CN1214119C - 生产直接还原脱硫铁的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在多膛炉中生产直接还原脱硫铁的方法，其中多膛炉包括两个具有多个炉膛呈上下排列的区域。铁矿石在多膛炉第一个区域中在800℃至1100℃下与还原剂反应生成金属铁。此外，使用脱硫剂使气体脱硫，而直接还原铁从多膛炉排出，脱硫后的气体进入第二区域并将在该区的铁矿石预热至600℃到800℃之间。

Description

生产直接还原脱硫铁的工艺
技术领域
本发明涉及生产直接还原脱硫铁的工艺。
背景技术
直接还原铁是通过用固态或气态还原剂进行氧化铁还原的直接还原工艺生产的。例如在高温下与二氧化碳反应并生成还原性气体CO的煤就是一种固态还原剂。由于煤含有大量的硫，所使用的铁矿石也常常含有这种元素，这样所生产的铁和产生的废气均含有大量的硫。随后对废气和直接还原铁进行脱硫的费用是非常昂贵的。
发明内容
本发明的目的是提出一种生产直接还原脱硫铁的工艺。
本发明提供在具有两个呈上下布置区域的多膛炉中生产直接还原脱硫铁的工艺，其中每个区域均有多个炉膛，第一区域在第二区域下面，一轴安装在所述多膛炉的中心，而在所述轴上安装着分别向各自炉膛伸出的耙子；铁矿石被从第二区域的顶部加入到第二区域，并通过所述耙子的作用由所述第二区域底面上的开孔落下逐渐进入第一区域；脱硫剂和还原剂被施加到第一和第二区域，用于喷射热的含氧气体进入所述多膛炉的喷嘴设置在所述多膛炉的侧壁上，铁矿石在800℃至1100℃之间与还原剂反应生成金属铁，并且通过多膛炉的第一区域中的脱硫剂使第一区域的气体脱硫，直接还原铁从多膛炉的底部排出，脱硫后的气体进入第二区域并将炉内铁矿石预热至600℃到800℃之间。
根据本发明，通过在一个多膛炉内进行直接还原脱硫铁生产的工艺来解决这个问题，其中，这个多膛炉具有两个呈上下布置的区域，每个区域都有几个炉膛，铁矿石与碳载体在800℃-1100℃的温度下进行反应，并且所生成的金属铁和废气在这个多膛炉的第一个区域中通过脱硫剂进行脱硫，直接还原铁从多膛炉中排出，脱硫气体则进入第二个区域，在该区，脱硫气体将铁矿石预热至600℃-800℃之间。
在此工艺中，废气中的硫在多膛炉内被还原。在还原剂(如煤)气化期间，硫随着铁矿石的直接还原而被释放出来。少量的硫还会在铁矿石还原成铁的过程中释放出来。在本工艺中硫被限制在第一个区域中，并因此不再与或很少与铁矿石和铁反应。因此根据本工艺生产的直接还原铁的硫含量会非常低。
脱硫剂的成分含有例如石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)和/或镁砂(MgO)。废气脱硫最好主要是在第一区域中通过含硫气体与脱硫剂的化学反应而进行，硫与钙和/或镁生成硫酸盐、亚硫酸盐、硫化物等。这些化合物最好在脱硫剂的表面上生成。这些脱硫剂的优点之一就是当其与直接还原铁一起熔炼时对渣的性能有好的作用。
多膛炉具有第一区域和第二区域，这两个区域均具有多个炉膛。第二区域最好置于第一区域之上，气体从第一区域上升进入第二区域，而固体从第二区域逐渐落入第一区域。
固体即铁矿石和还原剂可以分别或共同送入多膛炉。根据一个最佳实施例，铁矿石首先加入多膛炉第二区域的顶部炉膛，通过伸到炉膛上部的耙子进行布料，并逐渐使其进入下面的炉膛。然后将还原剂加入下面的炉膛，最好是在位于第二区域中低层的炉膛中还原剂与预热铁矿石混合。通过连续流动避免了还原剂和矿石的结块。还原剂可以是烟煤、褐煤、焦炭等。
在一个最佳实施例中，脱硫剂和还原剂是在第二区域中与铁矿石混合的。
脱硫剂可以与铁矿石和/或碳载体一起加入多膛炉。然而，它们还可分别加入多膛炉。
