專(zhuān)利名稱(chēng)：直接使用粉煤或塊煤及鐵粉礦制造鐵水的設(shè)備、方法、采用它們的聯(lián)合鋼廠(chǎng)及方法
背景技術(shù)：
(a)發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種制造鐵水的設(shè)備、方法、采用它們的聯(lián)合鋼廠(chǎng)以及方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種直接使用粉煤或塊煤及含鐵粉礦制造鐵水的設(shè)備、方法、采用它們的聯(lián)合鋼廠(chǎng)及方法。
(b)相關(guān)技術(shù)描述鋼鐵工業(yè)是為建筑和汽車(chē)、船舶和家用器具等的制造提供所需原材料的核心工業(yè)。另外，它也是人類(lèi)有史以來(lái)已經(jīng)取得進(jìn)展的工業(yè)。煉鐵廠(chǎng)在鋼鐵工業(yè)中起著關(guān)鍵的作用，它使用鐵礦石和煤作為原料制造鐵水(也就是，熔融狀態(tài)的生鐵)，然后由鐵水生產(chǎn)出鋼，隨后供應(yīng)給消費(fèi)者。
目前，世界上大約60％的鐵產(chǎn)量是通過(guò)采用自14世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的鼓風(fēng)爐熔煉法生產(chǎn)的。根據(jù)該鼓風(fēng)爐熔煉法，將已經(jīng)經(jīng)歷燒結(jié)過(guò)程、采用鐵礦石和煙煤作為原材料生產(chǎn)出的焦炭裝載到鼓風(fēng)熔爐中，并向熔爐提供氧氣以將鐵礦石還原為鐵，由此制造鐵水?？紤]到反應(yīng)特性，大部分鐵水生產(chǎn)所采用的鼓風(fēng)爐熔煉法，都要求原料具有至少一定水平的硬度和可以保證原料在熔爐中的通氣性的粒度。由于該原因，需要以通過(guò)加工特定原煤所獲得的焦炭作為用作燃料和還原劑的碳源。而且，需要已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)連續(xù)聚結(jié)(agglomerating)過(guò)程的燒結(jié)礦作為鐵源。因而，現(xiàn)代的鼓風(fēng)爐熔煉法需要原材料初始加工設(shè)備，例如焦炭制造設(shè)備和燒結(jié)設(shè)備。此外，除了鼓風(fēng)熔爐之外，還必須配備輔助設(shè)施以及防止和使由輔助設(shè)施生成的污染最小化的設(shè)備。因此，附加的設(shè)施和設(shè)備的巨大投資導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。
為了解決鼓風(fēng)爐熔煉法中的這些問(wèn)題，全世界的鑄鐵廠(chǎng)都做出了很大努力，以開(kāi)發(fā)一種熔融還原方法，使得能夠通過(guò)直接使用原煤作為燃料和還原劑并且直接使用占世界礦石產(chǎn)量超過(guò)80％的粉礦作為鐵源來(lái)制造鐵水。
作為這種熔融還原方法的實(shí)例，美國(guó)專(zhuān)利第5,534,064號(hào)公開(kāi)了一種使用鐵粉礦和塊煤制造鐵水的方法。在該專(zhuān)利中，該整套設(shè)備由多級(jí)流化床型反應(yīng)器和連接至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元的最后一級(jí)的填充床型熔爐-氣化器組成，這樣由于流化床型反應(yīng)器單元的流化床特性可直接使用鐵粉源。然而，由于需要在熔爐-氣化器的填充床內(nèi)部保證預(yù)定的空間，所以直接輸入熔爐-氣化器的煤的粒度范圍會(huì)受到限制。此外，在多級(jí)流化床反應(yīng)器單元中被還原的煤粉源必須連續(xù)地輸入到熔爐-氣化器。因此，需要一種特殊的裝載方法。具體而言，由于用作燃料和還原劑的煤的可允許的粒度范圍受到限制，所以在采煤、運(yùn)煤和露天存儲(chǔ)的過(guò)程中所產(chǎn)生的大量煤粉不能使用。此外，在填充床型反應(yīng)器單元運(yùn)行的過(guò)程中，大量鐵粉源不能用作鐵源。而且，在流化床型反應(yīng)器單元運(yùn)行的過(guò)程中，需要提供額外的設(shè)備，以將流化床型反應(yīng)器單元排出的還原鐵粉連續(xù)裝載進(jìn)熔爐-氣化器中。
美國(guó)專(zhuān)利第5,961,690號(hào)公開(kāi)了一種用于制造生鐵水或鋼水完整產(chǎn)品(whole product)的方法以及實(shí)施該方法的成套裝置。在該專(zhuān)利中，公開(kāi)了一種通過(guò)連接多級(jí)流化床反應(yīng)器單元和熔爐-氣化器來(lái)制造鐵水同時(shí)防止粘結(jié)的設(shè)備及其方法。在該專(zhuān)利中，從終反應(yīng)器流到預(yù)還原反應(yīng)器的還原氣流的一部分被分開(kāi)(divided)，冷卻到室溫并壓縮。接著，在除去已分出的還原氣體中所含的CO2之后，將分出的還原氣體重新供應(yīng)給終反應(yīng)器以增加還原氣體的量并由此還原鐵礦石。此時(shí)，在氣體提供給終還原器之前，通過(guò)額外的加熱器將待提供給終還原器的氣體的溫度升高到預(yù)定溫度，從而保持終還原器內(nèi)的溫度。
此外，作為一種升高室溫還原氣體溫度的方法，考慮通過(guò)與額外提供的高溫氣體接觸以升高溫度的熱交換方案或自升溫方案。在自升溫方案中，一部分室溫還原氣體燃燒，其燃燒熱用于升高還原氣體的溫度。然而，在熱交換方案中，需要額外的氣體以產(chǎn)生高溫氣體。在自升溫方案中，由于一部分室溫氣體燃燒，存在于待提供給終反應(yīng)器的還原氣體中的還原氣體組分，例如CO，H2等的量減少。此外，在兩種方案中，室溫氣體的溫度都必須直接升高，這樣在升溫時(shí)間內(nèi)，熱效率降低，從而在該過(guò)程中增加能量消耗量。
在美國(guó)專(zhuān)利第5,961,690號(hào)中，還公開(kāi)了一種將熔爐-氣化器排放的廢氣冷卻到適于將其提供給終反應(yīng)器的溫度的方法。該方法中，部分待重新供應(yīng)給終反應(yīng)器的還原氣體先分出然后再加熱并隨后與來(lái)自熔爐-氣化器的廢氣混合。
另一方面，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，加熱煤和除去煤中的揮發(fā)性物質(zhì)的過(guò)程在熔爐-氣化器的上部產(chǎn)生焦油和粉塵，這些焦油和粉塵與熔爐-氣化器排放的還原氣體一起依次通過(guò)多級(jí)流化床反應(yīng)器單元。這種情況下，焦油在還原氣體中逐漸熱解并消失。粉塵在各反應(yīng)器中穿過(guò)還原氣體時(shí)，被引入依次通過(guò)多級(jí)流化床反應(yīng)器單元的粉礦流中，并再次循環(huán)進(jìn)熔爐-氣化器。因此，當(dāng)還原氣體中所含的粉塵和焦油通過(guò)多級(jí)流化床反應(yīng)器單元時(shí)，它們的量將降低。
然而，在美國(guó)專(zhuān)利第5,961,690號(hào)所公開(kāi)的設(shè)備和方法中，由于從終反應(yīng)器中分出的還原氣流只通過(guò)一個(gè)流化床，所以還原氣體中含有大量焦油和粉塵。因此，在冷卻分出的還原氣體并從中除去CO2且對(duì)其進(jìn)行壓縮時(shí)，還原氣體中所含的焦油也在用于冷卻還原氣體并除去CO2且使其冷凝的裝置上冷凝，從而在運(yùn)行中引起機(jī)械問(wèn)題。此外，在美國(guó)專(zhuān)利第5,961,690號(hào)所公開(kāi)的設(shè)備和方法中，由于除了需要用水冷卻最終從多級(jí)流化床反應(yīng)器單元中排出的高溫還原氣體的冷卻設(shè)備之外，還需要提供使用水冷卻分出的高溫還原氣體的冷卻設(shè)備，由此增加所使用的冷卻水的量，并對(duì)所有處理過(guò)程都造成過(guò)多負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題，并且本發(fā)明的目的在于提供一種制造鐵水的設(shè)備和方法，所述設(shè)備使用粉煤或塊煤以及含鐵粉礦，并能在氣體還原含鐵礦的過(guò)程中，使用由煤產(chǎn)生的還原煤氣，極好地保持含鐵礦的還原率。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一個(gè)聯(lián)合鋼廠(chǎng)及一種聯(lián)合鋼生產(chǎn)方法，所述聯(lián)合鋼廠(chǎng)使用上述制造鐵水的設(shè)備和方法，從而可在緊湊安排所有設(shè)備及工藝的情況下，提供具有優(yōu)良質(zhì)量的熱軋鋼板。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種制造鐵水的方法，包括如下步驟將含鐵粉礦與輔助原料混合，并干燥所得到的混合物，以生產(chǎn)含鐵混合物；在該含鐵混合物通過(guò)其中各反應(yīng)器相互串連的多級(jí)流化床反應(yīng)器單元時(shí)，進(jìn)行還原和燒結(jié)以將含鐵混合物轉(zhuǎn)化為還原材料；在高溫下壓制該還原材料以制造團(tuán)礦；將塊煤和壓制粉煤制得的煤壓塊裝入熔爐-氣化器中以形成煤填充床作為熔化團(tuán)礦的熱源；將團(tuán)礦裝入與多級(jí)流化床反應(yīng)器單元相連的熔爐-氣化器中，并向熔爐-氣化器輸送氧氣，以制造鐵水；并且將熔爐-氣化器排放的還原煤氣提供至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元中。
此外，制造鐵水的方法還可包括如下步驟分出(divide)由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流，并除去廢氣中的CO2；將已除去CO2的重整(reformed)廢氣與熔爐-氣化器排放的還原煤氣混合；加熱與重整廢氣相混合的還原煤氣，然后將其提供至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元中以將還原煤氣的溫度調(diào)節(jié)至在多級(jí)流化床反應(yīng)器單元中還原含鐵混合物所需的溫度。
在將與重整廢氣相混合的還原煤氣提供至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元之前，可在加熱步驟中使用氧氣燃燒器加熱重整廢氣。
在分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流并除去廢氣中的CO2時(shí)，分出的廢氣的量?jī)?yōu)選為多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣總量的60體積％。
重整廢氣的量可保持在1050Nm3～1400Nm3/噸含鐵粉礦之間。
在將已除去CO2的重整廢氣與由熔爐-氣化器排放的還原煤氣相混合的步驟中，重整廢氣中所含的CO2的量?jī)?yōu)選為3.0體積％或以下。
在分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流并除去廢氣中的CO2時(shí)，可對(duì)分出的廢氣進(jìn)行壓縮。
優(yōu)選地，本發(fā)明方法進(jìn)一步包括如下步驟即在分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流并除去廢氣中的CO2之前，分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流并除去廢氣中的焦油。
