專利名稱：鐵礦石的階段性富氧燒結(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及鐵礦石的燒結(jié)。

背景技術(shù)：

在由鐵礦石生產(chǎn)鐵和鋼中，有利的做法是在將鐵礦石進料到高爐(blast furnace)中之前對鐵礦石進行燒結(jié)。燒結(jié)通過改變鐵礦石的物理狀況，也即從松散的、細的或者甚至粉狀顆粒態(tài)轉(zhuǎn)變成當破碎成可以操作的塊時可以更容易操作和進料的相對固結(jié)態(tài)(solidified state)，而使鐵礦石團聚(agglomerate)。燒結(jié)也使得能夠?qū)⒃噭┍热缰蹌┮氲胶丸F礦石的混合物中。燒結(jié)的產(chǎn)物稱作“燒結(jié)體(sinter)”。

燒結(jié)體強度和可還原性(reducibility)對于高爐的性能而言非常重要。強度差的燒結(jié)體在操作和裝料時可能破裂，降低了材料在高爐中的可滲透性(permeability)。燒結(jié)體的滲透性下降和可還原性差將導(dǎo)致在高爐中礦石還原效率下降，運行成本(焦炭消耗)高以及生產(chǎn)率下降。

在通過常規(guī)方法燒結(jié)鐵礦石的過程中，焦炭屑(或者無煙煤)和鐵礦石以及其它添加劑摻混，隨后將混合物進料到移動床(也稱作托盤(pallet))上。所述床通過點火爐，在此燃料在床上方燃燒并在床中引發(fā)焦炭燃燒過程。隨后，隨著焦炭和通過位于托盤下方的風(fēng)箱抽吸穿過混合物的空氣燃燒以建立和保持燒結(jié)溫度，燃燒面(combustion front)通過床。隨著焦炭的燃燒，在正燒結(jié)的混合物中和周圍的氣氛主要是還原性的，通常導(dǎo)致形成過多的FeO。燒結(jié)體中高含量的FeO導(dǎo)致可還原性和可滲透性差。通過常規(guī)方法燒結(jié)過程中的另一主要問題是燒結(jié)體表面層的質(zhì)量差，這是由于焦炭燃燒不完全以及后來的快速冷卻。


發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個方法是燒結(jié)方法，包括
(A)將包含鐵礦石和固體碳質(zhì)燃料的混合物進料以在移動輸送機(moving conveyor)上形成混合物的床，
(B)利用通過在點火爐中燃燒燃料所提供的熱量點燃所述混合物，并一旦點火就使所述混合物通過第一區(qū)域，(所述第一區(qū)域構(gòu)成所述床的總長度的十分之一到三分之一，空氣或富氧空氣沿著其抽吸進入所述已點燃的床)，同時提供富氧空氣的氣氛到所述第一區(qū)域中的所述混合物的上表面，并且抽吸所述氣氛進入所述混合物和從所述床的底表面抽吸含有所述富氧空氣和所述燃料的反應(yīng)產(chǎn)物的氣體，其中向提供到所述第一區(qū)域中的混合物上表面的空氣中添加的氧氣量對應(yīng)于5-20立方米氧氣每噸所述混合物，
其中在所述混合物的未燒結(jié)材料的頂部形成燒結(jié)過的材料層，
(C)傳遞所述混合物直接從所述第一區(qū)域通過構(gòu)成所述床長度剩余部分的第二區(qū)域，同時提供空氣氣氛(atmosphere of air)到所述第二區(qū)域中混合物的上表面并抽吸所述氣氛進入所述混合物，和從所述床的底表面抽吸含有所述氣氛和所述燃料的反應(yīng)產(chǎn)物的氣體，其中在所述混合物中的未燒結(jié)材料變成燒結(jié)過的，和
(D)從所述傳輸機回收燒結(jié)過的材料。

提供給第一區(qū)域中的混合物的氣氛中的增加的氧含量導(dǎo)致CaO.Fe2O3量增加，從而增加燒結(jié)體的強度和可還原性。在燒結(jié)過程中也實現(xiàn)了燃燒的改善，這有助于降低燃料消耗速率、增加生產(chǎn)率(燒結(jié)時間減少)、在整個床深度上燒結(jié)體性質(zhì)更加均勻，并且在燒結(jié)過程結(jié)束時必需重新處理的細粉減少。

