸气，氮的氧化物和硫的氧化物，一般是处理去除夹带的固体，在废热系统中处理以回收热能，净化去除硫的化合物和NOx，然后燃烧以进一步从该气体中未反应的一氧化碳回收能量。
根据本发明的一个方面，循环至反应器中的一氧化碳是通过一系列步骤由废气回收的。第一步，废气在颗粒分离器B中净化。回收的粉状颗粒含有铁矿石碎屑、石灰和煤，可以将其从系统中去除，但较好是通过管线30循环至铁矿石/石灰供料管线14，重新引入至反应器A。然后将净化的废气送至废热回收单元C，在该处被用来产生热和/或机械能或电能。排出单元C的冷却气体通过管线34而进入预处理单元D，在该处硫的化合物和NOx蒸汽被通过管线36去除。净化的气体其次通过干燥器E去除水蒸汽，再送至任选的二氧化碳回收单元F以分离二氧化碳。二氧化碳通过管线42由系统排出，在本发明的一个较佳的实施例中，一部分或全部的二氧化碳被进一步处理，以高纯度副产品的形式回收。纯化、干燥并去除了二氧化碳的气流通过管线44离开分离器F并进入任选的分离器G，在该处氮气和/或其它惰性气体从废气流中分离出来，通过管线46排出至系统之外。这时离开分离器G的气流基本上由一氧化碳构成。将该气流压缩，然后通过管线52和/或54以充分高的压力重新引入至反应器A，用以提供熔融铁层60和矿渣层62所需的搅拌。
如前所述，循环回反应器A的一氧化碳可以由废气回收得到，这时用一个可从干燥废气中去除一氧化碳的分离器取代分离器F和/或G。前面也已说明，分离器F和G之一或两者可以在系统中省略，而从系统中排放掉充分多的废气，以避免二氧化碳和/或氮气和/或其它惰性气体在系统中积累，再将其余的气体混合物循环回反应器A。
如上所述，用以搅拌熔融铁相和/或矿渣相的还原性气体中可能希望含有氮气和/或二氧化碳。氮气和二氧化碳可能有利于防止或尽量减少还原性气体对风嘴的腐蚀。二氧化碳的附加的好处是通过下述反应将熔融铁中的碳组分还原并产生附加的一氧化碳还原气体：
                         