在將已除去CO2的重整廢氣與由熔爐-氣化器排放的還原煤氣相混合的步驟中，重整廢氣在旋風(fēng)除塵器的前端混合，所述旋風(fēng)除塵器將熔爐-氣化器排放的粉塵裝入熔爐-氣化器中。
對(duì)于已除去CO2的重整廢氣流，可分出并用作將在旋風(fēng)除塵器中分離的粉塵裝入熔爐-氣化器的載氣。
本發(fā)明的制造鐵水的方法可進(jìn)一步包括如下步驟即在關(guān)閉熔爐-氣化器的過(guò)程中或在運(yùn)行熔爐-氣化器之前，分流(bypass)由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的全部廢氣，并將所有廢氣供至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元。
本發(fā)明的生產(chǎn)鐵水的方法可進(jìn)一步包括如下步驟分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流并除去廢氣中的CO2；分出已除去CO2的重整廢氣流，并將重整廢氣供應(yīng)至各流化床反應(yīng)器，以清洗多級(jí)流化床反應(yīng)器單元。
優(yōu)選地，還原煤氣中所含的氮?dú)獾牧繛?0.0體積％或以下。
本發(fā)明的制造鐵水的方法可進(jìn)一步包括如下步驟分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流，并除去廢氣中的CO2；分出已除去CO2的重整廢氣流，并在向熔爐-氣化器供應(yīng)氧氣的同時(shí)，將已除去CO2的重整廢氣流與氧氣一起供應(yīng)至熔爐-氣化器中。
將含鐵混合物轉(zhuǎn)化為還原材料的步驟可包括第一步，在400～500℃預(yù)熱含鐵混合物；第二步，在600～700℃再預(yù)熱已預(yù)熱的含鐵混合物；第三步，在700～800℃初還原已再預(yù)熱的含鐵混合物；第四步，在770～850℃終還原已初還原的含鐵混合物。
第一步和第二步中的氧化度可為25％或以下，第三步的氧化度可為35～50％，第四步的氧化度可為45％或以上。此處，氧化度通過(guò)以下等式得到(CO2體積％+H2O體積％)/(CO體積％+H2體積％+CO2體積％+H2O體積％)×100；CO、CO2、H2O和H2均為氣體，并且均包含在還原氣體中。
第二步和第三步可包括供應(yīng)氧氣的步驟。
在高溫下制造團(tuán)礦的步驟中，團(tuán)礦的粒度優(yōu)選為3mm至30mm范圍。
在形成煤填充床的步驟中，煤壓塊的粒度優(yōu)選為30mm至50mm范圍。
本發(fā)明的聯(lián)合鋼制造方法包括如下步驟通過(guò)上述制造鐵水的方法制造鐵水；通過(guò)除去鐵水中所含的雜質(zhì)和碳制造鋼水；將鐵水連續(xù)澆注至薄板坯中；熱軋?jiān)摫“迮饕陨a(chǎn)熱軋鋼板。
在將鐵水連續(xù)澆注至薄板坯的步驟中，鋼水可連續(xù)澆注至厚度為40mm至100mm的薄板坯。
在熱軋所述薄板坯以生產(chǎn)熱軋鋼板的步驟中，熱軋鋼板的厚度可為0.8mm至2.0mm。
生產(chǎn)鋼水的步驟可包括如下步驟對(duì)鐵水進(jìn)行預(yù)處理以除去鐵水中所含的磷和硫；通過(guò)向鐵水供應(yīng)氧氣以除去鐵水中所含的碳和雜質(zhì)；并且通過(guò)對(duì)鐵水進(jìn)行二次精煉除去雜質(zhì)和所溶解的氣體以生產(chǎn)鋼水。
聯(lián)合鋼制造方法還可進(jìn)一步包括如下步驟在含鐵粉礦通過(guò)相互串連的多級(jí)流化床反應(yīng)器單元時(shí)，通過(guò)還原含鐵粉礦將含鐵粉礦轉(zhuǎn)化為還原鐵；在高溫下通過(guò)壓制還原鐵生產(chǎn)還原鐵團(tuán)礦。在除去鐵水中所含的碳和雜質(zhì)的步驟中，可對(duì)還原鐵團(tuán)礦和鐵水進(jìn)行混合，除去其中的碳和雜質(zhì)。
將含鐵粉礦轉(zhuǎn)化為還原鐵的步驟可包括如下步驟在600～700℃預(yù)熱含鐵粉礦；在700～800℃初還原已預(yù)熱的含鐵粉礦；在770～850℃終還原已初還原的含鐵粉礦，轉(zhuǎn)化為還原鐵。
本發(fā)明的制造鐵水的設(shè)備包括用于將混合并干燥的含鐵粉礦與輔助原料轉(zhuǎn)化為還原材料的多級(jí)流化床反應(yīng)器單元；與多級(jí)流化床反應(yīng)器單元相連，并通過(guò)在高溫下壓制還原材料以制造團(tuán)礦的團(tuán)礦制造設(shè)備；通過(guò)壓制粉煤生產(chǎn)用作熱源的煤壓塊的制團(tuán)機(jī)；其中裝有塊煤和由制團(tuán)機(jī)生產(chǎn)的煤壓塊，并在其中形成煤填充床，且其中裝有由團(tuán)礦制造設(shè)備裝入的還原材料并供入氧氣用于生產(chǎn)鋼水的熔爐-氣化器；以及用于將由熔爐-氣化器排放的還原煤氣供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元的還原煤氣供應(yīng)管道。
本發(fā)明的制造鐵水的設(shè)備可進(jìn)一步包括重整廢氣供應(yīng)管道，該管道用于分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流，并提供已除去CO2的重整廢氣流。氧氣燃燒器可安裝在還原煤氣供應(yīng)管道上，以在將還原煤氣供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元以前，加熱與重整廢氣相混合的還原煤氣。
重整廢氣供應(yīng)管道優(yōu)選包括氣體重整器(gas reformer)，以除去由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放并已分出的廢氣中的CO2。
重整廢氣供應(yīng)管道優(yōu)選包括焦油去除器(remover)，以除去由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放并已分出的廢氣中的焦油。
重整廢氣供應(yīng)管道優(yōu)選包括壓縮機(jī)，以壓縮由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放并已分出的廢氣，且焦油去除器安裝在壓縮機(jī)的前端。
可向熔爐-氣化器提供旋風(fēng)除塵器，該旋風(fēng)除塵器將熔爐-氣化器排放的粉塵裝入熔爐-氣化器中。重整廢氣供應(yīng)管道可與旋風(fēng)除塵器的前端相連。
輸氣管道可與旋風(fēng)除塵器的后端相連，已除去CO2的重整廢氣通過(guò)該管道分出，并經(jīng)由該管道供應(yīng)至熔爐-氣化器中作為輸送旋風(fēng)除塵器中分離的粉塵的載氣。
多級(jí)流化床反應(yīng)器單元可包括第一預(yù)熱反應(yīng)器、第二預(yù)熱反應(yīng)器、初還原反應(yīng)器和終還原反應(yīng)器，所述第一預(yù)熱反應(yīng)器在400～500℃預(yù)熱含鐵混合物；所述第二預(yù)熱反應(yīng)器與第一預(yù)熱反應(yīng)器相連，并在600～700℃再預(yù)熱已預(yù)熱的含鐵混合物；所述初還原反應(yīng)器與第二預(yù)熱反應(yīng)器相連，并在700～800℃初還原已再預(yù)熱的含鐵混合物；所述終還原反應(yīng)器與初還原反應(yīng)器相連，并在770～850℃終還原已初還原的含鐵混合物。
氧氣燃燒器可布置在第二預(yù)熱爐和初還原反應(yīng)器之間，以及初還原爐和終還原爐之間，并在還原煤氣加熱后，將還原煤氣各供應(yīng)至第二預(yù)熱反應(yīng)器和初還原反應(yīng)器。
還原煤氣供應(yīng)管道可優(yōu)選與終還原反應(yīng)器相連。
本發(fā)明制造鐵水的設(shè)備可進(jìn)一步包括清洗煤氣供應(yīng)管道，該管道通過(guò)分出已除去CO2的重整廢氣流和將重整廢氣輸送至各流化床反應(yīng)器中而清洗多級(jí)流化床反應(yīng)器單元。
本發(fā)明制造鐵水的設(shè)備可進(jìn)一步包括廢氣分流循環(huán)管道，該管道與多級(jí)流化床反應(yīng)器單元相連，并將由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣全部供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元。
本發(fā)明生產(chǎn)鋼水的設(shè)備可進(jìn)一步包括煤氣再供應(yīng)管道，該管道分出已除去CO2的重整廢氣流，并在向熔爐-氣化器供應(yīng)氧氣的過(guò)程中，將其與氧氣一起供應(yīng)至熔爐-氣化器中。
本發(fā)明的聯(lián)合鋼廠(chǎng)包括上述制造鐵水的設(shè)備、生產(chǎn)鋼的設(shè)備、薄板坯澆注機(jī)以及熱軋機(jī)，所述生產(chǎn)鋼的設(shè)備與制造鋼水的設(shè)備相連，并通過(guò)除去鐵水中的雜質(zhì)和碳來(lái)生產(chǎn)鋼水；所述薄板坯澆注機(jī)與生產(chǎn)鋼的設(shè)備相連，并將由該設(shè)備供應(yīng)的鋼水連續(xù)澆注成薄板坯；所述熱軋機(jī)與薄板坯澆注機(jī)相連，并通過(guò)對(duì)由薄板坯澆注機(jī)供應(yīng)的薄板坯進(jìn)行熱軋來(lái)生產(chǎn)熱軋板。
生產(chǎn)鋼的設(shè)備可包括鐵水預(yù)處理裝置、脫碳裝置和鋼水包，所述鐵水預(yù)處理裝置與制造鐵水的裝置相連，并除去該裝置中排出的鐵水中所含的磷和硫；所述脫碳裝置與鐵水預(yù)處理裝置相連，并除去由鐵水預(yù)處理裝置排出的鐵水中所含的碳和雜質(zhì)；所述鋼水包與脫碳裝置相連，并通過(guò)對(duì)由脫碳裝置排出的鐵水進(jìn)行再次精煉生產(chǎn)鋼水。
本發(fā)明的聯(lián)合鋼廠(chǎng)可進(jìn)一步包括第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元和第二團(tuán)礦制造設(shè)備，所述第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元分出已除去CO2的重整廢氣并將含鐵粉礦轉(zhuǎn)化為還原材料；所述第二團(tuán)礦制造設(shè)備與第一多級(jí)流化床反應(yīng)器單元相連并通過(guò)在高溫下壓制還原材料制造團(tuán)礦。第二團(tuán)礦制造設(shè)備可向脫碳裝置供應(yīng)已還原的鐵團(tuán)礦。
第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元可包括預(yù)熱反應(yīng)器、初還原反應(yīng)器和終還原反應(yīng)器，所述預(yù)熱反應(yīng)器在600～700℃預(yù)熱含鐵粉礦；所述初還原反應(yīng)器與預(yù)熱反應(yīng)器相連并在700～800℃初還原已預(yù)熱的含鐵粉礦；所述終還原反應(yīng)器與初還原反應(yīng)器相連，并在770～850℃終還原已初還原的含鐵粉礦。


通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述的方式，本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。
