CN1791686A - 改善钢铁联合工厂一次能源利用率的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种方法以及钢铁联合生产工厂，其中不使用焦炉煤气、转炉气以及高炉炉顶煤气作为发电或其它加热目的的燃料，这些气体更有效地被用作直接还原铁矿石生产DRI的化学物质。将DRI装填入高炉以提高粗钢的产量而不增加炼焦炉设备以及高炉的生产能力，且不改变粗钢的质量，或者，如果产率保持不变，则化石燃料的比消耗量显著降低。根据本发明一次化石能源的利用还降低了生产每吨粗钢的比二氧化碳排放。在常规联合工厂中每吨粗钢的比二氧化碳排放约为1.6吨。
Description
技术领域
本发明涉及以下类型的钢铁联合工厂的领域，其包括用于生产粗钢液的高炉(BF)及吹氧转炉(BOF)，以及用于向高炉提供必需的焦炭的炼焦炉(CO)。更具体而言，本发明涉及利用炼钢厂中BF、CO以及BOF所产生的气体的化学价值的改良方法，其优点在于能量效率的提高以及对环境影响的降低。所述对环境的影响由向大气中排出的二氧化碳的量评价。
背景技术
当前世界钢铁生产大多基于包括高炉及碱性氧气转炉的钢铁联合工厂。高炉需要焦炭，焦炭由通常位于高炉附近的炼焦炉中煤的碳化制备。这三种设备排出相当量的过剩气体(surplus gas)，这些气体用于发电或者在炼钢厂的其他区域例如热风炉(blast air heating stove)、锅炉、均热炉、轧机中的热处理炉中用于加热目的，并且某些工厂在废气燃烧烟道(flare stack)中燃烧未利用的部分气体。
能源主要是焦炭价格的不断上涨，以及与二氧化碳排放相关的环境的限制促使人们考虑主要利用来自联合炼钢厂的可用能源来产钢而不是用于发电及其它用途。另外，当前废钢、DRI/HBI以及其它铁原材料价格的增长同目前的市场波动导致需要寻找通过利用高炉气(BFG)、焦炉煤气(COG)以及吹氧转炉气(BOFG)的化学还原势以较低成本生产金属铁的其他途径。
有时候发电并不适于本地电力市场，因此这些方案不可行。发电也不能最佳地利用这些气体的化学价值。通过并入用于还原铁矿石的直接还原设备，可将由COG及BOFG生成的DRI装填入BF以减少其焦炭和/或煤粉注入(PCI)的用量，或者用于提高消耗相同化石燃料的铁水产量，从而提高联合工厂的粗钢产量，并通过降低生产每吨钢向大气中排放的二氧化碳量而使钢铁生产工厂更加适应环保需要。另一种可能是不增加BF和CO的生产能力而通过在电弧炉(EAF)中熔融DRI以及附加的废钢以提高粗钢产量。
第4,889,323号美国专利的公开于此并入，参考其中对工艺操作条件的教导。该专利记载用于产钢的工厂布置(mill arrangement)，其中直接还原(DR)反应器采用由氧气转炉气、还原反应器产生的废气以及焦炉煤气制成的还原气体。焦炉煤气在通过变压吸附(alternating pressureadsorption)分馏以提高其中氢气的含量并且降低烃含量后加以应用，同时还将COG去硫并通过变压吸附(pressure swing adsorption，PSA)工艺。还原反应器中的还原气体为处理过的转炉气和处理过的焦炉煤气的混合物。DR反应器中生产的DRI代替钢屑作为冷却剂被装填入转炉或者被装填入电弧炉中用于炼钢。
该专利的工艺涉及取代装填到转炉中的钢屑，并没有教导或者提示将DRI装填到高炉中从而提高生铁产量，或者减少生产每吨钢排放至大气中的比二氧化碳量(specific amount)的优点。
第4,822,411号美国专利的公开于此并入，参考其中对工艺操作条件的教导。该专利记载了与上述专利类似的钢铁联合工厂的布置，其中在炼钢设备中并入直接还原设备以提高钢产量而无需增加高炉及炼焦装置的生产能力。
