TW490489B - Process for producing liquid pig iron and/or primary steel products - Google Patents

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490489 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（i ) 本發明關於一種由含有氧化鐵的物質和若須要還有添 加物所形成的加料來製造液態生鐵及/或初級鋼製品之方 法，較佳以片狀及/或九粒狀來加入，加料在還原區被還 原成海綿鐵，海綿鐵在一受乾燥的固態碳載體和含氧氣體 所供應的溶融氣化區中被冶煉，而產生一含CO和H2的還 原氣，此氣體被導引至還原區內，於其內轉化及當作頂氣 由還原區排出及經過氣滌，且若須要則供應給消費者當作 出口氣體。本發明亦關於一種用於執行本發明方法的設備 〇 已知在熔融氣化器之氣化中，爲了改良氣化器的能量 平衡’必須乾燥具平均水分含量（€15%)的碳載體。沒做乾 燥，則碳載體的輸送會發生障礙，且水分的吸熱效果會導 致能量平衡劣化，且影響所產生的氣體之組成。沒有對要 氣化的碳載體作乾燥，則僅可藉增加能量輸入來增加所產 生氣體中之還原成分的比率，即增加要吹入熔融氣化器內 的氧氣量。 在奧地利專利380 697中，提議用鼓風爐抽出的氣體 來預熱煤炭。此必然增加該設備之建造和操作的支出，因 爲必須將熔融氣化區和還原爐的操作期間之附加影響列入 考慮內。更有甚者，鼓風爐的部分能量在乾燥煤炭時被用 光，因此減少設備的效率。 EP 0 498 289 A1揭示一種利用氣體-和蒸汽-渦輪發電 站的共同操作所產生的過量能量來乾燥煤炭，此煤炭將供 應給熔融或煤炭氣化器。爲此目的，由輔助單元取出過量 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事语.彳填寫本頁) 裝 490489 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（少） 能量，及經由一流體取出熱量送至煤炭乾燥器。在此案例 中，尤其亦可從還原爐之頂氣取出過量能量。此方法的缺 點爲過量能量（例如來自頂氣）係完全經由雙重熱交換而供 應給實際的乾燥媒介。此必須增加該設備之設置和操作的 支出，且減少效率，因爲在熱交換期間無可避免的熱損失 。此提議的方法亦有缺點爲必須使用乾燥器來乾燥煤炭。 一方面，此需要增加裝備和操作的支出，另一方面，在由 乾燥器運輸至氣化器內的期間，牽涉到乾燥和預熱後的煤 炭之熱損失。 本發明目的因此在於提供一種本文起頭所述之方法’ 其避免或明顯地減少先前技藝的上述缺點。 特別地，本方法在於確保有效地利用能量來乾燥和預 熱煤炭，且同時在設備和操作上需要較少的支出。在此情 況中，乾燥且加熱後的煤炭之顯熱將用於改良熔融氣化器 之能量平衡。 依本發明來達成此目的，其係使還原區所排出的頂氣 在被洗滌之前與氣態熱交換流體進行熱交換，且固態碳載 體（欲送入熔融氣化區內）係被加熱後的熱交換流體所乾燥 〇 因爲加熱後的熱交換流體係直接接觸欲乾燥的碳載體 ’而確保最佳的能量利用。適當地安排熱交換和乾燥作業 互相緊鄰，則可保持低的管線損失。 若使用惰氣或惰氣混合物當作熱交換流體則是上策， 該惰氣或惰氣混合物在碳載體的乾燥條件下對於碳載體和 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 0 (請先間讀背面之注意事# '填寫本頁) 裝 . 490489 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（$ ) 還原氣係表現出化學惰性的。 在一有利的實施例中，氮氣，尤其是工業氮氣，如由 空氣分離設備所獲得者，係用於此。該工業氮氣係較佳的 ，因爲其可忽視的氧含量，可達成較高的乾燥溫度，及因 此總共需要較少的熱交換流體。此外，任何冶煉還原法的 ‘場合通常需要大量的氧及因此需要一空氣分離設備。因此 ’氮氣係可容易取得的且不昂貴。 依，照一更有利的實施例，使用冷卻和淸潔後的製程氣 體當作熱交換流體，該製程氣體最好由含有C0和H2的氣 體所形成’例如由出口氣體之部分流量所形成。 本發明的方法因此不限於使用氮氣或出口氣體當作熱 交換流體。原則上，每一得自於製程的氣體皆可用作熱交 換流體’只要其如上述以適當的惰性方式表現即可。再者 ’欲用爲熱交換流體的氣體必須是適當地乾淨，尤其是不 含灰塵。 依本身已知的方式，藉逆流法來有利地對固態碳載體 做乾燥。在此方式中，可用特別節省能量的方式來利用熱 交換流體的熱含量。但是，亦可使用其他乾燥方法，其例 如以交叉流或單流方法來操作。 熔融氣化區中所欲乾燥或所欲使用的固態碳載體較佳 係片狀的碳載體’尤其片狀的煤炭及/或焦炭及/或含碳 的九粒及/或含碳的煤磚。 碳載體的片尺寸在本情況中係約8至50毫米。