圖1是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的用于制造鐵水的設(shè)備的示意圖；圖2是說(shuō)明適量的高溫還原氣與熔爐-氣化器中生成的高溫還原氣的量的關(guān)系圖；圖3是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的用于制造鐵水的設(shè)備中的循環(huán)還原煤氣的循環(huán)過(guò)程的示意圖；圖4是說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的用于制造鐵水的設(shè)備中，關(guān)閉熔爐-氣化器以后的循環(huán)還原煤氣循環(huán)過(guò)程的示意圖；圖5是說(shuō)明清洗根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的用于制造鐵水的設(shè)備的清洗過(guò)程的示意圖；圖6說(shuō)明在本發(fā)明實(shí)施方案制造鐵水的設(shè)備中，多級(jí)流化床反應(yīng)器單元中，隨溫度而變的氧化度與Fe混合物的關(guān)系；圖7是說(shuō)明采用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于制造鐵水的設(shè)備的聯(lián)合鋼廠(chǎng)的一個(gè)實(shí)施方案的視圖；圖8是說(shuō)明采用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于制造鐵水的設(shè)備的聯(lián)合鋼廠(chǎng)的另一個(gè)實(shí)施方案的視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。但是，本發(fā)明可以各種變型方案實(shí)施，因此并不限于下述實(shí)施方案。
圖1示意性地說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于制造鐵水的設(shè)備100，該設(shè)備直接使用粉煤或塊煤以及含鐵粉礦。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于制造鐵水的設(shè)備100包括作為主要部件的熔爐-氣化器10、多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20、用于制造團(tuán)礦的團(tuán)礦制造設(shè)備30、制造團(tuán)礦的制團(tuán)機(jī)40以及還原煤氣供應(yīng)管道L50。設(shè)備100可包括其它所需的輔助設(shè)施。
如圖1所示，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備100中，粒度為8mm或不足8mm的含鐵室溫粉礦和輔助原料臨時(shí)被儲(chǔ)存在料倉(cāng)21中，然后將其混合以產(chǎn)生含鐵混合物。得到的混合物在干燥器22中干燥，然后被裝入多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的第一預(yù)熱反應(yīng)器24中。在干燥器22和第一預(yù)熱反應(yīng)器24之間，設(shè)有等壓裝料設(shè)備23，以使常壓下的混合物可裝入多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20中，其中多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的壓力保持在1.5～3個(gè)大氣壓。
含鐵化合物與從熔爐-氣化器10排放出來(lái)的還原氣流接觸，并還原至約90％的目標(biāo)還原率，同時(shí)依次通過(guò)第一預(yù)熱反應(yīng)器24、第二預(yù)熱反應(yīng)器25、初還原反應(yīng)器26和終還原反應(yīng)器27，上述反應(yīng)器也是以所述順序相連的。將含鐵混合物的溫度升至800℃，同時(shí)通過(guò)與還原煤氣流接觸而還原，并且含鐵混合物轉(zhuǎn)化為高溫還原材料，而含鐵混合物中30％以上的輔助原料被燒結(jié)。多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20示例為4級(jí)。但是，流化床反應(yīng)器的數(shù)目?jī)H為示例性的，而不擬限制本發(fā)明。因此，流化床反應(yīng)器單元20僅需體現(xiàn)為多級(jí)即可。
通過(guò)上述方法還原的還原材料，其平均粒度為約2.0mm。將還原材料直接裝入熔爐-氣化器10中會(huì)引起很大的分散損失，并導(dǎo)致熔爐-氣化器10中煤填充床的通氣性變差。因此，最終反應(yīng)器27排出的還原材料轉(zhuǎn)被移至與終還原反應(yīng)器27相連的團(tuán)礦制造裝置30中。在此，由于終還原反應(yīng)器27中的壓力保持在3個(gè)大氣壓，并且團(tuán)礦制造裝置30中的壓力保持為常壓，因此，還原材料由于壓差而從終還原反應(yīng)器27轉(zhuǎn)移至團(tuán)礦制造裝置30。
在團(tuán)礦制造裝置30中，通過(guò)終還原反應(yīng)器27的高溫還原材料被臨時(shí)儲(chǔ)存在裝料倉(cāng)31中，并在高溫下通過(guò)一對(duì)軋輥時(shí)被機(jī)械地壓制成條形團(tuán)礦。然后，條形團(tuán)礦通過(guò)破碎機(jī)35壓碎為適于裝入熔爐-氣化器10中的尺寸，并且被壓碎的團(tuán)礦儲(chǔ)存在儲(chǔ)料倉(cāng)37中。團(tuán)礦直接被在高溫下壓制以具有預(yù)定的強(qiáng)度和尺寸。優(yōu)選地，團(tuán)礦的粒度為3～30mm，密度為約3.5～4.2噸/m3。當(dāng)團(tuán)礦的粒度小于3mm時(shí)，其裝入熔爐-氣化器10時(shí)的通氣性變差。當(dāng)團(tuán)礦的粒度大于30mm時(shí)，難以生產(chǎn)團(tuán)礦并且其熱強(qiáng)度變差。臨時(shí)儲(chǔ)存在儲(chǔ)料倉(cāng)37中的團(tuán)礦通過(guò)高溫等壓裝料設(shè)備12連續(xù)裝入熔爐-氣化器10中，所述高溫等壓裝料設(shè)備12使得團(tuán)礦能在常壓下裝入熔爐-氣化器10，熔爐-氣化器10保持在3.0～3.5個(gè)大氣壓。
另一方面，煤填充床在熔爐-氣化器10中形成，作為熔化團(tuán)礦的熱源。用于在熔爐-氣化器10中形成煤填充床的原煤，其粒度需為10～50mm。具有該粒度的塊煤直接裝入熔爐-氣化器10中。另一方面，對(duì)剩余的粉煤進(jìn)行粒度分選。制團(tuán)機(jī)40將儲(chǔ)存在儲(chǔ)料倉(cāng)41中的粒度為10mm或不足10mm的煤粉壓碎為粒度為4mm或以下的粉煤。被壓碎的粉煤通過(guò)混合機(jī)43與適宜量的粘合劑以及添加劑(addictive)混合。得到的混合物運(yùn)至制團(tuán)機(jī)45，并被機(jī)械地壓制為煤壓塊。在這種情況下優(yōu)選地，煤壓塊的粒度為約30～50mm，并且其密度為0.8噸/m3。當(dāng)煤壓塊的粒度小于30mm時(shí)，其在熔爐-氣化器10中的通氣性下降。當(dāng)煤壓塊的粒度大于50mm時(shí)，難以生產(chǎn)煤壓塊并且其熱強(qiáng)度下降。壓制的煤壓塊儲(chǔ)存在儲(chǔ)料倉(cāng)47中。
將儲(chǔ)存在儲(chǔ)料倉(cāng)47中的煤壓塊與塊煤一起裝入熔爐-氣化器10中，以形成煤填充床。裝入熔爐-氣化器10中的煤壓塊通過(guò)熱解反應(yīng)和燃燒反應(yīng)氣化，所述熱解反應(yīng)發(fā)生在煤填充床的上側(cè)，所述燃燒反應(yīng)采用氧氣且發(fā)生在煤填充床的下側(cè)。在熔爐-氣化器10中通過(guò)氣化反應(yīng)生成的高溫還原氣通過(guò)還原煤氣供應(yīng)管道L50輸送至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20中，所述還原煤氣供應(yīng)管道L50與終還原反應(yīng)器27的后端相連。高溫還原氣用作還原劑及流化氣體。當(dāng)還原煤氣依次流過(guò)終還原反應(yīng)器27、初還原反應(yīng)器26、第二預(yù)熱反應(yīng)器25和第一預(yù)熱反應(yīng)器24時(shí)，其對(duì)含鐵混合物進(jìn)行還原并使其燒結(jié)。還原煤氣從第一預(yù)熱反應(yīng)器24中排放出來(lái)，并在流過(guò)集塵器51時(shí)用水對(duì)其除塵并冷卻。
在熔爐-氣化器10的煤填充床的上面形成圓頂形空區(qū)間，以降低氣體流速。從而，可防止煤壓塊中所含的粉煤以及裝入熔爐-氣化器10中的煤突然升溫而產(chǎn)生的粉煤大量從熔爐-氣化器10中排出。并且，圓頂形空區(qū)間吸收緩解熔爐-氣化器10中壓力的變化，該壓力的變化是由于直接使用煤導(dǎo)致氣體量的不規(guī)則變化而引起的。煤氣化并且揮發(fā)物質(zhì)隨著煤落至煤填充床底部而被除去，煤最終通過(guò)熔爐-氣化器底部的風(fēng)口供應(yīng)的氧氣燃燒。所產(chǎn)生的燃燒氣在上升通過(guò)煤填充床時(shí)，轉(zhuǎn)化為高溫還原氣，并從熔爐-氣化器10中排出。一部分的燃燒氣在通過(guò)集塵器53時(shí)使用水對(duì)其進(jìn)行除塵和冷卻，以使施加在熔爐-氣化器10上的壓力保持在3.0～3.5個(gè)大氣壓。并且，通過(guò)還原氣以及煤氣化和燃燒所產(chǎn)生的燃燒熱，還原鐵最終在和煤一起在煤填充床中下降時(shí)被還原并熔化，生成的鐵水排出至外界。
旋風(fēng)除塵器14安裝在熔爐-氣化器10上以采集排出的粉塵。旋風(fēng)除塵器14采集熔爐-氣化器中生成的廢氣，并將所采集的粉塵再次輸送至熔爐-氣化器10。并且，旋風(fēng)除塵器14將所采集的廢氣作為還原煤氣供應(yīng)至流化床還原反應(yīng)器單元20。載氣被供應(yīng)至旋風(fēng)除塵器14的后端以將旋風(fēng)除塵器14分離的粉塵供應(yīng)至熔爐-氣化器10。
另一個(gè)方面，如果與必須供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的適量高溫還原氣相比，由于操作條件和煤質(zhì)量的變化，引起由熔爐-氣化器10產(chǎn)生的高溫還原煤氣的量不足時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于制造鐵水的設(shè)備100包括補(bǔ)充還原煤氣的裝置。補(bǔ)充還原煤氣的方法將結(jié)合圖2詳細(xì)描述。
圖2說(shuō)明了適量高溫還原氣和熔爐-氣化器所產(chǎn)生的高溫還原氣的量的關(guān)系，其中示出了在90％的還原率基礎(chǔ)上，高溫還原氣所不足的量。
由于熔爐-氣化器10中(如圖1所示)操作條件的改變以及煤性能的變化，與必須供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20(如圖1所示)的適量高溫還原氣相比，由熔爐-氣化器10所產(chǎn)生的高溫還原煤氣的量可能不足。此時(shí)，調(diào)整多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的操作條件以防止通過(guò)多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的還原粉鐵的還原率下降，并防止熔爐-氣化器10中的熱由于還原鐵以低還原率熔化而不足。