由于氧氣僅僅在移動床的部分長度處供應(yīng)，所以氧氣成本可以下降，同時氧富集的益處可以得以保持。所以，在大多數(shù)情況下，氧氣成本通過燒結(jié)體質(zhì)量改善、生產(chǎn)率增加和成本減少方面的益處而大大抵消。

作為替換性實施方案，氧氣也可以引入到送入點火爐的空氣中。當燃料氣體和富氧空氣在點火爐中燃燒時，點火溫度和點火效率改善，燃料氣體成本下降。進而，當采用富氧空氣燃燒時，可以采用熱值較低的廉價燃料氣體，這些廉價氣體在其它情況下不會有用。

在一些優(yōu)選實施方案中，從所述床在所述第一區(qū)域中的底表面抽吸的所述氣體的一部分被循環(huán)到提供給所述第二區(qū)域中所述混合物上表面的空氣氣氛中。相反或者另外，可以將從所述床在所述第一區(qū)域中的底表面抽吸的所述氣體的一部分循環(huán)到提供給所述第一區(qū)域中所述混合物上表面的氣氛中。在這些實施方案中，從所述床在所述第一區(qū)域中的底表面抽吸的所述氣體的被循環(huán)到提供給所述第一區(qū)域中的所述混合物上表面的氣氛的那部分，優(yōu)選是提供給所述混合物上表面的全部氣氛的二十分之一到二分之一。

作為另一替換性實施方案，在所述第一區(qū)域中提供的氧氣總量的至少50％，優(yōu)選至多70％，在第一區(qū)域的第一半中提供，氧氣余量在第一區(qū)域的第二半中提供。




圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方案的燒結(jié)裝置的流程圖。

圖2是通過本發(fā)明燒結(jié)的材料床的剖面圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明替換性實施方案的燒結(jié)裝置的流程圖。

具體實施例方式
參見圖1，原料包括鐵礦石、燃料比如焦炭屑、助熔劑比如石灰、和任選的(但是優(yōu)選的)從燒結(jié)過程循環(huán)的細粉(fines)，從各個進料斗1進料到傳輸帶(conveyer belt)2上，并在轉(zhuǎn)移到料倉3之前或同時混合，所述混合物從料倉3進料到移動傳輸機5上，所述移動傳輸機5優(yōu)選已經(jīng)被來自料倉4的粗燒結(jié)礦石層覆蓋。

和鐵礦石混合的燃料可以是任何固體顆粒碳質(zhì)燃料。優(yōu)選的實例包括焦炭、焦炭屑、石油焦和煤(優(yōu)選無煙煤)。

助熔劑也可以存在。如果存在，助熔劑可以是在鐵礦石燒結(jié)中慣常使用的任何助熔劑。優(yōu)選的實例包括石灰、石灰石和白云石。

傳輸機5通常是由耐久性的多孔材料比如金屬鏈(metal link)制備的傳輸帶，以承受燒結(jié)的溫度和苛刻物理條件，并允許空氣和富氧空氣抽吸通過該傳輸機。

傳輸機5位于風(fēng)箱12(一個或多個)上方，所述風(fēng)箱抽吸位于床6上表面處的氣氛通過傳輸機5并通過床6。所述氣氛通過一個或多個常規(guī)構(gòu)造的風(fēng)扇比如風(fēng)扇14的運轉(zhuǎn)而抽吸。

所述混合物形成床6，床6以足以允許在混合物從傳輸機5上移開之前發(fā)生所需燒結(jié)的速度從裝料端向前移動到出料端。

氣態(tài)燃料比如焦爐氣、高爐氣或者其它可燃性含烴氣體，在燃料管道7中進料到點火爐9，空氣在管道8中進料到點火爐9，在此它和燃料燃燒以點燃床6的表面層。一旦點燃，由于如本文所述通過位于傳輸機5下方的風(fēng)箱12對空氣和富氧空氣的抽吸，所以材料中的焦炭保持和氧氣燃燒以形成從頂部到底部的燃料面，直到床6中的整個材料深度被燒結(jié)。燒結(jié)后的材料隨后被排料到篩子16上，在此所述排料被篩分，粗的燒結(jié)體可用于進料到高爐，而細的燒結(jié)體進行循環(huán)用于燒結(jié)。煙道氣包含燃燒(即，氧氣和燃料在床中的反應(yīng))的氣態(tài)產(chǎn)物和灰塵，被抽吸到除灰塵工段13，在此從所述煙道氣中除去夾帶的顆粒，然后所述煙道氣可以在煙囪15處通過風(fēng)扇14排出。

