CN1791685A - 利用熔渣的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用来自炼铁工业且含有氧化铁颗粒的熔渣(2，2″)的方法，所述方法加入还原剂(29)并用所述还原剂(29)使熔渣(2，2″)中的氧化铁颗粒以及其它可能存在的金属氧化物还原。为了在较低的能量消耗和较少的投资下有效还原熔渣，该方法按如下过程实施：在较长一段时间内缓慢且连续地向反应器(7)中含溶解碳的残余铁水(25)上加入熔渣(2，2″)；在较长一段时间内电加热熔渣(2)、残余铁水和新形成的铁水(17)；在较长一段时间内通过喷枪(11)用惰性气将含碳的还原剂(29)吹入到熔渣(2)和铁水(25)间界面(26)附近的区域或者直接吹入到铁水(25)中；在铁水(25)中溶解还原剂(29)中的碳；在较长一段时间内还原熔渣(2)的氧化铁颗粒，同时形成金属铁和CO；在较长一段时间内利用形成的CO形成泡沫熔渣(2′)；在较长一段时间内向泡沫熔渣(2′)中引入含氧气体或氧气，并再次加热CO以形成CO2；在较长一段时间内用惰性气体吹扫反应器(7)的底部；如果需要，排出处理后的熔渣(16)；随后排出铁水(17)，同时将含有溶解碳的剩余铁水(25)留在反应器(7)中。

Description

利用熔渣的方法
本发明涉及一种利用源自炼铁工业的熔渣的方法，所述熔渣含有已加入还原剂的氧化铁颗粒，并且熔渣的氧化铁颗粒以及任选提供的其它金属氧化物已被所述还原剂还原，本发明还涉及实施所述方法的装置。
炼铁工业的熔渣的利用过程的目的是形成与环境相容的熔渣，特别是可经济应用的熔渣，例如，其可以用作生产水泥溶渣替代物的原料。
这类方法可由WO 96/24696或WO 97/46717得知。因此，含氧化铁的液态熔渣如炼钢厂熔渣与氧化铁载体如铁矿石、碱性弱矿石、轧制渣屑或治金粉尘以及石灰和铁素体熔渣混合，这样形成的物质在还原反应器中还原，并通过碳的燃烧或热空气的加入而分别形成铁浴和烧结相。
这些已知方法的缺点在于废气的量很大，并且由于残余物质和煤从浴的下方加入而造成较高的粉尘损失。另一个缺点是在熔渣的氧化铁颗粒的还原过程中，吸热还原方法所产生的热损失被化学或热空气所抵消，即被碳的燃烧化学抵消。这些措施产生强的湍动，并因此由于较高的粉尘含量以及较大量的废气而形成较高的碳损失。碳燃烧所产生的化学热影响着化学平衡，并因此影响熔渣处理过程中该方法的进程。从很快就将征收的CO2税收角度来看，不可避免产生的较高的CO2排放会造成经济上的缺陷，并且这种方法不符合可持续发展的趋势。另外，这种熔渣的应用在设计复杂的转化炉或固定还原反应器中进行，需要较高的投资。
已知方法的另一个缺点在于操作是不连续的，即待处理熔渣分别加入、加工及随后浇铸或出渣。这包括每批熔渣的剧烈反应，并伴随着反应器中存在的相的组成的明显改变，这反过来会使反应器即转换器或固定还原反应器的耐火衬里产生较大的应变。而这种高应变会进一步被上述的化学热强化。
本发明的目的是避免上述的缺点和困难，提供一种最初提到的所述类型的方法以及实施所述方法的装置，所述方法通过简单的设施来实现，并且所述设施仅需要较少的投资。另外，尽可能地避免粉尘损失，并且只有少量的维护和修理工作是必须的，即反应器中存在的相的化学组成应该连续变化，只是在加入熔渣和加入粉尘时才在整体上轻微地改变。另一个重要方面在于在吸热还原中发生的热消耗通过提供热来补偿，而这种供热不会引起化学平衡的任何变化，从而使熔渣的利用不受加入热量即提供能量的影响。与现有技术中描述的方法相比，这种供热方式会造成较低的CO2排放，从而基于未来CO2赋税的角度来看，能够利用CO2节约的优点。相比于现有技术，废气量的减少也会造成较低的粉尘排放，从而能够更加有效地应用所加入的材料。
按照本发明，通过如下几个特征的组合来实现所述目的：
-在较长的一段时间内缓慢且连续地向反应器、优选为可倾斜的盘式反应器中向含溶解碳的残余铁水上加入熔渣，
-在较长的一段时间内电加热熔渣和残余铁水以及新形成的铁水，
-在较长的一段时间内利用气体、优选为惰性气通过喷枪将含碳的还原剂吹入到熔渣和铁水间界面附近的区域或者直接吹入到铁水中，并使碳溶解于铁水中并且使铁水与熔渣混合，
-在铁水中溶解还原剂的碳，和