该专利提出将通过直接还原反应器得到的金属铁装填到炼钢转炉(steel converter)中以提高钢产量，同时高炉中生产的铁水的量保持不变。其同时还提出提高焦炉煤气还原质量的方法，其通过将焦炉煤气与源自氧气转炉的气体以及任选与源自还原反应器的废气混和，并在需要巨大的投资、运转以及维持成本的催化重整装置中将其重整。该专利并未教导和提示：i)将DRI装填至高炉，从而提高生铁产量；ii)使用高炉气来加热饲入直接还原反应器的还原气体；或者iii)减少生产每吨钢向大气中排放的比二氧化碳量的优点。
第4,248,624号美国专利的公开于此并入，参考其中对工艺操作条件的教导。该专利记载了一种操作高炉的方法，其中一部分物料是预先还原的金属化程度相对低以及碳含量相对高的铁矿石。该专利教导将海绵铁形式的金属铁用作物料的一部分装填到高炉中，从而提高高炉生产率并降低折算焦比(specific coke rate)。该专利未提示通过结合焦炉煤气以及氧气转炉气制备还原气体以用于生产海绵铁，或将预先还原的物质装填到高炉中从而降低每吨钢的二氧化碳排放量。
发明内容
当现有技术设想提高钢产量而不增加高炉和炼焦炉生产能力这一总构思时，实现这种产量提高的形式很复杂，并且需要额外的工艺设备。本发明以较简单的方式实现了产量的提高，同时实现了化石燃料消耗率(specific consumption)的显著降低，例如，在提高产量的方法中，降低了一次化石能源(fossil primary energy)的消耗率。
本发明对一次化石能源的最佳利用还具有显著降低每吨粗钢比二氧化碳排出(specific CO2 emission)的作用。通过传统的BF/BOF方法，比二氧化碳排出大约为1.6吨/吨粗钢。采用本发明的工艺，将采用COG和BF顶气生产的DRI作为金属填料加入BF或者EAF中，使得绝对和/或者比二氧化碳排出显著降低。
因此，本发明的一个目的是提供钢铁联合工厂运转的方法以及设备，其中钢生产能力得以提高而无需增加相联的炼焦设备及高炉设备的生产能力。
本发明另一目的是提供用于降低钢铁联合工厂生产每吨钢的化石燃料消耗率的方法及设备。
本发明另一目的是提供用于降低钢铁联合工厂生产每吨钢所产生的二氧化碳的量的方法及设备。
本发明的其它目的将在说明书中指出或者对本领域技术人员而言将是显而易见的。
总体而言，在包括生产生铁用的高炉、炼钢用的氧气转炉以及生产焦炭用的炼焦炉的钢铁联合工厂中实施不增加高炉和炼焦设备的生产能力、通过在钢铁联合工厂中结合用于生产直接还原铁的直接还原反应器而增加钢产量的方法实现了本发明的各种目的。该方法包括引出(withdraw)并调节从炼焦设备中排出的气体的温度和压力以形成第一气流，其氢气的含量大于约50体积％且一氧化碳的含量低于约10体积％；引出并调节从碱性氧气转炉中排出的气体的温度和压力以形成第二气流，其氢气的含量低于约10体积％且一氧化碳的含量高于约50体积％；将所述第一以及第二气流混合形成还原势大于约0.6的第三气流，其氢气的含量高于约30体积％且一氧化碳的含量高于约30体积％；将第三气流与一部分从还原反应器中排出的经再生的气体混合形成第四气流；在气体加热器中将所述第四气流加热至温度高于约850℃；向还原反应器中通入含有铁氧化物的固体颗粒并从该还原反应器中排出直接还原的铁颗粒；将高温的第四气流充入所述还原反应器中以将其中的铁氧化物还原为金属铁并生成直接还原的铁；将该还原反应器中反应过的气体引出作为第五气流；从至少一部分第五气流中除去水和二氧化碳以再生其还原势，从而形成第六气流；将至少一部分第六气流与至少一部分第三气流结合以形成第四气流；以及将直接还原铁装填入高炉。
