專利名稱：直接熔煉工藝中的壓力控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于熔融熔池的直接熔煉工藝及設(shè)備，用于在直接熔煉容器中生產(chǎn)熔融金屬。具體而言，本發(fā)明涉及控制直接熔煉容器內(nèi)的壓力。本發(fā)明尤其但并不排他地涉及基于熔融熔池的直接熔煉工藝，用于從含鐵的金屬供給材料，例如鐵礦石、部分還原了的鐵礦石和(如來自煉鋼廠的)含鐵廢物流生產(chǎn)熔融鐵。
背景技術(shù)：
公知的基于熔融熔池的直接熔煉工藝通常稱為HIsmelt工藝。在生產(chǎn)熔融鐵的情形下，該HIsmelt工藝包括以下步驟(a)在直接熔煉容器中形成熔融鐵和熔渣的熔池；(b)向熔池中注入(i)含金屬供給材料，通常為呈細粉形式的鐵礦石jP(ii)固體含碳材料，通常為煤，用作含金屬供給材料的還原劑和能量源；以及(C)將含金屬供給材料熔煉為熔池`的鐵。在此，術(shù)語“熔煉”應(yīng)理解為是指熱處理，其中，進行還原金屬氧化物的化學反應(yīng)，
以產(chǎn)生熔融金屬。在HIsmelt工藝中，將含金屬供給材料和固體含碳材料通過多個噴槍/鼓風口注入到熔融熔池，所述噴槍/鼓風口相對于垂直方向傾斜，以向下向內(nèi)穿過直接熔煉容器的側(cè)壁并進入該容器下部區(qū)域，從而將至少部分固體物質(zhì)輸送到容器底部中的金屬層。通過向下延伸的噴槍將熱的含氧氣體(通常為空氣或富氧空氣)鼓風注入到容器的上部區(qū)域，從而使熔融熔池釋放的反應(yīng)氣體在容器的上部區(qū)域內(nèi)進行后燃燒。通常，在生產(chǎn)熔融鐵的情況下，熱空氣或熱富氧空氣的溫度大約為1200° C，并且在熱鼓風爐中產(chǎn)生。通過尾氣管道從容器的上部區(qū)域帶走容器內(nèi)反應(yīng)氣體的后燃燒產(chǎn)生的尾氣。容器包括在容器的側(cè)壁和爐頂襯墊中的水冷式耐火板，而且水以連續(xù)回路的方式通過所述板連續(xù)循環(huán)。該HIsmelt工藝使得能通過在一個單獨緊湊容器內(nèi)直接熔煉來生產(chǎn)大量的熔融鐵，通常至少為0. 5Mt/a。然而，為了在HIsmelt工藝中獲得高的熔融鐵生產(chǎn)率，需要(a)產(chǎn)生大量的熱空氣或熱富氧空氣以及運載氣體(用于固體注入)，并將這些氣體輸送到直接熔煉容器，(b)將大量含金屬供給材料，諸如含鐵供給材料輸送到容器，包括產(chǎn)生大量的運載氣體，并將該運載氣體輸送到容器，(C)從容器輸送大量的熱尾氣，Cd)從容器輸送走在該工藝中產(chǎn)生的大量熔融鐵和爐渣，以及(e)使大量的水通過水冷板循環(huán)，所有這些都在相對封閉的區(qū)域內(nèi)進行。
有鑒于此，高的熔融鐵生產(chǎn)率需要有這樣一種HIsmelt設(shè)備，其包括(a)加壓的直接熔煉容器和輔助裝置，諸如用于向容器供應(yīng)固體供給材料的閘斗倉，以及位于容器的尾氣管道上的壓力控制裝置，(b)為容器產(chǎn)生高流量熱空氣或熱富氧空氣的爐子，以及(C)尾氣處理裝置，其能對從容器排出的大量尾氣進行處理。當前提出的一種HIsmelt工藝流程被設(shè)計成在多種“狀態(tài)”下運行，這些“狀態(tài)”在熔煉運行期期間具有不同的運行情況，所述“狀態(tài)”例如包括以下工藝狀態(tài)(a)啟動；(b)熱金屬生產(chǎn)，即，供應(yīng)經(jīng)過預(yù)處理的諸如熱礦石的含金屬供給材料、諸如煤的固體含碳材料以及熱鼓風空氣；(c)保持，即，不供應(yīng)經(jīng)過預(yù)處理的含金屬供給材料，供應(yīng)固體含碳材料和熱鼓風·空氣；(d)空轉(zhuǎn)，即，不供應(yīng)經(jīng)過預(yù)處理的含金屬供給材料并且不供應(yīng)固體含碳材料，供應(yīng)熱鼓風空氣；以及(e)無風，即，不供應(yīng)經(jīng)過預(yù)處理的含金屬供給材料，不供應(yīng)固體含碳材料，也不供應(yīng)熱鼓風空氣。通常，在上述工藝狀態(tài)中，在直接熔煉容器內(nèi)產(chǎn)生的尾氣的體積流量是不同的。