-在较长的一段时间内还原熔渣的氧化铁颗粒，形成金属铁和CO，
-在较长的一段时间内利用所形成的CO形成泡沫熔渣，
-在较长的一段时间内向泡沫熔渣中引入含氧气体或氧气，并补充燃烧CO成为CO2，
-在较长的一段时间内用惰性气体从底部吹扫反应器，
-排出处理后的熔渣，和任选地
-随后排出铁水，并使含有溶解碳的残余铁水留在反应器中。
液体熔渣的加入始于调节钢厂转化炉(例如不锈钢工厂中的LD转化炉或AOD转化炉)的加入时间和由此产生的液体熔渣的量。调节聚集体的尺寸和加入速度，从而在钢厂转化炉中积累的熔渣的量可以在出渣期间的时间段内在还原反应器中按照本发明进行处理。按这样做，可以由两个或多个转化炉批次收集熔渣量，然后可以将其连续加入还原反应器中。
由于在较长的一段时间内缓慢且连续地加入熔渣，以已经存在的量为基准，单位时间进入反应器中待处理的熔渣量相对较少，因此反应器中存在的相的化学组成仅发生轻微变化。因此，可以确保所谓的“准连续”操作，即所应用物质的连续转化，即使当已经达到反应器的最大能力，也能确保处理后熔渣的排放总是最终不连续发生。
通过使不断增加的熔渣和残余铁水以及新形成的铁水量在较长的一段时间内电加热也能确保这种“准连续性”。另外，化学反应不受加热过程的影响。这就包括了化学反应更易于管理和控制的优点，而这一点对排出产品即处理后熔渣和处理后铁水的质量有正面影响。
另一个主要优点来源于向铁水或熔渣与铁水的界面的附近区域内直接加入含碳还原剂，因为通过向上吹气将不可避免地使吹入铁水的碳几乎全部溶解，和使铁水与熔渣混合，从而以最优方式直接进行还原。因此，含碳金属液滴与含金属氧化物的熔渣直接接触起主要作用，也就是说这样形成的较大界面可用于还原过程。其结果是熔渣中的可还原金属氧化物与金属熔融物中溶解的碳发生直接还原。
通过喷枪加入还原剂也是很重要的，具体地，这是因为以这种方式可以为所述方法提供理想的调节(调节其特定高度)，与之相对比的是底部鼓风口，后者使所加的试剂向上吹起，这将由于所谓的鼓风通过向废气物流中吹入气体而造成这些试剂大量损失，并因此造成粉尘大量的累积。另外，应用喷枪，还原剂在金属浴中的停留时间更长，从而实现金属浴中碳与还原剂的更有效分离。
优选地，可以通过使用喷枪，利用气体，优选为惰性气体，使残余物质，特别是治金残余物质如废料场残余物、来自气体净化过程的含氧化铁的粉尘和浆液、渣屑等在较长的一段时间内缓慢且连续地吹入到熔渣与铁水界面附近的区域或直接吹入到铁水中，使铁水与熔渣混合。
这也可以用于加入助剂，例如矾土、有利地为来自矾土提取过程的残余物质如红色污泥和/或石灰粉末和/或硅载体、有利地为含硅(Si)残余物质如飞灰、锅炉灰或废铸造用砂等，这些物质也通过使用喷枪，利用气体，优选为惰性气体，使之在较长的一段时间内缓慢且连续地吹入到熔渣与铁水界面附近的区域或直接注射到铁水中，并在每种情况下，使铁水与熔渣混合。
对于处理熔渣来说，如果在与还原剂不同的位置，优选在吹入还原剂的上方，例如直接加入到铁水与铁水上部形成的泡沫熔渣间的边界层区域，向反应器中加入残余物质和/或助剂，可能是有利的。
按照优选的实施方案，含碳还原剂和/或残余物质和/或助剂的吹入倾斜于反应器中存在的铁水的界面和位于所述铁水上部的熔渣的界面。
按照本发明的方法，如果在较长的一段时间内实施的处理步骤基本上按熔渣和任选铁水的排放到随后熔渣的排放并因此几乎同步进行而实施，则是很理想的。
因为待处理的治金残余物中，特别是熔渣和粉尘中的矿物质的量比可还原金属氧化物中的要高，所以比起处理铁水来，处理熔渣的生产量明显更多，因此熔渣将连续几次进行排放，然后才能够进行铁水的浇铸。如果在每一种情况下在较长的一段时间内要实施的方法步骤在熔渣的两个连续排放操作期间发生，任选在铁水和随后的熔渣排放之后发生，则待处理的残余物质，特别是熔渣和粉尘，可以在单位时间内以最小可能量而加入，这与钢厂设施的后备供应是兼容的，即与已经产生和单位时间内要处理的液体熔渣来说是兼容的。但是，也有可能需要临时中断熔渣的加入和/或残余物质和/或还原剂的加入，例如，为了用充满的熔渣容器替换空容器，或者为了取出中间样品，或者为了通过临时增加助剂的加入而调节熔渣组成等。按照本发明的方法，这些加入和加入的中断以及电加热的中断相互之间可以独立实施，从而在两次熔渣出渣之间的时间间隔内有可能达到所需要的理想调节。
