CN1216071A - 生产生铁水或钢水预产品的方法 - Google Patents

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Abstract

一种从含氧化铁的原料生产生铁水或钢水预产品的方法,其中在至少一个流态化床的还原阶段(7,8),利用一种还原气体由流态化床法将细颗粒的含氧化铁的原料还原成细颗粒海绵铁,而在固定床还原阶段(28),块状矿石还原成块状海绵铁。所述海绵铁装入熔融气化区(11),并在提供含碳材料和含氧气体的条件下在该熔融气化区熔化,其中生成了一种含CO和H2的还原气体用于还原含氧化铁的原料。为了避免区别于块状海绵铁,而对细颗粒海绵铁进行的处理,所述细颗粒海绵铁以不加处理状态的、细颗粒形式直接装入熔融气化区(11)中,并在那与块状海绵铁一起熔化。

Description

生产生铁水或钢水预产品的方法
本发明涉及从含氧化铁的原料生产生铁水或钢水预产品的方法和实施该方法的设备，其中在至少一个流态化床还原阶段，利用一种还原气体由流态化床法将细颗粒的含氧化铁的原料还原成细颗粒海绵铁，并且其中，在固定床还原阶段，块状矿石还原成块状海绵铁，且所述海绵铁装入熔融气化区，并在提供含碳材料和含氧气体的条件下在该熔融气化区熔化，在该熔融气化区中生成了一种含CO和H2的还原气体用于还原含氧化铁的原料。
从WO-A-96/12045中知道了一种此类的方法，通过该方法，能够行之有效地加工块状矿石和矿石粉，从而很可能改变相对于装入矿石总量的装入的块状矿石和矿石粉的比例。在该方法中，为了更便于加工，将由矿石粉得到的细颗粒海绵铁制块，并在具有例如电炉和转炉的配套炼钢厂中进一步加工。如果必要，制过块的海绵铁也可以在所述熔融气化区中熔化，尤其是在所述熔融气化区中存在过剩的能量条件下。
该方法的缺点是，需要将由铁矿粉得到的细颗粒海绵铁制块，但是WO-A-96/12045采用了这个办法，因为将细颗粒海绵铁装入所述熔融气化区存在一个特殊情况，也即仅在所述熔融气化区中存在过剩的能量的情况下才可得以实现。总体而言，WO-A-96/12045只是想到了将细颗粒海绵铁制块，将大大便于随后运输到配套炼钢厂。
本发明的目的在于进一步改进上述已知的方法和实施该方法的设备，而不再需要将细颗粒海绵铁制块，而且对所述细颗粒海绵铁的进一步加工也不会带来任何困难。尤其是，要避免区别于块状海绵铁，对细颗粒海绵铁进行特殊处理，从而避免额外花费，特别是避免了用于设备组件的额外投资。
根据本发明，上述目的可通过以下办法达到：将颗粒形态的、未加处理的细颗粒海绵铁直接装入所述熔融气化区，并在那与所述块状海绵铁一起熔化。由于全部细颗粒海绵铁在所述熔融气化区中熔化或者预先任选地被完全还原，根据本发明的熔融气化区要设计成能够在任何时候加工装入的全部含氧化铁的原料，即包括所述细颗粒的和块状的含氧化铁的原料。根据本发明，这样向炼钢厂提供生铁水或钢水预产品就足够了，籍此可以大大简化后续处理即炼钢过程。与WO-A-96/12045相比，根据本发明，不仅制块工序而且在炼钢厂中对海绵铁的熔化过程也省略了。
优选地，从顶部，以自由落体方式将细颗粒的和块状海绵铁装入所述熔融气化区。
特别优选交替地将细颗粒的和块状海绵铁装入所述熔融气化区，在煤床中交叠形成装料夹豆(Chargierlinsen)。每个这样得到的装料夹豆由细颗粒海绵铁或者由块状海绵铁形成。这特别有利于保持通透性，即气体在所述熔融气化区中堆叠的原料中流过的能力，从而可以高效率地进行完全还原过程和所述的熔化操作。
适宜地，细颗粒的和块状海绵铁经过下降管装入熔融气化区，所述的下降管伸入位于所述熔融气化区上方的镇定区，并止于距所述熔融气化区的一个特定距离处。在此，装入所述熔融气化区的原料流的原料表面要保持充分小，以便使交换表面最小，从而使由于夹带来自熔融气化区的粉状物料引起的粉末的损失降至最小。
根据一个进一步的实施方案，优选在装入熔融气化区之前将细颗粒的和块状海绵铁混合，并以混合状态装入所述熔融气化区，其中，细颗粒的和块状海绵铁适宜以致密原料流形式装入，并冲击所述熔融气化区，优选地该原料流具有固体孔隙率(Feststoffporositaet)0.7以上，尤其是固体孔隙率在0.75～0.85之间。采用这种方法可以使粉末损失最小。因此，装入的原料流的表面也保持很小，这样导致粉末损失的交换表面也达到最小。
