TW459049B - Process for production of directly reduced metal in a multiple-hearth furnace - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局貝工消f合作社印製 45904 9 A? B7 五、發明説明（/ ) 本發明係有關在多床爐中製造直接逮原金屬的方法。 使用多床爐來從對應的金屬氧化物製造金屬時，係將 金屬氧化物與還原劑導入多床爐，並在局溫下彼此反應。 金屬氧化物和還原劑導到多床爐中’由延展過個別爐 床的祀予以循環及輸送到爐床的邊緣’由胃亥處彳皮等會"從爲 ί吏彳皮等落下之目的而裝設的開口掉落到較低的爐床上。自 那裡混合著還原劑的金屬氧1化1物即被輸送至彳爐^床中心’且 隨後掉落到底下的爐床上。於從頂部向下通過多床爐的輸 送過程中，金屬氧化物和還原劑受到逐漸加熱。 由於金屬氧化物的還原係吸熱反應，必須用相當大量 的能量來起始與維持該反應°爲了達到此目的’係用氣體 燃燒器或類似者來加熱多床爐’且還原劑某些部分一通常 是碳載體例如煤的揮發性部份一係經由將含有氧氣的氣體 注射到多床爐內予以燃燒。所需的程序熱係經由煤燃燒與 氣體燃燒器所產生’且形成二氧化碳。在一特定溫度之上 時，熱氣體中所含二氧化碳會與多床爐中的碳反應’以根 據Boudouard平衡形成一氧化碳。以這種方式形成的一氧 化碳將金屬氧化物還原成金屬。多床爐中氣體的一氧化碳 含量基本上決定了還原勢。 這種方法的缺點在於氧化氣體與氧氣會被導到多床爐 內進行還原之處。再者，會產生大量必須處理的廢氣。 於這種使用以天然氣爲基的熱火焰進行加熱之多床爐 中，難以產生和維持均勻的溫度分布。由於不同的區域或 爐床係彼此連接在一起，因此難以彼此獨立地控個別區域 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------I --------訂- - -------- ί~ (請先閱讀背面之注意事項声填寫本I) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 459049 A7 __________B7______…..__ 五、發明說明（T ) 內的狀況。從一爐床離開的氣體會影響鄰接上一爐床的狀 況。 因此之故，本發明的一項任務爲提出一種處理較少氣 體量的製造直接還原金屬之方法。 根據本發明，此問題係由一種在多床爐內製造直接還 原金屬的方法予以解決，該方法的特徵在於將金屬氧化物 和還原導到多床爐內，且經由將多床爐內的個別爐床予以 間接加熱而產生金屬氧化物還原所需的程序熱。 於根據本發明的方法中，程序熱係經由輻射能.供給至 多床爐，而非如已知方法中經由當場燃燒還原劑或經由氣 體燃燒器所產生者。 本發明的一項重要優點在於：不需要爲了產生所需的 程序熱而將氧氣或其他氧化氣體注射到多床爐內。在多床 爐內循環的氣體量因而基本上可獲得減少。只有明顯較少 量的廢氣需要後處理，其結果爲使該方法較不昂貴。 再者，在個別爐床上的氣體流率亦因爲較低的氣體量 而變得較小。如此僅有較少的塵粒會被迥轉上來和從多床 爐排放。 由於沒有氧氣或其他氧化氣體注射到多床爐內，因此 多床爐內的氣體所具還原勢會比在已知的多床爐中者爲高 Ο 根據第一較佳實施例，個別爐床係經彼此獨立地間接 加熱。 再者，此方法允許多床爐及其內容物更均勻加熱。 4 -------------裝·-------訂-----·----線 - ί (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " 43 43 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 Λ7 _B7______ 五、發明說明（巧） 該方法可在1至5巴的壓力下實施，其結果使得該多 床爐可具有更緊密的設計。 