氧氣通過管線10進料到通風(fēng)柜11，所述通風(fēng)柜是在底部開口的結(jié)構(gòu)(朝向床6的上表面)并且優(yōu)選延伸橫跨床6的寬度。管線10在圖1中所示的一個或多個出口中終止，或者在分布器中終止，氧氣從所述出口或分布器中送出。氧氣和通風(fēng)柜中以及床6上表面處存在的空氣組合，以使床6上表面處的氣氛的氧含量高于21體積％氧。應(yīng)該理解的是，在通風(fēng)柜11中和床6上表面處總是存在著空氣，這是因為在床表面和通風(fēng)柜11的下邊緣之間存在著開放空間，并且因為風(fēng)扇14(和風(fēng)扇17，如果存在)的運轉(zhuǎn)往往將空氣從周圍氣氛中向內(nèi)抽吸通過這些空間。在管線10中進料的氧氣優(yōu)選是至少50體積％氧氣，更優(yōu)選至少90體積％氧氣，還更優(yōu)選至少95體積％氧氣。

優(yōu)選地，通過將空氣和足量的含氧進料物流組合將富氧空氣提供給第一區(qū)域，由此所述富氧空氣含有5-20立方米O2每噸所述混合物。同樣優(yōu)選的，提供給并抽吸到所述第一區(qū)域中的所述床中氧氣總量的大于60％是沿著第一區(qū)域的第一半長度提供的。更優(yōu)選地，在所述第一半長度之內(nèi)，富氧空氣的進料速度是均勻的。

富氧空氣沿著床6的延伸到如下區(qū)域下方的部分被抽吸通過床6所述區(qū)域即在該處富氧空氣進料到床6的上表面的區(qū)域。床的這一部分稱作第一區(qū)域。

沒有氧富集的空氣抽吸通過第二區(qū)域，也即床6的位于風(fēng)箱12上方的剩余部分。考慮床6從其被點火的位點到空氣不再抽吸通過床6的位點的總長度，也即第一區(qū)域和第二區(qū)域的總和，第一區(qū)域應(yīng)該是床6的所述總長度的1/7-1/5。

在圖1所示的替換性任選設(shè)置中，氧氣也可以通過從管線10分支出來的帶閥門管線加到位于管道8中的空氣中。所述增加的氧氣有助于豐富進料到爐9中的空氣，從而改善燃料的燃燒。

如圖2所示，從床6的頂部到底部，床6中的材料通?？梢詣澐殖伤膫€層，在圖2中記為層A、B、C和D；燒結(jié)過的材料層A，其在燒結(jié)后通過抽吸通過其的空氣冷卻并可以在燒結(jié)后持續(xù)反應(yīng)；進行燒結(jié)的材料層B，其中溫度高得足以使混合物通過相關(guān)的反應(yīng)而燒結(jié)；蒸發(fā)層或預(yù)熱層C，其接近燃燒但還沒有達到燃燒；“未經(jīng)過處理的(green)”的材料層D，也就是說，它還沒有加熱或燃燒。根據(jù)本發(fā)明在第一區(qū)域中富氧空氣的進料促進了材料在床6中的燃燒和燒結(jié)，由在未燒結(jié)的材料頂部的燒結(jié)過的材料層開始。床6中的材料的燃燒和燒結(jié)在第二區(qū)域中持續(xù)進行，在所述第二區(qū)域中不富含氧氣的空氣被抽吸通過床6。

