CN1312860A - 制造液态生铁的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

由块状含铁材料在一个熔炼气化器里制造液态生铁或者钢的原始产品的工艺方法,在熔炼气化器里输入块状煤炭和含氧气体使含铁材料熔化,同时生成一种还原气体,其中块煤从上面送入熔炼气化器,并且与含铁材料一起在熔炼气化器里形成一个固定床,同时将其挥发性碳氢化合物成分放出至位于固定床上的化铁炉腔,将粉末燃烧器从上倾斜向着固定床的表面对准。这样控制粉末燃烧器的工作,以使细颗粒状碳载体中至少有40%的碳含量燃烧成CO2。本发明也包括实施该工艺方法的装置。通过本发明就可能减少随还原气体从熔炼气化器里排出的粉尘,同时也减少继续排出的粉尘的粘结倾向。

Description

制造液态生铁的工艺方法
本发明涉及用块状含铁材料，如部分还原和/或完全还原的海绵铁，在一个熔炼气化器里制造液态生铁或者钢的原始产品的工艺方法，在这熔炼气化器里同时输入块状煤炭以及必要时其它的含碳材料和含氧的气体使含铁的材料熔化，并同时生成一种还原气体，必要时在以前的完全还原之后进行，其中块状煤炭从上面送入熔炼气化器里，并且与含铁材料一起在熔炼气化器里形成一个固定床，同时将其挥发性碳氢化合物成分放出至位于固定床上的化铁炉上腔里，而且用细颗粒状的碳载体和含氧气体带动工作的粉末燃烧器则通过熔炼气化器的外壳进入化铁炉上腔的一个水平横截平面里，呈大致相等的间距，而且从上指向固定床表面倾斜布置；本发明还涉及一种用于实施该工艺方法的装置。
从上述类型的方法已知，把块状煤作为能源载体直接输送给熔炼气化器。煤炭从上面装入熔炼气化器，并在气化器里基于炉内的温度而承受急剧的加热。由于煤炭在这热解作用阶段被加热而使其挥发性的碳氢化合物排出并作为气体放出至炉上腔里。因为需要使热解作用时所释放的碳氢化合物转变成还原气体，目前所需的炉内温度约1050℃，以便确保在一定的停留时间之内在熔炼气化器里产生热分解。
热分解的结果是除了氢之外以炭黑形式的碳也按下式形成为还原气体成分，这种碳是一种附带的很细颗粒的粉尘。
由于炉腔的尺寸大小以及较小的气体速度从而使气体的分布不均匀，因而使气体的混合就不均匀。这就使处于临界区内的煤炭颗粒不能充分地被加热，因而脱气不完全，其后果是随还原气体从熔炼气化器里排出的煤粉倾向于产生粘结。
在炉腔内气体混合的不充分所引起的另一个作用在于，碳氢化合物在炉腔的临界区内的停留时间不充分，从而不能保证完全的热分解。这重新又对从熔炼气化器里排出的还原气体的还原势能产生负面作用。
另外已知，通过从上倾斜指向固定床表面的粉末燃烧器给熔炼气化器输送附加的能量。这样的燃烧器是用细颗粒状的碳载体(通常是含有碳的过程本身的粉末)，以及一种含氧气体，例如工业氧或者空气来工作的。这种粉末燃烧器通常是按亚化学计算进行的，也就是说除了给熔煤气化过程送入附加的能量之外，这粉末燃烧器的目的就在于产生还原气体成分(CO和H2)。
本发明的任务就是提供一种工艺方法，其中熔炼气化器的炉腔内的反应条件是这样设定的：当分解从煤炭里排出的碳氢化合物时要在很大程度上阻碍炭黑的生成。总之应该减少随熔炼气化器中的还原气体而排出的粉尘并且也要减少继续排出的粉尘的粘结。