在圖2中，曲線(xiàn)D表示還原率和氣體基本單位之間的關(guān)系。曲線(xiàn)A至C表示還原率和熔爐-氣化器10中所產(chǎn)生的氣體的量之間的關(guān)系，所述氣體的量已轉(zhuǎn)化為氣體基本單位，并取決于煤中所含的揮發(fā)物質(zhì)的量。
例如，在曲線(xiàn)D中，當(dāng)目標(biāo)還原率為90％時(shí)，每噸含鐵粉礦所需的還原煤氣的量為1400Nm3。相反地，當(dāng)煤中所含的揮發(fā)物質(zhì)的量分別為23％、26％和30％時(shí)，每噸含鐵粉礦所需還原煤氣的量分別為850Nm3、950Nm3和1050Nm3，因此在各例中還需要550Nm3、450Nm3和350Nm3。當(dāng)含鐵混合物在多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20中以還原煤氣不足的狀態(tài)還原時(shí)，無(wú)法獲得具有所需性能的鐵水。因此，通過(guò)補(bǔ)充一定量的還原煤氣可獲得還原材料所需的還原率。
圖1所示的制造鐵水的設(shè)備100還包括重整廢氣供應(yīng)管道L51，它分出多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20排放的廢氣流并供應(yīng)已除去CO2的重整廢氣。重整廢氣供應(yīng)管道L51設(shè)有壓縮機(jī)76以及氣體重整器77，以除去第一預(yù)熱反應(yīng)器24所排放的廢氣中的CO2。此外，在壓縮機(jī)76的前端設(shè)置焦油去除器，以除去供應(yīng)至壓縮機(jī)76的氣體中所含的少量焦油，從而防止焦油在壓縮機(jī)76中凝結(jié)。
在制造鐵水的設(shè)備100中，一部分由第一預(yù)熱反應(yīng)器24排放并通過(guò)使用水的集塵器51的廢氣流被分出，并使其通過(guò)焦油去除器75。然后，廢氣通過(guò)壓縮機(jī)76壓縮并通過(guò)氣體重整器77重整。重整廢氣最后通過(guò)閥V772供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20以補(bǔ)充還原煤氣所不足的量。在這種情況下，重整廢氣與還原煤氣混合后被供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20。由于還原煤氣的溫度在與廢氣混合后降低，因此混合氣體在被供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20以前，采用還原煤氣供應(yīng)管道L50所安裝的氧氣燃燒器70使其升至還原所需的溫度。以下各效果可通過(guò)上述方法獲得。
首先，重整廢氣供應(yīng)管道L51與旋風(fēng)除塵器14的前端相連，室溫重整廢氣被供應(yīng)至旋風(fēng)除塵器14，從而防止旋風(fēng)除塵器14過(guò)熱。因此，旋風(fēng)除塵器14有效地采集熔爐-氣化器10排放的粉塵，從而避免粉塵分散。
由于熔爐-氣化器10排放的高溫還原煤氣與室溫的重整的廢氣混合，因此還原煤氣的溫度低于供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20所需的溫度。從而，難以獲得還原材料所需的還原率。因此，通過(guò)使用氧氣燃燒器將與重整廢氣相混合的還原煤氣的溫度調(diào)節(jié)至還原所需的溫度，來(lái)提高還原材料的還原率。具體而言，對(duì)于制造鐵水的設(shè)備100，由于通過(guò)多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的廢氣的溫度，即最終通過(guò)第一預(yù)熱反應(yīng)器24的廢氣的溫度較低，因此在通過(guò)使用水的集塵器51冷卻廢氣的過(guò)程中所消耗的水量少。因此，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
此外，對(duì)于熔爐-氣化器10上側(cè)所存在的粉塵和焦油而言，由于還原煤氣從多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20通過(guò)后作為重整廢氣循環(huán)，因此充分保障了粉塵和焦油隨還原煤氣循環(huán)的通道，從而除去了大量粉塵和焦油。因此，有可能避免由于焦油在使用水的集塵器51上凝結(jié)而導(dǎo)致使用水的集塵器51的運(yùn)行受到干擾。此外，當(dāng)在壓縮機(jī)76的前端裝有小型焦油去除器75時(shí)，也有可能防止壓縮機(jī)76和氣體重整器77由于焦油凝結(jié)而受到損害。
在通過(guò)使用水的集塵器51的廢氣中，廢氣包括35體積％的CO、20體積％的H2和40體積％的CO2。因此，優(yōu)選采用氣體重整器77除去CO2以提高還原率。分出的廢氣的量被調(diào)節(jié)為流化床反應(yīng)器單元20所排放的廢氣總量的60體積％或以下。因此，即使待供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器20的還原煤氣的量不足，也可補(bǔ)充不足量的還原煤氣。當(dāng)分出廢氣的量大于60體積％時(shí)，與還原煤氣混合后供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的重整廢氣的量增大，從而多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20中氣體的流速變快。結(jié)果，大量的含鐵混合物分散到多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的外面而損失。
此外，將供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的還原氣的量調(diào)節(jié)在1噸待裝入多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20中的含鐵粉礦為1050～1400Nm3，從而有效減少供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的含鐵粉礦。具體而言，當(dāng)供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的還原氣的量低于1050Nm3時(shí)，難以達(dá)到所需的還原率。當(dāng)供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的還原氣的量大于1400Nm3時(shí)，粉礦還原，但由于還原氣過(guò)量而相互粘附。因此，難以創(chuàng)造流化還原條件。
當(dāng)使用氣體重整器77除去CO2時(shí)，通過(guò)重整器77的重整廢氣中所含的CO2的量?jī)?yōu)選為3.0體積％或以下。當(dāng)CO2的量超過(guò)3.0體積％時(shí)，重整廢氣的還原能力下降，并且重整廢氣變得不適于使用。
如圖1所示，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備100中，分出通過(guò)使用水的除塵器51的一部分廢氣流，并使其通過(guò)焦油去除器75。廢氣通過(guò)壓縮機(jī)76壓縮，并通過(guò)氣體重整器77重整。然后，當(dāng)安裝在載氣管道L52上的閥V771打開(kāi)后，重整廢氣可用作將旋風(fēng)除塵器14所分離的粉塵裝入熔爐-氣化器10的載氣。當(dāng)重整廢氣用作載氣時(shí)，用作載氣的氮?dú)獾牧靠山档?，并且燃燒率可提高?br> 通過(guò)打開(kāi)安裝在還原氣再供應(yīng)管道L53上的閥V773，已除去CO2的分出的重整廢氣流可在向熔爐-氣化器10供應(yīng)氧氣時(shí)被供應(yīng)到熔爐-氣化器10。因此，可通過(guò)向熔爐-氣化器10供應(yīng)重整廢氣減少所使用的煤壓塊的量，并使焦炭床(char bed)中氣流的分布得到改善。
圖3是說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備100中的循環(huán)還原煤氣的循環(huán)過(guò)程的示意圖。在圖3中，粗實(shí)線(xiàn)表示循環(huán)還原煤氣所通過(guò)的循環(huán)管道。與循環(huán)管道無(wú)關(guān)的其它管道用虛線(xiàn)表示。在閥閉合的情況下，當(dāng)還原煤氣循環(huán)時(shí)，還原煤氣實(shí)際充滿(mǎn)至閥的前端。因此，需要在圖中示出，但為方便起見(jiàn)，在圖3中省略了。
如圖3所示，已壓縮并重整的廢氣可通過(guò)使用安裝在管道上的閥加以控制。具體而言，當(dāng)在多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20中，還原所需的還原煤氣的量不足時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備100中，閥V51～V53、V27、V762和V772打開(kāi)，而其它的閥閉合，從而為多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20補(bǔ)充還原煤氣。圖3所示的補(bǔ)充還原氣的方法僅為示例性的，而不擬限制本發(fā)明。
圖4是一個(gè)示意圖，說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備100中，關(guān)閉從熔爐-氣化器10向多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的還原煤氣供應(yīng)后，循環(huán)還原煤氣的循環(huán)過(guò)程。粗實(shí)線(xiàn)表示還原煤氣循環(huán)所通過(guò)的循環(huán)管道。與循環(huán)管道無(wú)關(guān)的其它管道用虛線(xiàn)表示。在閥閉合的情況下，當(dāng)還原煤氣循環(huán)時(shí)，還原煤氣實(shí)際充滿(mǎn)至閥的前端。因此，需要在圖中示出，但為方便起見(jiàn)，在圖4中省略了。
該方法涉及熔爐-氣化器10斷開(kāi)(tripped)且無(wú)法向多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20供應(yīng)還原氣的情況。在該情況下，由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20排放的全部廢氣通過(guò)廢氣分流循環(huán)管道L54分流并供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20。