为了阻止碳吹过和吹入废气中，并且为了分别阻止在泡沫熔渣的上部区域中在氧化区内碳的燃烧，含碳还原剂的吹入优选仅进行到在铁水中达到碳的最大饱和度为止。
为了确保在还原过程中形成的CO部分有效补充燃烧，并且该补充燃烧不损害还原过程，含氧气体或氧气适当地引入到上半区的熔渣中，有利地引入到熔渣高度的最上部的三分之一区域中。
如果助剂和/或残余物具体加入到熔渣与铁水间界面两侧的高度区域上，或者加入到铁水中的相同高度区域中时，其将被证明是有利的，而所述高度区域延伸至超过熔渣总高度最大25％，优选延伸至超过熔渣总高度最大10％，或者在铁水中其侧面相对的位置。
为了能特别迅速地转化所加入的物质，这些物质合适地通过喷枪的侧向排出口相对于理想的水平界面沿大致水平方向或略微倾斜地加入。
电加热优选通过电弧和/或电阻加热进行，而后者是由于形成泡沫熔渣而不可能应用电弧燃烧。
熔渣优选以至少部分液态的形式加入。
具体的方法特征包括金属氧化物的还原主要通过金属熔融物中溶解的碳的直接还原而实施，而不是通过碳与氧燃烧产生CO气体且随后应用该气体来实施的。
为了使很难还原的化合物如MnO、Cr2O3、P2O5还原至处理后熔渣中希望的合适低值，应用比碳更强的还原剂，如铝、铁硅、碳化钙等。优选在处理熔渣排放前的最后还原阶段中加入。
为了附加调节处理熔渣的性能，如果必要，在完成还原剂的加入时，进一步加入一些助剂。所述加入，对本发明来说是可能的，是临时独立的，并且可以以可控方式进行，除了其它优点外，其还能在较低碱强度下使氧化物如MnO或P2O5更有效还原，以及随后调节熔渣组成至希望的碱强度范围。
另外，本发明的方法能够通过吹入喷枪而有利地同样加入含氧化铁的矿石如细矿石、铬矿石等。
按照本发明，假定有可能形成尽可能大的泡沫熔渣高度，因此，所利用的还原反应器的高度选择得较大。因为这个原因，如果超过最大允许高度和熔渣高度的限定值不足时，则优选测量熔渣的高度并采取相应的校正措施。
在加入残余物质和/或助剂和/或还原剂之后且在排出处理熔渣之前，优选等待金属液滴从熔渣中沉积下来。
为了避免反应器中耐火材料的损坏，以及为了节约输入的能量，在反应器中在比处理熔渣的造粒过程更低的温度下适当处理熔渣。
实施本方法的装置具有如下特征：
-可倾斜的盘式反应器，在其内部，高度超过最大直径，并且向其提供：
-气体，优选为惰性气体，供给底部鼓风口和/或底部冲洗砖，
-至少一个喷枪，提供氧气且可从上方插入盘式反应器中，
-具有至少一个喷枪，提供含碳还原剂，该喷枪可从上方插入盘式反应器中，
-并且配有电加热设备，优选为可从上方插入的电弧电极。
为了能够在较长的一段时间内向反应器中引入待处理的熔渣，提供一种用于液体熔渣的缓慢可倾斜的熔渣加料设备，其中调节倾斜速度使之遵循来自主要技术单元的液体熔渣的加料间隔，特别是来自转化炉(在不锈钢工厂中，通常为LD转化炉或AOD转化炉)的液体熔渣的加料间隔。
为了引入固化熔渣，应用独立的加料设备被证明是方便的；所述设备优选设计为振动槽或斜槽或振动槽/斜槽的组合。
有利地，盘式反应器配有至少一个可从上部引入的用于加入残余物质和/或助剂的喷枪。
为了能够加入相对较大的块状原料物质如碎屑包等，反应器配有一个开口，使其成为可能。所述开口位于反应器的盖子上，其还有利地用来维持吸入废气所需的负压。
一个优选实施方案的特征在于在还原剂的至少一个排出口和排布在较高位置处的残余物和/或助剂的至少一个排出口处设置喷枪。
在下文中，通过图1所示的流程图以及几个示例性实施方案更为详细地描述本发明。图2描述了本发明的反应器的侧视图，图3显示了所述容器的顶视图。图4表示了插入过程中反应器的截面图。
钢制转化炉由1表示，从所述钢制转化炉中，一方面，熔渣2(图中所示为LD熔渣)浇吹入渣桶3中，另一方面，排出钢4。熔渣2由所述渣桶3倒入输送桶5中，输送至转台6，所述转台可通过倾斜输送桶5使待处理的液体熔渣2缓慢且连续地流入直立的可倾斜的盘式反应器7中。
对这些熔渣来说，熔渣2的加入优选以液态形式实施，这种加入方式在逻辑上是可能且合理的。例如，在转化炉熔渣(对C钢为LD熔渣而对不锈钢为AOD熔渣)的情况下，这是可能的。这种加入类型优选的原因是其具有能量优点，由于液体熔渣2具有较高的热容量，相应地加热和还原金属氧化物需要较少的能量。