按照本发明用以下方法来解决该项任务：用细颗粒状碳载体和含氧气体使粉末燃烧器进行工作是这样来进行的，即细颗粒状碳载体的碳成分的燃烧(对应于调定的化学计算)进行到至少40％成为CO2，这样从煤炭里放出的挥发性碳氢化合物就被氧化反应转化了。
通过从燃烧器流到碳氢化合物释放位置上的CO2就使这些成分不再进行热转化(见上面)，而是根据式(Ⅱ)进行氧化转化。
Figure A9980959700051
根据现有技术已知，这种反应在有催化剂，例如铁粉时，即使在较低的温度时也进行得足够迅速，无论如何这种铁粉在熔炼气化器的炉腔内要有足够的数量。
用本发明的工艺方法就首次可能在很大程度上阻止将从煤炭里排出的碳氢化合物热分解成氢和炭黑，并且还同时获得附带的还原气体成分。
按照本发明工艺方法的一种优选的实施形式是这样来控制粉末燃烧器的工作的，即使至少70％的细颗粒状碳载体中的碳成分燃烧生成CO2。
由于碳氢化合物的热分解或热转化和氧化分解或转化都是相互竞争的反应，因而如果由于供应量较大，或者说就碳氢化合物来说在炉腔内氧化剂过多而使氧化反应转化优先进行，那么这是有利的。
按照本发明工艺方法的另一种实施形式要对准粉末燃烧器，以通过炉腔内的燃烧器火焰而产生一个混合气体的涡旋流。
由于产生了一个混合气体的涡旋流，一方面保证了均匀的混合并保证所有处于炉腔内的气体和固定颗粒能热透；另一方面因而也使气体和固体料在炉腔内的停留时间得以调整均衡，因而就可能实现碳氢化合物的相当彻底的、理想化完全的氧化反应转化。
为了产生这种混合气体的涡旋流，若粉末燃烧器沿着与熔炼气化器的垂直中心轴线同向歪斜的线对齐是有利的。
粉末燃烧器从熔炼气体器的外壳起倾斜指向下，当然它们并不会聚，也就是说并不对齐于气化器的垂直中心轴线，而是在一定程度上在中心轴线旁边经过。
这种实施形式的优点是用粉末燃烧器产生了一个螺旋形的涡旋流，这种涡旋流尤其适用于均匀地混合炉腔内的成分并使其停留时间适宜。
另一个优点在于，燃烧器火焰并不直接指向煤炭的装料点，也即固定床表面的中心部位，因此阻止了由于突然的脱气而造成的过度的热晶界腐蚀。
本发明的另一个目标就是由块状含铁材料、如部分还原和/或完全还原的海绵铁制造生铁或者钢的原材料的一种装置，这种装置有一个带有一个块煤的装料装置的熔炼气化器，一个带有一个固体分离器用于将所产生的还原气体排出的还原气体排气管路，还有用于含氧气体的气体管路，用于含铁材料的装料装置，用于熔化液态炉渣和熔化液态生铁的排出口以及粉末燃烧器，其中每个粉末燃烧器都配备有用于细颗粒状碳载体的粉末传送管路和用于含氧气体的输气管路；而且其中熔炼气化器的下部用于接收液态的生铁和液态的炉渣；中间部分用于接收块煤和块状含铁材料组成的固定床，而上部则用作为化铁炉腔，而且其中这些粉尘燃烧器在炉腔的一个高度段上通过熔炼气化器的外壳，并基本上相互均匀地间隔布置，并且从上倾斜指向固定床的表面。
这样一种装置按本发明其特征在于，布置块煤装料装置应使块煤的送给方向基本上与熔炼气化器的垂直中心线对齐，而且使粉末燃烧器沿着与熔炼气化器的垂直中心轴线同向偏斜的线对准，其中在设计具有粉末输送管路和输气管路的粉末燃烧器时应保证至少40％的细颗粒状碳载体中的碳成分转变成CO2。
按照本发明装置的一个有利的特征，粉末燃烧器所沿着对准的线与熔炼气化器的垂直中心线分别具有相同的法向间距。