有利者係使用電熱電阻器來間接加熱個別爐床。 除了固體還原劑外，也於一有利實施例中使用氣態還 原劑。 金屬氧化物例如爲鐵礦石、鋅礦石、含有油和氧化鐵 的廢棄物及各種形式的問題廢棄物，例如含有氧化鐵且被 氧化鋅及/或其他重金屬氧化物污染的塵。 本發明也有關製造直接還原金屬所用的多床爐，其包 括數個彼此上下配置的爐床。本發明之多床爐的特徵在於 裝有將個別爐床間接加熱所用的機構，其產生將金屬氧化 物還原所需的程序熱。 該多床爐可經由例如安裝在多康爐內的電熱電阻器加 熱到所需溫度及維持在此溫度。 因此可以選擇地調整每一爐床上的溫度，而不會對鄰 接爐床的狀況有明顯的影響。與傳統多床爐相異者，在不 同爐床上的狀況即可彼此獨立地控制。 在爐床上相同容量與氣體流率之下，根據本發明方法 之製造直接還原金屬所用的多康爐可以比傳統多床爐爲小 〇 間接加熱元件可安裝在個別爐庞的表面上及/或下方 。不過，彼等也可以安裝在側壁上。 該方法特別有利於鐵礦石的直接還原。 其他有利的實施例列於申請專利範圍的諸附屬項中。 5 -------------裝--------訂------------線 f ί (請先閱讀背面之注意事項Μ：填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4規格（210 X 297公蹵） 69049 A7 B7 煩請委员一 五、發明說明（+) 下面要藉助於所附圖式說明本發明一實施例。 圖1爲製造直接還原金屬所用多床爐之斷面， 圖2爲電熱電阻器在多床爐中的槪示配置圖。 圖1顯示出多床爐1〇的全斷面’其具有數個一於此例 爲12個一彼此上下配置之爐床12。彼等未受支撐的爐床 12以及多床爐10的殻14 '蓋16和底部18，都是用耐火材 料製成的。 在多床爐10的蓋子16中裝有可用來將氣體從多床爐 10抽出之出口 20，及裝有將金屬氧化物和還原劑進給到頂 部爐床所用之開口 22。不過’金屬氧化物也可以與還原劑 分開地從更下方處導到多床爐10內。 在多床爐的中心安裝著一軸24,軸上裝有延展過個別 爐床12的耙26。軸24與耙26都是經水冷卻或空氣冷卻者 〇 耙26的設計方式爲使彼等可將爐床上的材料從外向內 循環，且然後在底下的爐床上從內向外循環，以將材料從 頂部向下傳送過多床爐10。 金屬氧化物可與固體還原劑，例如褐煤、石油煤焦或 煤在多床爐10外面混合，並經隨後將金屬氧化物與還原劑 的混合物進給到頂部爐床上。 不過，也可以將金屬氧化物分開地進給到頂部爐床上 ，而將固體還原劑從更下方處的殼14中所裝之輸入口 30 導到多床爐10內。 金屬氧化物在與固體還原劑混合之前或之後，可以在 6 本紙張尺度適用中圉因家標準（CNS)A4規格（210 x 297公* ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 言 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 59 04 ο Λ7 Β7_______ _ - '~~ J _ — 五、發明說明（C) 多床爐ίο外面先預乾燥過。 在將金屬氧化物與還原劑的混合物進給到多床爐10的 第一爐床上之後，其即被耙26所循環且輸送到爐床的邊緣 ’從該處經由爲使其掉落而設的數個開口 28掉落到底下的 爐床上面。從那裡’混合還原劑的金屬氧化物即朝向爐床 中心輸送且隨後掉落到底下的爐床上。於輸送過程中，該 金屬氧化物和還原劑即受到逐漸地加熱。 於此期間，經由混合著還原劑的金屬氧化物與爐床Π 和上升熱氣體的接觸，將濕氣脫除掉。多床爐10中的頂部 爐床因而屬於乾燥與預熱區。 於多床爐10的側壁中一通常是在上面第三爐床處一裝 有至少一個輸入口 30’用來在還原劑未與金屬氧化物一起 導入多床爐10之情況下將還原劑導入。透過該輸入口 30 ，可將全部的或額外的還原劑導到多床爐1〇內。