例如，通常，在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)期間的尾氣的流量較高，而在空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間的尾氣的流量較低。進一步舉例來說，通常，在無風狀態(tài)期間沒有尾氣，在空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間的尾氣中沒有熱量值。對上述HIsmelt工藝來說，在上述“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)期間，直接熔煉容器中的壓力控制是重要的問題。

發(fā)明內(nèi)容
在寬泛的意義上，本發(fā)明提供了一種工藝，該工藝用于在直接熔煉容器內(nèi)直接熔煉含金屬供給材料，并從容器產(chǎn)生熔融金屬、熔渣和尾氣的工藝產(chǎn)物，該工藝包括，當該工藝運行在如上所述的“保持”和“空轉(zhuǎn)”的工藝狀態(tài)時，通過控制在供給到流化床預(yù)處理裝置的尾氣流中的尾氣壓力，來控制直接熔煉容器中的壓力。更具體而言，本發(fā)明提供了一種工藝，該工藝用于在工藝的“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)中在直接熔煉容器中直接熔煉含金屬供給材料，并產(chǎn)生熔融金屬、熔渣和尾氣的工藝產(chǎn)物，所述直接熔煉容器形成直接熔煉設(shè)備的一部分，該工藝包括(a)根據(jù)所需給定工藝條件，在多個工藝狀態(tài)中選擇性地運行所述工藝，該工藝狀態(tài)包括“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)以及“保持”和“空轉(zhuǎn)”狀態(tài)，在“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)中，在容器中熔煉含金屬供給材料，以生產(chǎn)熔融金屬，在“保持”和“空轉(zhuǎn)”狀態(tài)中，在直接熔煉容器中以熔融狀態(tài)來維持熔融材料的熔池，而不產(chǎn)生額外的熔融金屬；(b)當工藝運行在“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)中時，將從直接熔煉容器釋放的尾氣分成至少兩股尾氣流，并將一股尾氣流供給到流化床預(yù)處理裝置，以預(yù)處理隨后被供給到直接熔煉容器的含金屬供給材料，并且將另一股尾氣流供給到所述設(shè)備，以用作燃料氣體；(C)當工藝運行在“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)中時，將從直接熔煉容器釋放的尾氣流供給到流化床預(yù)處理裝置，以至少流化隨后被供給到直接熔煉容器的含金屬供給材料；以及(d)當工藝運行在“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)中時，通過控制在供給到流化床預(yù)處理裝置的尾氣流中的尾氣壓力，來控制直接熔煉容器中的壓力。優(yōu)選地，該工藝包括，當運行在“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)中時，通過控制在供給到所述設(shè)備以用作燃料氣體的另一股尾氣流中的尾氣流量，來控制直接熔煉容器中的壓力。本發(fā)明基于此認識通過控制在供給到流化床預(yù)處理裝置的尾氣流中的尾氣壓力，來最好地實現(xiàn)在“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)中的壓力控制。本發(fā)明也基于此認識通過相對于供給到流化床預(yù)處理裝置的尾氣流的另一替代尾氣流，來最好地實現(xiàn)“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)期間的壓力控制。優(yōu)選地，所述工藝包括將至少一股尾氣流作為燃料氣體供給到(i)廢熱回收單元和(ii)爐子中至少一個，所述廢熱回收單元用于產(chǎn)生在該工藝中使用的蒸汽，所述爐子用于產(chǎn)生在該工藝中使用的熱空氣鼓風。