在最终排出熔渣2后残余的铁水25仍然包含在盘式反应器7中。所述熔融物仅在修理工作进行时完全放出，否则的话在反应器7中总是保持足够高度(通常为至少0.6m))的至少一个金属液位。通常每经过五次熔渣出渣后，由于金属氧化物的还原而同时形成的附加金属浴也需要放出，从而使其不超过金属浴高度的最大值(通常约为1.25m)，相应地为泡沫熔渣的形成维持足够的自由空间。
在填充液体熔渣2的过程中，由于与金属中所含的溶解碳发生反应，其中所含的金属氧化物(主要为FeOX，也有MnO；当为不锈钢熔渣时，也有明显量的Cr2O3和NiO)的还原反应已经开始发生。
可倾斜的盘式反应器7具有超过最大内径8的高度9。其配有加热电极10和一个或多个可从上方插入的喷枪11，以及用于取样的设备13，其中所述喷枪用于吹入由贮存容器12提供的原料物质，如还原剂、助剂和/或残余物质和/或矿石，而所述吹入利用气体进行。这些喷枪11在其下端优选配有用于引入物质的侧向排布的排出口。在盘式反应器7的底部配有冲洗鼓风口14，用于引入惰性气体如氮气。另外，喷枪15用于吹入氧气。所述喷枪仅插入到内部空间的上部，即到达所形成的泡沫熔渣内部。
为了排出处理后熔渣16和处理后铁水17，倾斜盘式反应器7，并使处理后熔渣16倾倒入输送桶18中，然后送至造粒设备19′。如果要排出铁水17，在排出熔渣16后，通过倾斜盘式反应器7而类似地进行倾倒，所述铁水17任选通过输送桶19输送至桶处理台20，然后送至转化炉1中。
从图2和3可以看出，电极10在中心位置穿过盘式反应器7的盖子21，所述盖子用于吸入废气，而提供氧气的喷枪15位于在盖子21上所提供的开口23的旁边，所述开口23连到废气管道22上，并配有烧嘴23′。
正如图1中所示，输送设备如振动槽24用于引入固化溶渣，通过该振动槽可以在较长的一段时间内向盘式反应器7中加入固体块状熔渣，优选在两次浇铸操作之间的时间间隔内加入。
图4描述了盘式反应器7内部的工艺。所述反应器含有铁的残余熔融物25(生铁)，其由新形成的铁水补充。处于泡沫状态的熔渣2′位于铁水25上部。可以看到的是喷枪11深入盘式反应器7的内部，并且在其下部包括用于加入还原剂29的侧向排放口28。喷枪11的所述端由双口喷枪构成，其向前伸入到铁水25中。在其上方，接近铁水25与熔渣2′的边界面26的位置处，喷枪11具有另一个侧向排放口30，用于引入助剂和/或残余物质27和任选的矿石。固化熔渣2″的加入在所述图中类似地进行了描述。
供氧喷枪15伸入泡沫熔渣2′的上部区域，并且为熔渣还原过程中形成的CO提供补充燃烧。在所述高度区域内，在还原区31上部形成氧化区32。
为了使反应加速，通过插入盘式反应器7底部的冲洗鼓风口14加入惰性气体，优选为氮气。
为了控制泡沫熔渣的高度，提供用来测量泡沫熔渣高度的设备，其可以利用照相机、激光或超声波来实现。
本发明装置的操作通过如下两个实施例来描述。
实施例A
所表示的熔渣和残余物质的量均为按照LD方法生产1吨钢水(LS)、碳钢如结构钢的过程中所积累的典型的具体量。
还原剂29、助剂27以及其所必须的电能量也已表示出。
表1原料
  名称   LD熔渣   桶熔渣   脱硫熔渣   LD粉尘   HO粉尘   渣屑   飞旋
  组分   ％   ％   ％   ％   ％   ％   ％
  Al2O3CCaOCr2O3(Cr)FeFeOFe2O3MgOMnO(Mn)NiO(Ni)SiO2(Si)TiO2(Ti)   2.620.0940.350.640.4915.208.386.164.670.0017.180.53   18.720.0041.410.000.190.000.0014.750.410.0022.590.23   3.594.3012.600.0059.324.410.003.690.820.0010.660.00   0.211.447.470.0015.1525.5546.680.310.930.000.820.00   1.7327.415.280.001.027.7245.681.421.420.006.800.00   0.560.000.000.191.4963.9825.780.231.360.132.390.00   19.4410.764.280.010.480.974.603.190.100.0051.210.85