彼等還原 劑可呈現爲氧體形式及液體或固體形式。彼等還原劑例如 一氧化碳、氫、天然氣、石油和石油衍生物或固體碳載體 ，例如褐煤焦、石油煤焦、鼓風爐塵、煤或類似者。 導到多床爐10中更下面的爐床上之還原劑，於此例中 爲煤，即在該處用耙26與經加熱的金屬氧化物混合。金屬 氧化物會在輸送經過多床爐1〇之期間’被高溫及存在的還 原劑逐漸還原成金屬。 經由在多床爐10的各點控制地給入固體、液體和氣1@ 還原劑，及經由在關鍵點排放出過多氣體的可能性’胃Μ 準確地控制金屬氧化物的還原，且在最適條件下進行該程 ___7_________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------裝--- (請先閱讀背面之注音^事項再填寫本頁) 訂. -線' 4 5Γ A7 B7 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 序。 在側壁中裝有噴嘴30,用以注射熱的(25〇C至500°C) 含氧氣之氣體，透過彼等可將空氣或另一種含氧氣體進給 到多床爐10內。由於高溫及存在氧氣之結果’可燃性氣體 可以在多床爐10的上層爐床12中燃燒，並用所得能量來 乾燥金屬氧化物和還原劑。 於最後或最後兩個爐床中有安排使氣態還原劑’如一 氧化碳或氫，透過特殊噴嘴44給入=於這種具有增加還原 勢之氣氛中，可使金屬氧化物的還原進行得完全。 產生的金屬隨後即與灰份一起從多床爐10底部18中 的出口 46排放出來。 從出口 46排放出來的金屬，係與灰份和可再使用的還 原劑在一冷卻器48內冷卻。還原金屬隨後經由分離器50 而與還原劑的灰份和可再使用的任何還原劑52分離開來。 從多床爐10出來的氣體混合物係通過出口 20而進入 —後燃燒器54，於其中將氣體混合物所含可燃性氣體燃燒 掉。該氣體混合物隨後進給到一有供給冷卻介質的冷卻器 56內而冷卻。經冷卻的氣體混合物隨後在排放到大氣中之 前，係藉助旋風過瀘器58予以清潔。 若多床爐10係在過壓下操作時，則在給入金屬氧化物 和還原劑所用的諸開口 22、30以及在出口 20處必須裝設 壓力鎖，軸24的軸承必須密封’且出口 40要裝上鎖用於 排放出熱材料。 不過，多床爐10的廢氣也可以用來驅動產生電力的渦 請 先 閱 讀 背 意 事 璜一 填 i f裝 本 頁 訂 .線 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐） ______B7__ 五、發明說明（)） 輪。於此情況中’必須省卻掉多床爐1 〇內部的後燃燒，且 不將含氧氣的氣體透過噴嘴32導到多床爐10之內。 這種多床爐丨〇允許使用鐵礦石、鋅礦石、含有油和氧 化鐵的廢棄物及各種問題廢棄物，例如含有被氧化鋅及/ 或其他重金屬氧化物所污染的氧化鐵之塵。 來自電廠或煉鋼廠，含有氧化鐵而幾乎不含任何碳的 塵或淤泥，或來自鼓風爐廢氣淸理所產生的塵，因而可經 由一特殊開口 30導到多床爐1〇之內。經由在多床爐丨〇的 不同諸點控制地給入固體、液體和氣態還原劑，及在諸關 鍵點排放過多氣體的可能性，可以正確地控制殘留材料的 還原，及在最佳條件下進行該程序。 由於彼等含有氧化鐵的塵或淤泥常被重金屬氧化物所 污染，因此可將在多床爐10內向上流的大部分氣體，自給 入含重金屬氧化物的塵土或淤泥之爐床下方，透過側壁中 排氣連接件60從多床爐10排放出，且經由在該爐床上方 的入口 62再注射到該多床爐10之內。結果使得有給入含 重金屬氧化物之塵土或淤泥的爐床上所含的氣體量變少。 在導到多床爐中之後，該塵土或淤泥中所含重金屬氧化物 即被還原，且所形成的金屬蒸發。彼等隨後即以該爐床上 相當少的氣體量，經由側壁中的出口 64從多床爐10排放 出。 含有相當高重金屬含量的少量氣體即可分開地淸理掉 。由於小廢氣量的結果，在對應爐上的氣體流率低，因而 只有少量的塵土會隨該廢氣排放掉。