在燒結(jié)過程中，鐵-氧化合物的反應(yīng)包括在燒結(jié)不同階段的分解、氧化和還原。在靠近焦炭燃燒的區(qū)域(主要是燒結(jié)區(qū)域)中，CO的生成使得下列反應(yīng)在不同溫度發(fā)生 3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO＝3FeO+CO2
在燃燒面通過之后，由于連續(xù)供給的空氣被抽吸通過，所以在燒結(jié)過的層中發(fā)生氧化和再氧化反應(yīng)。
4Fe3O4+O2＝6Fe2O3 6FeO+O2＝2Fe3O4
氧化和再氧化反應(yīng)確保了可氧化性。Fe2O3的生成便于形成SFCA(在鐵礦石燒結(jié)體中出現(xiàn)的復(fù)合鐵氧體(complex ferrite)，組成由式xFe2O3.ySiO2.zAl2O3.5CaO表示)，其據(jù)信是將未反應(yīng)的鐵礦石物理性聚集起來的主要粘合相(bonding phase)，SFCA具有強度和可還原性的良好組合。在常規(guī)燒結(jié)方法中，氧化和再氧化反應(yīng)進行得并不順暢。主要原因相信是由于有限的氧供給和焦炭燃燒導(dǎo)致的層中氧勢(oxygen potential)低。

氧的引入通過兩種方式有助于鐵燒結(jié)。首先，它有助于強化氧化性氣氛，在高氧勢時磁鐵礦(Fe3O4)更容易氧化成赤鐵礦(Fe2O3)。反應(yīng)自身是放熱性的，這意味著焦炭成本將下降。第二，氧提高了焦炭燃燒效率并提高了燃燒速度。因此，焦炭成本可以低于沒有氧富集的情況。焦炭成本的降低進而產(chǎn)生更低還原性的氣氛，這更有利于燒結(jié)過程。

在床的較低層處，由于燃燒熱仍舊通過較上層維持，所以燒結(jié)所需的溫度可以保持足夠時間以供燒結(jié)反應(yīng)發(fā)生。相反，在表面層(沒有被覆蓋層覆蓋)處，表面層快速冷卻，這意味著沒有足夠時間供所有反應(yīng)發(fā)生。結(jié)果，沒有足量液相以以高強度將材料顆粒粘合在一起。同樣由于反應(yīng)不完全，所以燒結(jié)體的可還原性低。所以，在燒結(jié)的早先階段(點燃時的即刻)空氣中氧的富集將極大地幫助改善焦炭的燃燒并保持相對強的氧化性氣氛以供反應(yīng)進行?？傮w而言，燒結(jié)行為將顯著改善。

氧氣可以以均勻的流速引入通過通風(fēng)柜11的整個長度。但是，由于被抽吸通過床6的空氣的氧富集在燒結(jié)最開始時是如此有利，所以優(yōu)選氧富集水平在靠近燒結(jié)開始的地方更高，隨后沿著通風(fēng)柜長度氧富集水平下降。這可以通過控制閥或者硬件、或者通過分布器的尺寸和位置來實現(xiàn)。例如，采用延伸到傳輸機5和床6的五分之一(1/5)長度的氧通風(fēng)柜，最佳多達70％的總氧量應(yīng)該在通風(fēng)柜床度的第一半中供料，剩余的氧氣在通風(fēng)柜長度的第二半中供料。

在本發(fā)明的另一替換性實施方案中，如圖3所示，其是本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，針對燒結(jié)所述的氧富集可以和從煙道氣回收熱量一起實施。也就是說，熱煙道氣可以循環(huán)通過風(fēng)扇17到達氧通風(fēng)柜11，或者單獨循環(huán)到第二通風(fēng)柜18，所述第二通風(fēng)柜18位于床6的第二區(qū)域上方。煙道氣的循環(huán)由于煙道氣仍然是熱的而提高了效率，所述熱量用于促進燒結(jié)。將氧氣加入到通風(fēng)柜11在本實施方案中是特別有利的，因為煙道氣中的氧含量低于空氣中的氧含量。優(yōu)選地，循環(huán)通過風(fēng)扇17到達床6的第一區(qū)域的氣氛部分是提供到床6上表面的氣氛總量的二十分之一到二分之一(體積)。應(yīng)該理解的是，空氣總是存在于通風(fēng)柜18中和通風(fēng)柜18下方床6的上表面處，這是因為在床表面和通風(fēng)柜18下邊緣之間具有敞開的空間，而且是因為風(fēng)扇14和17的運轉(zhuǎn)往往將空氣從周圍氣氛向內(nèi)抽吸通過這些空間。
實施例
下面是根據(jù)本發(fā)明在鐵礦石燒結(jié)中使用氧氣的實踐的實施例，其中氧以在橫跨床的整個長度上相同的流速引入。