优选地，采用流态化床法，以两个或更多的阶段进行对所述细颗粒的含氧化铁的原料的还原，而对块状矿石(块状矿石、球团、烧结球团)的还原在还原竖炉中进行。
一种实施本方法的设备，该设备包括至少一个流态化床反应器，其中细颗粒的含氧化铁的原料通过所述流态化床反应器，而还原气体穿过该反应器并同时生成细颗粒海绵铁；还包括一个用于块状矿石的固定床还原反应器；一个从所述固定床还原反应器引出用于传输在该固定床还原反应器形成的块状海绵铁的导管；一个熔炉气化器，在该熔炉气化器中通入有传输导管，用于传输来自固定床还原反应器的块状海绵铁，该熔炉气化器还带有用于含氧气体和含碳材料的进料导管和分别用于生铁或钢的预产品和炉渣的料口，以及通入所述固定床还原反应器或者所述流态化床反应器的还原气体进料导管用于传送在所述熔炉气化器中产生的还原气体；此外还包含用于还原气体的进料导管和从所述固定床还原反应器以及所述流态化床反应器引出的用于释放排出气体的导管，其特征在于用于在所述流态化床反应器形成的细颗粒海绵铁的传输导管直接通入所述熔炉气化器中，即中间没有进一步的处理站。
为了能够交替装入细颗粒的和块状海绵铁，用于所述固定床还原反应器形成的海绵铁的传输导管和用于所述流态化床反应器中形成的海绵铁的传输导管各自带有计量装置，该装置也能够关闭上述导管。
为了能够在装入熔炉气化器之前将细颗粒的和块状海绵铁混合，用于所述固定床还原反应器形成的海绵铁的传输导管和用于所述流态化床反应器中形成的海绵铁的传输导管是相通的，而从这些导管连通处引出一个由上述两种还原产物共同使用的传输导管，通入所述的熔炉气化器中。
优选地，还原气体进料导管从所述的熔炉气化器引出，通入所述流态化床反应器和所述固定床还原反应器。
根据一个优选的实施方案，装配了两个或多个串联连接的流态化床反应器。
以下采用一个示于附图的典型实施方案，更为详细地阐述本发明，其中图1描述了本发明方法的流程图或一个本发明的设备的流程图。图2～4显示了熔炉气化器的截面图，其中图2显示了垂直的纵向的截面图，而图3和4是分别沿着Ⅲ-Ⅲ和Ⅳ-Ⅳ线的截面图。
该设备带有三个还原反应器顺序串联连接，分别标以流态化床反应器1至3。细颗粒的含氧化铁的原料例如矿粉，通过一个矿石进料导管4送入第一个流态化床反应器1，其中在预热阶段5发生所述矿粉的预热并可能发生预还原，随后经过传输导管6，从流态化床反应器1输送到流态化床反应器2、3。在所述流态化床反应器2中预还原过程发生在预还原阶段7，而分别将矿粉还原成细颗粒的海绵铁的最终还原或者完全还原，发生在所述流态化床反应器3中的最终还原阶段8，在每种情况下都要借助于一种工艺气体。
所述的完全还原的原料，即海绵铁，经过传输导管9送入熔炉气化器10中。在所述熔炉气化器10中的熔融气化区11中，由含碳材料如煤和含氧气体生成一种含CO和H2、用作还原气体的工艺气体，该气体通过还原气体进料导管12送入所述流态化床反应器3中，该反应器3设置在所述矿粉流动方向的最后。通过连接导管13，所述还原气体随后以与所述矿石流的逆向，从流态化床反应器3输送到流态化床反应器2到1，并经过排出气体释放导管14作为排出气体从流态化床反应器1排出，并随后在湿洗涤器15中冷却和洗涤。此后，将该气体提供给一个消耗装置。
所述熔炉气化器10带有用于固体含碳材料的进料装置16，用于含氧气体的进料装置17以及任选地带有用于室温下液态或者气态的含碳材料如碳氢化合物和煅烧熔剂的进料装置。在该熔炉气化器10中，在熔融气化区11下面，生铁水或者钢水预产品和液态炉渣分别聚集并经过料口18流出。
在从熔炉气化器10引出并通入流态化床反应器3中的还原气体进料导管12中，设置了一个除尘装置19，例如热气体旋风除尘器，在该旋风除尘器中分离出来的粉末颗粒，通过返回导管20，优选使用氮气作为载气，并经吹入氧气条件下的燃烧器21，送入所述熔炉气化器10中。
将还原气体的温度调节到适于还原过程的温度范围(约700℃～900℃)，可能通过优选设置的气体循环导管22实现，其从还原气体进料导管12引出，并经过洗涤器23和压缩机24，在热气体旋风除尘器19之前的位置，将部分所述还原气体送回到所述还原气体进料导管12。