結果導致廢氣中有極 9 ______ 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 . 經濟部暫慧財產局貝工消t合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 d59049A7 B7 五、發明說明（π ) 高的重金屬濃度。 移除的氣體混合物中所含之可燃性氣體’係在一後燃 燒器66內燃燒β剩餘的氣體混合物在一冷卻器68內冷卻 ，且隨後在排放到大氣中之前經由一旋風過濾器70予以淸 淨。 塵土中所含氧化鐵被還原成鐵，而帶有含有油和氧化 鐵的廢棄物。 所有上升氣體，包括還原劑的揮發性成份，可於含有 重金屬和氧化鐵的殘餘材料所用的乾燥工廠中，及可能爲 多床爐外面之還原劑所用的乾燥工廠中完全燃燒掉，因而 可以將多床爐廢氣所含殘餘熱以最佳方式利用。 圖2顯示出多床爐10中所含一爐床的槪示圖，其中在 側壁或殼14上及爐床12下方裝置著加熱電阻器72，74。 圖式簡要說明 圖1爲製造直接還原金屬所用多床爐之斷面。 圖2爲電熱電阻器在多床爐中的槪示配置圖。_ 元件符號說明 10 多床爐 12 爐床 14 殼 16 蓋子 18 底部 20 出口 22 開口 本紙張尺度適用+ Β國家標準（CNS)A4现格（210 X 297公釐） ! I I-------裝-------—訂---------線) ί請先《讀背面之注意事項再填寓本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 459 049 五、發明說明（？） 24 軸 26 耙 28 開□ 30 輸入口 32 噴嘴 44 噴嘴 46 出口 48 冷卻器 50 分離器 52 還原劑 54 燃燒器 56 冷卻器 58 過濾器 60 排氣連接件 62 入口 64 出口 66 後燃燒器 68 冷卻器 70 旋風過濾器 72 加熱電阻器 74 加熱電阻器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------I I f t ---------. -------· (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 59 六、申請專利範圍 A8 B8 CS D8 εΊ' f> 濟讀委3C 實货内定 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1. 一種於多床爐中製造直接還原金屬之方法，其特徵 在於將金屬氧化物和還原劑導到多床爐內，且經由使用安 裝在個別爐床的下方及/或上面及/或在多康爐的側壁的電 熱電阻器將該多床爐所含個別爐床間接加熱而產生金屬氧 化_物還原所需的程序熱及其特徵在於該個別爐床係彼此獨 立地間接加熱。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於該方法 係在1至5巴的壓力下進行。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於係使用 氣態還原劑。 4. 如申請專利範圍第1至3項任一項之方法，其特徵 在於該金屬氧化物爲鐵礦石、鋅礦石、含有油和氧化鐵的 廢棄物及各種問題廢棄物，例如含有氧化鐵而經氧化鋅及 /或其他重金屬氧化物污染的麈土。 5. —種多床爐’其包括數個彼此上下配置的爐床且係 用以挺金屬氧化物製造直接還原金屬，其特徵在於安裝在 個別爐床的下方及/或上面及/或在多床爐的側壁的電熱 電阻器：還原金屬氧化物所需之程序熱係由使用電熱電阻 器間接加熱金屬氧化物而產生及個別電熱電阻器係彼此獨 立。 6. 如申請專利範圍第5項之多床爐，其特徵在於該等 電熱電阻器具有一保護性外鞘。 請 先 閲 背 >5 事 項 再 裝 訂 線 本紙浪尺度遑用中國國家揉窣（CNS )八4规格（2丨0X297公釐）