使组成如表1所示的110kg/t LS液体LD熔渣2从LD转化炉1倒入渣桶3中。所述渣桶3的内容物被倾倒入输送桶5中。随后，输送桶5固定在转台6上，并且液体熔渣2缓慢且连续地倾倒入可倾斜罐炉状还原装置7中的生铁金属浴25上。
使12kg/t LS罐炉熔渣2″和8kg/t LS脱硫(De-S-)熔渣通过振动槽24和斜槽缓慢且连续地加入盘式反应器7中(组成也示于表1中)。
加热熔渣2、2″和补偿热损失以及利用溶解碳对金属氧化物(特别是氧化铁)直接吸热还原所需的能量(90kWh/t LS)通过三个电极10以电的形式引入。
在填充且并行加热的过程中，所加入的熔渣2、2″中的金属氧化物通过应用生铁水25中溶解的碳直接还原而还原。通过向金属浴25中深层吹入还原剂29即4.7kg/t LS煤粉尘和2kg/t LS焦炭而置换废碳(分析：参见表2)。
表2还原剂
  名称   煤   焦炭
  组分   ％   ％
  CAl2O3CaOFe2O3MgOSiO2TiO2   83.182.830.570.740.455.200.16   91.661.790.260.000.152.980.07
除了还原剂29外，在C钢厂操作中通常会积累的残余物质27，即17kg/t LS的LD粉尘、15kg/t LS的高炉粉尘和5kg/t LS渣屑也通过吹入喷枪11用N2吹入(组成参见表1)。为了扩大所述边界层的表面，这些含氧化铁的残余物质的吹入操作发生在铁水25/熔渣2之间边界层26的附近。
为了调节作为灰渣替代物的水硬性粘结料的最优熔渣组成，作为SiO2供剂额外吹入35kg/t LS飞灰。
对于气动和底部冲洗来说，需要6Nm3N2/t LS。
还原在温度为1420℃下发生。在所述温度范围，由于在还原过程中形成CO而形成泡沫熔渣2′。金属氧化物与选择性分散于其中的金属熔滴的较大接触面积造成利用金属熔滴内所溶解的碳有效直接还原。为了改善能量平衡，以及达到所指示的电加热容量值，利用O2使还原过程中形成的部分CO补充燃烧。使4kg t/LS的O2通过位于泡沫熔渣2′上部三分之一处的O2喷枪15加入，并使25％的CO氧化为CO2。这种相对较低程度的补充燃烧容易控制，并且会造成所释放的能量更有效地传递回泡沫熔渣2′和金属熔融物25。吹入O2，并尽可能使所述氧化区32不与还原区31混合，其中在还原区中发生金属氧化物颗粒的还原反应。
随后进行完全燃烧，因此在废气中只能发现CO2，即45kg/t LS。这是一个非常低的值，只有通过优选的直接还原和电加热才能达到，并且从即将实施CO2税收角度来看，其相应地提供了这方面的优点。
由于煤的深度吹入且由于泡沫熔渣2′的过滤器效果，粉尘的含量极低，仅为1kg/t LS，从排放和避免过滤器粉尘的角度来看，这也代表一个优点。
在使全部量的LD熔渣2转化后，在完成剩余残余物质27和还原剂29的吹入，且完成还原后，取出熔渣样品，并用预算的分析检查结果的一致性。在表3中包括了已经产生的125kg/t LS的熔渣16所达到的目标分析值。
表3熔渣产品
  组分   ％
  CaOSiO2Al2O3MgOMnOTiO2FeOFe_met.Cr2O3P2O5   45.6033.8210.527.241.200.800.200.100.200.30
  合计   99.98
随后，升温至1450℃，从而一方面得到处理熔渣16随后造粒所需的温度，另一方面促进分散的金属液滴由于粘度降低而从泡沫熔渣中沉积下来。为了此目的，可能观察5分钟。
随后，除了保留量的熔渣外，其余熔渣通过倾斜反应器7而倒入输送桶18中。输送桶18中的内容物加入到干式造粒机19中。包括快速和玻璃状固化过程的造粒通过使熔渣射流在旋转盘上形成细小液滴并在空气流中迅速冷却细小液滴而实施。
每一次熔渣处理后，包含由还原过程得到的54kg/t LS金属(分析：参见表4)的金属浴25不由盘式反应器7中倒出而保留在其中，直到不能再提供用于泡沫熔渣2′的充足自由空间为止。通常，经过五次处理后发生这种状况，但由于盘式反应器7的几何结构不同，也可能有所变化。
表4：金属产品
  组分   ％