所谓法向间距此处是指在两条直线之间的间距，一条是粉末燃烧器沿着对准的线，另一条就是熔炼气化器的垂直中心轴线。法向间距是沿着第三条直线所测量的，这第三条直线与其余二条直线的夹角分别为直角。
因此可以实现一种特别有利地充分利用了熔炼气化器的或者说炉腔的几何形状的旋流，特别是一种螺旋状的旋流。
按照本发明装置的另一个特征是有2至6个，最好有4个相互均匀间隔布置的粉末燃烧器通过这熔炼气化器的外壳。
以下在附图1和2中对本发明进行详细的说明。
图1用简图表示了经过熔炼气化器1的垂直截面。经过一个装料装置2，例如一种螺旋运输系统将块煤装入熔炼气化器1。借助装料装置3又将块状的含铁材料，例如海绵铁装入熔炼气化器1。另外经由输气管路4将含氧气体，尤其是工业氧气输入熔炼气化器1，这种工业氧气就是从一种空气分离装置所得到的。
块煤和海绵铁在熔炼气化器1的一个中间部分形成了一个固定床6，其中块煤就借助于含氧的气体而气化成一种含有CO和H2的还原气体，而海绵铁则同时在一定条件下就被完全还原并熔化成液态生铁。
在熔炼气化器1的下部7里就汇集了熔化成液态的炉渣8和熔化成液态的生铁9，它们都经排出口10排出。
煤炭气化时所生成的还原气体被从-由一个炉腔11所形成的-熔炼气化器1的上部12经过还原气体排气管13排出，并在一个固体分离器14里，例如一个热旋流器里除去粉末。
在固定床6之上，粉末燃烧器15通过熔炼气化器1的外壳，从而当粉末燃烧器15工作时使燃烧器火焰16从上倾斜指向固定床6的表面。每个粉末燃烧器15都有一个用于细颗粒状碳载体，例如在固体分离器14里分离出来的粉末的输粉末管路17以及一个输送含氧气体的管路18。
图2表示了通过熔炼气化器1，大致在粉末燃烧器15高度上的水平截面。
粉末燃烧器15的布置应使它们从上倾斜指向固定床的表面(图1)而且在熔炼气化器1的中心附近经过，也就是与熔炼气化器1的垂直中心轴线有偏斜(图2)。
由于粉末燃烧器15的这种布置就使从固定床6升起的并处在炉腔11内的气体和固体颗粒处于一种旋转的涡流20中，因而使所有气体和固体成分在炉腔内的停留时间保持比较适宜，因而也实现了较好的混合。
块煤装料装置2基本上与垂直中心轴线19对齐进入熔炼气化器1。各个煤块并不直接经受燃烧器火焰16的加热作用，因此就避免了煤块由于突然加热或者说脱气而产生爆裂。
当煤炭出现在固定床上时这些煤炭就在一个热解步骤里将其挥发性成分(碳氢化合物，焦油成分)放出。控制粉末燃烧器的工作，使经粉末输送管路17输送的细颗粒状碳载体中的碳成分至少有40％燃烧成CO2。
从煤炭里释放出的挥发成分通过指向其释放地点的“CO2流”或者直接在释放之后按照公式(Ⅱ)进行氧化转化，或者通过炉腔11里的涡旋流相互混和并接着大部分被转化，其中来自固定床6进入炉腔(Ⅱ)内随还原气体和其它气体排出的铁粉末起催化作用。
按本发明的工艺方法和按本发明的装置能够使从煤炭里放出的碳氢化合物的挥发性成份基本上完全地氧化转化，因而在挥发性成分中按照公式(Ⅰ)热分解成炭黑的部分大大减少，而且随着还原气体从熔炼气化器1里排出的粉末在后续的设备里不会引起，或者说很少引起粘结。
本发明并不局限于图1和图2所示的实施例，而同样包括所有对于专业人员来说已知的结构措施，它们都可以被用来实施本发明。

Claims (8)