較小或 較大的片尺寸在一方面係不適合於熔融氣化區的要求，特 6 本紙張尺度適^中國國家標準（CNS)A4規格（210 xl97^g7 ------------I --- (請先閱讀背面之注意事項.彳填寫本頁) . 490489 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 -------- ------- 五、發明說明（) 別是較小的片尺寸使得碳載體不再有適當的透氣性，而較 大的片尺寸使得不再確保本發明方法之均勻的乾燥效果。 依本發明方法的一較佳實施例，熱交換流體係循環於 熱交換作業與乾燥作業之間。因爲從碳載體乾燥所流出的 熱交換流體係載有某些量的灰麈’所以在乾燥步驟之後較 佳使其經過氣滌。 可藉連續地將熱交換流體供應入循環內，以替代乾燥 作業或氣滌中由循環所損失的熱交換流體量。 依本發明方法的一更有利之實施例，頂氣在熱狀態下 被除塵，尤其是經熱過濾’然後與熱交換流體進行熱交換 。因爲由還原區所流出的頂氣係載有高度的灰塵，已知的 熱交換器之阻塞和堵塞問題可能由此引起。對頂氣做熱除 塵可有效地排除此問題。 在與頂氣進行熱交換後’將熱交換流體的溫度調整至 一容許的溫度範圍係上策。此溫度範圍係取決於所用煤炭 的形態且約100-200°C。

藉供應部分的熱交換流體進入加熱後的熱交換流體來 有利地調整此溫度範圍，此部份熱交換流體尙未進行熱交 換，測量所產生的混合氣體之溫度，以此做根據來控制熱 交換流體(其未進行熱交換)的供給。 W 本發明亦關於一種設備，其適用於執行本發明的方法 〇 此種用於由含有氧化鐵的物質所形成的加料，且若γ 要還有添加物（較佳以片狀及/或九粒狀來加Α ) 水势:造 Ί 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事艰Λ填寫本頁) 490489 A7 B7 五、發明說明（g ) 液態生鐵及/或初級鋼製品之設備，係具有一含氧化鐵的 物質用之還原反應器；一熔融氣化器；一供給管，連接熔 融氣化器至還原反應器，供用於熔融氣化器中所形成的還 原氣，供給管設有氣體淸淨裝置；具有一進料管連接還原 反應器至熔融氣化器，供用於還原反應器中所形成的還原 產品；具有一頂氣移除管，由還原反應器牽出且設有一滌 氣器；具有一固態碳載體用的進料儲倉；具有一固態碳載 體用的進料管，其連接進料儲倉至溶融氣化器；具有一含 氧氣體用的供給管，開入熔融氣化器內；及一生鐵和礦渣 用的洩出管，設在熔融氣化器上；設備的特徵在於頂氣移 除管中設有一熱交換器，且熱交換器在輸出側經由一管線（ 供用於加熱過的熱交換流體)連接到進料儲倉，且熱交換器 之輸入側設有一熱交換流體的供給管。 藉由本發明的此設備，可以首次利用頂氣的顯熱來乾 燥熔融氣化器所欲使用的固態碳載體，而沒有可察覺的熱 損失。此外，本發明使得能首次不用一分離的乾燥器來乾 燥固體碳載體，因爲乾燥係在直接在進料儲倉中進行。此 亦使得能首次使用熔融氣化器中的乾燥過和加熱過之碳載 體的顯熱來改良熔融氣化器的能量平衡，因爲由乾燥器運 送至進料儲倉時所發生的熱損失將不再發生。 依本發明設備的一較佳實施例，進料儲倉係經由一回 流管連接至熱交換流體的供給管。此使得能大量循環熱交 換流體而沒有體積損失。 在一有利的方式中，連接進料儲倉與供給管的回流管 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項丨填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490489 A7 B7 五、發明說明（A ) 係具有一氣體淸淨裝置，尤其是滌氣器。因爲離開進料儲 倉的熱交換流體係具有某些量的灰塵和水分含量，在進入 熱交換器之前對熱交換流體作除塵及由循環逐出水分係有 利的。此亦具有保護此管線中所設的鼓風機免受所載入的 塵土磨蝕之作用。 依本發明設備的更一特徵，頂氣移除管中，在熱交換 器上游設有一熱氣過濾器，俾在頂氣進入熱交換器之前對 頂氣作除塵，而避免因載有灰塵而引起之問題，例如熱交 換器的堵塞或阻塞。 本發明設備較佳具有〜溫度旁通管，其含有一控制閥 及連接熱父換流體的管線（進行熱交換）至加熱後的熱交換 流體之管線。根據所欲的熱交換流體之最後溫度而定，藉 由控制閥來控制二熱交換流體之混合物的流動。 以下參照圖1中所示意表示的代表性實施例來更詳細 說明本發明的方法和本發明的設備。 一還原反應器設計成高爐1，即其遘原區2由上方經 一供給管3加入片狀含氧化鐵的材料，如礦石4，若須要 可加入未經煅燒的添加物5。高爐1連接熔融氣化器6，其 中由碳載體和含氧的氣體產生還原氣，經由一供給管7供 應給咼爐1，且以相對於加料4、5的逆流方向流經高爐i 。在供給管7中，設有一氣體淸淨裝置8。爲了調整溫度 ，還原氣已加有冷卻的還原氣(未示於圖）。 未乾燥的固態碳載體10以片狀由儲倉9餵入進料儲倉 11內，它們在此被乾燥。