CN85106200B - 直接还原原料中氧化铁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明利用气化气体直接还原原料中氧化铁，该气化气体是在气化器中产生，使碳在一种添加了硫接受体之流化床内与氧反应，如有必要，加用蒸汽及进一步添加助熔剂；此气化气体经分离其中载有的固体颗粒之后，输入一种直接还原之竖式炉内，而将含有二氧化碳浓度的、从竖式还原炉中出来的炉顶气体重新循环至流化床区域，在气化器中除去炉渣，而从气化气体中分离出来的固体颗粒和煤粉之混合物经压缩的炉顶气体，将之循环进入气化器中。

Description

直接还原原料中氧化铁的方法
本发明叙述一种利用气化气体来直接还原原料中之氧化铁的方法，该气化气体是在气化器里产生的，使碳在一种添加了硫接受体之流化床内与氧反应，而如果需要的话，加用蒸气，此气化气体经过分离其中载带的固体颗粒之后，随即供入一种直接还原的竖式炉内，而至少将由该直接还原之竖式炉回收得来之炉顶气体中之一部分气体，经过洗尘之后，将其压缩，再循环通入气化器内。
这种类型之工艺过程叙述于美国专利第4，260，412号，其中叙述：已经被粉碎成粒度足够小的煤粒（小于10mm较好）是在气化器内，在流化床形成的情况下与蒸汽和氧反应。反应温度低于炉渣之熔化温度;炉渣或灰粒以粘结的固体形式脱离流化床，同时必须利用一种复杂的卸料系统将这些渣滓从反应器中除去。另外，为了保持满意的灰稠度，需要一种很精确的温度调节器。
竖式还原炉中所产生的炉顶气体，经过一个还原车间之洗尘、冷却和除掉酸性气体（例如二氧化碳和硫化氢）之后，至少部分循环通入气化器内。废掉酸性气体。另一部分已脱氧之炉顶气体，经过再（加）热之后，循环通入直接还原的竖式炉内。
炉顶气体除二氧化碳的过程中，质量和热平衡的效果是相反的，因为那些尚未用作还原作用的个别量的煤和氧气必须再供入气化器内。而且，在除酸气的装置中，需要用蒸气或任一种其他的热源来使洗液再生。
本发明的目的是为了避免这些不利因素和困难，提供一种初始分类的方法，此法提高了操作温度，同时使所提供的煤和氧得到更好的使用。本发明进一步的目的是满足经济利益，本发明不需要将煤研碎成特别小的颗粒，可以以细粒和粗粒的形式使用，可以充分地输送。
依据本发明之初始分类的方法，可以使预定的目的得到成功，在此方法中，
一当细颗粒从煤中分离出来时，应使硫接收体以及必要时进一步添加之助熔剂以与形成流化床之气体并流和/或逆流的方式输入，
一将含有二氧化碳浓度为15-30%的，温度为80-800℃之从竖式还原炉出来的炉顶气体，从气化器的壁侧重新循环通入流化床的区域内，该区的温度至少维持在1，150℃，
一炉渣，在气化器普遍的温度下是处于熔融状态的，其中含有炉灰和硫化物，在浸液的形式下聚集，所以可以在气化器之底部附近安装一个开关，用以除去炉渣，而
一从气化气体中分离出来的固体颗粒与煤灰混合而形成尺寸大于3mm之颗粒，将其循环通入浴渣表面之上的气化器之底部区域。
就已知的方法来说，是将粒状的硫接受体和煤一起通入气化器较低之部位。借助这种类型的通入方法，此硫不能充分有效地从所形成的气化气体中除去。例如，可以用石灰石、煅石灰、消石灰和白云石等作为硫接受体。为了控制所形成的浴渣的成份和含量，可以加入如沙和/或氟化石等作为辅助的助熔剂。
