專利名稱：通過向熔爐-氣化器內(nèi)注入煤粉制造鐵水的設(shè)備及其鐵水制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過向熔爐-氣化器內(nèi)注入細碎(fine)的含碳材料而制造鐵水的設(shè) 備，及使用該設(shè)備制造鐵水的方法；更具體而言，本發(fā)明涉及通過向熔爐-氣化器內(nèi)裝入含 碳材料及鐵載體、并向熔爐-氣化器內(nèi)注入細碎的含碳材料而制造鐵水的設(shè)備，以及使用 該設(shè)備制造鐵水的方法。相關(guān)技術(shù)描述鋼鐵工業(yè)是為建筑和汽車、船舶、家用器具等制造提供所需基本材料的核心工業(yè)。 它也是人類有史以來一直發(fā)展的、歷史最悠久的工業(yè)之一。煉鐵廠在鋼鐵工業(yè)中起著關(guān)鍵 的作用，在使用鐵礦石和煤作為原料生產(chǎn)鐵水(也就是，熔融狀態(tài)的生鐵)之后，由鐵水生 產(chǎn)出鋼，隨后供應(yīng)給消費者?，F(xiàn)在，世界上大約60%的鐵的生產(chǎn)是通過采用由14世紀(jì)發(fā)展起來的鼓風(fēng)爐熔煉 法實現(xiàn)的。在鼓風(fēng)爐熔煉法中，將經(jīng)歷燒結(jié)過程的鐵礦石和以煙煤作為原料生產(chǎn)出的焦炭 一起置于鼓風(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。鼓風(fēng)爐熔煉 法是工廠生產(chǎn)鐵水最常用的方法，考慮反應(yīng)特性，該方法要求原料具有至少一個預(yù)定的強 度水平，并具有能保證熔爐中滲透度的粒度。由于該原因，需要由特定的原煤經(jīng)過處理所獲 得的焦炭作為碳源，以用作燃料和還原劑。此外，需要經(jīng)歷過連續(xù)燒結(jié)過程(agglomerating process)的燒結(jié)礦作為鐵源。因而，現(xiàn)代的鼓風(fēng)熔爐煉法需要原料預(yù)處理設(shè)備，例如焦炭制 造設(shè)備和燒結(jié)設(shè)備。即，有必要裝備鼓風(fēng)爐之外的輔助設(shè)施，以及防止輔助設(shè)備所生成污染 和使污染最小化的設(shè)備。因此，在額外的設(shè)施和設(shè)備上的巨大投資導(dǎo)致了制造成本增加。為了解決鼓風(fēng)爐熔煉法中的這些問題，全世界的煉鐵廠都做出了很大努力，以開 發(fā)一種熔融還原方法，這樣的熔融還原方法通過直接使用普通煤作為燃料和還原劑，并且 直接使用鐵礦石作為鐵源，在熔爐_氣化器內(nèi)制造鐵水。由于在熔爐-氣化器內(nèi)形成由煤組成的煤填充床，鐵載體和添加物在煤填充床內(nèi) 熔融和結(jié)渣，并以鐵水和爐渣形式排出。通過多個安裝在熔爐-氣化器外壁的鼓風(fēng)口將氧 氣注入熔爐_氣化器，并燃燒煤填充床。因此，氧氣轉(zhuǎn)化為高溫還原氣體，而且高溫還原氣 體被供應(yīng)到流化床反應(yīng)器。高溫還原氣體還原并燒結(jié)鐵載體和添加劑，然后被排出至外界。裝入熔爐-氣化器上部的塊煤，在保持在約1000°C高溫的熔爐-氣化器的穹形部 分中下落時，由于突然的熱沖擊而分化。在這種情況下，產(chǎn)生了大量的含有大量碳成分的粉 塵。因此熔爐-氣化器的滲透度因大量的粉塵而降低。為解決該問題，在熔爐-氣化器上 部安裝粉塵燃燒器，在氧氣被粉塵燃燒器注入熔爐_氣化器時燃燒粉塵。通過燃燒粉塵，可 以利用粉塵中碳成分的燃燒熱。
同時，塊煤被裝入熔爐-氣化器并在其穹形部分中被快速加熱。塊煤中所含的揮 發(fā)性物質(zhì)首先熱解為具有CnHm鏈結(jié)構(gòu)的熱解氣體或具有環(huán)結(jié)構(gòu)的焦油相。揮發(fā)性物質(zhì)首先 熱解然后再熱解成還原氣體，例如CO氣體和H2氣體。熱解過程所必需的熱在該過程中被 吸收，從而使穹形部分的溫度降低了。因此，除了燃燒粉塵所需的氧氣以外，額外的氧氣由 粉塵燃燒器或氧氣燃燒器供應(yīng)，以防止溫度的降低。熔爐-氣化器的穹形部分內(nèi)所形成的 還原氣體的一部分，通過供應(yīng)額外的氧氣而被燃燒，從而防止了其溫度的降低。然而，即使 有這種燃燒，煤熱解氣或焦油的一部分也沒有完全熱解成CO2和H2。因此，由熔爐-氣化器 排出的還原氣體中，包含了一部分含有未熱解(d印yrolyzed)碳氫化合物-例如CH4-的氣 體。如上所述，當(dāng)塊煤裝入熔爐-氣化器中時，揮發(fā)性物質(zhì)中碳的燃燒熱主要用于熱 解揮發(fā)性物質(zhì)本身所產(chǎn)生的氣體，并提高熱解氣體的溫度。含碳材料部分地從熔爐-氣化 器中排出，而不產(chǎn)生燃燒熱。因此，塊煤中含有的含碳材料總量中，只有除去揮發(fā)性物質(zhì)中 的碳量的含碳材料才在熔爐-氣化器下部被燃燒。因而，應(yīng)當(dāng)使用比實際需要量更多的含 碳材料，以為生產(chǎn)鐵水提供充足的熱源。同時，未熱解的碳氫化合物氣體，例如CH4，從熔 爐-氣化器中被排出，同時部分地存在于還原氣體中。此外，由于過量的氧氣通過粉塵燃燒 器被注入，因此，含有CO2和H2O的還原氣體被部分地排出。由此帶來問題，因為供應(yīng)給還原 反應(yīng)器的還原氣體的還原能力降低了。發(fā)明概述本發(fā)明旨在解決以上問題，并意圖在通過向熔爐_氣化器內(nèi)注入細碎的含碳材 料、并供應(yīng)具有增強的還原能力的還原氣體而制造鐵水時，將燃料比降到最小。此外，本發(fā)明提供了一種制造鐵水的設(shè)備，其通過注入細碎的含碳材料，提高了對 煤的燃燒熱的利用效率。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種制造鐵水的方法，包括步驟在還原反應(yīng)器中 還原含有鐵礦石的混合物并將含有鐵礦石的混合物轉(zhuǎn)變成被還原材料，制備含有揮發(fā)性物 質(zhì)的塊狀含碳材料，作為熔化被還原材料的熱源，將塊狀含碳材料裝入熔爐-氣化器的穹 形的上部，并形成煤填充床，制備含有揮發(fā)性物質(zhì)的細碎含碳材料，作為熔化被還原材料的 熱源，通過安裝在熔爐_氣化器上的鼓風(fēng)口將氧氣和細碎含碳材料注入煤填充床，將被還 原材料裝入與還原反應(yīng)器相連的熔爐-氣化器并制造鐵水，并且將熔爐-氣化器中的、由塊 狀含碳材料和細碎含碳材料中含有的揮發(fā)性物質(zhì)制得的還原氣體供應(yīng)到還原反應(yīng)器。在制備含有揮發(fā)性物質(zhì)的細碎含碳材料，作為熔化被還原材料的熱源的步驟中， 細碎含碳材料中可含有8. 0重量％ -35. 0重量％范圍的揮發(fā)性物質(zhì)，并且揮發(fā)性物質(zhì)可含 有碳和氫。細碎含碳材料的自由膨脹指數(shù)(FSI)優(yōu)選不大于6. 0。在制備含有揮發(fā)性物質(zhì)的塊狀含碳材料，作為熔化被還原材料的熱源的步驟中， 塊狀含碳材料可含有20. 0重量％ -35. 0重量％范圍的揮發(fā)性物質(zhì)，并且揮發(fā)性物質(zhì)可含有 碳和氫。優(yōu)選地，塊狀含碳材料的粒度在8毫米-35毫米范圍。制備塊狀含碳材料的步驟優(yōu)選地包括步驟將原煤分成煤粉和塊煤，并制備塊狀 含碳材料，其中塊煤與熱氣體接觸然后被干燥。