在另一具体实施方案中，钢铁联合工厂中的钢产量通过在炼焦炉中将煤转化为焦炭并通过引出并调节炼焦炉排出气体的温度和压力形成氢气的含量至少为约50体积％且一氧化碳的含量低于约10体积％的第一气流而提高。将焦炭、铁矿石以及空气通入高炉，在高炉中铁矿石转化为生铁。将生铁和氧气通入氧气转炉，在氧气转炉中生铁转化为钢。通过引出并调节氧气转炉中排出的气体的温度和压力形成氢气的含量低于约10体积％且一氧化碳的含量至少为约50体积％的第二气流。通过混合第一和第二气流形成还原势高于0.6、氢气的含量高于约30体积％且一氧化碳的含量高于约30体积％的第三气流。通过将至少一部分第三气流与至少一部分从直接还原反应器中排出的经再生的气体混合形成第四气流。将第四气流加热至温度高于约850℃，继而与含有铁氧化物的固体颗粒一同装填入直接还原反应器中，在该直接还原反应器中这些固体颗粒被转化为直接还原铁形式的金属铁。将所述直接还原反应器中反应过的气体引出形成第五气流。从至少一部分第五气流中除去水和二氧化碳形成具有再生的还原势的第六气流，并收集分离的二氧化碳。将至少一部分第六气流用于形成第四气流。将所述直接还原反应器中的直接还原铁装填入高炉。一部分从所述直接还原反应器中排出的气体可以用于加热注入高炉中的空气，另一部分从该直接还原反应器中排出的气体可作为燃料通入炼焦炉。
为了简化，本说明书中采用如下缩写形式：
BF 高炉
BFG 高炉气
BOF 吹氧转炉
BOFG 吹氧转炉气
CO 炼焦炉
COG 焦炉煤气
DRI 直接还原铁
PCI 煤粉注入
EAF 电弧炉
PSA 变压吸附
tHM 吨生铁
除本文所述外，本发明钢铁联合工厂各组成部分中的工艺条件，如温度、压力、质量流等均为常规的和本领域公知的。例如，这样的条件公开于“The Making，Shaping and Treating of Steel”，第10版，Associationof Iron and Steel Engineers，1985中，其公开于此处引用作为参考。
附图说明
图1为包含本发明的钢铁联合工厂的示意图，其显示在该工厂相关生产设备中的多重物质和能量交换。
图2为高炉中的煤粉注入量和氧气量之间的关系图。
具体实施方式
参考图1，数字10总体指定为钢铁联合工厂，其包括CO 12、用于生产生铁的BF 14以及BOF 16。钢铁联合工厂通常还包括钢包炉和板坯连铸机或者薄板坯连铸连轧设备(compact strip plant，CSP)用以生产热轧带卷，但是出于简化本发明说明书的目的，图中并没有显示这些常规的设备。
在过去30到40年中，高炉工艺的发展使得平均焦炭/煤的消耗量降至470kg/tHM。在此发展中，其它燃料如石油或者煤取代了焦炭，从而现在的高炉可采用如数字18所示的约300kg焦炭/tHM加上与氧气21结合的约170kg煤粉注入(PCI)20进行运转。
BFG 22由碳(焦炭/煤)在空气中的不完全燃烧产生。典型的BFG组成包括约4％的氢气、约24％的一氧化碳以及约23％的二氧化碳，剩余部分主要为源自通入BF中的鼓风(air blast)的氮气。
多年来BFG在除加热热风炉(stove)和锅炉之外的应用中由于其较高的氮气含量而并不经济。在过去，经收集并在调节区(conditioningstation)24中调节温度和压力后的BFG用作炼焦炉、均热炉以及再加热炉的燃料，在图中仅以分支管26显示。根据本发明，BFG 22的一部分28用来在加热器30中加热用于直接还原反应器的还原气体。
在示例性联合工厂中气体的组成以及含量如表1所示。
COG是在炼焦炉12中生产焦炭的副产品，其由烟煤在无空气的条件下碳化或者干馏产生。与BFG相比，于调节设备34中经过压力和温度处理，有时还经过去硫化处理后的COG 32具有比BFG高5到6倍的发热值。COG由于具有较低的比重而具有相对较低的配送成本(distribution cost)并具有较高的发热值，因而比BFG具有更加广泛的应用。COG在燃烧时产生极高的温度而且无需超大的燃烧室即可以较高的速率释放热量。
表1.钢铁联合工厂中设备/系统的质量和能量流
| 项目 | 单位 | 高炉 | 炼焦炉 | 氧气转炉 |