按照本发明之方法，此气化气至少在950℃以上离开气化器，其中之硫含量小于50ppm，而其还原程度R＝H2O+CO/H2O+CO2，在15至30之间。
从直接还原的竖式炉中得来的循环的炉顶气体，含有水和CO2。在气化器里，一部分二氧化碳被还原成一氧化碳，水份使气化气中之氢份增加，随之降低了氧气的供应量。
相对地讲，用来生产气化气体之煤份，其颗粒的尺寸在3-25mm之间为宜，煤粒是从气化器的顶部通入。由于气化器内的温度普遍地高，使粗煤粒可以发生瞬间的爆裂。所得的煤粒的大小，符合它们掺入流化床中的煤的尺寸。
根据本发明之方法，其先进性体现在：将一部分经除尘和压缩的炉顶气体，经过一种冷冻的干燥器之后，加到气化气体中，用以调整一氧化碳和二氧化碳之间之比率，同时将所生成的还原气体之温度调整在750-1000℃之范围内;将此还原气体通入竖式还原炉内。
利用本方法来调整温度以及调整还原气体中之CO和CO2之比率之后，使含氧化铁的原料，例如：块矿、丸矿或烧结物等输入直接还原的竖式炉内进行还原成为可能，即，使其无困难地适合还原的条件，此外，可控制直接还原所生成之铁（DRI）中之碳含量。
特定，将含水量小于1%之炉顶气体加到气化气体中。
按照本发明所得之高度金属化之产品，其金属化的程度为90-98%，所含的硫量在0.03-0.05%之范围内，其含碳量可以限制在约1.0-3.0%之范围内。它极适合于用作生产钢铁所用的电弧或一种等离子体炉中之加（入）料。
循环的炉顶气体，在导入气化器之前，最好应事先利燃烧另一部分除了尘的炉顶气体来进行予热，最好将温度提高到500-700℃之间。
不用予热，直接将一部分除了尘的和经压缩之炉顶气体通入气化器里，也是可行的。在这种情况下，炉顶气体的温度取决于压缩的程度，大约是80-200℃之间。将气化器里的压力调整至2.5-5.5巴之间。此竖式炉内的压力为2-5巴，所以，气化器内的普遍压力总是要高过竖式炉中之压力，即至少高0.3巴。
有利的条件是：将占炉顶气体总量之30-50%之炉顶气体，循环通入气化器里。
另一部分炉顶气体，可用来予热该循环用之炉顶气体，只可能剩下少量的，过量的气体，从还原车间废弃掉。
根据本发明之另一种先进的体现：硫接受体以及必要时所添加之助熔剂，应从数个位置同时往气化器里供料。这些供料点既可以在气化器的上部，也可以在气化器的低部，最好是位于最紧接浴渣表面之位置，而细粒状之硫接受体，最好是将其研磨成0.1mm，以下大小之颗粒，目的是，当用一种与煤料无关之输送气体将之吹入时，使其既可以与硫化床的碳粒子，又可以与气化器之顶部所形成的气化气体完全接触。可能得到的脱硫程度，已经比以往已知的方法改进了很多。相应地，已经提到过，含硫量特别低的，不超过约0.03-0.05%的铁料，同样达到金属化产品（DRI）之限度，所以可直接用作优质钢的生产而不需要进行任何脱硫作用。
从气化气体中分离出来的固体颗粒，在循环通入气化器之前，应适当地冷却，即在其与煤灰混合之前或同时，进行冷却。此固体颗粒或混合物冷却后之温度约为60℃。
从气化气体中分离出来之固体颗粒和煤灰之混合物，非常有利地可用经压缩之炉顶气体，吹入气化器内。
如今，将通过附图中之车间设计图而使本发明得到更详细的解释。
气化器1之顶部作为供块状煤和助熔剂之进口。利用螺旋输送器3，将煤从贮藏器2往气化器内供料，而助熔剂是经螺旋输送器6将其从贮藏器5送到气化器1内。