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制造鐵水的方法可以進一步包括步驟將分開后的煤粉作為細碎含碳材料注入煤 填充床。制造鐵水的方法可以進一步包括步驟傳送在塊煤與熱氣體接觸時收集的煤粉， 并將煤粉作為細碎含碳材料注入。塊狀含碳材料可包括煤壓塊，并且制備塊狀含碳材料的步驟可包括步驟將原煤 分成煤粉和塊煤，對煤粉成型然后制作煤壓塊。制作煤壓塊的步驟可包括步驟干燥煤粉，在煤粉中加粘合劑并混合，對加入粘合 劑并混合后的煤粉成型，并制作煤壓塊。上述制作煤壓塊的步驟可進一步包括步驟傳送在干燥煤粉的步驟中收集的煤 粉，并將煤粉作為細碎含碳材料注入。優(yōu)選地，在將細碎含碳材料注入煤填充床的步驟中，細碎含碳材料通過壓碎原煤 制成，并且，壓碎的細碎含碳材料的粒度不大于3毫米。優(yōu)選地，在將還原氣體供應(yīng)到還原反應(yīng)器的步驟中，隨著細碎含碳材料注入量的 增加，還原氣體的氧化率降低到0%以上至11. 432%范圍。優(yōu)選地，隨著細碎含碳材料注入量的增加，熔爐_氣化器中的CH4氣體量減少，并 且隨著CH4氣體量減少，還原氣體的氧化率降低。優(yōu)選地，當(dāng)χ表示細碎含碳材料的注入量，y表示熔爐_氣化器中的CH4氣體減少 量時，基本滿足y = 0. OOOlx0在此，χ的單位是千克/噸鐵水(kg/t-p)，y的單位是％， 0. 0001的單位是％ /(千克/噸鐵水)。優(yōu)選地，當(dāng)χ表示熔爐_氣化器中的CH4氣體量，y表示還原氣體的氧化率時，基本 滿足-3. 4718彡1. 6653x-y彡1. 3824。在此，χ的單位是體積％，y的單位是％，1. 3824的
單位是％/體積％。 優(yōu)選地，當(dāng)χ表示熔爐_氣化器中的CH4氣體量，y表示還原氣體的氧化率時，基本 滿足1. 6653x-y = -1. 1472。在此，χ的單位是體積％，y的單位是％，1. 6653的單位是％ / 體積％。優(yōu)選地，當(dāng)χ表示還原氣體的氧化率，y表示被還原材料的還原率時，基本滿足y =-2. ΙΟχ+103.9。在此，χ的單位是％，y的單位是％，103.9的單位是％。優(yōu)選地，在將細碎含碳材料注入煤填充床的步驟中，隨著細碎含碳材料注入量的 增加，熔爐_氣化器中的燃燒溫度降低。優(yōu)選地，只要細碎含碳材料的量增加50千克每1噸鐵水，熔爐_氣化器中的燃燒 溫度大致降低200°C。在還原反應(yīng)器中還原含有鐵礦石的混合物、并將含有鐵礦石的混合物轉(zhuǎn)變成被還 原材料的步驟中，在將含有鐵礦石的混合物轉(zhuǎn)變成被還原材料時，含有鐵礦石的混合物可 流化通過順序連接的多級還原反應(yīng)器。上述的轉(zhuǎn)變成被還原材料的步驟可進一步包括步驟在被還原材料裝入熔爐_氣 化器中之前，使被還原材料成為塊狀體(compacting)。在還原反應(yīng)器中還原含有鐵礦石的混合物、并將含有鐵礦石的混合物轉(zhuǎn)變成被還 原材料的步驟中，還原反應(yīng)器可以是流化床反應(yīng)器。在還原反應(yīng)器中還原含有鐵礦石的混合物、并將含有鐵礦石的混合物轉(zhuǎn)變成被還原材料的步驟中，還原反應(yīng)器可以是填充床反應(yīng)器。優(yōu)選地，在通過安裝在熔爐-氣化器上的鼓風(fēng)口將氧氣和細碎含碳材料注入煤填 充床的步驟中，鼓風(fēng)口之前形成的燃燒區(qū)(raceway)長度為0. 7m-1.0m范圍。本發(fā)明的制造鐵水的設(shè)備，包括還原反應(yīng)器，用于還原含有鐵礦石的混合物、并將 含有鐵礦石的混合物轉(zhuǎn)變成被還原材料；煤供應(yīng)裝置，用于供應(yīng)作為熔化被還原材料的熱 源的含有揮發(fā)性物質(zhì)的塊狀含碳材料；熔爐-氣化器，具有穹形的上部，被還原材料被裝 入其中，該熔爐_氣化器與還原反應(yīng)器相連，塊狀含碳材料被裝入該熔爐_氣化器中，該熔 爐-氣化器與煤供應(yīng)裝置相連，通過安裝在熔爐-氣化器側(cè)面上的鼓風(fēng)口將氧氣和含有揮 發(fā)性物質(zhì)的細碎含碳材料注入該熔爐-氣化器中；細碎含碳材料供應(yīng)裝置，用于供應(yīng)細碎 含碳材料，以及還原氣體供應(yīng)管線，用于將熔爐-氣化器中的、由塊狀含碳材料和細碎含碳 材料中含有的揮發(fā)性物質(zhì)所制得的還原氣體供應(yīng)到還原反應(yīng)器。優(yōu)選地，細碎含碳材料中含有8. 0重量％ -35. 0重量％范圍的揮發(fā)性物質(zhì)，并且揮 發(fā)性物質(zhì)含有碳和氫。細碎含碳材料的自由膨脹指數(shù)優(yōu)選不大于6. 0。塊狀含碳材料可含有20. 0重量％ -35. 0重量％范圍的揮發(fā)性物質(zhì)，并且揮發(fā)性物 質(zhì)可含有碳和氫。優(yōu)選地，塊狀含碳材料的粒度在8毫米-35毫米范圍。細碎含碳材料供應(yīng)裝置可包括原煤儲料箱，用于儲存原煤；壓碎機，用于壓碎原煤 并制造細碎含碳材料，并與原煤儲料箱相連；細碎含碳材料儲料箱，用于儲存壓碎后制造出 的細碎含碳材料，并與壓碎機相連；勻壓差供應(yīng)裝置，用于將適量的細碎含碳材料從細碎含 碳材料儲料箱供應(yīng)到熔爐-氣化器；安裝在熔爐_氣化器上方的分隔器，用于控制細碎含碳 材料的供應(yīng)量；以及細碎含碳材料供應(yīng)管線，用于將細碎含碳材料供應(yīng)到鼓風(fēng)口，并與勻壓 差供應(yīng)裝置相連。多個分隔器可分別與各鼓風(fēng)口相連，細碎含碳材料被平均地供應(yīng)到每個分隔器， 并被分別供應(yīng)到各鼓風(fēng)口。制造鐵水的設(shè)備可進一步包括安裝在鼓風(fēng)口附近的混合室；添加氣體(adding gas)供應(yīng)管線，用于將添加的氣體供應(yīng)到混合室并與混合室相連；以及細碎含碳材料注入 管線，用于注入細碎含碳材料并連接于混合室和鼓風(fēng)口之間?；旌鲜铱膳c細碎含碳材料供 應(yīng)裝置相連，通過使用添加的氣體，來自細碎含碳材料供應(yīng)裝置的細碎含碳材料通過細碎 含碳材料注入管線被注入到熔爐_氣化器中。細碎含碳材料可以與傳送氣體一起被供應(yīng)到混合室。優(yōu)選地，通過控制來自添加氣體供應(yīng)管線的添加氣體的量，將從細碎含碳材料注 入管線排出的細碎含碳材料的流速控制在40米/秒-70米/秒范圍?？扇細怏w可以被用作添加氣體。優(yōu)選地，添加氣體供應(yīng)管線與細碎含碳材料注入管線成30度至90度范圍的角度。煤供應(yīng)裝置可包括制造煤壓塊的裝置，用于通過對煤粉成型制造及供應(yīng)煤壓塊。制造煤壓塊的裝置可包括干燥器，用于干燥煤粉；粉塵分離器，用于收集干燥器中 產(chǎn)生的粉塵；混合器，與干燥器相連，向干燥后的煤粉中加入粘合劑并將它們混合在一起； 一對輥子，與混合器相連，并通過對加入了粘合劑并混合后的煤粉成型而制造煤壓塊。