1．由块状含铁材料，如部分还原和/和完全还原的海绵铁，在一个熔炼气化器里制造液态生铁或者钢的原始产品的工艺方法，其中在熔炼气化器里输入块状煤炭以及必要时其它的含碳材料和含氧的气体使含铁的材料熔化，并同时生成一种还原气体，必要时在以前的完全还原之后进行，其中块状煤炭从上面送入熔炼气化器里，并且与含铁材料一起在熔炼气化器里形成一个固定床，同时将其挥发性碳氢化合物成分放出至位于固定床上方的化铁炉腔内，而且用细颗粒状的碳载体和含氧气体带动工作的粉末燃烧器则通过熔炼气化器的外壳进入化铁炉腔的一个水平横截平面里，呈大致相等的间距布置，而且从上指向固定床表面呈倾斜布置，其特征在于，用细颗粒状碳载体和含氧气体使粉末燃烧器工作是这样来控制的，使细颗粒状碳载体的碳成分-根据配平的化学计算-至少有40％燃烧成CO2，这样就使从煤炭中放出的挥发性碳氢化合物氧化反应转化。
2．按权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，细颗粒状碳载体的碳成分至少有50％燃烧成CO2。
3．按权利要求1或2所述的工艺方法，其特征在于，细颗粒状碳载体的碳成分至少有70％燃烧成CO2。
4．按权利要求1至3中任一项所述的工艺方法，其特征在于，这样对准粉末燃烧器，使得通过燃烧器火焰在化铁炉腔内产生一个混合气体的涡旋流。
5．按权利要求1至4中任一项所述的工艺方法，其特征在于，用于产生混合气体涡旋流的粉末燃烧器沿着与熔炼气化器的垂直中心轴线同向偏斜的线对准。
6．由块状含铁材料，如部分还原和/或完全还原的海绵铁制造液态生铁或者钢的原材料的一种装置，这种装置有一个带有一个块煤装料装置(2)的熔炼气化器(1)，一个带有一个用于将所产生的还原气体排出的固体分离器(14)的还原气排气管路(13)，还有用于含氧气体的一气体管路(4)，用于含铁材料的一个装料装置(3)，一个用于熔化液态炉渣(8)和液态生铁(9)的排出口(10)以及粉末燃烧器(15)，其中每个粉末燃烧器(15)都配置有用于细颗粒状碳载体的粉末传送管路(17)和用于含氧气体的输气管路(18)，而且其中熔炼气化器(1)的下部(7)用于接收液态生铁(9)或者钢的原始材料和液态的炉渣(8)；中间部分(5)用作由块煤和块状含铁材料组成的固定床(6)；而上部(12)则作为化铁炉腔(11)，而且其中这些粉末燃烧器(15)在炉腔(11)的一个水平横断面里通过熔炼气化器(1)的外壳并基本上相互均匀地间隔布置，并从上倾斜指向固定床(6)的表面，其特征在于，这样来布置块煤的装料装置(2)，使块煤的送给方向基本上与熔炼气化器(1)的垂直中心轴线(19)对齐，而且使粉末燃烧器(15)沿着与熔炼气化器(1)的垂直中心轴线同向偏斜的线对准，其中在设计具有粉末输送管路(17)和输气管路(18)的粉末燃烧器(15)时应保证至少40％的细颗粒状碳载体中的碳成分转变成CO2。
7．按权利要求6所述的装置，其特征在于，粉末燃烧器(15)所沿着对准的线与熔炼气化器(1)的垂直中心轴线(19)各具有相同的法向间距。
8．按权利要求6或者7所述的装置，其特征在于，有2至6个，最好是4个相互间隔均匀的粉末燃烧器(15)通过这熔炼气化器(1)的外壳。
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