含氧气体从管道7送入气化器之较低部分，而用一种输送气，将研磨成细粒之硫接收体从贮罐8，经过9、10、11三道支管吹入气化器之低部和顶部。在气化器1内，碳流化床是靠吹入气体之适当的流速来维持的。流化床之温度至少保持在1，150℃，在这样的温度下，不能气化之煤灰处于熔融状态而且会与硫接收体，如硫化钙，熔融成化合物而变成炉渣。
将液态之炉渣收集在气化器1底部所设立之炉渣浴池12内，而且间歇地经排出孔13进行回收。所形成之气化气体经管道14离开气化器1之顶部，而根据具体的图解，是在冷却器15（间接地采用用水冷却之热交换器），将其冷却至炉渣之固化温度以下。接着，气化气体进入除尘装置16，此装置至少包括一种热旋风除尘器。
脱离了固体颗粒之气化气体经管道17输入直接还原之竖式炉18内。在通入竖式炉18之前，应将气化气予热-这符合已知方法的要求-但根据本发明之方法，可以省略掉。在进入除尘装置16之前或之后，可以将气化气体与一定量之经过除尘和压缩的炉顶气体混合在一起，此法有利于调整所生成的还原气体之温度以及CO/CO2之比率，使其达到所要求之数值。由于循环的炉顶气体中，除了含有CO2之外，还含有水，所以只有经过一种冷冻的干燥器19，才可将其加入气化气中。按照具体的图解，管道20优先将经过除尘装置16除尘之后比较冷的，含水量小于1%之炉顶气体送入管道17内。如果在进入装置16之前，该冷却的炉顶气体先进入管道14的话，则可以使装置16维持在更低的温度，然而，应设计出适合于更高的气体流速之装置。
含氧化铁之原料21是由炉顶加入竖式炉18中，以逆流之方式，逐渐地与热的无尘之还原气体接触并反应生成高度金属化之产品（DRI）22。根据一种已知的方法，既可以在温度约为50℃之冷却的情况下，也可以在温度约为700-800℃之热的情况下，将生成物DRI22从竖式炉18中卸掉。利用螺旋输送器，可以将除了碳灰之热卸料的DRI直接压制成型。
部分被氧化了的还原气体，作为炉顶气体从管道23通到一个洗尘车间24而离开竖式炉18，其特点是利用了从冷却器15出来之热水25来洗尘。利用这种方法，炉顶气体不致于被过分冷却，可以保证炉顶气体中含有一定量之水份，同时也适宜于控制温度并防止气化气体在气化器1中氧化，此外，还可以增加气化气体中之氢含量。
在洗尘期间，温度约达50-75℃之炉顶气体被收集在管道26内。被分离了的剩余物27经过干燥之后，可以再填入竖式炉18内。部分除了尘的，经蒸汽饱和和冷却了的炉顶气体由压缩机28压缩循环，而且，根据具体的图解，经加热器29通入管道30内，最好在不同的高度上有数个管口，可以使循环的炉顶气体从气化器1之壁侧，横向地流入流化床器。不需要用外置的蒸汽源来提供辅助的蒸汽。此炉顶蒸汽中所含的二氧化碳在气化器1内重新转变成一氧化碳，其功能如同一个转化装置。炉顶气体在气化器1之许多不同点（位置）循环，有利于提高所加之煤的转化量，同时减少煤灰的损失。
如果欲将循环的炉顶气体之温度提升到500-700℃，则需在加热器29内进行予热，可将来自支管31（用虚线表示）之另一部分除了尘的炉顶气体与含氧气体（如空气）一起燃烧。
如果最后还存在一些剩余之炉顶气体，应将其当作过量气体32从车间处理掉，目的是为了防止重复循环气体中之惰性气体的成分升得太高。