粉塵分離器可以將收集的粉塵作為細碎含碳材料供應(yīng)到細碎含碳材料供應(yīng)裝置。細碎含碳材料供應(yīng)裝置可以連接到制造煤壓塊的裝置，并且細碎含碳材料從細碎 含碳材料供應(yīng)裝置供應(yīng)。還原反應(yīng)器可以為順序連接的多級流化床反應(yīng)器。制造鐵水的設(shè)備可以進一步包括制造塊狀被還原材料(compactediron)的裝置， 用于使被還原材料成為塊狀體，并與還原反應(yīng)器相連，其中制造塊狀被還原材料的裝置所 制造的塊狀被還原材料被供應(yīng)到熔爐_氣化器。還原反應(yīng)器可以為填充床反應(yīng)器。優(yōu)選地，鼓風(fēng)口之前形成的燃燒區(qū)長度為0. 7米-1. 0米范圍。附圖簡述通過參考附圖詳細描述示例性實施方案，本發(fā)明的上述和其他特點及優(yōu)點會變得 更明顯。

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的制造鐵水設(shè)備的示意性透視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的制造鐵水設(shè)備的示意性透視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的制造鐵水設(shè)備的示意性透視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明第四實施方案的制造塊狀被還原材料設(shè)備的示意性透視圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明第五實施方案的制造塊狀被還原材料設(shè)備的示意性透視圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明第一至第五實施方案的制造鐵水設(shè)備中注入細碎含碳材料的 構(gòu)想圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明第一個示范性實例的細碎含碳材料的注入量和CH4氣體減少量 的關(guān)系圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明第二個示范性實例的CH4氣體量和還原氣體氧化率的關(guān)系圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的還原氣體氧化率和被還原材料還原率的關(guān)系 圖。圖10是表示根據(jù)本發(fā)明制造鐵水時，通過注入細碎含碳材料燃料的還原效果圖。發(fā)明詳述下面將參考圖1-6描述本發(fā)明的實施方案。本發(fā)明的實施方案僅用來示例性說明 本發(fā)明，本發(fā)明并不限于此。圖1示意性地示出將細碎含碳材料注入到熔爐_氣化器20中的工藝過程。在此， 含碳材料指的是含碳的材料。細碎含碳材料連同氧氣通過鼓風(fēng)口 202被注入到熔爐-氣化 器20中。熔爐-氣化器20的上部206是穹形的，與鼓風(fēng)爐的形狀不同。穹形上部206位于 熔爐-氣化器20的煤填充床的上方。形成在熔爐-氣化器20內(nèi)的煤填充床的體積V2被 成型為小于穹形上部206的容積義。由于這種結(jié)構(gòu)，穹形上部206減小了氣體的流速。因 此，能夠防止充填至熔爐-氣化器20中的被還原材料所含的粉塵以及由于煤在煤填充床中 的迅速升溫所產(chǎn)生的粉塵從熔爐_氣化器20中排放出去。由于煤在熔爐_氣化器20中直接采用，所產(chǎn)生的氣體量不規(guī)則地變化。穹形上部 206吸收了由于上述情況在熔爐-氣化器20中引起的壓力變化。為此，熔爐-氣化器20的 穹形上部206被加壓并保持壓力，并且被保持處于900°C至1100°C范圍內(nèi)的高溫。由于穹形上部206被保持處于高溫，在去除煤的揮發(fā)性物質(zhì)的工藝過程中所產(chǎn)生的焦油組分可以 被完全分解。還原鐵被轉(zhuǎn)化為鐵水和熔渣，同時在煤填充床中下落。因此，含有大量炭(char) 的炭床形成在煤填充床的下方。在此，炭指煤被氣化后的材料。如圖1所示，為了方便起見， 煤填充床被定義為包含了炭床。在通過鼓風(fēng)口 202注入的氧氣的作用下，炭燃燒并且被消 滅。因此，含有煤、還原鐵和添加劑的混合物的體積、與在熔爐-氣化器下部燃燒且被消滅 的炭的體積之間的平衡應(yīng)被設(shè)定為均衡一致地保持煤填充床的體積。為此，優(yōu)選地，煤填充 床具有上寬下窄的結(jié)構(gòu)。也就是說，優(yōu)選地，煤填充床的上部寬，而下部窄。根據(jù)本發(fā)明，由 于額外的還原氣體通過注入細碎含碳材料而產(chǎn)生，熔爐-氣化器20被加壓。由于鼓風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)完全不同于上述熔爐_氣化器20的結(jié)構(gòu)，因此在制造鐵水的機 理方面存在大的差別。鼓風(fēng)爐具有上窄下寬的結(jié)構(gòu)。也就是說，鼓風(fēng)爐的上部窄，而下部寬。 因此，鼓風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)與用以產(chǎn)生大量還原氣體的熔爐-氣化器20的結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上不同。在鼓風(fēng)爐方法中，采用燒結(jié)礦和通過先去除揮發(fā)性物質(zhì)而提高了強度的焦炭來制 造鐵水。因此，由于氣體并不是由揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生的，鼓風(fēng)爐的內(nèi)部被保持在不大于2個大 氣壓的壓力下。由于氣體不是由揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生的，即使粉狀煤被注入到鼓風(fēng)爐中，還原氣 體的量也沒有增加，并且僅有熱被供給來取代焦炭。此外，在填充到直至鼓風(fēng)爐上部的焦炭 和燒結(jié)礦中，氣體和固體之間進行充分熱交換。因此，從鼓風(fēng)爐的上部排除的氣體的溫度被 維持在不高于200°C。根據(jù)本發(fā)明，細碎含碳材料中包含的揮發(fā)性物質(zhì)以及固定碳(fixedcarbon)中包 含的含碳材料通過注入細碎含碳材料而燃燒。含碳材料燃燒時產(chǎn)生的燃燒熱用于制造鐵 水。此外，通過使細碎含碳材料熱燃燒(hotburning)，產(chǎn)生了僅含有⑶和吐的大量熱的 還原氣體。大量熱還原氣體通過于熔爐_氣化器20中形成的煤填充床，之后被供給至熔 爐_氣化器20的穹形部分。因此，供給了使充填至熔爐_氣化器20中的塊狀含碳材料熱 解的耗能。而且，通過注入細碎含碳材料，充填至熔爐-氣化器20中的塊狀含碳材料的量 被減少。根據(jù)本發(fā)明，與粉狀煤注入工藝過程不同，含有大量揮發(fā)性物質(zhì)的細碎含碳材料被 注入到熔爐-氣化器20中，之后增加了還原氣體的量。由于注入細碎含碳材料，通過安裝在熔爐-氣化器穹形部分中的粉塵燃燒器或氧 氣燃燒器供給的額外氧氣的量可以減少。因此，在穹形部分中的還原氣體的燃燒量和未熱 解烴的量也被減少。如圖1所示，塊狀含碳材料被充填到熔爐_氣化器20的上部，并由此在其內(nèi)形成 煤填充床。塊狀含碳材料還被用作熔融被還原材料的熱源。塊狀含碳材料可以包括塊煤或 煤壓塊。根據(jù)本發(fā)明，采用含有20. 0-35. 0重量％揮發(fā)性物質(zhì)的塊狀含碳材料。在此，揮發(fā) 性物質(zhì)包括碳和氫。如果塊狀含碳材料中包含的揮發(fā)性物質(zhì)的量小于20. 0重量％，就存在 在熔爐_氣化器20中產(chǎn)生的還原氣體量顯著小于在還原反應(yīng)器52中被還原材料還原所消 耗的量的問題。此外，如果塊狀含碳材料中所包含的揮發(fā)性物質(zhì)的量大于35. 0重量％，則 難以用它們制造鐵水。普通煤(general coal)，例如半煙煤，被用作塊狀含碳材料。塊狀含 碳材料可以通過分割原煤來獲得，優(yōu)選的是，其粒度處于8毫米至35毫米的范圍內(nèi)。如果 塊狀含碳材料的粒度小于8毫米，不可能確保熔爐_氣化器中的透氣性。此外，如果制造粒