| 燃料投入焦炭PCI焦煤其它燃料/能量 | GJ/tKg/tGJ/tKg/tGJ/tt/tGJ/tkWh/t | 单位/tHM8.993004.721680.02 | 单位/t焦炭39.911.223.45 | 单位/tLS25 |
| 废气流质量流能量成分H2COCO2CH4CnHmN2H2SLHV | Nm3/tGJ/tVol.％Vol.％Vol.％Vol.％Vol.％Vol.％g/Nm3MJ/Nm3 | 单位/tHM891.83.053.923.723.249.23.42 | 单位/t焦炭418.17.2762.35.91.423.91.94.60.1917.39 | 单位/tLS8.6900.756.562.717.013.88.63 |
未处理(未脱硫的++)的COG中硫(如H2S)的存在给它的应用带来不便，尤其是当加热一定级别的合金钢来轧制的时候。硫的存在还需要在管线、阀门以及燃烧器中应用能抵抗硫侵蚀的材料。
碳化过程中炼焦炉12需要燃料用于加热。就此而言，炼焦炉设备对于使用来源不同的燃料的灵活性高，其可使用的燃料包括BFG以及它自身产生的COG。低热值的BFG作为燃料应用于炼焦炉(coke ovenfurnace)以及高炉中的热风炉(hot stove)中，而高热值的焦炉煤气可用于其它消耗装置如轧钢设备以及发电设备。高温COG的产量约为420Nm3/t焦炭。
处理过的COG 32的典型组成列于上述表1之中。但是，未经任何处理的COG可以用于直接还原反应器36中生产DRI。
炼焦炉设备12通过加热煤38并分离挥发性成分作为COG 32而将所述煤转化为焦炭18。从直接还原反应器36中排出的废气40在焦化设备12中作为燃料使用，生成含有二氧化碳的废气42，其中二氧化碳被排入大气。
铁矿石、烧结矿以及熔剂(flux)44被饲入BF 14，并在其中通过以焦炭和热空气48不完全燃烧生成的一氧化碳和氢气还原铁矿石和烧结矿产生熔融的生铁46。冷空气50以本领域公知的方式在热风炉(stove)52中通过与热风炉内的耐火材料的热交换而被加热，该耐火材料存贮有来自还原反应器36排出的燃料气体54燃烧的热量。在热风炉52中燃料气体的燃烧产生作为废气排出的二氧化碳56。
通过吹入氧气58调整生铁46和废钢47中存在的碳以及其它元素，熔融生铁46在BOF 16中被进一步加工并转化为钢57。在吹入时间内，在转炉中通常产生的BOFG的量在0.75GJ或者约80到90Nm3/吨钢液范围内。将主要由一氧化碳和二氧化碳组成的BOF 60在调节设备62中收集、冷却并且纯化。该气体调节设备可包括储气器(gasholder)(出于简化的考虑未示出)，其作用是作为BOFG持续传输的缓冲器。当前，BOFG主要在再加热炉中燃烧(flare)或使用。在调节设备62中处理后的BOFG60的典型组成如表1中所示。
在常规的钢铁联合工厂中，约32％的一次化石能源(包括煤以及PCI)被转化为当前一般用于发电的过剩气体。假设效率为36％，产生的电能总量约为560kWh/t HRC。约220kWh/t HRC用于厂内需求，剩余的340kWh/t HRC可输出至厂外。
COG和BOFG中的氢气和一氧化碳含量使得它们适用于铁矿石的还原，然而BFG由于具有较高的氮气含量，因此用作加热还原气体以及蒸发/发电的燃料。
根据本发明，氢气含量高至超过50体积％的COG 32以及BOFG 60用于在DR反应器36中还原铁矿石。将气流32和60结合形成气流64。气流64具有更加适合还原铁矿石的组成，例如约37体积％的氢气以及约31体积％的一氧化碳。二氧化碳的含量约为8体积％而甲烷约为13体积％。将气流64与从还原反应器36排出并在二氧化碳吸收器68中处理过的气流66混合，由此降低这些化合物的比例。气流66的体积百分比组成为约36％氢气、24％一氧化碳、2％二氧化碳以及7％甲烷。将所得混合气流69在加湿器70中用水饱和后成为气流72，并在气体加热器30中加热至温度为850℃以上，优选为介于900℃到950℃之间。