在除尘装置16中，从气化气体中分离出来的固体颗粒33，经过一个淘洗系统之后，有利于与煤灰35在一个冷却的旋管34中混合在一起，与此同时，使其温度降至约为60℃。此混合物36重新循环通到气化器1之底部区域，根据附图，这一点是特别适用的，即，如果有一部分炉顶气体从压缩机28中冒出，则应转入管道37，并用压缩机38进行第二次压缩。这种重新压缩之炉顶气体，通常带有混合物36，可将其通入悬浮器39，同时将生成的气中之固体悬浮物，经管道40吹进气化器1之底部区域，紧接在熔渣池12之表面上。为硫接受体9安排含氧气体7之管口，而管道40之管口几乎与熔渣池之表面处于同一平面上，已经证明这些管口的布置是特别有利的。采用输入煤灰之方法，可以大大地降低被卸放之细煤之数量。
含氧气体的输送，同样可以进入夹套喷嘴的中央，而被分离之固体颗粒和煤灰之悬浮物可以作为夹套之流体输入该喷嘴。当然，对于上面所提到的作各种用途之管道可以是各种各样的，它们的管口的设置是为了对称地分布在气化器1之四周围。

Claims (13)

1、一种利用气化气体来直接还原原料中之氧化铁之方法，该气化气体是在气化器（1）内产生的，使碳在一种添加了硫接受体之流化床内与氧反应，而如果需要的话，加用蒸汽，此气化气体经过分离其中载带的固体颗粒之后，输入一种直接还原之竖式炉（18）内，而至少将由该直接还原之竖式炉回收得来之炉顶气体中之一部分气体，经过洗尘之后，将其压缩，再循环通入气化器1内，其特点是：
一当细颗粒从煤中分离出来时，应使硫接收体以及必要时进一步添加之助熔剂以与形成流化床之气体并流和/或逆流的方式输入，
一将含有二氧化碳浓度为15-30%的，温度为80-800℃之从竖式还原炉（18）出来的炉顶气体，从气化器（1）之壁侧横向地重新循环通入流化床之区域内，该区之温度至少维持在1，150℃，
一炉渣，在气化器（1）普遍的温度下是处于熔融状态的，其中含有炉灰和硫化物，在浸液池（12）中聚集，所以可以在气化器之底部附近安装一个开关（13），用以除去炉渣，而
一从气化气体中分离出来之固体颗粒与煤灰混合而形成尺寸大于3mm之颗粒，将其循环通入炉渣浴池12表面之上的，气化器（1）之底部区域。
2、按照权利要求1之方法，特定用来生产气化气体之煤份，其颗粒的大小应为3-25mm之间，煤粒是从气化器（1）之顶部通入。
3、至少是如权利要求1和2中之一种方法，特定，将一部分经除尘和压缩之炉顶气体，经过一种冷冻的干燥器（19）之后，加到气化气体中，以此来调整一氧化碳和二氧化碳之间之比率，同时将所生成的还原气体之温度调整在750-1000℃之范围内;此还原气体可通入竖式还原炉（18）内。
4、按照权利要求3之方法，特定，将含水量小于1%之炉顶气体加入气化气体中。
5、如权利要求1-4中之一种或多种方法，特定重复循环之炉顶气体，在通入气化器（1）之前，应先利用燃烧另一部分除了尘之炉顶气体来进行予热，温度提高到500-700℃之间较好。
6、如权利要求1-5中之一种或多种方法，特定将占炉顶气体总量之30-50%之炉顶气体，循环通入气化器（1）内。
7、如权利要求1-6中之一种或多种方法，特定硫接受体以及必要时所添加之助熔剂，应从数个位置同时往气化器（1）里供料。
8、如权利要求1-7中之一种或多种方法，特定，从气化气体中分离出来之固体颗粒（33），在循环通入气化器（1）之前，应适当地冷却。
9、如权利要求1-8之一种或多种方法，特定，从气化气体中分离出来之固体颗粒（33）和煤灰（35）之混合物（36），可以用经压缩的炉顶气体吹入气化器（1）内。
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