  FeCMnCrNiPS   87.114.006.100.900.011.440.04
  合计   99.60
随后，使盘式反应器7返回处理位置，缓慢且连续地再一次加入下一批LD熔渣2。剩余的步骤按上面所描述的方式重复进行。
五次处理后，除了高度至少0.6m的金属块外，使金属浴25排出以使其经受脱P处理。因此，所述金属浴用于增加整个治炼厂的生铁产生量，或者用于节省原料、能量和主要装置烧焦单元和高炉的CO2生产量。
实施例B
所表示的熔渣和粉尘的量均为生产1吨液体不锈钢的过程中所积累的典型的具体量。
还原剂29、助剂27以及所必须的电能量也已经计算出并表示出。
表1原料
  名称   不锈钢熔渣   不锈钢粉尘   飞灰
  ％   ％   ％
  CaOSiO2Al2O3MgOCCr2O3FeFeOFe2O3MnONiOTiO2   46.1326.926.308.000.004.202.523.400.001.500.220.73   18.597.300.003.300.0016.440.000.0040.283.603.510.00   4.2851.2119.443.1910.760.010.480.974.600.100.000.85
使组成如表1所示的317kg/t LS液体不锈钢(AOD)熔渣2从AOD转化炉1倒入渣桶3中。所述渣桶3的内容物被倾倒入输送桶5中。随后，输送桶5固定在转台6上，并且液体熔渣2缓慢且连续地倾倒入可倾斜罐炉状还原装置7中的含Cr/Ni的残余金属浴25上。
加热熔渣2和补偿热损失以及利用溶解碳对金属氧化物(特别是氧化铁，也包括高含量的氧化铬和氧化镍)直接吸热还原所需的能量(204kWh/t LS)通过三个电极10以电的形式引入。
在填充且并行加热的过程中，所加入的熔渣2中的金属氧化物通过应用合金生铁中溶解的碳直接还原而还原。通过向金属浴25中深层吹入还原剂29即6.1kg/t LS煤粉尘和2.0kg/t LS焦炭而置换废碳(分析：参见表2)。
表2还原剂
  名称   煤   焦炭
  组分   ％   ％
  CAl2O3CaOFe2O3MgOSiO2TiO2   83.182.830.570.740.455.200.16   91.661.790.260.000.152.980.07
除了还原剂29外，在不锈钢厂操作中通常会积累的残余物质27，即36kg/t LS含较高量Cr和Ni的不锈钢粉尘也通过吹入喷枪11吹入(组成参见表1)。为了扩大所述边界层26的表面，吹入操作发生在金属浴25/泡沫熔渣2′之间边界层26的附近。
为了调节作为灰渣替代物的水硬性粘结料的最优熔渣组成，作为SiO2供剂额外吹入70kg/t LS飞灰。有利地，应用碳含量相对较高的飞灰。
对于气动和底部冲洗来说，需要7Nm3N2/t LS。
还原最初用碳在温度为1430℃下发生。在所述温度范围，由于在还原过程中形成CO而形成泡沫熔渣2′。金属氧化物与选择性分散于其中的金属熔滴的较大接触面积造成利用金属熔滴内所溶解的碳有效直接还原。
为了改善能量平衡，以及达到所指示的电加热容量值，利用O2使还原过程中形成的部分CO补充燃烧。使4.0kg t/LS的O2通过位于泡沫熔渣2′上部三分之一处的O2喷枪15加入，并使25％的CO氧化为CO2。这种相对较低程度的补充燃烧容易控制，并且会造成所释放的能量更有效地传递回泡沫熔渣2′和金属熔融物25。吹入O2，并尽可能使所述氧化区32不与还原区31混合，其中在还原区中发生金属氧化物颗粒的还原反应。
随后进行完全燃烧，因此在废气中只能发现CO2，即44kg/t LS。这是一个非常低的值，只有通过优选的直接还原和电加热才能达到，并且从即将实施CO2税收角度来看，其相应地提供了这方面的优点。
由于煤的深度吹入且由于泡沫熔渣2′的过滤器效果，粉尘的含量极低，仅为1.2kg/t LS，从排放和避免过滤器粉尘的角度来看，这也代表一个优点。
经过加入不锈钢熔渣2、不锈钢粉尘27和飞灰的阶段后，并且经过用金属浴25中的溶解碳还原后，其中所述碳已通过吹入还原剂29所置换，取出熔渣样品，并用预算的分析检查结果的一致性。随后，为了减少难于被还原的氧化物的含量，特别是Cr2O3的含量，加入更强的还原剂：1kg/t LS的Fe75Si，并且可能观察5分钟。在表3中包括了已经产生的354kg/t LS的熔渣16所达到的目标分析值。