根据还原剂的硫含量，脱硫剂既可在一处加入多膛炉也可在多处分散式加入多膛炉。在后一种方法中，可以使用不同粒度的脱硫剂。已经证明在第二区域加入粗颗粒度的脱硫剂，而在第一区域加入粉末状的脱硫剂是很好的。根据脱硫剂粒度不同决定其是与气体还是与固体一起离开多膛炉。粉末状脱硫剂最好直接进入第一区域的气流中，这样脱硫剂会更加有效。富集了硫的粉末状脱硫剂大多随气体一起从多膛炉排出。
固体，即生成的铁、碳载体残余物和脱硫剂，从多膛炉卸出，这些物质随后被熔炼。脱硫剂与铁矿石中的脉石一起形成渣，并且所结合的硫与渣一起被排除。
通过选择加入多膛炉下层炉膛的还原剂可将炉中的还原气体浓度调至最佳，这样即可获得高的金属化率。
此外气态还原剂可吹入多膛炉的底部炉膛。从而可使铁矿石得到更彻底的还原。
所有上升的气体(包括还原剂中的挥发性物质)在炉子的上部(即第二区域)中会产生燃烧，并且可以以一种最佳的方式利用炉中气体的余热。因为能源利用率高而获得优良的热效率。
多膛炉可在特定的过压条件下操作以进一步提高生产率。
在一个最佳实施例中，炉子最顶部炉膛中的铁矿石在与还原剂接触之前与炉膛接触，从而得到炉内热气体的干燥及预热。在固体还原剂加入之前，铁矿石预热到至少400℃，最好是至少600℃至700℃。
可选择性地将含氧气体吹入炉膛，这些已加入固体还原剂的炉膛所需要的热能必须通过大量过程气体(例如在炉膛上方)的燃烧获得。
最好是使用温度至少为350℃的含氧气体。
此外，在加入固体还原剂的炉膛的下面的一个或多个炉膛可采用燃烧器加热。
附图说明
下文将参照附图详述本发明的最佳实施例。
图1是用于生产直接还原脱硫铁的多膛炉的剖面图。
具体实施方式
图1示出的是带有多个炉膛12的多膛炉10剖面，而炉膛12的排列是一个置于另一个之上。这些未受到支撑的炉膛12以及炉壳14、炉盖16和炉底18是用耐火材料制造的。
多膛炉10分为两个上下的区域，即第一区域20和第二区域22。
可将气体从炉内排出的烟囱26和可使铁矿石加入顶部炉膛的炉口28设置在多膛炉10的炉盖16上。
轴24安装在多膛炉10的中心，而在轴24上安装着分别向各自炉膛伸出的耙子。
这些耙子的设计方式是这样的：它们从内侧向外将炉料在炉膛中输送，然后在下一个炉膛从外向内输送，以这种方式使炉料从炉顶向下运送通过多膛炉。轴24和耙子用空气冷却，并且在耙子上带有使气体进入炉子内部并由此产生二次燃烧的开孔。
在铁矿石加入第一炉膛后，耙子将其输送，并运送至炉膛边部，在此处，铁矿石通过多个为下层炉膛设置的开孔落下。矿石被运送至炉膛中心，然后下落至下层炉膛。在此期间，铁矿石通过与炉膛和上升的热气流接触而得到干燥，并被加热到约600℃。
在多膛炉10的侧壁上设置有输入开孔30、32、34，固体物料通过这些开孔进入多膛炉。这些固体物料首先是碳载体，如褐煤、石油焦、高炉烟尘、煤或类似物质，其次是脱硫剂，如石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)和/或镁砂(MgO)。
碳载体通过开孔30、34加入区域20和22，通过耙子22与已加热的矿石混合。煤在高温下气化，并形成一氧化碳，结果在铁矿石通过多膛炉10的过程中，使铁矿石中的氧化铁还原成金属铁。
脱硫剂从多处输入多膛炉。粗颗粒脱硫剂与铁矿石一起通过炉口28或与碳载体一起通过开孔30加入多膛炉。
此外，粉末状脱硫剂通过第一区域20的开孔32喷入上升的气体中。
在此工艺中，硫在两个阶段中释放出来。当温度升至约600℃时，以CaSO4和FeS2形式存在于铁矿石或碳载体中的“无机”硫首先以H2S形式释放出来。当温度高达约800℃时，以“有机”形式存在于碳载体的硫被释放出来。在多膛炉10内的条件下，硫优先与脱硫剂反应，这样就不能与铁矿石和铁反应了。因此气体被脱硫并且所生成的直接还原铁的硫含量比传统工艺生产铁的硫含量低。