此外，在熔爐-氣化器10中，斷開(kāi)(trip)有時(shí)是由于實(shí)驗(yàn)故障而發(fā)生。在這種情況下，由于在熔爐-氣化器10中未產(chǎn)生氣體，因此需要使廢氣在與熔爐-氣化器10相連的多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20中循環(huán)，以維持鼓泡流化床。在這種情況下，停止裝入團(tuán)礦、塊煤和煤壓塊，并且熔爐-氣化器10也停止排放還原氣以關(guān)閉熔爐-氣化器10。然后，閉合閥V762。由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20排放的全部廢氣通過(guò)閥V51，并通過(guò)壓縮機(jī)76壓縮。同時(shí)，安裝在廢氣分流循環(huán)管道L54上的閥V761打開(kāi)，并將廢氣供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20。這樣，廢氣得以連續(xù)循環(huán)。閥V27、V53、V771、V772和V773在該過(guò)程中全部閉合以防止廢氣泄漏至熔爐-氣化器10。因此，廢氣可連續(xù)循環(huán)并防止廢氣漏到熔爐-氣化器10中。從而，可防止鼓泡流化床崩潰。
圖5是說(shuō)明清洗根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備的清洗過(guò)程的示意圖。一部分壓縮并重整的廢氣所循環(huán)通過(guò)以清洗多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的管道用粗實(shí)線(xiàn)表示。在閥閉合的情況下，當(dāng)還原煤氣循環(huán)時(shí)，還原煤氣實(shí)際充滿(mǎn)至閥的前端。因此，需要在圖中示出，但為方便起見(jiàn)，在圖5中省略了。
當(dāng)在運(yùn)行中需進(jìn)行清洗時(shí)，用于清洗的重整廢氣通過(guò)一個(gè)清洗煤氣供應(yīng)管道L55供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20。由于在進(jìn)行上述清洗時(shí)，整個(gè)操作是連續(xù)進(jìn)行的，因此一部分重整廢氣與熔爐-氣化器10通過(guò)重整廢氣供應(yīng)管道L51排放的廢氣混合，并供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20，并且一部分重整廢氣與以普通操作中相同的方式通過(guò)載氣管道L52和還原氣再供應(yīng)管道L53被供應(yīng)至熔爐-氣化器10的風(fēng)口或粉塵燃燒器。這樣的重整廢氣流用粗的實(shí)線(xiàn)表示。
多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20包括安裝在其中的內(nèi)部裝置，例如旋風(fēng)除塵器、豎管、上升管和排料管。需使內(nèi)部裝置內(nèi)保持為流化狀態(tài)，以使還原煤氣和含鐵混合物可連續(xù)流化。因此，需提供清洗管道以防止內(nèi)部裝置堵塞。清洗通常使用氮?dú)膺M(jìn)行。然而，當(dāng)將還原煤氣用于清洗時(shí)，不再需要額外的氮?dú)?，從而大大降低了氮?dú)獾南牧俊?br> 當(dāng)使用氮?dú)膺M(jìn)行清洗時(shí)，由于多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20排放的廢氣流被分出并重整，然后再循環(huán)回多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20中，因此氮?dú)庠谥卣麖U氣中累積，從而最終提高了氮?dú)庠谔峁┲炼嗉?jí)流化床反應(yīng)器單元的全部還原煤氣中的濃度。結(jié)果，當(dāng)?shù)獨(dú)膺@種惰性氣體的濃度超過(guò)全部還原煤氣的10.0體積％時(shí)，多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20中礦石的還原率下降。因此，如上所述，通過(guò)將重整廢氣用作清洗氣體，將還原煤氣中氮?dú)鉂舛葴p至10.0體積％或以下。從而，可防止氮?dú)庠诖?yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的還原煤氣中累積。
分出通過(guò)多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20排放的廢氣流并除去廢氣中的CO2。重整廢氣被供應(yīng)至各流化床反應(yīng)器20。雖然未在圖5中示出，但與各流化床反應(yīng)器20相連的煤氣供應(yīng)管道L55再次分出以將重整廢氣輸送至各流化床反應(yīng)器20的內(nèi)部裝置，并且根據(jù)需要可清洗內(nèi)部裝置。具體而言，作為清洗氣體供應(yīng)的重整廢氣的量可通過(guò)安裝在清洗煤氣供應(yīng)管道L 55上的閥V24控制。
以下，將詳細(xì)描述在根據(jù)本發(fā)明的制造鐵水的方法中的多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的操作條件。具體而言，在本發(fā)明中，最佳控制條件的確定考慮了對(duì)使用還原煤氣還原含鐵混合物非常重要的事實(shí)。
圖6說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備中，氧化度與Fe混合物的關(guān)系取決于多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的溫度，其中示出了鐵混合物相在各流化床反應(yīng)器中的穩(wěn)定區(qū)域。
在本說(shuō)明書(shū)中，氧化度通過(guò)使用還原氣中所含的各種氣體，例如CO、CO2、H2和H2O的量進(jìn)行計(jì)算。氧化度表示還原能力的度量標(biāo)準(zhǔn)。氧化度定義為(CO2體積％+H2O體積％)/(CO體積％+H2體積％+CO2體積％+H2O體積％)×100。在圖6中，為方便起見(jiàn)，將100-氧化度作為Y軸的值，它表示與氧化度概念相反的還原度。因此，當(dāng)其靠近Y軸上方時(shí)，容易發(fā)生還原反應(yīng)。相反地，當(dāng)其靠近Y軸下方時(shí)，容易發(fā)生氧化反應(yīng)。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造鐵水的方法中，多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20(如圖1所示)直接使用煤氣作為還原氣。因此，與直接使用天然氣的其它流化床還原法，例如FINMET、FIOR、IRON CARBIDE等相比，各流化床反應(yīng)器可在較低的氣體基本單位(1400Nm3/噸)和較短的停留時(shí)間(最多60分鐘)下操作。因此，在流化還原法中，如圖6所示，對(duì)于為含鐵混合物進(jìn)行第一步預(yù)熱的第一預(yù)熱反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，流化還原優(yōu)選發(fā)生在Fe3O4相穩(wěn)定區(qū)域。對(duì)于為含鐵混合物進(jìn)行第二步再預(yù)熱的第二預(yù)熱反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，流化還原優(yōu)選發(fā)生在FeO相穩(wěn)定區(qū)域。對(duì)于為預(yù)熱的含鐵混合物進(jìn)行第三步初還原的初還原反應(yīng)器以及為已初還原的含鐵混合物進(jìn)行第四步終還原的終反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，流化還原優(yōu)選發(fā)生在Fe相穩(wěn)定區(qū)域。通過(guò)保持上述區(qū)域，可在含鐵混合物通過(guò)第一預(yù)熱反應(yīng)器和第二預(yù)熱反應(yīng)器時(shí)，將穩(wěn)定為Fe3O4相的含鐵混合物的量降至最低，在該相中反應(yīng)速度非常慢。此外，可使含鐵混合物在通過(guò)形成Fe相穩(wěn)定區(qū)域的初還原反應(yīng)器和終反應(yīng)器時(shí)充分還原。
在以較低的氣體基本單位進(jìn)行操作的多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20中，調(diào)整各流化反應(yīng)器的溫度和還原煤氣的組成非常重要，以確保各流化床反應(yīng)器中的Fe相穩(wěn)定區(qū)域。
為了在各流化床反應(yīng)器中創(chuàng)造流化還原條件，優(yōu)選的是，第一預(yù)熱反應(yīng)器的鼓泡流化床的溫度維持在400～500℃，第二預(yù)熱反應(yīng)器的鼓泡流化床的溫度維持在600～700℃，初還原反應(yīng)器的鼓泡流化床的溫度維持在700～800℃，終還原反應(yīng)器的鼓泡流化床的溫度維持在770～850℃。此外，優(yōu)選保持供應(yīng)至各流化床反應(yīng)器的還原煤氣的組成，以確保各流化床反應(yīng)器中一定的氧化度，具體而言，在第一預(yù)熱反應(yīng)器中為45％或以上，在第二預(yù)熱反應(yīng)器中為35％～50％，在初還原反應(yīng)器和終還原反應(yīng)器中為25％或以下。
關(guān)于用來(lái)保持上述條件的各反應(yīng)器中還原煤氣的適宜溫度和組成，由熔爐-氣化器排放并被供應(yīng)至終反應(yīng)器的鼓泡流化床的還原煤氣的溫度過(guò)高，即溫度為約1000℃。因此，當(dāng)還原煤氣照原樣供應(yīng)至終反應(yīng)器時(shí)，終反應(yīng)器中的含鐵混合物過(guò)熱并在礦石之間發(fā)生粘附。因此需要將供應(yīng)至終反應(yīng)器的還原煤氣冷卻。通過(guò)將室溫的重整廢氣以及由熔爐-氣化器排放的還原煤氣混合可使終反應(yīng)器冷卻。此外，根據(jù)終反應(yīng)器所需的還原氣的量調(diào)整室溫的重整廢氣的供應(yīng)量。從而，在混合過(guò)程中供應(yīng)至終反應(yīng)器的還原煤氣可被過(guò)冷至低于適宜溫度。因此，在室溫的重整廢氣與還原煤氣混合后，通過(guò)向還原煤氣供應(yīng)氧氣以及部分燃燒還原煤氣，可將還原煤氣的溫度保持在適宜溫度。
此外，燃燒器72安裝在第二預(yù)熱反應(yīng)器25和初還原反應(yīng)器26之間，而燃燒器71安裝在初還原反應(yīng)器26和終反應(yīng)器27之間，以向從反應(yīng)器20中排出的還原煤氣供應(yīng)氧氣并部分燃燒還原煤氣。通過(guò)該方法，在初還原反應(yīng)器26的鼓泡流化床中，還原煤氣的氧化度保持在35％或以下。另外，在第二預(yù)熱反應(yīng)器的鼓泡流化床中，還原煤氣的氧化度保持在40％～60％。此外，由第二預(yù)熱反應(yīng)器25排放的還原煤氣照原樣被供應(yīng)至第一預(yù)熱反應(yīng)器24的鼓泡流化床中。從而，調(diào)整了多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的氧化度。
因此，根據(jù)本發(fā)明，在上述實(shí)際過(guò)程中，當(dāng)還原煤氣的量不足時(shí)，可對(duì)不足的量進(jìn)行補(bǔ)充并滿(mǎn)足多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20的理想操作條件。
表1示出了在四級(jí)流化床反應(yīng)器單元20中，各反應(yīng)器流化床的溫度和其還原氣的氧化度，以及在各級(jí)中從各流化床反應(yīng)器中排出的礦石所含的Fe-O相。