11度大于35毫米的塊狀含碳材料，則生產(chǎn)效率會劣化。同時，含有鐵礦的混合物在還原反應(yīng)器52中被還原。被還原材料被充填到熔 爐-氣化器中，制造鐵水。還原氣體通過采用塊狀含碳材料中含有的揮發(fā)性物質(zhì)以及細碎含碳材料中含有 的揮發(fā)性物質(zhì)而制造出來。因此，具有提高的還原能力的還原氣體可以被供給到還原反應(yīng) 器，且由此可以顯著提高還原材料的還原率。隨后，熔爐-氣化器20的燃料比可以顯著下 降。細碎含碳材料可以通過空氣被傳送到鼓風(fēng)口的前端，并且被注入到鼓風(fēng)口。因此， 細碎含碳材料中含有的水分的量被控制在不大于2. 0重量％，以適于被空氣傳送。優(yōu)選地， 細碎含碳材料包含8. 0重量％至35. 0重量％范圍內(nèi)的揮發(fā)性物質(zhì)。在此，揮發(fā)性物質(zhì)包含 碳和氫。如果細碎含碳材料中含有的揮發(fā)性物質(zhì)的量小于8. 0重量％，則由細碎含碳材料 產(chǎn)生的額外還原氣體的量是不明顯的。此外，細碎含碳材料在被空氣傳送的同時被干燥，因 此難以使揮發(fā)性物質(zhì)的含量大于35. 0重量％。揮發(fā)性物質(zhì)含量不大于35. 0重量％的半無 煙煤或半煙煤可以被用作細碎含碳材料。同時，在注入細碎含碳材料的過程中，細碎含碳材料的粒度被限制以便細碎含碳 材料注入管線不被阻塞。細碎含碳材料被粉碎以便其粒度不大于3毫米。之后，可以使用 含碳材料。此外，采用自由膨脹指數(shù)不大于6. 0的細碎含碳材料，以便鼓風(fēng)口不會被細碎含 碳材料阻塞。隨著自由膨脹指數(shù)變高，粘結(jié)力增高，由此細碎含碳材料的粘合嚴(yán)重。由于自 由膨脹指數(shù)不小于6. 0的細碎含碳材料在干燥過程中相互粘結(jié)，故而難以將其粉碎成適于 由空氣傳送的粒度。此外，細碎含碳材料供應(yīng)管線可因空氣傳送中的粘結(jié)而阻塞。氧氣通過安裝在熔爐-氣化器20下部的鼓風(fēng)口 202被供給到熔爐-氣化器中，煤 填充床利用炭與氧的燃燒熱被加熱到高溫。鼓風(fēng)口 202與細碎含碳材料供應(yīng)管線113相 連，并且粉狀煤從細碎含碳材料供應(yīng)裝置10被供給到鼓風(fēng)口 202。粉狀煤與氧氣通過鼓風(fēng) 口 202被注入到煤填充床。在這種情況下，位于各鼓風(fēng)口 202之前的燃燒區(qū)204的長度d處于0. 7米至1. 0米 的范圍內(nèi)。如果燃燒區(qū)204的長度d小于0. 7米，由于燃燒區(qū)204的長度太短，鼓風(fēng)口 202 的嘴部(nose)有被損壞的可能。此外，如果燃燒區(qū)204的長度d大于1.0米，炭由于增大 的流速而破裂。由于氧氣是通過鼓風(fēng)口 202供給的，燃燒區(qū)204的長度d比較短。在直接利用含鐵礦的被還原材料和含碳材料制造鐵水的方法中，通過將細碎含碳 材料與氧氣注入到煤填充床中可以獲得多個優(yōu)點。也就是說，當(dāng)細碎含碳材料通過鼓風(fēng)口 202被注入到熔爐-氣化器20中時，細碎含碳材料被燃燒并且其內(nèi)含有的揮發(fā)性物質(zhì)也被 燃燒。因此，碳的利用率增強了，并且還原氣體量提高了，由此，含有鐵礦的被還原材料的還 原率提高了。由此，可以降低燃料比。此外，由于可以通過完全燃燒來抑制CH4氣體的生成， 因此即使CH4氣體量減少了，也可以提高氧化率。根據(jù)本發(fā)明，通過注入細碎含碳材料，具有降低氧化率的還原氣體可以從熔 爐_氣化器20被供給至還原反應(yīng)器52，由此增高被還原材料的還原率。也就是說，當(dāng)細碎 還原材料通過安裝在熔爐-氣化器內(nèi)的鼓風(fēng)口 202被注入熔爐-氣化器20內(nèi)時，細碎含碳 材料與熔爐-氣化器20內(nèi)的熱燃燒區(qū)直接接觸并且燃燒。因此，含有揮發(fā)性物質(zhì)的細碎含 碳材料完全分解為碳(C)、氫氣(H2)和氧氣(O2)，因此，由于不完全燃燒導(dǎo)致所產(chǎn)生的CH4的量不大。此外，通過例如下列化學(xué)式1等反應(yīng)產(chǎn)生用于還原的大量CO氣體和H2氣體。[化學(xué)式1]C+C02 — 2C0C+H20 — H2+C0因而，由于大量的CO氣體和H2氣體之故，具有減小的氧化率的還原氣體可以從熔 爐-氣化器被供給到還原反應(yīng)器，由此，將含有鐵礦的混合物還原且將其轉(zhuǎn)化成被還原材 料。含有鐵礦的混合物可以包括添加劑，因此它可以有助于被還原材料被燒結(jié)。同時，當(dāng)細碎含碳材料被注入熔爐_氣化器20中時，由于含碳材料中所含的揮發(fā) 性物質(zhì)被熱解，熔爐_氣化器20中的燃燒溫度可以降低。采用這種方法，具有不僅熔爐_氣 化器的爐熱可以被容易地控制、而且鐵水的Si含量可以減小的優(yōu)點。在圖1所示制造鐵水的設(shè)備100中，隨同氧氣注入的細碎含碳材料可以通過下述 工藝過程制造。通過將由產(chǎn)地收集的原煤壓碎來制造細碎含碳材料，被壓碎的細碎含碳材 料被傳送到用于注入氧氣的裝置。之后，細碎含碳材料與氧氣混合并且被注入到熔爐-氣 化器20的煤填充床。細碎含碳材料的注入是通過細碎含碳材料供應(yīng)裝置10實現(xiàn)的。圖1所示細碎含碳材料供應(yīng)裝置10的結(jié)構(gòu)僅用來示出本發(fā)明，本發(fā)明并不限于 此。因此，通過采用具有改型結(jié)構(gòu)的其它細碎含碳材料供應(yīng)裝置可以將細碎含碳材料供應(yīng) 到熔爐_氣化器20。下面將更加詳細地描述細碎含碳材料供應(yīng)裝置10的結(jié)構(gòu)。細碎含碳材料供應(yīng)裝置10包括原煤儲料箱101、壓碎機102、細碎含碳材料儲料箱 104、勻壓差供應(yīng)裝置110、分隔器108和細碎含碳材料供應(yīng)管線113。除此之外，根據(jù)需要， 細碎含碳材料供應(yīng)裝置10也可以包括其它裝置。原煤儲料箱101儲存原煤?？梢栽O(shè)置多個原煤儲料箱101。在這種情況下，可以將 產(chǎn)地彼此不同的各種煤分別儲存在各原煤儲料箱101中并且加以采用。壓碎機102與原煤儲料箱101相連，將原煤壓碎且制造細碎含碳材料。被壓碎的 細碎含碳材料的粒度優(yōu)選不大于3毫米。