表3熔渣产品
  组分   ％
  CaOSiO2Al2O3MgOTiO2MnOFeOFe_met.Cr2O3P2O5   44.5935.869.668.240.800.500.200.100.020.01
  合计   99.98
随后，升温至1460℃，从而一方面得到处理熔渣16随后造粒所需的温度，另一方面促进分散的金属液滴由于粘度降低而从泡沫熔渣2′中沉积下来。为了此目的，可能观察5分钟。
随后，除了保留量的熔渣外，其余熔渣通过倾斜盘式反应器7而倒入输送桶18中。输送桶18中的内容物加入到干式造粒机19中。包括快速和玻璃状固化过程的造粒通过使熔渣射流在旋转盘上形成细小液滴并在空气流中迅速冷却细小液滴而实施。
每一次熔渣处理后，包含由还原过程得到的50kg/t LS金属(分析：参见表4)的金属浴25不由盘式反应器7中倒出而保留在其中，直到不能再提供用于泡沫熔渣2′的充足自由空间为止。通常，经过五次处理后发生这种状况，但由于盘式反应器7的几何结构不同，也可能有所变化。
表4：金属产品
  组分   ％
  FeCCrMnNiPS   58.125.0026.206.773.080.100.04
  合计   99.31
随后，使盘式反应器返回处理位置，缓慢且连续地再一次加入下一批LD熔渣2。剩余的步骤按上面所描述的方式重复进行。
五次处理后，除了高度至少0.6m的金属块外，使金属浴25排出，并且如果需要，使其经受脱P处理。因此，所述金属浴用于增加整个治炼厂的生铁产生量，或者用于节省原料、能量和主要装置烧焦单元和高炉的CO2生产量。
本发明方法的主要优点是有可能实施熔渣的选择性细小调节，而所述熔渣是通过吹入各种残余物质和如果需要的助剂等生产的。优选地，对各种原料的需要量在过程模型中计算得到，其中所述模型是基于原料的已知分析建立的，并且通过控制吹入装置的参数而加入各自的量。通过对熔渣和金属浴取样进行检测。
另一方面，通过应用自动温度套管(浸入式热电偶)可以确定温度。另一方面，通过高温温度计可以间歇、优选连续地控制温度。

Claims (25)

1.一种利用来自炼铁工业且含有氧化铁颗粒的熔渣(2，2″)的方法，其中加入还原剂(29)，使熔渣(2，2″)中的氧化铁颗粒以及任选提供的其它金属氧化物被所述还原剂(29)还原，其特征在于如下特性的组合：
-在较长的一段时间内缓慢且连续地向反应器(7)、优选为可倾斜的盘式反应器(7)中向含溶解碳的残余铁水(25)上加入熔渣(2，2″)，
-在较长的一段时间内电加热熔渣(2)和残余铁水以及新形成的铁水(17)，
-在较长的一段时间内利用气体、优选为惰性气通过喷枪(11)将含碳的还原剂(29)吹入到熔渣(2)和铁水(25)间界面(26)附近的区域或者直接吹入到铁水(25)中，并使碳溶解于铁水(25)中并且使铁水(25)与熔渣(2)混合，
-在铁水(25)中溶解还原剂(29)的碳，和
-在较长的一段时间内还原熔渣(2)的氧化铁颗粒，形成金属铁和CO，
-在较长的一段时间内利用所形成的CO形成泡沫熔渣(2′)，
-在较长的一段时间内向泡沫熔渣(2′)中引入含氧气体或氧气，并补充燃烧CO成为CO2，
-在较长的一段时间内用惰性气体从底部清洗反应器(7)，
-排出处理后的熔渣(16)，和任选地
-随后排出铁水(17)，并使含有溶解碳的残余铁水(25)留在反应器(7)中。
2.权利要求1的方法，特征在于在较长的一段时间内利用气体、优选为惰性气体通过喷枪(11)缓慢且连续地将残余物质(27)、特别是治金残余物如废料场残余物、来自气体净化过程的含氧化铁的粉尘和浆液、渣屑等吹入到熔渣(2′)和铁水(25)间界面(26)附近的区域或者直接吹入到铁水(25)中，并使铁水(25)与熔渣(2′)混合。
3.权利要求1或2的方法，特征在于在较长的一段时间内利用气体、优选为惰性气体通过喷枪(11)缓慢且连续地将助剂(27)如矾土和/或石灰粉末和/或硅载体吹入到熔渣(2′)和铁水(25)间界面(26)附近的区域或者直接吹入到铁水(25)中，并在每种情况下使铁水(25)与熔渣(2′)混合。