将含氧气体74如空气、不同比例的富氧空气或者纯氧气注入并与高温气流72混合以使温度进一步升高，从而为根据自身重整技术(self-reforming process)将甲烷转化为氢气和一氧化碳提供能量，其中，饲入还原反应器的还原气体由在反应器36的还原区中生成的DRI中存在的金属铁的催化作用促进，在所述还原区中高效地制得。在反应器入口前COG和氧气的不完全燃烧提供了额外的能量，该能量为天然气原位重整以及金属铁渗碳所需。与现有技术的建议相反，该自身重整工艺并不需要外部重整设备或其替代设备还原气体生成系统。
由于不完全燃烧，反应器入口处的还原气体温度非常高，例如在1000℃以上。由于反应器中总(combined)化学反应的吸热行为，还原反应区所得的温度低于可能形成材料团簇(material cluster)的条件。
金属化的程度以及碳含量可以分别通过调整关键的工艺参数以及还原反应器中所有的还原以及冷却气体回路中的气体组成来控制。
反应器36在高压下运行(优选约为6bar的绝对压力)，从而允许反应器达到每平方米约10t/h的较高产率，并且通过炉顶煤气携带将粉尘损失降至最低。这反映在铁矿石消耗较低上，从而使维持低成本运行成为可能。
将球状、块状或者二者混合形式的铁矿石颗粒76通过适宜的常规填料装置(未示出)饲入反应器36形成向下移动的床。该床在反应器中由于重力作用下降，还原气体反向流动。该颗粒床的流动速率通过本领域公知的适宜的装置如回转阀或者振动输送器进行调节。DRI 78从反应器中排出并被装填入高炉14中。
水80由加热器30中的废气82加热并被转化为蒸汽84，蒸汽84与热交换器88中生成的蒸汽86一同用于二氧化碳解吸塔(CO2 stripper)90中以本领域公知的方式再生吸附溶液。自解吸塔90中除去的高纯二氧化碳92经收集并售于其他工业作为他用。二氧化碳92的选择性去除是本发明的重要特征，其降低钢铁联合工厂向大气中排放的二氧化碳总量。
还原气体94在同铁氧化物76反应后从反应器36中排出，并通过热交换器88，于此其部分显热用于自水89生产蒸汽86，然后通过将其以冷却器96处的水冷却并清洁，经处理以再生其还原势，水97在冷却器96中凝结并自气流94中分离。热水97适用于在加湿器70中对结合的循环还原气体69加湿。去水的气体98的主要部分作为气流99充入压缩机或者泵装置100中，并且由二氧化碳吸收器68中通过从而提高其还原势，并最终循环至还原反应器36。
气流98的另一部分102作为补充气体(make-up)充入反应器36的冷却区。该冷却气体102在反应器36的下部流动，与其上部生成的高温DRI反向流动以将所述DRI的温度降至低于100℃、优选低于80℃的水平，通过这种方法避免任何由周围空气中的氧气和水与金属化的DRI颗粒接触而可能导致的再氧化。该DRI冷却使得DRI可以在开放的输送机及运输装置中装填入BF 14中，并允许其在露天储存。或者，如果热团矿工艺(hot briquetting process)的成本足够低，DRI可以进行热压块并且通过在高温下将DRI直接排入压块机(未示出)来排除冷却气体及装置。在本发明的一种优选的具体实施方案中，DRI 78被冷却至低于80℃的温度，然后通过开放式输送机输送到BF、储存地点或者其它应用地点。冷却气体106从反应器36中移除，在水冷装置104中冷却并清洁，并通过压缩机108进行循环。
气体98的另一部分110可以作为惰性吹扫气体(a purge of inertgases)从还原系统中排出，并用于压力控制。