如果細碎含碳材料的粒度大于3毫米，在注入細 碎含碳材料的過程中，鼓風(fēng)口 202可能會被危險地堵塞。細碎含碳材料儲料箱104與壓碎 機102相連，儲存經(jīng)壓碎的和制造出的細碎含碳材料。勻壓差供應(yīng)裝置110將適量的細碎含碳材料從細碎含碳材料儲料箱104供給到熔 爐-氣化器20。為此，勻壓差供應(yīng)裝置110包括均衡加壓容器103、加壓和排放容器105、隔 離閥107和109、以及適量供應(yīng)裝置。均衡加壓容器103、以及加壓和排放容器105彼此上 下布置，通過隔離閥107和109控制所壓碎和生產(chǎn)的細碎含碳材料的供給量?？紤]到熔爐-氣化器20中的壓力高，分隔器108被設(shè)置在熔爐_氣化器20上部之 上的位置。因此，可以充分保持分隔器108內(nèi)的壓力，以將細碎含碳材料注入到熔爐-氣化 器20內(nèi)，同時細碎含碳材料的供給量被控制。細碎含碳材料供應(yīng)管線113通過分隔器108 與勻壓差供應(yīng)裝置110相連，并且將細碎含碳材料供給至鼓風(fēng)口 202?？梢园惭b多個鼓風(fēng)口 202和多個分隔器108。多個分隔器108分別與多個鼓風(fēng)口 202相連，細碎含碳材料被分別均勻供給至各分隔器108并被供給至鼓風(fēng)口 202。勻壓差供 應(yīng)裝置110將細碎含碳材料均勻供應(yīng)至分隔器108。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解上述裝置的詳細內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此，省略 其詳細說明。
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此外，根據(jù)本發(fā)明，原煤被分割并且被用作粉狀煤注入到熔爐_氣化器20中。下 面參照圖2更加詳細地解釋本發(fā)明的上述第二實施方案。根據(jù)圖2所示的本發(fā)明第二實施方案的制造鐵水200的設(shè)備的結(jié)構(gòu)與根據(jù)本發(fā)明 第一實施方案的制造鐵水的設(shè)備的結(jié)構(gòu)相似，因此用相同的標(biāo)號表示相同的元件，并且省 略對其詳細說明。原煤通過篩網(wǎng)111被分割成塊煤和煤粉。粒度不小于8毫米的原煤被分割成塊煤， 粒度小于8毫米的原煤被分割成煤粉。上述粒度標(biāo)準(zhǔn)僅用來示例性說明本發(fā)明，本發(fā)明并 不限于此。因此，可以基于另一種粒度標(biāo)準(zhǔn)來分割原煤。塊煤與熱氣體接觸并且在干燥器115中干燥。干燥的塊煤被充填至熔爐_氣化器 20。干燥器115采用由熔爐-氣化器20產(chǎn)生的回收熱干燥塊煤。除此之外，還可以采用其 它方法干燥塊煤。當(dāng)塊煤在干燥器115中與熱氣體接觸時，煤粉被收集，之后通過煤粉傳送管線121 被傳送到原煤儲料箱101。因此，所收集的煤粉可以作為粉狀煤被注入到熔爐_氣化器20 中。由原煤分割的煤粉可以用作粉狀煤。因此，除了原煤之外，制造鐵水的設(shè)備200還可以 采用由原煤所產(chǎn)生的煤粉用于粉狀煤注入(PCI)，由此，具有可以將煤粉的利用率最大化的 優(yōu)點。由熔爐-氣化器20產(chǎn)生的還原氣體通過還原氣體供應(yīng)管線70供給到填充床反應(yīng) 器52。在填充床反應(yīng)器52中還原的被還原材料被供給至熔爐_氣化器20，并且在其內(nèi)熔融。根據(jù)圖3所示本發(fā)明第三實施方案的制造鐵水的設(shè)備300包括用于制造煤壓塊的 設(shè)備30。用于制造煤壓塊的設(shè)備30中制造的煤壓塊被充填到熔爐-氣化器20內(nèi)。由于除 了制造煤壓塊的設(shè)備30以外，制造鐵水的設(shè)備300的其它部分均與根據(jù)本發(fā)明第一實施方 案的制造鐵水的設(shè)備100的那些部分相似，在此省略對其的詳細描述，并且采用相同的標(biāo) 記指代相同的元件。用于制造鐵水的設(shè)備300將煤粉采用圖1所示的細碎含碳材料供應(yīng)裝置供給至熔 爐-氣化器20。為了方便起見，在圖3中省略了該細碎含碳材料供應(yīng)裝置。用于制造煤壓塊的設(shè)備30將煤粉成型，并且之后制造煤壓塊來作為熱源以使還 原材料熔融。原煤被選擇器40分割成具有大粒度的塊煤和具有小粒度的煤粉。塊煤在塊 煤干燥器42中干燥之后，被直接充填至熔爐-氣化器20。煤粉被制成煤壓塊以便保護熔 爐_氣化器20中的透氣性，并且被充填到熔爐_氣化器20中。在此，以8毫米的粒度標(biāo)準(zhǔn) 為基礎(chǔ)，原煤被分割成粒度大于8毫米的塊煤和粒度不大于8毫米的煤粉。上述粒度標(biāo)準(zhǔn) 僅僅是為了示例性說明本發(fā)明，本發(fā)明并不限于此。因此，可以采用其它的粒度標(biāo)準(zhǔn)來分割 塊煤和煤粉。包括有通過使煤粉成型而制造的塊煤和煤壓塊的塊狀含碳材料被制備。塊狀含碳 材料被充填至熔爐_氣化器20，形成煤填充床。在此，制備塊狀含碳材料的步驟包括將原煤 分割成塊煤和煤粉的步驟、以及通過使煤粉成型制造煤壓塊的步驟。制造煤壓塊的步驟包括將原煤分割成塊煤和煤粉的步驟、干燥煤粉的步驟、將粘 合劑添加到煤粉中并將它們混合在一起的步驟、以及對其中添加有粘合劑且混合的煤粉成 型并且制造煤壓塊的步驟。
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為了實現(xiàn)上述工藝過程，制造煤壓塊的設(shè)備30還可以包括一個干燥器33、一個混 合器37和一對輥子39。此外，還可以包括煤粉儲料箱31、粘合劑儲料箱35、煤壓塊儲料箱
44等等。干燥器33干燥煤粉?；旌掀?7與干燥器33相連，并且將由粘合劑儲料箱35供 給的粘合劑和干燥的煤粉加以混合。一對輥子39與混合器37相連，并且通過將混合有粘 合劑的煤粉成型來制造煤壓塊。煤粉儲料箱31臨時儲存煤粉，粘合劑儲料箱35儲存例如糖漿等粘合劑。煤壓塊 儲料箱44臨時儲存所制造的煤壓塊。此外，根據(jù)需要，也可以包括制造煤壓塊所需的其它 裝置，例如粉塵分離器。具體而言，根據(jù)本發(fā)明，可以通過采用原煤粉和鐵礦粉直接制造鐵水。下面參照圖 4詳細解釋制造鐵水的方法。如圖4所示，可以通過采用原煤粉和鐵礦粉直接制造鐵水。圖4示出根據(jù)用以實 施上述工藝方法的本發(fā)明第四實施方案的制造鐵水的設(shè)備400。圖4所示制造鐵水的設(shè)備 400的結(jié)構(gòu)僅用于示例性說明本發(fā)明，本發(fā)明并不限于此。因此，可以將其改型為其它結(jié)構(gòu)， 并且可以包括其它裝置。由于制造鐵水的設(shè)備400的結(jié)構(gòu)與如3所示制造鐵水的設(shè)備的結(jié)構(gòu)類似，相同的 元件將用相同的標(biāo)號來表示并且將省略對其的詳細說明。用于生產(chǎn)鐵水的設(shè)備400主要包括作為還原反應(yīng)器的流化床反應(yīng)器50、用于生產(chǎn) 煤壓塊的設(shè)備30、熔爐-氣化器20、細碎含碳材料供應(yīng)裝置10 (如圖1所示)以及還原氣 體供應(yīng)管線70。