为了调节所述矿粉的预热温度，可以通过导管25向预热阶段5，即流态化床反应器1提供含氧气体例如空气或者氧气，由此，提供给所述预热阶段5的反应过的还原气体发生部分燃烧。
根据本发明，在熔炉气化器10中生成的还原气体也用于生产块状海绵铁。为此，经过例如传输导管27的传输装置，经过溜槽系统(Schleusensystem)(未示出)，以及任选地与熔剂一起，块状铁矿石和/或球团状铁矿石从上面装入一个构成一个固定床还原反应器26的竖炉，形成一个移动床。
“移动床”一词是指一个连续运动的原料流，其运动的颗粒与流动的还原气体接触。优选地，利用一个在重力作用下连续向下运动的原料流。
不采用竖炉26，也可以使用一个具有移动式炉篦的或具有回转窑的反应器作为固定床还原反应器。
铁矿石在竖炉26中的还原区28中还原为海绵铁，经过从所述竖炉26引出的传输导管29，利用例如排料螺杆等装置，与在所述还原区28中煅烧的熔剂一起送出。一个排放排出气体的导管30通入竖炉26的上部，该导管30用于排放在还原区28中由还原气体生成的排出气体。从排放排出气体的导管30流出的排出气体首先在洗涤器31中进行净化，以尽可能完全地去除粉末颗粒并降低水蒸气含量，以便随后可以进一步使用。
如图可见，从所述流态化床反应器3引出的传输导管9和从所述竖炉26引出的传输导管29，在混合点33汇合，上述导管各自带有计量装置32，这些装置也能够关闭所述导管。在此在传输导管中形成了细颗粒的和块状海绵铁的致密原料流，其中该致密原料流，优选地具有固体孔隙率0.7以上，尤其是固体孔隙率在0.75～0.85之间。该致密原料流经过传输导管34继续传输，该传输导管在熔炉气化器10的拱形区域35接入熔炉气化器10中。所述原料流随后以自由落体方式落入熔融气化区11上，其中由于颗粒粉料与块状海绵铁颗粒良好的完全混合而呈现的所述原料流的致密性，避免了由于在熔炉气化器10中形成的还原气体而排出颗粒粉料。其要点是保持原料流的表面小从而使导致粉末损失的交换表面小。
从操作固定床还原反应器知道，如果在进入所述竖炉的还原气体中粉末量过高，采用竖炉的通过能力是有问题的。堆积在所述竖炉中的原料充当了过滤器，导致在该竖炉截面上的气流不均匀并导致该竖炉中出现的原料柱上方的压力损失升高。如果，由于所述压力损失如此之高或者因为在竖炉截面上由块状和粉状原料形成了固态物质桥，所述原料柱“悬着”，从而在竖炉中的原料柱不再由于自身重量而下降，对竖炉的操作就完全不可能进行了。
当将来自还原竖炉的块状海绵铁或者将来自流态化床还原过程的细颗粒海绵铁装入共同的熔炉气化器中时，从工艺和设备技术角度而言，特别有利的是进行特殊的预防措施，以保持还原气体中的粉末含量尽可能地低，而装入细颗粒海绵铁会使粉末含量会趋于升高。
根据一个优选的实施方案，传输导管34伸入熔炉气化器10的内部，并以预定间距36终止于熔融气化区11的上方，从而缩短了原料流自由下落的高度。因此使粉末损失最小是可行的。由此使细颗粒海绵铁的团聚成为多余。
根据另一个优选的实施方案，细颗粒原料嵌入粗颗粒原料中，形成夹豆状或层状。为了在煤床中形成这样的夹豆或层，块状和细颗粒的原料交替装入。为此，海绵铁的装料由设置在传输导管9和29中的计量装置32的操纵控制。
图2至4描述了此类的装料过程。在此，细颗粒海绵铁以夹豆形式装入，其中每个由细颗粒海绵铁构成的海绵铁夹豆37嵌入由煤和块状海绵铁形成的床38中。然而，也可以以混合态装入海绵铁，即同时装入细颗粒海绵铁和块状海绵铁或者，如上所述交替装入，即细颗粒海绵铁和块状海绵铁分开装入，其中细颗粒海绵铁夹豆和块状海绵铁夹豆都嵌入在煤床中。如图3和4所示，当夹豆37沉入熔融气化区11中时，占据相同高度的夹豆发生相互融合或互锁，从而在一个特定的高度以下，海绵铁在所述床38中大致呈现圆环39。
实施例：
对于如图1具有生产100t/h生铁的能力的设备，装入78t/h块状矿石和78t/h细颗粒含氧化铁的原料以及38t/h熔剂。而且装入104t/h煤和56,000Nm3/h的O2。
装到竖炉26的块状矿石(主要是赤铁矿)具有如表Ⅰ的化学组成和如表Ⅱ的颗粒尺寸分布：
        表Ⅰ
Fe              64.4％
FeO             0.23％