所述的氮气和/或二氧化碳可以与还原性气体混合或者与还原性气体分开地引入反应器A中。在较佳的的实施例中，风嘴可包括同心的导管(未示出)，还原性气体通过内导管引入反应器A，而氮气和/或二氧化碳通过内导管壁与外围同心导管壁之间的环状空间引入。这可进一步保护内导管的出口端。
在某些情况下，可能希望在系统中引入氢、甲烷和/或其它烃类(以及一氧化碳)作为补充燃料。这可通过将这些气体经管线56引入至管线50而完成，和/或直接将其加入至形成在矿渣相之上的气相中。
在本发明另一个实施例中，还原性气体是引入至反应器A中矿渣相之上的气相中。
本发明具有许多优点。首先，用一氧化碳代替氮气作为搅拌气体，可使转化器/熔炼炉底部的熔融铁矿石得到更有效的还原。其次，为提供充足的热量和还原剂以得到满意性能所需的煤和氧的数量大大减少。第三，将一氧化碳循环回反应器，大大提高了转化过程的总效率，从而减少了炼铁炉的一氧化碳净排出率。第四，二氧化碳副产品的浓度提高了，虽然产生的二氧化碳总量减少了。此外，炼铁炉排放废气中的硫化合物和NOx减少。
应该理解，使用常规的装置监控和自动调节系统内各种气体的流量，使系统完全自动地高效率连续运行，也是在本发明的范围内的。
以下通过实施例来进一步说明本发明，在这些实施例中，除非另外说明，份数、百分数、和比率都是按体积计算的。实施例1(对比例)
开发了一个与附图的炼铁装置相似的炼铁装置的商用软件为基的运行模型，其中以氮气作为搅拌气体。假定铁矿以1500公斤/小时的速率输入至反应器的旋流器段，矿石含有92.55％摩尔Fe2O3，其余为无机氧化物。输入至旋流器段的石灰(CaO)的数量假定为110公斤/小时，输入至反应器转化器段的煤的数量假定为640公斤/小时。为了达到所需的温度和矿石还原率，预计所需的供氧量在反应器的旋流器段为181Nm3/hr，在反应器的转化器段为329Nm3/hr。假定喷射至熔融的铁中的氮搅拌气的数量为90Nm3/hr。运行时，设定熔融铁、矿渣、和出口气体的温度分别为1540,1600，和1800℃。反应器中的压力设定为4巴(表压)。
模拟运行中预计产生的熔融金属和矿渣的数量分别为1019.4公斤/小时和249公斤/小时。预计熔融金属中含有95.4％摩尔铁和4％碳。预计产生的尾气的数量为1258Nm3/hr。并预计尾气中含有44％(体积)二氧化碳、26.6％水、18.6％一氧化碳、10％氮气和氩气、以及3.6％氢。实施例2
重复实施例1的模拟运行，不同之处是模型中使用一氧化碳来代替氮搅拌气。预计模拟运行中产生的熔融金属和矿渣的数量分别为1018.4公斤/小时和244.5公斤/小时。预计熔融金属中含有95.4％摩尔铁和4％碳。为了保持与实施例1相同的条件，煤的输入速率预计为540公斤/小时。预计氧气的流速在旋流器和转化器分别为168Nm3/hr和282Nm3/hr。预计产生的尾气的数量为1069Nm3/hr。并预计尾气中含有56.8％(体积)二氧化碳、26.6％水、13.3％一氧化碳、2.8％氮气、以及3.6％氢。
比较实施例1和实施例2的结果表明，用一氧化碳代替氮气作为搅拌气体时，预计所需的煤减少16％，所需的氧减少12％。同时，预计排出的尾气减少15％，废气中一氧化碳和氮气分别减少39％和76％，而废气中的二氧化碳增加9.7％。于是，用一氧化碳代替氮气作为搅拌气体时，装置的运行经济得多。并且，产生了浓度高得多的二氧化碳。该模型还预言，使用一氧化碳作为搅拌气体时，废气中的硫化合物和氮的氧化物含量会显著降低。
虽然以上参照特定的设备装置和具体的实验说明了本发明，这些特征只是本发明的示例，可以有各种变化。例如，可以喷入较多的一氧化碳，其数量比仅仅提供原来由氮气提供的搅拌程度所需的更多。这将进一步减少加热炼铁炉和实施铁的还原所需的燃料。作为其它替换的方法，本方法可使用煤以外的其它燃料，而燃料-空气混合物输送至熔融的铁相和泡沫的矿渣相中的一种或两种内，而不是输送至这两个相之上。另外，尾气净化和分离步骤的次序可以改变，或者增加或减少一些所用的步骤。本发明的范围仅由所附的权利要求限定。

Claims (27)