此外，用于生產(chǎn)鐵水的設(shè)備400可進一步包括連接在流化床反應(yīng)器50與熔 爐_氣化器20之間的用于生產(chǎn)塊狀被還原材料的設(shè)備60。并且，用于生產(chǎn)鐵水的設(shè)備400 可包括生產(chǎn)鐵水所需的其它裝置。在其中形成流化床的多級流化床反應(yīng)器相互之間順次連接，以還原含有鐵礦的混 合物并將它們轉(zhuǎn)化為被還原材料。從熔爐_氣化器20的煤填充床中流出的還原氣體通過 還原氣體供應(yīng)管線70供應(yīng)至各流化床反應(yīng)器。還原氣體進入流化床反應(yīng)器并流入其中，導(dǎo) 致鐵礦和添加劑穿過反應(yīng)器并轉(zhuǎn)化為被還原材料。被還原材料可由用于生產(chǎn)塊狀被還原材 料的設(shè)備60成為塊狀體。上述生成的被還原材料裝入熔爐_氣化器20中并制成鐵水。用于生產(chǎn)塊狀被還原材料的設(shè)備60使被還原材料成為塊狀體，并生產(chǎn)出致密的 被還原材料以保證透氣性，并防止其飛散(elutriating)。用于生產(chǎn)塊狀被還原材料的設(shè)備 60包括一個裝料斗62、一對輥子64、一個碾碎機66和一個被還原材料的儲料箱68。此外， 用于生產(chǎn)塊狀被還原材料60的設(shè)備可包括其它所需裝置。裝料斗62儲存由含鐵礦的混合物還原生成的被還原材料。一對輥子64壓榨被還 原材料并生產(chǎn)出致密的被還原材料。碾碎機66將致密的被還原材料碾碎至適宜大小。被 還原材料的儲料箱68臨時儲存碾碎的被還原材料。高溫勻壓差裝置46位于用于生產(chǎn)塊狀被還原材料的設(shè)備60和熔爐-氣化器20 之間。高溫勻壓差裝置46安裝在熔爐-氣化器20之上，以控制壓力。雖然熔爐-氣化器 20內(nèi)部的壓力高，但碾碎的被還原材料可易于裝入熔爐-氣化器20中，因為高溫勻壓差裝 置46均勻地控制壓力。根據(jù)圖5所示的本發(fā)明的第五個實施方案，在用于生產(chǎn)鐵水的設(shè)備500中，生產(chǎn)煤壓塊的過程中所產(chǎn)生的粉煤可注入熔爐-氣化器20中。由于本發(fā)明第五個實施方案中用 于生產(chǎn)鐵水的設(shè)備500的結(jié)構(gòu)與如圖4所示的用于生產(chǎn)鐵水的設(shè)備的結(jié)構(gòu)相似，因此相同 的元件用相同的參考標(biāo)號表示，并省略其詳細說明。用于生產(chǎn)煤壓塊的設(shè)備30可包括粉塵分離器32，以收集干燥器33中產(chǎn)生的粉塵。 粉塵分離器32與細碎含碳材料供應(yīng)裝置10相連并將粉煤供應(yīng)至其中。粉狀的粉煤與氧氣 一起注入到熔爐-氣化器20中。通過使用該方法，可使煤循環(huán)利用。因此，不僅使燃料率 降至最低，并且由于粉塵飛散引起的煤損失的量也可降至最低。在本發(fā)明上述的第一至第五實施方案中，細碎含碳材料的供應(yīng)裝置安裝在各鼓風(fēng) 口 202附近以注入細碎含碳材料。下面結(jié)合圖6對細碎含碳材料供應(yīng)裝置進行說明。如圖6所示，混合室203安裝在鼓風(fēng)口的前面。細碎含碳材料和添加氣體在其中 混合并供應(yīng)至鼓風(fēng)口。添加氣體的供應(yīng)管線115與混合室203相連，并供應(yīng)適量的添加氣 體。細碎含碳材料由細碎含碳材料供應(yīng)裝置經(jīng)細碎含碳材料注入管線113供應(yīng)。采用添加 氣體使細碎含碳材料注入至熔爐_氣化器中。當(dāng)細碎含碳材料經(jīng)細碎含碳材料注入管線113隨氧氣供應(yīng)至鼓風(fēng)口時，細碎含碳 材料迅速燃燒。因此，當(dāng)細碎含碳材料從細碎含碳材料注入管線113中流出的流速較低時， 將在細碎含碳材料注入管線113的附近形成用于燃燒細碎含碳材料的燃燒區(qū)。由于輻射熱 從燃燒區(qū)中釋放出來，因此發(fā)生由輻射熱引起的細碎含碳材料注入管線113熔化和阻塞的 現(xiàn)象。為防止上述現(xiàn)象，將添加氣體經(jīng)由添加氣體供應(yīng)管線115供應(yīng)。通過使用該方法， 細碎含碳材料從細碎含碳材料注入管線113中流出的流速得以加快。因此，燃燒區(qū)在遠離 細碎含碳材料注入管線113的地方形成。在該情況下，優(yōu)選將細碎含碳材料從細碎含碳材 料注入管線113中流出的流速控制在40米/秒至70米/秒范圍。如果細碎含碳材料的流 速低于40米/秒，則難以將細碎含碳材料注入至壓力和壓力的變化范圍均遠高于鼓風(fēng)爐的 熔爐_氣化器中。此外，如果細碎含碳材料的流速高于70米/秒，則存在有細碎含碳材料 的燃燒能力變差的問題。可燃氣體可用作添加氣體。可燃氣體可包括烴、氫氣和一氧化碳。例如，可使用液 態(tài)天然氣(LNG)、焦?fàn)t氣(COG)等。此外，還可使用如從本發(fā)明第一至第五實施方案中的用 于生產(chǎn)鐵水的設(shè)備中排出的尾氣，其中的CO2和H2O已部分除去。當(dāng)可燃氣體與氧氣經(jīng)鼓風(fēng)口注入時，發(fā)生如下化學(xué)式2的燃燒反應(yīng)。[化學(xué)式2]可燃氣體中的(C，H2)+O2 — C02+H20其中，產(chǎn)生的C02+H20在鼓風(fēng)口附近形成的煤填充床中與細碎含碳材料及碳元素 反應(yīng)。因此，通過供應(yīng)可燃燒氣體而在鼓風(fēng)口中生成的過量還原氣體可供使用。此外，還原 氣體主要燃燒所產(chǎn)生的熱促進細碎含碳材料溫度的提高，從而縮短細碎含碳材料達到燃點 的時間。因此，可促進細碎含碳材料的燃燒。此外，通過提高可燃氣體的溫度并由于燃燒區(qū)中所含烴熱解需要熱的緣故，燃燒 區(qū)的溫度可降低，并且可提高熱氣產(chǎn)生的量。從而，有可能在較大范圍內(nèi)均勻控制鼓風(fēng)口周 圍的熱分布。添加氣體供應(yīng)管線115和細碎含碳材料供應(yīng)管線113之間形成的夾角α優(yōu)選在30度至90度范圍。如果夾角α小于30度，則燃燒可能難以發(fā)生，因為添加氣體導(dǎo)致流速 太快。相反地，如果夾角α大于90度，則存在有不容易使細碎含碳材料加速的問題。下面將通過本發(fā)明的實驗實例詳細解釋本發(fā)明。本發(fā)明的實驗實例僅用于說明本 發(fā)明，而不限制本發(fā)明。實驗實例進行試驗所使用的設(shè)備與如圖4所示的在本發(fā)明第四個實施方案中用于生產(chǎn)鐵 水的設(shè)備具有相同的結(jié)構(gòu)，以便在細碎含碳材料注入至熔爐_氣化器時觀察還原氣體還原 率的變化，以及熔爐_氣化器中燃燒溫度的變化。將25°C、380Nm7(t-p)(即每1噸鐵水380標(biāo)準(zhǔn)立方米的氧氣)的氧氣注入熔 爐-氣化器中。細碎含碳材料量的變化由細碎含碳材料供應(yīng)裝置控制。本發(fā)明實驗實例中 所使用的細碎含碳材料的工業(yè)分析和元素分析的結(jié)果分別如表1和表2所示。[表1]
組分原水分灰份揮發(fā)性物質(zhì)固定碳含量 (重量％)3. 08. 735. 752. 652. 6[表2]