SiO2           3.04％
LOI(灼烧损失)   2.0％
水分            1.0％
          表Ⅱ
-30mm           95％
-20mm           56％
-10mm           20％
-8mm            13％
装到流态化床反应器1的细颗粒的含氧化铁的原料(主要是赤铁矿)具有如表Ⅲ的化学组成和如表Ⅳ的颗粒尺寸分布：
          表Ⅲ
Fe              60.5％
FeO             0.19％
SiO2               6.6％
LOI(灼烧损失)       2.6％
水分                1.0％
            表Ⅳ
-8mm                100％
-5mm                83％
-1mm                45％
-0.5mm              37％
-0.25mm             27％
-0.125mm            16％干燥熔剂的化学组成如表Ⅴ所示：
           表Ⅴ
CaO                 42.0％
MgO                 9.0％
SiO2               1.0％
Al2O3             0.5％
灼烧损失            余量装到熔炉气化器10中的煤的化学组成如表Ⅵ所示：
          表Ⅵ
C                   74.0％
H                   4.4％
N                   1.7％
O                   8.5％
灰分                11.0％
固定碳            56.3％
在所述熔炉气化器10中熔化的生铁具有如表Ⅶ的化学组成：
          表Ⅶ
C                 4.2％
Si                0.3％
Mn                0.04％
P                 0.04％
S                 0.02％
Fe                余量
通过煤的气化，在所述熔炉气化器10中生成179,500Nm3/h还原气体，其具有如表Ⅷ的化学组成：
          表Ⅷ
CO                65.6％
CO2              2.5％
H2               25.7％
H2O              1.5％
CH4              1.0％
N2+Ar            余量
在接头40汇合之后，经过排放排出气体的导管14，来自流态化床反应器1的排出气体以及经过排放排出气体的导管30，来自竖炉26的排出气体，以178,025Nm3/h的量产出，并具有如表Ⅸ的化学组成：
         表Ⅸ
CO            43.4％
CO2          31.3％
H2           17.8％
H2O          2.0％
CH4          1.05％
N2+Ar        余量
通过联合使用固定床还原工艺和流态化床还原工艺，在部分负荷时，可以获得满意的效果。为了维护所述流态化床，有必要调节一个基本上恒定的空塔速率，而气体的量也保持恒定。在单位气体消耗量处于恒定时(m3气体/t矿石)，矿粉的通过量也保持恒定。通过改变/减小所述固定床还原反应器的通过量，该联合工艺流程鉴于部分负荷可获得灵活性。与所述流态化床相反，对所述固定床操作而言，不必使空塔速率、气体量以及通过量保持恒定。
本发明可以进行各方面的改进而不局限于示于附图的示例性实施方案。例如，可以根据给定的要求，自由地选定流态化床区的数目。此外，并不一定需要向所述流态化床还原阶段和所述固定床还原阶段提供一个共同的还原气体源。根据也构成本发明一部分的一个变体，来自流态化床还原阶段的排出气体或是来自固定床还原阶段的排出气体在经过处理以后，即清除了CO2并加热以后，都可分别用于发生在固定床和流态化床中的还原过程。