1．一种由铁矿石生产铁的方法，包括以下步骤：(a)在具有储料区的反应器中使含碳燃料和氧一起燃烧，从而产生热量和一氧碳；(b)在该反应器中，在所述的热量存在下，使所述的一氧化碳与铁矿石和成渣剂接触，从而使矿石中的氧化铁转化为熔融的铁，并在所述的储料区中形成熔融的铁相和矿渣相；(c)定期地从所述的反应器中排出熔融的铁和矿渣；所作的改进在于将还原性气体引入至所述的熔融的铁相中、引入至所述的矿渣相中、或同时引入至所述的熔融铁相和矿渣相中。
2．如权利要求1所述的方法，其特征还在于将含一氧化碳的尾气从所述的反应器除去。
3．如权利要求2所述的方法，其特征还在于所述的反应器包括旋流器段和转化器段。
4．如权利要求3所述的方法，其特征还在于将高纯氧和所述的铁矿石切向地注入至所述的反应器的旋流器段。
5．如权利要求4所述的方法，其特征还在于所述的含碳燃料和高纯氧是引入至所述的反应器的转化器段。
6．如权利要求2或5所述的方法，其特征还在于所述的还原性气体至少一部分是富含一氧化碳的气体。
7．如权利要求6所述的方法，其特征还在于所述的富含一氧化碳的气体是由所述的含一氧化碳的尾气产生的。
8．如权利要求7所述的方法，其特征还在于所述的富含一氧化碳的气体至少一部分是将所述的尾气通过二氧化碳去除系统而得到的。
9．如权利要求8所述的方法，其特征还在于所述的二氧化碳去除系统是包含至少一种二氧化碳选择性吸附剂的吸附系统。
10．如权利要求7所述的方法，其特征还在于所述的富含一氧化碳的气体至少一部分是将所述的含一氧化碳的尾气通过一个气体分离系统而得到的，该分离系统包括用以将氮气、氩气或其混合物从所述的含一氧化碳的尾气中分离出来的装置。
11．如权利要求10所述的方法，其特征还在于所述的气体分离系统至少包含一种吸附剂。
12．如权利要求10所述的方法，其特征还在于所述的富含一氧化碳的气体至少一部分是使所述的含一氧化碳的尾气通过一个二氧化碳去除系统和所述的气体分离系统而得到的。
13．如权利要求12所述的方法，其特征还在于所述的含一氧化碳的尾气是先通过所述的二氧化碳去除系统然后再通过所述的气体分离系统。
14．如权利要求7所述的方法，其特征还在于所述的富含一氧化碳的气体至少一部分是使所述的含一氧化碳的尾气通过一个一氧化碳去除系统而得到的。
15．如权利要求14所述的方法，其特征还在于所述的一氧化碳去除系统包含一氧化碳选择性吸附剂。
16．如权利要求15所述的方法，其特征还在于所述的富含一氧化碳的气体至少一部分是使所述的含一氧化碳的尾气通过一个二氧化碳去除系统和一个一氧化碳去除系统而得到的。
17．如权利要求16所述的方法，其特征还在于所述的含一氧化碳的尾气是先通过所述的二氧化碳去除系统然后再通过一氧化碳去除系统。
18．如权利要求7所述的方法，其特征在于还包括从所述的含一氧化碳的尾气中去除水蒸汽、至少一种氮的氧化物、至少一种硫的氧化物、或这些物质的混合物的步骤。
19．如权利要求2或5所述的方法，其特征还在于将一种稀释气体引入至所述的熔融铁相中、或引入至所述的矿渣相中、或同时引入至熔融铁相和矿渣相中，而所述的稀释气体是选自氮气、氩气、二氧化碳、和它们的混合物。
20．如权利要求19所述的方法，其特征还在于所述的稀释气体是由所述的含一氧化碳的尾气得到的。
21．如权利要求19所述的方法，其特征还在于所述的还原性气体和所述的稀释气体是分别引入至熔融铁相中、引入至矿渣相中、或引入至熔融铁相和矿渣相中。
22．如权利要求21所述的方法，其特征还在于所述的还原性气体和所述的稀释气体是通过一个或多个同心导管引入至熔融铁相中、引入至矿渣相中、或引入至熔融铁相和矿渣相中，其中还原性气体是通过中心导管引入，而稀释气体是通过外边的同心导管引入。
23．如权利要求2或5所述的方法，其特征在于还包括将烃类燃料引入至熔融铁相中、引入至矿渣相中、或引入至熔融铁相和矿渣相中的步骤。
24．如权利要求23所述的方法，其特征还在于所述的烃类燃料是甲烷。
25．如权利要求2或5所述的方法，其特征在于还包括将还原性气体引入至形成于所述的矿渣相上方的气相中的步骤。
26．如权利要求2或5所述的方法，其特征在于还包括将烃类燃料引入至形成于所述的矿渣相上方的气相中的步骤。
27．如权利要求26所述的方法，其特征还在于所述的烃类燃料是甲烷。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104093861A (zh) * 2011-12-19 2014-10-08 塔塔钢铁荷兰科技有限责任公司 熔炼旋流器和装有这样熔炼旋流器的设备