对于最佳的DR工艺流程而言，将存在过剩的吹扫气体(purge gas)，这主要是由于需要BOFG中高度富集的N2吹扫。源自还原回路的多余吹扫气体54被送入炼钢设备以在炼焦设备12和/或在轧钢设备中应用或用于发电。由二氧化碳移除系统中通过的循环气体99的量影响DRI的生产率并从而影响吹扫气体54和110的量。取决于钢铁厂中不同设备对DRI的需求以及额外的燃料需求，DRI的产率可以根据以上需求以及燃料需求进行设定。适当的平衡取决于各设备特定的特征以及生产能力。
本发明的另一方面是其应用可使钢铁联合工厂提高其适应二氧化碳排出相关的环保限制的能力，这由于京都议定书中提出的法规/贸易方面的规定而具有重要的经济意义。
本发明的优点可概括如下：(1)化石燃料(煤)消耗降低13％到28％，并且非选择性的二氧化碳排放降低23％到34％；(2)通过结合DR反应器并维持相同的生产率有可能增加约24％的熔融金属。钢水的生产成本可降低约10美元/吨；以及(3)通过装配电弧炉设备有可能增加约38％的钢水。在这种情况下，粗钢生产成本可降低约22美元/吨。
实施例
为改善典型的钢铁联合工厂中的总体能源消耗、二氧化碳排放以及生产成本，申请人对以下情形进行了分析。具有代表性的高炉生产每吨生铁(tHM)使用300kg焦炭和170kg煤粉注入(PCI)。考虑到该能量输入情况，应用所有可用的COG以及BOFG时DRI的最大产量约为350kg/tHM，94％金属化，碳含量为4％。金属化定义为DRI中金属铁与所有铁的比例。将冷DRI填入BF。
这里有两种情况：(1)保持相同的钢液生产率。这种情况的优点在于对环境的影响较小，因为由于PCI的量降低，因此燃烧的煤的量也较少，使得比煤消耗量以及从而二氧化碳排放降低；以及(2)增加BF中生铁的产量，不仅降低了每吨生铁的比消耗率，还降低了生产每吨生铁的二氧化碳排放，从而节约了生产成本。
在情况(1)中，PCI/tHM降低18％，二氧化碳排放42、56、82可能减少约28％。这个数字考虑了CO2 92从DR设备中选择性的消除，该CO2可被输送/处理用于其它用途而并非直接排入大气中。
在情况(2)中，通过向BF中添加0.35吨DRI/tHM，生铁46以及钢液57增加24％。化石能源消耗38、20的PCI/tHM降低约13％，并且废气中的二氧化碳减少约23％。
图2为作为装填入BF 14中的DRI或HBI量的函数的注入至所述BF的煤粉20及氧气21的计算节约量。在约250kg的DRI/tHM水平，并不需要氧气21，在约350kg/tHM的水平，PCI 20的量从现有的约170kg/tHM的水平降低至约50kg/tHM。该PCI的降低有助于二氧化碳排放的减少，因为每吨钢液所燃烧的煤的量减少。
毫无疑问，应理解前述对本发明优选的具体实施方案进行的说明仅为举例说明的目的，且对所述系统的结构及其操作条件作出多重变化而不偏离如所附权利要求所限定的本发明的精神。
Claims (14)
1.一种钢铁联合工厂中生产钢的方法，所述工厂包括用于生产生铁的高炉、用于炼钢的氧气转炉、用于生产焦炭的炼焦炉以及用于生产直接还原铁的直接还原反应器，该方法包括：
通过引出并调节从炼焦炉中排出的气体的温度和压力以形成第一气流，其氢气的含量至少为约50体积％且一氧化碳的含量低于约10体积％：
通过引出并调节从氧气转炉中排出的气体的温度和压力以形成第二气流，其氢气的含量低于约10体积％且一氧化碳的含量至少为约50体积％；
将上述第一以及第二气流混合形成还原势大于约0.6的第三气流，其氢气的含量高于约30体积％且一氧化碳的含量高于约30体积％；
将至少一部分第三气流与至少一部分从直接还原反应器中排出的再生气体混合形成第四气流；
将所述第四气流加热至高于约850℃；
将含有铁氧化物的固体颗粒以及经加热的第四气流通入直接还原反应器中，由此在直接还原反应器中将所述固体颗粒还原为直接还原铁形式的金属铁；
通过将直接还原反应器中反应过的气体引出以形成第五气流；
从至少一部分第五气流中除去水和二氧化碳以形成还原势得以再生的第六气流；