在表1中，氣體基本單位為1200Nm3/噸礦石。如表1所示，在多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20中，對(duì)于各流化床反應(yīng)器，通過(guò)將流化床的溫度和氧化度控制在上述范圍內(nèi)，可使第一預(yù)熱反應(yīng)器中形成的Fe3O4的量最小化，并且在第二預(yù)熱反應(yīng)器中不再形成Fe3O4。從而，通過(guò)將FeO還原為Fe，可在終反應(yīng)器中，使含鐵粉礦的還原率達(dá)到80％或以上。
在上述制造鐵水的設(shè)備100中，可直接使用粉煤或塊煤以及含鐵粉礦，并且設(shè)備100整體上安排緊湊，因此通過(guò)與聯(lián)合鋼廠(chǎng)結(jié)合，設(shè)備100適宜用于聯(lián)合鋼廠(chǎng)中。因此，通過(guò)在小型鋼廠(chǎng)生產(chǎn)法，即聯(lián)合鋼生產(chǎn)法中采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備100，可直接由粉煤或塊煤以及含鐵粉礦生產(chǎn)熱軋鋼板。
以下，將詳細(xì)描述采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備100的聯(lián)合鋼廠(chǎng)。這一聯(lián)合鋼廠(chǎng)僅僅用于示例目的，而不擬限制本發(fā)明。
圖7是說(shuō)明采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備的聯(lián)合鋼廠(chǎng)1000的一個(gè)實(shí)施方案的視圖。圖7中，示例性地示出了由粉煤或塊煤和含鐵粉礦直接生產(chǎn)熱軋鋼板的聯(lián)合鋼廠(chǎng)1000。圖7所示的制造鐵水的設(shè)備100與上述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備100具有相同的結(jié)構(gòu)，因此，為方便起見(jiàn)，省略了其描述。以下，將描述除制造鐵水的設(shè)備100以外的其它設(shè)備。
圖7所示的聯(lián)合鋼廠(chǎng)包括制造鐵水的設(shè)備100、制造鋼的設(shè)備200、薄板坯澆注機(jī)300以及熱軋機(jī)400，所述制造鋼的設(shè)備200與制造鐵水的設(shè)備100相連，并通過(guò)除去鐵水中的雜質(zhì)和碳來(lái)生產(chǎn)鋼水；所述薄板坯澆注機(jī)300與制造鋼的設(shè)備相連，并將由該設(shè)備供應(yīng)的鋼水連續(xù)澆注成薄板坯；所述熱軋機(jī)400與薄板坯澆注機(jī)300相連并通過(guò)對(duì)由薄板坯澆注機(jī)輸出的薄板坯進(jìn)行熱軋生產(chǎn)熱軋板。此外，聯(lián)合鋼廠(chǎng)100可根據(jù)需要包括其它設(shè)備。
圖7詳細(xì)說(shuō)明了采用上述設(shè)備的鋼制造方法的一個(gè)實(shí)例。制造鋼的設(shè)備200包括鐵水預(yù)處理裝置61、脫碳裝置64和鋼水包67，所述鐵水預(yù)處理裝置61除去鐵水中所含的磷和硫；所述脫碳裝置64與鐵水預(yù)處理裝置61相連，并除去由鐵水預(yù)處理裝置61排出的鐵水中所含的碳和雜質(zhì)；所述鋼水包67與脫碳裝置64相連，并通過(guò)對(duì)由脫碳裝置64排出的鐵水進(jìn)行再次精煉來(lái)制造鋼水。
熔爐-氣化器10排出的鐵水定期輸出至帶有耐火容器的鐵水預(yù)處理裝置61中，并運(yùn)到下游工藝過(guò)程。通過(guò)將作為脫硫劑的熔劑(flux)吹入鐵水預(yù)處理裝置61所含的鐵水中并除去鐵水中所含的硫組分和磷組分，而在運(yùn)輸過(guò)程中進(jìn)行鐵水的預(yù)處理。從而，將鐵水中的硫組分調(diào)節(jié)至0.006％或以下。在鐵水預(yù)處理過(guò)程中，優(yōu)選采用CaO或CaCO3作為脫硫劑。
此外，鐵水預(yù)處理裝置中的鐵水，經(jīng)鐵水預(yù)處理以后，排出至轉(zhuǎn)爐式的脫碳裝置64中。在排出過(guò)程中，優(yōu)選地，不使在鐵水預(yù)處理過(guò)程中產(chǎn)生并漂浮在鐵水上的熔渣混入脫碳裝置64中。在將鐵水供應(yīng)至脫碳裝置64后，通過(guò)將氧氣以高速吹入鐵水中進(jìn)行氧化精煉。在氧化精煉過(guò)程中，熔解在鐵水中的雜質(zhì)，例如碳、硅、磷和錳通過(guò)氧化除去，并且鐵水轉(zhuǎn)化為鋼水。氧化的雜質(zhì)通過(guò)供應(yīng)至轉(zhuǎn)爐的CaO、CaF2和白云石等溶解為鐵水上的熔渣，并從鐵水中分離出來(lái)。氧化精煉完成后，鋼水從脫碳裝置64排出至為耐火容器的鋼水包67中，然后被運(yùn)到下游工藝過(guò)程。通過(guò)上述生產(chǎn)鋼的方法，鋼水中碳的量調(diào)節(jié)至2.0wt％或以下。
在鋼水包67中，對(duì)鋼水進(jìn)行二次精煉。鋼水通過(guò)由電極棒傳導(dǎo)的高電壓在鋼水上產(chǎn)生的電弧被加熱，并通過(guò)由鋼水包67底部吹出的惰性氣體進(jìn)行攪拌，從而使溫度和組分均勻分布，并對(duì)鋼水中混入的非金屬材料進(jìn)行浮選分離(floatation separation)。并且，可根據(jù)需要通過(guò)向鋼水中吹入Ca-Si粉而有力地除去鋼水中少量的硫組分。此外，上述過(guò)程結(jié)束后，對(duì)鐵水進(jìn)行除氣處理，其中真空浴與耐火容器的上側(cè)相連以產(chǎn)生真空態(tài)，并除去諸如碳、N2和H2等氣體組分，從而提高鋼水純度。優(yōu)選地，在除氣過(guò)程中通過(guò)吹入氧氣并使排放的氣體組分燃燒，以使用其產(chǎn)生的燃燒熱防止鋼水溫度降低。
上述二次精煉過(guò)程完成后，將鋼水包67運(yùn)至薄板坯澆注機(jī)300。將鋼水從鋼水包67輸出至位于薄板坯澆注機(jī)300上方的中間包71中，并將其從中間包71中提供至薄板坯澆注機(jī)73，以澆注厚度為40mm至100mm的薄板坯。將澆注的薄板坯通過(guò)與澆注機(jī)73直接相連的粗軋機(jī)75壓制成厚度為20～30mm的條形。然后，壓制的薄板坯通過(guò)加熱器77加熱并纏繞在卷曲機(jī)79上。當(dāng)薄板坯的厚度小于40mm時(shí)，易于折斷。當(dāng)薄板坯的厚度大于100mm時(shí)，可能使粗軋機(jī)75過(guò)載。
將卷曲條再次展開(kāi)，并使其通過(guò)除銹器83以除去條表面上所產(chǎn)生的銹。然后，將鋼條運(yùn)至最終的軋鋼機(jī)并軋制成厚度為0.8～2.0mm的軋制鋼板。軋制鋼板通過(guò)冷卻器87冷卻，并卷89成為最終的軋制鋼板。厚度為0.8～2.0mm的熱軋鋼板適宜于消費(fèi)者使用。
在采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備100的聯(lián)合鋼廠(chǎng)1000中，其優(yōu)點(diǎn)在于熱軋鋼板可通過(guò)直接使用粉煤或塊煤以及含鐵粉礦由上述方法生產(chǎn)。因此，在制造鐵水時(shí)，原料不受限制，并且可使用小型設(shè)備生產(chǎn)熱軋鋼板。
圖8是采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備100的聯(lián)合鋼廠(chǎng)2000的另一個(gè)實(shí)施方案的視圖。圖8說(shuō)明了通過(guò)在聯(lián)合鋼廠(chǎng)2000中配備的一個(gè)第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元90和一個(gè)第二團(tuán)礦生產(chǎn)裝35將還原鐵供應(yīng)至制造鋼的設(shè)備的一個(gè)元件，即脫碳裝置的過(guò)程。除某些部分外，圖8所示的聯(lián)合鋼廠(chǎng)2000具有與聯(lián)合鋼廠(chǎng)1000相同的結(jié)構(gòu)。因此，為方便起見(jiàn)，省略了相同部分的描述，而對(duì)其它部分進(jìn)行詳細(xì)描述。
并且，在擬描述的聯(lián)合鋼廠(chǎng)2000中，上述與熔爐-氣化器10相連的多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20稱(chēng)為第一流化床反應(yīng)器單元，而另一個(gè)多級(jí)流化床反應(yīng)器單元稱(chēng)為第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元。此外，與第一流化床反應(yīng)器單元20的尾部相連的團(tuán)礦制造裝置30稱(chēng)為第一團(tuán)礦制造裝置，而與第二流化床反應(yīng)器單元90的尾部相連的另一個(gè)團(tuán)礦制造裝置35稱(chēng)為第二團(tuán)礦制造裝置。
如圖8所示，聯(lián)合鋼廠(chǎng)2000包括第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元90和第二團(tuán)礦制造裝置35。第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元90是一個(gè)用于還原含鐵粉礦的裝置，所述含鐵粉礦由含鐵粉礦料倉(cāng)91提供至第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元90中。多級(jí)流化床反應(yīng)器單元90由三級(jí)流化床反應(yīng)器單元組成，包括第一預(yù)熱反應(yīng)器93、初還原反應(yīng)器95和終還原反應(yīng)器97。在各反應(yīng)器93、95和97中，都形成有鼓泡流化床。
在第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元90中，第一預(yù)熱反應(yīng)器93在600～700℃對(duì)含鐵粉礦進(jìn)行預(yù)熱，與預(yù)熱反應(yīng)器93相連的初還原反應(yīng)器95在700～800℃對(duì)已預(yù)熱的含鐵礦進(jìn)行初還原，而與初還原反應(yīng)器95相連的終反應(yīng)器97在770～850℃對(duì)已初還原的含鐵礦進(jìn)行終還原。
通過(guò)與終反應(yīng)器97連接的其它還原氣循環(huán)管道向第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元90供應(yīng)從第一流化床反應(yīng)器單元20排放的部分廢氣，并將粒度為8mm或以下的干燥的混合的含鐵礦還原為鐵，還原率大于92％，同時(shí)將廢氣依次循環(huán)通過(guò)各反應(yīng)器93、95和97。在圖8中，第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元90表示為三級(jí)流化床反應(yīng)器單元，但這僅是示例性的，而不擬限制本發(fā)明。流化床反應(yīng)器單元90的實(shí)施形式可為多種級(jí)數(shù)。
此外，第二團(tuán)礦制造裝置35將高溫還原的鐵臨時(shí)儲(chǔ)存在裝料倉(cāng)36中，并在還原鐵通過(guò)一對(duì)軋輥37時(shí)，通過(guò)壓制成型對(duì)還原鐵進(jìn)行壓制。然后，通過(guò)破碎機(jī)38壓碎團(tuán)礦，并將其儲(chǔ)存在團(tuán)礦供料倉(cāng)39中。