用于喷吹含氧热气体(350℃-500℃)的喷嘴38设置在侧壁上，空气或其它气体可通过该喷嘴输入炉10中。由于高温及含有氧气，一定量的碳燃烧生成二氧化碳，接着再与过量的碳反应并转化成一氧化碳。最后一氧化碳将氧化铁还原成金属铁。由于此反应主要是吸热反应，由此将炉子的燃烧器40安装在较低位置是符合逻辑的，这样确保了炉子底部炉膛的温度均匀分布。在此处可使用煤气或粉煤燃烧器。
这些燃烧器可燃烧煤气或与空气混合的粉煤，以用于预热和/或提供附加热。由于氧和燃料之间的数量比，或存在二次燃烧过程气体中存在过量空气的情况下，还可以产生额外的还原气体。在粉煤燃烧的情况下，还可以产生过量的一氧化碳。由于具有外置燃烧室，可以避免来自燃煤的灰尘进入多膛炉与直接还原铁混合。炉子10内的碳载体的消耗以及由此在最终产品中的灰分将因产生一氧化碳而减少。
在最后一个或最后两个阶段中，将通过专用的喷嘴42喷吹气态还原剂，如一氧化碳或氢气。铁矿石在无氧气氛中被完全还原。
接着直接还原铁与来自还原剂的灰分一起从炉子10的底部18的出口44一起排出。
有控制地在多膛炉10的各点添加固态和气态还原剂、含氧气体和脱硫剂可以精确地控制铁矿石还原，并实现过程的最佳化。

Claims (11)

1.在具有两个呈上下布置区域的多膛炉中生产直接还原脱硫铁的工艺，其中每个区域均有多个炉膛，其特征在于，第一区域在第二区域下面，一轴安装在所述多膛炉的中心，而在所述轴上安装着分别向各自炉膛伸出的耙子；铁矿石被从第二区域的顶部加入到第二区域，并通过所述耙子的作用由所述第二区域底面上的开孔落下逐渐进入第一区域；脱硫剂和还原剂被施加到第一和第二区域，用于喷射热的含氧气体进入所述多膛炉的喷嘴设置在所述多膛炉的侧壁上，铁矿石在800℃至1100℃之间与还原剂反应生成金属铁，并且通过多膛炉的第一区域中的脱硫剂使第一区域的气体脱硫，直接还原铁从多膛炉的底部排出，脱硫后的气体进入第二区域并将炉内铁矿石预热至600℃到800℃之间。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，脱硫剂含有石灰、石灰石和/或镁砂。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，脱硫剂和还原剂在第二区域与铁矿石混合。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，一些脱硫剂和碳载体在第二区域与铁矿石混合，并且余下的脱硫剂送入第一区域。
5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，使用的脱硫剂具有不同的粒度。
6.根据权利要求4或5所述的工艺，其特征在于，较粗颗粒度的脱硫剂加入第二区域，粉末状脱硫剂加入第一区域。
7.根据权利要求1-5之一的工艺，其特征在于，在固态还原剂添加之前铁矿石在多膛炉的第二区域中被干燥，并随后被加热到至少400℃。
8.根据权利要求1-5之一的工艺，其特征在于，将含氧气体吹入第一区域。
9.根据权利要求1-5之一的工艺，其特征在于，将固态和/或气态还原剂添加到多膛炉的底部炉膛。
10.根据权利要求1-5之一的工艺，其特征在于，炉中一个或多个炉膛由燃烧器加热。
11.根据权利要求1-5之一的工艺，其特征在于，该工艺在过压下进行。
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