元素CHN0S含量 (重量% )83. 35. 62. 28. 50. 5在實驗實例1中，通過注入細碎含碳材料測量CH4氣體的減少量隨細碎含碳材料 注入量的變化。在實驗實例2中，測量還原氣體的氧化率隨熔爐-氣化器中CH4氣體量的 變化。在實驗實例3中，測量還原為被還原氣體的被還原材料的還原率隨還原氣體氧化率 改變的變化。最后，在實驗實例4中，測量熔爐-氣化器中燃燒溫度隨細碎含碳材料注入量 改變的變化。下面對實驗實例1至4進行詳細說明。實驗實例1為觀察熔爐-氣化器中CH4氣體的減少量隨著細碎含碳材料注入量的增大而變 化，在每次增大細碎含碳材料的注入量50千克/(p-t)時測量熔爐-氣化器中CH4氣體的 減少量。注入細碎含碳材料前，熔爐_氣化器中CH4氣體的量為4. 5體積％，隨著細碎含碳 材料注入量的增大，CH4氣體的量逐漸減少。熔爐-氣化器中CH4氣體的減少量隨著細碎含 碳材料注入量增大而發(fā)生的變化示于表3。其中，CH4氣體的減少量為4. 5體積％、即014氣 體最初的量減去測量時CH4氣體的量所得的值。[表 3]
權(quán)利要求
一種制造鐵水的方法，包括步驟在還原反應(yīng)器中還原含有鐵礦石的混合物并將含有鐵礦石的混合物轉(zhuǎn)變成被還原材料；制備含有揮發(fā)性物質(zhì)的塊狀含碳材料，作為熔化被還原材料的熱源；將塊狀含碳材料裝入熔爐 氣化器的穹形的上部，并形成煤填充床；制備含有揮發(fā)性物質(zhì)的細碎含碳材料，作為熔化被還原材料的熱源；在安裝在熔爐 氣化器的鼓風(fēng)口附近的混合室中混合氧氣、一種添加的氣體和所述細碎含碳材料，并將所混合的氧氣、添加的氣體和細碎含碳材料通過鼓風(fēng)口注入熔爐 氣化器；將被還原材料裝入與還原反應(yīng)器相連的熔爐 氣化器并制造鐵水；和將熔爐 氣化器中的、由塊狀含碳材料和細碎含碳材料中含有的揮發(fā)性物質(zhì)制得的還原氣體供應(yīng)到還原反應(yīng)器。
2.權(quán)利要求1的制造鐵水的方法，其中，在制備含有揮發(fā)性物質(zhì)的細碎含碳材料，作為 熔化被還原材料的熱源的步驟中，細碎含碳材料中含有8. 0重量％ -35. 0重量％范圍的揮 發(fā)性物質(zhì)，并且揮發(fā)性物質(zhì)含有碳和氫。
3.權(quán)利要求2的制造鐵水的方法，其中細碎含碳材料的自由膨脹指數(shù)(FSI)不大于6. 0。
4.權(quán)利要求1的制造鐵水的方法，其中，在制備含有揮發(fā)性物質(zhì)的塊狀含碳材料，作為 熔化被還原材料的熱源的步驟中，塊狀含碳材料含有20. 0重量％ -35. 0重量％范圍的揮發(fā) 性物質(zhì)，并且揮發(fā)性物質(zhì)含有碳和氫。
5.權(quán)利要求4的制造鐵水的方法，其中塊狀含碳材料的粒度在8毫米-35毫米范圍。
6.權(quán)利要求1的制造鐵水的方法，其中制備塊狀含碳材料的步驟包括步驟 將原煤分成煤粉和塊煤；并制備塊狀含碳材料，其中塊煤與熱氣體接觸然后被干燥。
7.權(quán)利要求6的制造鐵水的方法，其中制造鐵水的方法進一步包括步驟將分開后的 煤粉作為細碎含碳材料注入煤填充床。
8.權(quán)利要求6的制造鐵水的方法，其中制造鐵水的方法進一步包括步驟傳送在塊煤 與熱氣體接觸時收集的煤粉，并將煤粉作為細碎含碳材料注入。
9.權(quán)利要求1的制造鐵水的方法，其中塊狀含碳材料包括煤壓塊，并且 其中制備塊狀含碳材料的步驟包括步驟將原煤分成煤粉和塊煤，并 對煤粉成型然后制作煤壓塊。
10.權(quán)利要求9的制造鐵水的方法，其中制作煤壓塊的步驟包括步驟 干燥煤粉；在煤粉中加粘合劑并混合；并對加有粘合劑并混合后的煤粉成型，并制作煤壓塊。
11.權(quán)利要求10的制造鐵水的方法，其中制造鐵水的方法進一步包括步驟傳送在干 燥煤粉的步驟中收集的煤粉，并將煤粉作為細碎含碳材料注入。
12.權(quán)利要求1的制造鐵水的方法，其中在將細碎含碳材料注入煤填充床的步驟中，細碎含碳材料通過壓碎原煤制成，并且，壓碎的細碎含碳材料的粒度不大于3毫米。
13.權(quán)利要求1的制造鐵水的方法，其中在將細碎含碳材料注入煤填充床的步驟中，將 細碎含碳材料注入煤填充床的流速控制在40米/秒-70米/秒范圍。
14.權(quán)利要求1的制造鐵水的方法，其中在將還原氣體供應(yīng)到還原反應(yīng)器的步驟中，隨 著細碎含碳材料注入量的增加，還原氣體的氧化率降低到0%以上至11. 432%的范圍。
15.權(quán)利要求14的制造鐵水的方法，其中隨著細碎含碳材料注入量的增加，熔爐-氣化 器中的CH4氣體量減少，并且隨著CH4氣體量減少，還原氣體的氧化率降低。
16.權(quán)利要求15的制造鐵水的方法，其中當(dāng)χ表示細碎含碳材料的注入量，y表示熔 爐_氣化器中的CH4氣體減少量時，基本滿足y = 0. OOOlx,其中，χ的單位是千克/噸鐵水，y的單位是％，0. 0001的單位是％ /(千克/噸鐵水)。
17.權(quán)利要求15的制造鐵水的方法，其中當(dāng)χ表示熔爐_氣化器中的CH4氣體量，y表 示還原氣體的氧化率時，基本滿足-3. 4718 ^ 1. 6653x-y ^ 1. 3824，其中，χ的單位是體積％，y的單位是％，1. 3824的單位是％ /體積％。
18.權(quán)利要求15的制造鐵水的方法，其中當(dāng)χ表示熔爐_氣化器中的CH4氣體量，y表 示還原氣體的氧化率時，基本滿足1. 6653x-y = -1. 1472，其中，χ的單位是體積％，y的單位是％，1. 6653的單位是％ /體積％。
19.權(quán)利要求15的制造鐵水的方法，其中當(dāng)χ表示還原氣體的氧化率，y表示被還原材 料的還原率時，基本滿足y = -2. ΙΟχ+103. 9，其中，χ的單位是％，y的單位是％，103.9的單位是％。
20.權(quán)利要求1的制造鐵水的方法，其中在將細碎含碳材料注入煤填充床的步驟中，隨 著細碎含碳材料注入量的增加，熔爐_氣化器中的燃燒溫度降低。
21.權(quán)利要求20的制造鐵水的方法，其中只要細碎含碳材料的量增加50千克每1噸鐵 水，熔爐_氣化器中的燃燒溫度大致降低200°C。
22.權(quán)利要求1的制造鐵水的方法，其中在還原反應(yīng)器中還原含有鐵礦石的混合物、并 將含有鐵礦石的混合物轉(zhuǎn)變成被還原材料的步驟中，在將含有鐵礦石的混合物轉(zhuǎn)變成被還 原材料時，含有鐵礦石的混合物流化通過順序連接的多級還原反應(yīng)器。
23.權(quán)利要求22的制造鐵水的方法，其中進一步包括步驟在被還原材料裝入熔 爐_氣化器中之前，使被還原材料成為塊狀體。
24.權(quán)利要求1的制造鐵水的方法，其中在還原反應(yīng)器中還原含有鐵礦石的混合物、并 將含有鐵礦石的混合物轉(zhuǎn)變成被還原材料的步驟中，還原反應(yīng)器是流化床反應(yīng)器。
25.權(quán)利要求1的制造鐵水的方法，其中在還原反應(yīng)器中還原含有鐵礦石的混合物、并 將含有鐵礦石的混合物轉(zhuǎn)變成被還原材料的步驟中，還原反應(yīng)器是填充床反應(yīng)器。
26.權(quán)利要求1的制造鐵水的方法，其中在通過安裝在熔爐-氣化器上的鼓風(fēng)口將氧氣 和細碎含碳材料注入煤填充床的步驟中，鼓風(fēng)口之前形成的燃燒區(qū)長度為0. 7米-1. 0米范 圍。