乾的碳載體Π經由一進給裝虞 ---- 9 -----------·-裝—— (請先閱讀背面之注意事垮t填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度剌中標-準(CNS)A4 ^1Γ(210 297公釐） 490489 A7 B7 五、發明說明（ 13餵入熔融氣化器6內或後者的熔融氣化區14內。 ------------裝.-- (請先閱讀背面之注意事译：代填寫本頁) 熔融氣化器6具有含氧氣體之供給管15。在熔融氣化 器6中，熔化的生鐵16和熔化的礦渣η聚集在熔融氣化 區14的下方，經由一洩出管18排出。 加料4、5在高爐1之還原區2中部分地或完全地還原 成海綿鐵，加料係經由一或多條進給管19供應給熔融氣化 器6 ’例如藉進料螺旋。咼爐1的頂部連接一移除管2〇以 用於還原區中所產生的頂氣。此頂氣係流向氣體淸淨裝置 ，其設計成滌氣器21，以便去除殘留的灰塵和水蒸汽。 滌氣器21中所淸淨的頂氣，若需要在去除c〇2後(未 示於圖），可當作出口氣體供應給其他消費者使用。 頂氣移除管20中，在滌氣器21上游設有一熱交換器 22 ’熱交換流體經由一供給管23藉一設在管中的鼓風機 24供應給熱父換益22。頂氣移除管20中，在熱交換器22 之上游設有一熱氣過濾器25，熱氣在進入熱交換器22之 前被該過濾器所除塵。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 加熱後的熱交換流體經一管線26供應給進料儲倉u 的下部。冷卻後的熱父換流體經一回流管27由進料儲倉 11排出’供應給條氣器2 8 ’由後者排出，然後再導入供給 管23內。 由供給管23分歧出一溫度旁通管29，藉一'設在該旁 通管中的控制閥30來控制冷的熱交換流體進入管線26的 混合。 本發明不限於圖1所示的代表性實施例，而且涵蓋熟 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 490489

A7 I _B7_ 五、發明說明（？） 悉技藝者已知可用於執行本發明的全部方式。 圖式簡單說明 圖1爲根據本發明之方法與設備的具體實施例。 圖式主要元件符號說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 局爐 2 還原區 3 供給管 4 礦石 5 未經煅燒的添加物 6 熔融氣化器 7 供給管 8 氣體淸淨裝置 9 儲倉 1〇 固態碳載體 11 ~ 進料儲倉 12 乾的碳載體 13 進給裝置 14 熔融氣化區 15 含氧氣體之供給管 16 熔化的生鐵 17 熔化的礦渣 18 洩出管 19 進給管 2〇 移除管 -----------裝--------訂--------- (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） 490489 A7 B7 f\ 五、發明說明（7) 侧尤 2 1 滌氣器 2 2 熱交換器 2 3 供給管 2 4 鼓風機 2 5 熱氣過濾器 2 6 管綫 2 7 回流管 2 8 滌氣管 2 9 旁通管 3〇 控制閥 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----- t 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 490489 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 、 1· 一種由含氧化鐵的物質且若須要較佳爲片狀及/或 粒狀形式之添加物來製造液態生鐵及/或初級鋼製品之方 法’加料在還原區被直接還原成海綿鐵，海綿鐵在一受乾 固體（若須要時爲液態及/或氣態的碳載體）和含氧的氣體 所供應的熔融氣化區中被冶煉，而產生一含C〇和％的還 原氣’此氣體被導引至還原區內，於其內轉化及當作頂氣 由還原區排出及經過氣滌，且若須要則供應給消費者當作 出口氣體，固體碳載體則從加料儲倉被供應到熔融氣化區 中丄本方法特徵，於還原區所排出的頂氣在該氣體被洗滌 之前係與氣態熱交換流體進行熱交換，且固態碳載體(欲供 應入熔融氣化區內）係在加料儲倉中以經加熱之熱交換流體 加熱並乾燥’而經加熱與乾燥之碳載體以具有相當的熱被 導入熔融氣化區中。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於氣體或 氣體混合物’其在碳載體的乾燥條件下對於碳載體和還原 氣表現化學惰性，係用做熱交換流體。 3·如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於氮 氣’如由空氣分離設備獲得者，係用做熱交換流體。 4·如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於使 用冷卻後及淸淨後的製程氣體當做熱交換流體。 5.如申請專利範圍第4項之方法，其特徵在於冷卻後 及淸淨後的製程氣體係由含CO和H2的還原氣所形成。 6·如申請專利範圍第4項之方法，其特徵在於冷卻後 及淸淨後的製程氣體係由出口氣體的部分流量所形成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規X 297公爱） -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 490489