Claims (12)

1．从含氧化铁的原料生产生铁水或钢水预产品的方法，其中在至少一个流态化床还原阶段(7,8)，利用一种还原气体由流态化床法将细颗粒的含氧化铁的原料还原成细颗粒海绵铁，并且其中，在固定床还原阶段(28)，块状矿石还原成块状海绵铁，且将所述海绵铁装入熔融气化区(11)，并在提供含碳材料和含氧气体的条件下在该熔融气化区(11)熔化，在该熔融气化区(11)中生成了一种含CO和H2的还原气体用于还原含氧化铁的原料，其特征在于由细颗粒含氧化铁的原料生产的细颗粒海绵铁以不加处理状态的、细颗粒形式直接装入熔融气化区(11)中，并在那与块状海绵铁一起熔化。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于从顶部，以自由落体方式将细颗粒的和块状海绵铁装入所述熔融气化区(11)。
3．根据权利要求1的方法，其特征在于细颗粒的和块状海绵铁交替装入所述熔融气化区(11)中，在煤床中形成交叠的装料夹豆。
4．根据权利要求1至3任一项或几项的方法，其特征在于细颗粒的和块状海绵铁经过下降管装入所述熔融气化区(11)，所述的下降管伸入位于所述熔融气化区上方的镇定区，并止于距所述熔融气化区(11)的一个特定距离处。
5．根据权利要求1至4任一项或几项的方法，其特征在于在装入所述熔融气化区(11)之前将细颗粒的和块状海绵铁混合，并以混合状态装入所述熔融气化区(11)。
6．根据权利要求5的方法，其特征在于细颗粒的和块状海绵铁以致密原料流形成装入，并冲击所述熔融气化区(11)，该原料流优选地具有固体孔隙率0.7以上，尤其是固体孔隙率在0.75～0.85之间。
7．根据权利要求1至6任一项或几项的方法，其特征在于采用流态化床法对所述细颗粒的含氧化铁的原料的还原在两个或更多的阶段进行，而对块状矿石的还原在还原竖炉(26)中进行。
8．实施根据权利要求1至7项任一项或几项的方法的设备，该设备包括至少一个流态化床反应器(1,2,3)，其中细颗粒的含氧化铁的原料通过所述流态化床反应器(1,2,3)，而还原气体穿过该反应器，同时生成细颗粒海绵铁；还包括一个用于块状矿石的固定床还原反应器(26)；一个从所述固定床还原反应器(26)引出的、用于传输在固定床还原反应器形成的块状海绵铁的导管(29)；一个熔炉气化器(10)，在该熔炉气化器(10)中通入有传输导管(29)，用于输送来自固定床还原反应器(26)的块状海绵铁，该熔炉气化器(10)还带有用于含氧气体和含碳材料的进料导管(16,17)和分别用于生铁或钢的预产品和炉渣的料口(18)，以及通入所述固定床还原反应器(26)或者所述流态化床反应器(1,2,3)的还原气体进料导管(12)用于传送在所述熔炉气化器(10)中产生的还原气体；此外还包含用于还原气体的进料导管和从所述固定床还原反应器(26)以及所述流态化床反应器(1,2,3)引出的释放排出气体的导管(14,30)，其特征在于用于在所述流态化床反应器(1,2,3)形成的细颗粒海绵铁的传输导管(9)直接通入所述熔炉气化器(10)中，即中间没有进一步的处理站。
9．根据权利要求8的设备，其特征在于用于所述固定床还原反应器(26)形成的海绵铁的传输导管(29)和用于所述流态化床反应器(1,2,3)中形成的海绵铁的传输导管(9)各自带有计量装置(32)，该装置也能够关闭上述导管(9,29)。
10．根据权利要求8或9的设备，其特征在于用于所述固定床还原反应器形成的海绵铁的传输导管(29)和用于所述流态化床反应器(1,2,3)中形成的海绵铁的传输导管(9)是相通的，而从这些传输导管(9,29)连通处引出一个由上述两种还原产物共同使用的传输导管(34)，通入所述的熔炉气化器(10)。
11．根据权利要求8至10任一项或几项的设备，其特征在于
从所述的熔炉气化器(10)引出的还原气体进料导管(12)通入所述流态化床反应器(1,2,3)和所述固定床还原反应器(26)。
12．根据权利要求8至11任一项或几项的设备，其特征在于提供了两个或多个串联连接的流态化床反应器(1,2,3)。
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