優(yōu)選地，供應(yīng)至第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元90的還原煤氣的量為第一多級(jí)流化床反應(yīng)器單元20排放的廢氣總量的40體積％或以上；另一方面，在將部分由第一多級(jí)流化床反應(yīng)器20排放的廢氣供應(yīng)至第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元90的過(guò)程中，通過(guò)焦油去除器75除去廢氣中的焦油。優(yōu)選地，重整廢氣中所含的CO2的量為3.0體積％或以下。對(duì)通過(guò)第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元90的還原煤氣，通過(guò)使用水的集塵器進(jìn)行除塵并冷卻，然后排出至外界。
雖然未在圖8中示出，但優(yōu)選通過(guò)供應(yīng)氧氣使重整廢氣部分燃燒，以通過(guò)使用燃燒熱提高廢氣的溫度，并將溫度提高到800～850℃。
由于還原鐵通過(guò)使用含鐵礦和純化的還原氣制造，因此90％或以上的還原鐵由純鐵構(gòu)成，并且所含硫的濃度非常低，從而提高了鋼水的純度，所述鋼水在還原鐵裝入脫碳裝置64中時(shí)，在脫碳裝置64中生產(chǎn)。
以下，將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但是，所述實(shí)施例僅以說(shuō)明為目的，而不擬限制本發(fā)明。
實(shí)施例通過(guò)上述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的制造鐵水的設(shè)備制造鐵水和礦渣。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，在實(shí)施例中，熔爐-氣化器10保持在3.2個(gè)大氣壓，并且供應(yīng)至熔爐-氣化器10中的用于燃燒煤的氧氣的量調(diào)節(jié)至550Nm3每噸鐵水。此外，粉礦和輔助原料的量分別被調(diào)節(jié)為1.5噸和0.35噸。將供應(yīng)至熔爐-氣化器20的煤的量調(diào)節(jié)為生產(chǎn)1噸鐵水用0.9～1.0噸。在上述操作條件下，制造鐵水的設(shè)備的生產(chǎn)能力確定為85噸/小時(shí)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，得到的鐵水和從熔爐-氣化器中排出的礦渣的組成如下所示。表2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的鐵水的組成，表3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的礦渣的組成。
表2

如表2所示，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造的鐵水的溫度為約1500℃，鐵水中除鐵以外的雜質(zhì)的量如上所述。
表3

如表3所示，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例生產(chǎn)的鐵水的溫度為約1520℃，而堿度為1.15。
從表2中可以看出，根據(jù)本發(fā)明制造的鐵水的溫度適當(dāng)?shù)貫?500℃，并且Si、P和S的量非常小，可以滿(mǎn)足一般鋼制造中鐵水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。此外，從表3中可以看出，礦渣的溫度適當(dāng)?shù)貫?520℃，并且礦渣的堿度(一種礦渣質(zhì)量的度量標(biāo)準(zhǔn))適當(dāng)?shù)貫?.15。因此，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造鐵水的方法中，雖然粉煤或塊煤及含鐵粉礦的使用不同于常規(guī)發(fā)明，但鐵水的質(zhì)量與常規(guī)方法中鐵水的質(zhì)量相似。
根據(jù)以上描述的本發(fā)明，由于可通過(guò)直接使用粉煤或塊煤及含鐵粉礦連續(xù)制造滿(mǎn)足鋼制造中鐵水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的高質(zhì)量鐵水，因此有可能替代聯(lián)合鋼廠(chǎng)中使用的高爐法。因而，有可能使用低價(jià)原料并省去燒結(jié)和焦化過(guò)程，從而提高聯(lián)合鋼廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效率，并防止在燒結(jié)和焦化過(guò)程中產(chǎn)生污染物質(zhì)。
并且，在根據(jù)本發(fā)明的制造鐵水的設(shè)備中，由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流被分出并重整。重整廢氣被供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元。因此，有可能對(duì)不足量的還原煤氣進(jìn)行補(bǔ)充，從而確保操作的靈活性。
此外，冷卻下來(lái)的室溫重整廢氣可被供應(yīng)至旋風(fēng)除塵器的前端，從而防止旋風(fēng)除塵器過(guò)熱。
根據(jù)本發(fā)明，將多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣用作載氣，從而減少了用作載氣的氮?dú)獾牧俊?br> 并且，根據(jù)本發(fā)明重整的重整廢氣可與氧氣一起再次供應(yīng)至熔爐-氣化器中，從而降低煤的消耗率并改善氣流在炭床中的分布。
雖然結(jié)合示例性實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了具體說(shuō)明和描述，但應(yīng)理解的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在不偏離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，對(duì)其形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種制造鐵水的方法，包括以下步驟將含鐵粉礦與輔助原料混合，并干燥所得到的混合物，以生產(chǎn)含鐵混合物；在該含鐵混合物通過(guò)其中流化床反應(yīng)器相互串連的多級(jí)流化床反應(yīng)器單元時(shí)，進(jìn)行還原和燒結(jié)以將含鐵混合物轉(zhuǎn)化為還原材料；在高溫下壓制該還原材料以制造團(tuán)礦；將塊煤和壓制粉煤制得的煤壓塊裝入熔爐-氣化器中以形成煤填充床作為熔化團(tuán)礦的熱源；將團(tuán)礦裝入與多級(jí)流化床反應(yīng)器單元相連的熔爐-氣化器中，并向熔爐-氣化器輸送氧氣，以制造鐵水；并且將熔爐-氣化器排放的還原煤氣提供至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括如下步驟分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流，并除去廢氣中的CO2；將已除去CO2的重整廢氣與熔爐-氣化器排放的還原煤氣混合；和加熱與重整廢氣相混合的還原煤氣，然后將其提供至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元中以將還原煤氣的溫度調(diào)節(jié)至在多級(jí)流化床反應(yīng)器單元中還原含鐵混合物所需的溫度。
3.權(quán)利要求2的方法，其中在將與重整廢氣相混合的還原煤氣供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元之前，在加熱步驟中使用氧氣燃燒器加熱重整廢氣。
4.權(quán)利要求2的方法，其中在分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流并除去廢氣中的CO2的步驟中，分出的廢氣的量?jī)?yōu)選為流化床反應(yīng)器排放的廢氣總量的60體積％。
5.權(quán)利要求2的方法，其中重整廢氣的量保持在1050Nm3～1400Nm3/噸含鐵粉礦之間。
6.權(quán)利要求2的方法，其中在將已除去CO2的重整廢氣與由熔爐-氣化器排放的還原煤氣相混合的步驟中，重整廢氣中所含的CO2的量?jī)?yōu)選為3.0體積％或以下。
7.權(quán)利要求2的方法，其中在分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流并除去廢氣中的CO2的步驟中，對(duì)分出的廢氣進(jìn)行壓縮。
8.權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括在分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流并除去廢氣中的CO2的步驟之前，分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流并除去廢氣中的焦油的步驟。
9.權(quán)利要求2的方法，其中在將已除去CO2的重整廢氣與由熔爐-氣化器排放的還原煤氣相混合的步驟中，重整廢氣在旋風(fēng)除塵器的前端混合，所述旋風(fēng)除塵器將熔爐-氣化器排放的粉塵裝入熔爐-氣化器中。
10.權(quán)利要求9的方法，其中已除去CO2的重整廢氣流被分出，并用作將在旋風(fēng)除塵器中分離的粉塵裝入熔爐-氣化器的載氣。
11.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在關(guān)閉熔爐-氣化器的過(guò)程中或在運(yùn)行熔爐-氣化器之前，分流由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的全部廢氣并供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元的步驟。
12.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括如下步驟分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流并除去廢氣流中的CO2；分出已除去CO2的重整廢氣流，并將重整廢氣供應(yīng)至各流化床反應(yīng)器，以清洗多級(jí)流化床反應(yīng)器單元。
13.權(quán)利要求12的方法，其中還原煤氣中所含的氮?dú)獾牧繛?0.0體積％或以下。
14.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括如下步驟分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流，并除去廢氣流中所含的CO2；分出已除去CO2的重整廢氣流，并在向熔爐-氣化器供應(yīng)氧氣的同時(shí)，將其與氧氣一起供應(yīng)至熔爐-氣化器中。
15.權(quán)利要求1的方法，將含鐵混合物轉(zhuǎn)化為還原材料的步驟包括第一步，在400～500℃預(yù)熱含鐵混合物；第二步，在600～700℃再預(yù)熱已預(yù)熱的含鐵混合物；第三步，在700～800℃初還原已再預(yù)熱的含鐵混合物；第四步，在770～850℃終還原已初還原的含鐵混合物。