   靡*· 申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7·如申請專利範圍第丨或2項之方法，其特徵在於固 態碳載體的乾燥係逆流乾燥。 8·如申請專利範圍第丨或2項之方法，其特徵在於使 用片狀的碳載體，其包括片狀的煤炭及^/或焦炭及/或含 碳的九粒及/或含碳的煤磚，當做欲乾燥的固態碳載體。 9.如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於熱 交換流體係循環的。 1〇·如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於使 碳載體之乾燥過程所流出的熱交換流體經過氣滌。 11·如申請專利範圍第9項之方法，其特徵在於連續地 將熱交換流體供應入循環內，以替代循環後的熱交換流體 之體積損失。 12. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於頂 氣在與熱交換流體進行熱交換之前，頂氣於熱狀態中被除 塵。 13. 如申請專利範圍第丨或2項之方法，其特徵在於頂 氣在與熱交換流體進行熱交換之前，頂氣被熱過濾。 H.如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於在 與頂氣進行熱交換後，將熱交換流體的溫度調整至一容許 的溫度範圍。 15_如申g靑專利範圍第η項之方法，其特徵在於藉供 應尙未進行熱交換的熱交換流體來調整加熱後的熱交換流 體之溫度。 16· —種由含氧化鐵的物質(4)且若須要還有添加物（5) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · I ·ϋ a^i —1 n ϋ 訂--------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 490489

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 所形成的加料來製造液態生鐵及/或初級鋼製品之設備， 言亥設備具有一含氧化鐵的物質用之還原反應器（1); 一熔融 氣化器(6); 一供給管，其連接熔融氣化器至還原反 應、器（1)，供用於熔融氣化器(6)中所形成的還原氣；供給管 (7)設有氣體淸淨裝置(8);具有一進料管（19)連接還原反應 器（1)至熔融氣化器(6)，供用於還原反應器（1)中所形成的 還原產品；具有一頂氣移除管(2〇)，由還原反應器（1)牽出 且設有一滌氣器(21);具有一固態碳載體（12)用的進料儲倉 (11);具有一進料裝置（I3)，其連接進料儲倉（11)至熔融氣 化益(6);具有一含氧氣體用的供給管（15)，開入熔融氣化 益(6)內，及一^生鐵（16)和礦渣（17)用的拽出管（18)，其設在 熔融氣化器(6)上；此設備的特徵在於頂氣移除管(20)中設 有一熱交換器(22)，且熱交換器(22)於輸出側係經由一管線 (26)(供用於加熱後的熱交換流體)連接到進料儲倉（11)，且 熱交換器(22)於輸入側設有一熱交換流體的供給管(23)。 17·如申請專利範圍第16項之設備，其特徵在於進料 儲倉（11)係經由一回流管（27)連接至熱交換流體的供給管 (23)。 18. 如申請專利範圍第17項之設備，其特徵在於一氣 體淸淨裝置(28)設於進料儲倉（11)下游的回流管(27)中。 19. 如申請專利範圍第Π項之設備，其特徵在於一滌 氣器設於進料儲倉（11)下游的回流管(27)中。 20. 如申請專利範圍第16至19項中任一項之設備，其 特徵在於一熱氣過濾器(25)設於熱交換器(22)的頂氣移除管 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 一 — ___________^_______丁_______ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   490489 A8 B8 C8 D8 t、申請專利範圍 (20)上游中。 21.如申請專利範圍第16至19項中任一項之設備，其 特徵在於供給管(23)係經由一含有控制閥(30)的溫度旁通管 (29)而連接至離開熱交換器(22)的管線(26)。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 tr---------Aw 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）