下面是根據(jù)本發(fā)明在鐵礦石燒結(jié)中使用氧氣的實踐的實施例，其中在燒結(jié)開始處(也就是說，從床的如下端部處在所述端部處被燒結(jié)材料最初被送入到床上)的氧流速高于沿著床長度更遠處的氧流速。
*70％氧氣被引入到床的位于氧通風(fēng)柜11下方的第一半長度中，引入速度在所述床長度的所述部分均勻，剩余的氧氣被引入到床的在氧通風(fēng)柜11下方的第二半長度中，引入速度在所述床長度的所述部分均勻。

下面給出了根據(jù)本發(fā)明在鐵礦石燒結(jié)中如圖3所示使用氧氣并且循環(huán)煙道氣的實踐的實施例。
下面給出了氧對床的整個深度的不同材料層的燒結(jié)行為的影響的實施例。


權(quán)利要求
1.燒結(jié)鐵礦石的方法，包括
(A)進料包含鐵礦石和固體碳質(zhì)燃料的混合物，以在移動傳輸機上形成所述混合物的床，
(B)利用通過在點火爐中燃燒燃料所提供的熱量點燃所述混合物，并一旦點火就使所述混合物通過構(gòu)成所述床的總長度的十分之一到三分之一的第一區(qū)域，空氣或富氧空氣沿著其抽吸進入所述已點燃的床，同時提供富氧空氣的氣氛到所述第一區(qū)域中的所述混合物的上表面，并且從所述床的底表面抽吸所述氣氛進入所述混合物和抽吸含有所述富氧空氣和所述燃料的反應(yīng)產(chǎn)物的氣體，其中向提供到所述第一區(qū)域中的混合物上表面的空氣中添加的氧氣量對應(yīng)于5-20立方米氧氣每噸所述混合物，
其中在所述混合物的未燒結(jié)材料的頂部形成燒結(jié)過的材料層，
(C)使所述混合物直接從所述第一區(qū)域通過構(gòu)成所述床長度剩余部分的第二區(qū)域，同時提供空氣氣氛到所述第二區(qū)域中混合物的上表面并抽吸所述氣氛進入所述混合物，和從所述床的底表面抽吸含有所述氣氛和所述燃料的反應(yīng)產(chǎn)物的氣體，其中在所述混合物中的未燒結(jié)材料變成燒結(jié)過的，和
(D)從所述移動傳輸機回收燒結(jié)過的材料。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在所述第一區(qū)域中提供到和抽吸入所述床的氧氣總量的大于60％被提供給所述第一區(qū)域的長度的第一半。
3.權(quán)利要求1的方法，其中向在所述點火爐中燃燒的空氣添加氧氣。
4、權(quán)利要求1的方法，其中從所述床的在所述第一區(qū)域中的底表面抽吸的所述氣體的一部分被循環(huán)到提供給在所述第二區(qū)域中的混合物上表面的空氣氣氛。
5.權(quán)利要求1的方法，其中從所述床的在所述第一區(qū)域中的底表面抽吸的所述空氣的一部分循環(huán)到提供給所述第一區(qū)域中的混合物的上表面的氣氛。
6.權(quán)利要求5的方法，其中從所述床的在所述第一區(qū)域中的底表面抽吸的所述氣體的被循環(huán)到提供給所述第一區(qū)域中的混合物上表面的所述氣氛的所述部分，是提供給所述混合物上表面的全部氣氛的二十分之一到二分之一。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述混合物也包含助熔劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及鐵礦石的階段性富氧燒結(jié)。通過在鐵礦石移動床點燃之后在所述床的前十分之一到三分之一中抽吸富氧空氣氣氛通過所述床，并且通過抽吸空氣氣氛或者富含煙道氣的空氣氣氛通過所述床的剩余部分，來燒結(jié)鐵礦石。
文檔編號C22B1/16GK101608255SQ20081012536
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者濤 王, J·F·比林漢 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司