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1178554C (zh) * 2000-03-17 2004-12-01 密执安特种矿石公司 自动控制熔渣起泡的装置和方法
US7632330B2 (en) * 2006-03-13 2009-12-15 Michigan Technological University Production of iron using environmentally-benign renewable or recycled reducing agents
DE102007024312B4 (de) * 2007-05-24 2009-04-30 Lurgi Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Reduktionsgas und/oder Brenngas für die Direktreduktion von Eisenerz
WO2009084750A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Posco Apparatus and method for recovering excess gas generated in ironmaking process
CN101910421B (zh) * 2007-12-28 2013-04-24 Posco公司 用于预测熔融气化炉的压强急剧下降的方法和用于控制制铁工艺中的压强的方法
AT507823B1 (de) * 2009-01-30 2011-01-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und anlage zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten
AT507955B1 (de) 2009-02-20 2011-02-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und anlage zum herstellen von substitutgas
US8177886B2 (en) * 2009-05-07 2012-05-15 General Electric Company Use of oxygen concentrators for separating N2 from blast furnace gas
DE202010010499U1 (de) 2010-07-21 2010-10-21 Zabardjadi, Daryouch, Dr.-Ing. Elektro-Schneckenzaun-Herstellungsanlage
FR2968575A1 (fr) * 2010-12-08 2012-06-15 Air Liquide Procede et appareil de production d'un fluide enrichi en dioxyde de carbone a partir d'un gaz residuaire d'une unite siderurgique
KR102176350B1 (ko) * 2018-11-22 2020-11-09 주식회사 포스코 용철 제조 장치

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2745733A (en) * 1952-10-24 1956-05-15 Ford Motor Co Apparatus and process for reduction of ores to metal
DE1508072A1 (de) 1965-09-30 1969-02-20 Shell Int Research Verfahren zur Reduktion von Eisenoxyden
GB1438999A (en) * 1972-11-25 1976-06-09 Nippon Kokan Kk Blast furnace operating methods
US4260412A (en) 1980-01-16 1981-04-07 Midrex Corporation Method of producing direct reduced iron with fluid bed coal gasification
JPS59107009A (ja) * 1982-12-11 1984-06-21 Nisshin Steel Co Ltd 高炉のオ−ルコ−クス操業における高出銑比操業法
DE3438487A1 (de) 1984-10-17 1986-04-24 Korf Engineering GmbH, 4000 Düsseldorf Verfahren zur herstellung von roheisen
US4668255A (en) * 1985-10-30 1987-05-26 University Of Cincinnati Adsorption of gases by amine complexed Mn (II)
CA1337241C (en) * 1987-11-30 1995-10-10 Nkk Corporation Method for smelting reduction of iron ore and apparatus therefor
US4892565A (en) * 1987-12-29 1990-01-09 Air Products And Chemicals, Inc. Adsorptive separation utilizing multiple adsorption beds
FI84841C (sv) * 1988-03-30 1992-01-27 Ahlstroem Oy Förfarande och anordning för reduktion av metalloxidhaltigt material
ES2090157T3 (es) * 1990-03-13 1996-10-16 Cra Services Un procedimiento para producir metales y aleaciones metalicas en un recipiente de reduccion en estado fundido.
NL9401103A (nl) 1994-07-01 1996-02-01 Hoogovens Groep Bv Werkwijze en inrichting voor het voorreduceren van ijzerverbindingen.
NL9500264A (nl) * 1995-02-13 1996-09-02 Hoogovens Staal Bv Werkwijze voor het produceren van vloeibaar ruwijzer.
NL9500600A (nl) * 1995-03-29 1996-11-01 Hoogovens Staal Bv Inrichting voor het produceren van vloeibaar ruwijzer door directe reductie.
US5676732A (en) * 1995-09-15 1997-10-14 Hylsa, S.A. De C.V. Method for producing direct reduced iron utilizing a reducing gas with a high content of carbon monoxide

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104093861A (zh) * 2011-12-19 2014-10-08 塔塔钢铁荷兰科技有限责任公司 熔炼旋流器和装有这样熔炼旋流器的设备
CN104093861B (zh) * 2011-12-19 2016-09-21 塔塔钢铁荷兰科技有限责任公司 熔炼旋流器和装有这样熔炼旋流器的设备

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Publication number Publication date
AU7992898A (en) 1999-03-18
EP0902093A1 (en) 1999-03-17
US6214084B1 (en) 2001-04-10

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