使用至少一部分第六气流形成第四气流；以及
将直接还原铁装填入高炉。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第四气流被加热到900℃至950℃之间的温度。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第四气流由从高炉中排出的气体进行加热。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第四气流是通过混合至少一部分第三气流与至少一部分所述的再生气体而形成的，其中所述再生气体经水冷却并清洁，并且其中至少一部分二氧化碳被移除。
5.如权利要求1所述的方法，其中直接还原反应器中直接还原铁的产率受用于形成第四气流的第六气流的量的影响。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一气流以及所述第二气流在该第一或第二气流接触从直接还原反应器中排出的气体之前混合。
7.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将一部分从直接还原反应器中排出的气体用作炼焦炉中的燃料的步骤。
8.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将空气、焦炭以及铁矿石装填入高炉，并在相联的耐火炉中加热通入高炉中的空气。
9.如权利要求8所述的方法，其中采用一部分从直接还原反应器中排出的气体作为耐火炉中的燃料加热空气。
10.如权利要求1所述的方法，其进一步包括选择性地从至少一部分自直接还原反应器中排出的还原气体中分离并收集二氧化碳的步骤。
11.如权利要求1所述的方法，其包括将煤粉注入高炉的步骤。
12.如权利要求1所述的方法，其中至少一部分从直接还原反应器中排出的直接还原铁被装填入高炉。
13.一种与常规的钢铁联合工厂相比提高钢铁联合工厂中高炉生铁和/或钢液产量，同时降低生产每吨生铁的二氧化碳排放的方法，所述工厂包括用于生产生铁的高炉、用于将生铁转化为钢的氧气转炉、用于生产装填入高炉的焦炭的炼焦炉、以及用于生产直接还原铁的直接还原反应器，该方法包括：
在炼焦炉中将煤转化为焦炭；
通过引出并调节炼焦炉排出气体的温度和压力形成氢气的含量至少为约50体积％且一氧化碳的含量低于约10体积％的第一气流；
将铁矿石、焦炭以及空气充入高炉并将铁矿石转化为生铁；
将生铁和氧气充入氧气转炉并将生铁转化为钢；
通过引出并调节氧气转炉中排出的气体的温度和压力形成氢气的含量低于约10体积％且一氧化碳的含量至少为约50体积％的第二气流；
通过混合所述第一和第二气流形成还原势高于约0.6、氢气的含量高于约30体积％且一氧化碳的含量高于约30体积％的第三气流；
将至少一部分第三气流与至少一部分从直接还原反应器中排出的再生气体混合形成第四气流；
将上述第四气流加热至温度高于约850℃；
将含有铁氧化物的固体颗粒以及经加热的第四气流通入直接还原反应器中，由此在直接还原反应器中将所述固体颗粒还原为直接还原铁形式的金属铁；
通过将直接还原反应器中反应过的气体引出以形成第五气流；
从至少一部分第五气流中除去水和二氧化碳以形成还原势得以再生的第六气流，并收集所分离的二氧化碳；
使用至少一部分第六气流形成第四气流；以及
将源自直接还原反应器的直接还原铁装填入高炉；
其中一部分从直接还原反应器中排出的气体用于加热注入高炉的空气，另一部分从直接还原反应器中排出的气体作为燃料通入炼焦炉。
14.如权利要求13所述的方法，其中一部分从直接还原反应器中排出的气体在同至少一部分第三气流混合以形成第四气流之前除去二氧化碳，并收集如此除去的高纯度二氧化碳。
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