27.一種制造鐵水的設(shè)備，包括還原反應(yīng)器，用于還原含有鐵礦石的混合物、并將含有鐵礦石的混合物轉(zhuǎn)變成被還原 材料；煤供應(yīng)裝置，用于供應(yīng)作為熔化被還原材料的熱源的含有揮發(fā)性物質(zhì)的塊狀含碳材料；熔爐_氣化器，具有穹形的上部，被還原材料被裝入其中，該熔爐_氣化器與還原反應(yīng) 器相連，塊狀含碳材料被裝入該熔爐_氣化器中，該熔爐_氣化器與煤供應(yīng)裝置相連，通過 安裝在熔爐-氣化器側(cè)面上的鼓風(fēng)口將氧氣和含有揮發(fā)性物質(zhì)的細碎含碳材料注入該熔 爐-氣化器中；細碎含碳材料供應(yīng)裝置，用于供應(yīng)細碎含碳材料；還原氣體供應(yīng)管線，用于將熔爐-氣化器中的、由塊狀含碳材料和細碎含碳材料中含 有的揮發(fā)性物質(zhì)所制得的還原氣體供應(yīng)到還原反應(yīng)器； 混合室，安裝在鼓風(fēng)口附近；添加氣體供應(yīng)管線，用于將添加的氣體供應(yīng)到混合室并與混合室相連；以及 細碎含碳材料注入管線，用于注入細碎含碳材料并連接于混合室和鼓風(fēng)口之間， 其中混合室與細碎含碳材料供應(yīng)裝置相連，通過使用添加的氣體，來自細碎含碳材料 供應(yīng)裝置的細碎含碳材料通過細碎含碳材料注入管線被注入到熔爐-氣化器中。
28.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中細碎含碳材料中含有8.0重量％ -35. 0重 量％范圍的揮發(fā)性物質(zhì)，并且揮發(fā)性物質(zhì)含有碳和氫。
29.權(quán)利要求28的制造鐵水的設(shè)備，其中細碎含碳材料的自由膨脹指數(shù)不大于6.0。
30.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中塊狀含碳材料含有20.0重量％ -35. 0重量％ 范圍的揮發(fā)性物質(zhì)，并且揮發(fā)性物質(zhì)含有碳和氫。
31.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中塊狀含碳材料的粒度在8毫米-35毫米范圍。
32.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中細碎含碳材料供應(yīng)裝置包括 原煤儲料箱，用于儲存原煤；壓碎機，用于壓碎原煤并制造細碎含碳材料，并與原煤儲料箱相連； 細碎含碳材料儲料箱，用于儲存壓碎后制造出的細碎含碳材料，并與壓碎機相連； 勻壓差供應(yīng)裝置，用于將適量的細碎含碳材料從細碎含碳材料儲料箱供應(yīng)到熔爐_氣 化器；分隔器，安裝在熔爐_氣化器上方，用于控制細碎含碳材料的供應(yīng)量；以及 細碎含碳材料供應(yīng)管線，用于將細碎含碳材料供應(yīng)到鼓風(fēng)口，并與勻壓差供應(yīng)裝置相連。
33.權(quán)利要求32的制造鐵水的設(shè)備，其中多個分隔器分別與各鼓風(fēng)口相連，細碎含碳 材料被平均地供應(yīng)到每個分隔器，并被分別供應(yīng)到各鼓風(fēng)口。
34.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中細碎含碳材料與傳送氣體一起被供應(yīng)到混合室。
35.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中通過控制來自添加氣體供應(yīng)管線的添加氣體 的量，將從細碎含碳材料注入管線排出的細碎含碳材料的流速控制在40米/秒-70米/秒 范圍。
36.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中可燃氣體被用作添加氣體。
37.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中添加氣體供應(yīng)管線與細碎含碳材料注入管線 成30度至90度的角度。
38.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中煤供應(yīng)裝置包括制造煤壓塊的裝置，用于通過對煤粉成型制造及供應(yīng)煤壓塊。
39.權(quán)利要求39的制造鐵水的設(shè)備，其中制造煤壓塊的裝置包括 干燥器，用于干燥煤粉；粉塵分離器，用于收集干燥器中產(chǎn)生的粉塵；以及混合器，與干燥器相連，向干燥后的煤粉中加入粘合劑并將它們混合在一起；以及 一對輥子，與混合器相連，通過對加入了粘合劑并混合后的煤粉成型而制造煤壓塊。
40.權(quán)利要求40的制造鐵水的設(shè)備，其中粉塵分離器將收集的粉塵作為細碎含碳材料 供應(yīng)到細碎含碳材料供應(yīng)裝置。
41.權(quán)利要求39的制造鐵水的設(shè)備，其中細碎含碳材料供應(yīng)裝置連接到制造煤壓塊的 裝置，細碎含碳材料從細碎含碳材料供應(yīng)裝置供應(yīng)。
42.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中還原反應(yīng)器為順序連接的多級流化床反應(yīng)器。
43.權(quán)利要求43的制造鐵水的設(shè)備，其中進一步包括制造塊狀被還原材料的裝置，用 于使被還原材料成為塊狀體，并與還原反應(yīng)器相連，其中制造塊狀被還原材料的裝置所制 造的塊狀被還原材料供應(yīng)到熔爐_氣化器。
44.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中還原反應(yīng)器為填充床反應(yīng)器。
45.權(quán)利要求27的制造鐵水的設(shè)備，其中鼓風(fēng)口之前形成的燃燒區(qū)長度為0.7米-1. 0 米范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過向熔爐-氣化器內(nèi)注入細碎的含碳材料而制造鐵水的設(shè)備，及使用該設(shè)備制造鐵水的方法。本發(fā)明的制造鐵水的方法包括步驟在還原反應(yīng)器中還原含有鐵礦石的混合物并將含有鐵礦石的混合物轉(zhuǎn)變成被還原材料，制備含有揮發(fā)性物質(zhì)的塊狀含碳材料，作為熔化被還原材料的熱源，將塊狀含碳材料裝入熔爐-氣化器的穹形的上部，并形成煤填充床，制備含有揮發(fā)性物質(zhì)的細碎含碳材料，作為熔化被還原材料的熱源，通過安裝在熔爐-氣化器上的鼓風(fēng)口將氧氣和細碎含碳材料注入煤填充床，將被還原材料裝入與還原反應(yīng)器相連的熔爐-氣化器并制造鐵水，并且將熔爐-氣化器中的、由塊狀含碳材料和細碎含碳材料中含有的揮發(fā)性物質(zhì)制得的還原氣體供應(yīng)到還原反應(yīng)器。
文檔編號C21B13/14GK101935733SQ20101050537
公開日2011年1月5日 申請日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者樸映道, 權(quán)瑛哲, 許南釋, 金學(xué)童 申請人:Posco公司