4.权利要求2或3的方法，特征在于残余物质(27)和/或助剂(27)在与还原剂(29)不同的另一高度吹入反应器(7)中，优选高于还原剂(29)的吹入位置。
5.权利要求1-4中一项或几项的方法，特征在于含碳还原剂(29)和/或残余物质(27)和/或助剂(27)的吹入倾斜于反应器(7)中存在的铁水(25)和位于所述铁水上部的熔渣(2′)的界面(26)。
6.权利要求1-5中一项或几项的方法，特征在于在较长的一段时间内实施的处理步骤基本上按排放熔渣(2′)以及任选的铁水(25)到随后排放熔渣(2′)进行，并且因此基本上是同步进行的。
7.权利要求1-6中一项或几项的方法，特征在于含碳还原剂(29)的吹入持续到在铁水(25)中已经达到碳的最大饱和限度为止。
8.权利要求1-7中一项或几项的方法，特征在于向熔渣(2′)中引入含氧气体或氧气的操作在熔渣(2′)高度的上半段内进行，优选在熔渣(2′)高度的最上部的三分之一内进行。
9.权利要求1-8中一项或几项的方法，特征在于助剂(27)和/或残余物(27)的吹入在熔渣与铁水间界面(26)两侧的高度区域内进行，该高度区域延伸超过熔渣总高度的最大25％，或在铁水(25)中的相同高度区域内进行，优选延伸超过熔渣(2′)总高度的最大10％，或者在铁水(25)中与其侧面相对的位置进行。
10.权利要求1-9任一项的方法，特征在于待吹入的物质(27，29)通过喷枪(11)的侧向排出口(28，30)相对于理想的水平界面(26)来说沿大致水平的方向或略微倾斜地吹入。
11.权利要求1-10中一项或几项的方法，特征在于电加热通过电弧和/或电阻加热进行。
12.权利要求1-11中一项或几项的方法，特征在于熔渣(2)至少部分以液态形式加入。
13.权利要求1-12中一项或几项的方法，特征在于金属氧化物的还原主要通过用金属熔融物中溶解的碳直接还原进行。
14.权利要求1-13中一项或几项的方法，特征在于优选在处理熔渣(2′)排放前的最终还原阶段中应用比碳更强的还原剂如铝、铁硅、碳化钙等。
15.权利要求1-14中一项或几项的方法，特征在于在还原剂(29)的加入完成后，加入用于调节熔渣特性的助剂(27)。
16.权利要求1-15中一项或几项的方法，特征在于另外应用含氧化铁的矿石如细矿石、铬铁矿石。
17.权利要求1-16中一项或几项的方法，特征在于测量熔渣(2′)的高度，且在超过熔渣最大允许高度且低于熔渣高度的限定值时采取相应的校正措施。
18.权利要求1-17中一项或几项的方法，特征在于在引入残余物质(27)和/或助剂(27)和/或还原剂(29)之后并且在排出处理后熔渣(2′)之前，等待金属液滴从熔渣(2′)中沉积出来。
19.权利要求1-18中一项或几项的方法，特征在于在比处理熔渣(2′)造粒更低的温度下在反应器(7)中进行熔渣(2)的处理。
20.一种实施权利要求1-19中一项或几项的方法的装置，特征在于如下特征：
-可倾斜的盘式反应器(7)，在其内部，高度(9)超过最大直径(8)，并且向其提供：
-气体，优选为惰性气体，供给底部鼓风口(14)和/或底部冲洗砖，
-至少一个喷枪(15)，供应氧气且可从上方插入盘式反应器(7)中，
-具有至少一个喷枪(11)，提供含碳还原剂(29)，且该喷枪可从上方插入盘式反应器中，
-并且配有电加热设备(10)，优选为可从上方插入的电弧电极(10)。
21.权利要求20所述的装置，特征在于用于液体熔渣(2)的可缓慢倾斜的熔渣加料设备(5，6)。
22.权利要求20或21的装置，特征在于用于固化熔渣(2″)的熔渣加料设备，其优选设计为振动槽(24)或斜槽。
23.权利要求20-22中一项或几项的装置，特征在于通过可从上方引入盘式反应器(7)的喷枪(11)吹入残余物质(27)和/或助剂(27)。
24.权利要求20-23中一项或几项的装置，特征在于反应器(7)配有用于加入块状、优选为大块状含铁原料的开口。
25.权利要求20-24中一项或几项的装置，特征在于喷枪(11)具有至少一个用于还原剂(29)的排出口(28)和至少一个设置在更高位置处的用于残余物质(27)和/或助剂(27)的排出口(30)，其中应用至少两个独立的管道用于喷枪和排出口。
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