16.權(quán)利要求15的方法，其中第一步和第二步中的氧化度為25％或以下；第三步的氧化度為35～50％；第四步的氧化度為45％或以上，此處，氧化度通過(guò)下式得到(CO2體積％+H2O體積％)/(CO體積％+H2體積％+CO2體積％+H2O體積％)×100；CO、CO2、H2O和H2均為氣體，并且均包含在還原氣體中。
17.權(quán)利要求15的方法，其中第二步和第三步包括供應(yīng)氧氣的步驟。
18.權(quán)利要求1的方法，其中在高溫下制造團(tuán)礦的步驟中，團(tuán)礦的粒度為3mm至30mm。
19.權(quán)利要求1的方法，其中在形成煤填充床的步驟中，煤壓塊的粒度為30mm至50mm。
20.一種聯(lián)合鋼制造方法，包括如下步驟通過(guò)使用權(quán)利要求1的鐵水制造方法制造鐵水；通過(guò)除去鐵水中所含的雜質(zhì)和碳制造鋼水；將鐵水連續(xù)澆注成薄板坯；熱軋?jiān)摫“迮饕陨a(chǎn)熱軋鋼板。
21.權(quán)利要求20的聯(lián)合鋼制造方法，其中在將鐵水連續(xù)澆注成薄板坯的步驟中，鋼水連續(xù)澆注成厚度為40mm至100mm的薄板坯。
22.權(quán)利要求20的聯(lián)合鋼制造方法，其中在熱軋所述薄板坯以生產(chǎn)熱軋鋼板的步驟中，熱軋鋼板的厚度為0.8mm至2.0mm。
23.權(quán)利要求20的聯(lián)合鋼制造方法，其中生產(chǎn)鋼水的步驟包括如下步驟對(duì)鐵水進(jìn)行預(yù)處理以除去鐵水中所含的磷和硫；通過(guò)向鐵水供應(yīng)氧氣以除去鐵水中所含的碳和雜質(zhì)；并且通過(guò)對(duì)鐵水進(jìn)行二次精煉除去雜質(zhì)和所溶解的氣體以生產(chǎn)鋼水。
24.權(quán)利要求23的聯(lián)合鋼制造方法，進(jìn)一步包括如下步驟在含鐵粉礦通過(guò)其中反應(yīng)器相互串連的多級(jí)流化床反應(yīng)器單元時(shí)，通過(guò)還原含鐵粉礦將含鐵粉礦轉(zhuǎn)化為還原鐵；在高溫下通過(guò)壓制還原鐵生產(chǎn)還原鐵團(tuán)礦，其中，在除去鐵水中所含的碳和雜質(zhì)的步驟中，對(duì)還原鐵團(tuán)礦和鐵水進(jìn)行混合，除去其中的碳和雜質(zhì)。
25.權(quán)利要求24的聯(lián)合鋼制造方法，其中將含鐵粉礦轉(zhuǎn)化為還原鐵的步驟包括如下步驟在600～700℃預(yù)熱含鐵粉礦；在700～800℃初還原已預(yù)熱的含鐵粉礦；在770～850℃終還原已初還原的含鐵粉礦以將其轉(zhuǎn)化為還原鐵。
26.一種制造鐵水的設(shè)備，包括多級(jí)流化床反應(yīng)器單元，用于將混合的干燥的含鐵粉礦與輔助原料轉(zhuǎn)化為還原材料；團(tuán)礦制造設(shè)備，與多級(jí)流化床反應(yīng)器單元相連，并通過(guò)在高溫下壓制還原材料以制造團(tuán)礦；制團(tuán)機(jī)，通過(guò)壓制粉煤生產(chǎn)用作熱源的煤壓塊；熔爐-氣化器，用于制造鐵水，裝有塊煤和由制團(tuán)機(jī)生產(chǎn)的煤壓塊，并在其中形成煤填充床，且向其中提供由團(tuán)礦制造設(shè)備裝入的還原材料以及氧氣；以及還原煤氣供應(yīng)管道，用于將由熔爐-氣化器排放的還原煤氣供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元。
27.權(quán)利要求26的制造鐵水的設(shè)備，進(jìn)一步包括重整廢氣供應(yīng)管道，該管道分出由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣流，并提供已除去CO2的重整廢氣流，其中在還原煤氣供應(yīng)管道上安裝有氧氣燃燒器，以在將還原煤氣供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元以前，加熱與重整廢氣相混合的還原煤氣。
28.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中重整廢氣供應(yīng)管道包括氣體重整器，以除去由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放并分出的廢氣中的CO2。
29.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中重整廢氣供應(yīng)管道包括焦油去除器，以除去由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的并已分出的廢氣中的焦油。
30.權(quán)利要求29的制造鐵水的設(shè)備，其中重整廢氣供應(yīng)管道包括壓縮機(jī)，以壓縮由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放并已分出的廢氣，且在壓縮機(jī)的前端安裝有焦油去除器。
31.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中熔爐-氣化器安裝有旋風(fēng)除塵器，該旋風(fēng)除塵器將熔爐-氣化器排放的粉塵裝入熔爐-氣化器中，并且旋風(fēng)除塵器的前端連有重整廢氣供應(yīng)管道。
32.權(quán)利要求31的制造鋼水的設(shè)備，其中旋風(fēng)除塵器的后端連有輸氣管道，已除去CO2的重整廢氣通過(guò)該管道分出，并經(jīng)由該管道提供至熔爐-氣化器中作為輸送旋風(fēng)除塵器中分離的粉塵的載氣。
33.權(quán)利要求27的制造鋼水的設(shè)備，其中多級(jí)流化床反應(yīng)器單元包括第一預(yù)熱反應(yīng)器，在400～500℃預(yù)熱含鐵混合物；第二預(yù)熱反應(yīng)器，與第一預(yù)熱反應(yīng)器相連，并在600～700℃再預(yù)熱已預(yù)熱的含鐵混合物；初還原反應(yīng)器，與第二預(yù)熱反應(yīng)器相連，并在700～800℃初還原已再預(yù)熱的含鐵混合物；以及終還原反應(yīng)器，與初還原反應(yīng)器相連，并在770～850℃終還原已初還原的含鐵混合物。
34.權(quán)利要求33的制造鋼水的設(shè)備，其中在第二預(yù)熱爐和初還原反應(yīng)器之間以及在初還原爐和終還原反應(yīng)器之間布置有氧氣燃燒器，用于在還原煤氣加熱后，將還原煤氣各供應(yīng)至第二預(yù)熱反應(yīng)器和初還原反應(yīng)器。
35.權(quán)利要求33的制造鋼水的設(shè)備，其中還原煤氣供應(yīng)管道與終還原反應(yīng)器相連。
36.權(quán)利要求26的制造鋼水的設(shè)備，進(jìn)一步包括清洗煤氣供應(yīng)管道，該管道通過(guò)分出已除去CO2的重整廢氣流和將重整廢氣供應(yīng)至各流化床反應(yīng)器而清洗多級(jí)流化床反應(yīng)器單元。
37.權(quán)利要求26的制造鋼水的設(shè)備，進(jìn)一步包括廢氣分流循環(huán)管道，該管道與多級(jí)流化床反應(yīng)器單元相連，并將由多級(jí)流化床反應(yīng)器單元排放的廢氣全部供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元。
38.權(quán)利要求26的制造鋼水的設(shè)備，進(jìn)一步包括煤氣再供應(yīng)管道，該管道分出已除去CO2的重整廢氣，并在向熔爐-氣化器供應(yīng)氧氣的過(guò)程中，將其與氧氣一起供應(yīng)至熔爐-氣化器中。
39.一種聯(lián)合鋼廠(chǎng)，包括權(quán)利要求1的制造鐵水的設(shè)備；生產(chǎn)鋼的設(shè)備，與制造鐵水的設(shè)備相連，并通過(guò)除去鐵水中的雜質(zhì)和碳來(lái)生產(chǎn)鋼水；薄板坯澆注機(jī)，與生產(chǎn)鋼的設(shè)備相連，并將由該設(shè)備供應(yīng)的鋼水連續(xù)澆注成薄板坯；熱軋機(jī)，與薄板坯澆注機(jī)相連，并通過(guò)對(duì)由薄板坯澆注機(jī)供應(yīng)的薄板坯進(jìn)行熱軋來(lái)生產(chǎn)熱軋板。
40.權(quán)利要求39的聯(lián)合鋼廠(chǎng)，其中生產(chǎn)鋼的設(shè)備包括鐵水預(yù)處理裝置，與制造鐵水的裝置相連，并除去該裝置中排出的鐵水中所含的磷和硫；脫碳裝置，與鐵水預(yù)處理裝置相連，并除去由鐵水預(yù)處理裝置排出的鐵水中所含的碳和雜質(zhì)；鋼水包，與脫碳裝置相連，并通過(guò)對(duì)由脫碳裝置排出的鐵水進(jìn)行再次精煉生產(chǎn)鋼水。
41.權(quán)利要求40的聯(lián)合鋼廠(chǎng)，進(jìn)一步包括一個(gè)第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元，該單元分出已除去CO2的重整廢氣并將含鐵粉礦轉(zhuǎn)化為還原材料；和第二團(tuán)礦制造設(shè)備，該設(shè)備與第一多級(jí)流化床反應(yīng)器單元相連并通過(guò)在高溫下壓制還原材料制造團(tuán)礦；其中第二團(tuán)礦制造設(shè)備向脫碳裝置供應(yīng)已還原的鐵團(tuán)礦。
42.權(quán)利要求41的聯(lián)合鋼廠(chǎng)，其中第二多級(jí)流化床反應(yīng)器單元包括預(yù)熱反應(yīng)器，該預(yù)熱反應(yīng)器在600～700℃預(yù)熱含鐵粉礦；初還原反應(yīng)器，該初還原反應(yīng)器與預(yù)熱反應(yīng)器相連并在700～800℃初還原已預(yù)熱的含鐵粉礦；終還原反應(yīng)器，該終還原反應(yīng)器與初還原反應(yīng)器相連，并在770～850℃終還原已初還原的含鐵粉礦。
全文摘要
本發(fā)明提供一種直接使用粉煤或塊煤及含鐵粉礦制造鐵水的設(shè)備、方法、聯(lián)合鋼廠(chǎng)及聯(lián)合鋼生產(chǎn)方法。該鐵水生產(chǎn)方法包括如下步驟將含鐵粉礦與輔助原料混合，并干燥所得到的混合物，以生產(chǎn)含鐵混合物；在該含鐵混合物通過(guò)相互串連的多級(jí)流化床反應(yīng)器單元時(shí)，進(jìn)行還原和燒結(jié)以將含鐵混合物轉(zhuǎn)化為還原材料；在高溫下壓制該還原材料以制造團(tuán)礦；將塊煤和壓制粉煤制得的煤壓塊裝入熔爐－氣化器中以形成煤填充床作為熔化團(tuán)礦的熱源；將團(tuán)礦裝入與多級(jí)流化床反應(yīng)器單元相連的熔爐－氣化器中，并向熔爐－氣化器輸送氧氣，以制造鐵水；并且將熔爐－氣化器排放的還原煤氣供應(yīng)至多級(jí)流化床反應(yīng)器單元中。
文檔編號(hào)C21B13/00GK1852995SQ200480026483
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2004年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月5日
發(fā)明者姜昌五, 金得彩, 李后根, 周相勳, 申明均, 金晉泰, 李 九, 金常鉉, 金完基, T·埃德, F·豪澤伯格, R·米爾納, J·申克, M·施密特, K·威德, J·沃姆, K·曾特鮑爾 申請(qǐng)人:Posco公司, 沃斯特-阿爾派因工業(yè)設(shè)備制造股份有限公司