優(yōu)選地，“保持”狀態(tài)包括將熱空氣鼓風或熱富氧空氣鼓風、固體含碳材料和熔劑供給到直接熔煉容器，而不供給含金屬材料。優(yōu)選地，“空轉(zhuǎn)”狀態(tài)包括將熱空氣鼓風或熱富氧空氣鼓風供給到直接熔煉容器，而不供給含金屬材料和固體含碳材料。優(yōu)選地，所述工藝包括在預(yù)處理裝置的下游的水洗滌器中，冷卻和去除來自供給到流化床預(yù)處理裝置的尾氣流的微粒材料和可溶氣體種類和金屬蒸汽。優(yōu)選地，步驟(d)包括當工藝運行在“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)中時，通過打開或關(guān)閉洗滌器中的尾氣控制閥，來控制流經(jīng)前述段中描述的洗滌器的尾氣流量，從而控制直接熔煉容器中的壓力，該洗滌器在下文中稱作“壓力控制洗滌器”。優(yōu)選地，步驟(C)包括當工藝運行在“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)時，至少將從直接熔煉容器釋放的基本上全部尾氣流作為尾氣流供給到流化床預(yù)處理裝置，并因此最小化任何尾氣分流。在該情形中，在用于產(chǎn)生所述工藝用的熱空氣鼓風或熱富氧空氣鼓風的爐子中，通常只有不充足的尾氣用作燃料氣體。因此，在該情形中，所述工藝包括當所述工藝運行在“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)中時，將另一燃料氣體，諸如天然氣供給到用于產(chǎn)生所述工藝用的熱空氣鼓風或熱富氧空氣鼓風的爐子。優(yōu)選地，所述工藝包括當所述工藝運行在“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)中時，在爐子和廢熱回收單元的上游的水洗滌器中，冷卻和去除來自另一股尾氣流的微粒材料和可溶氣體種類和金屬蒸汽。優(yōu)選地，在前述段中描述的洗滌器包括尾氣流量控制閥。優(yōu)選地，所述工藝包括在“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)的開始時，至少基本上關(guān)閉在前兩段中描述的氣流洗滌器中的閥。優(yōu)選地，所述工藝包括將來自預(yù)處理裝置的尾氣供給到廢熱回收單元，用作燃料氣體，以產(chǎn)生所述工藝用的蒸汽。

優(yōu)選地，所述工藝包括在“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)期間，將供給到預(yù)處理裝置內(nèi)的流化床預(yù)處理裝置的一部分尾氣流進行再利用。
優(yōu)選地，所述工藝包括當所述工藝運行在“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)中時，以第一體積流量將熱空氣鼓風或熱富氧空氣鼓風供給到直接熔煉容器，并且當所述工藝運行在“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)中時，以更低的第二體積流量將熱空氣或富氧空氣鼓風供給到直接熔煉容器。優(yōu)選地，所述工藝包括當所述工藝運行在“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)中時，將直接熔煉容器中的壓力控制到第一壓力設(shè)置點，并且當所述工藝運行在“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)中時，將直接熔煉容器內(nèi)的壓力控制到更低的壓力設(shè)置點。優(yōu)選地，所述工藝包括在“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)期間監(jiān)控直接熔煉容器中的熔融金屬溫度，并且根據(jù)需要將燃料氣體供給到容器并在容器中燃燒燃料氣體，以維持容器中的熔融金屬溫度。優(yōu)選地，所述工藝包括當所述工藝運行在“空轉(zhuǎn)”狀態(tài)中并且所述工藝是在容器中燃燒燃料氣體時，降低直接熔煉容器中的熔渣的水平。

本發(fā)明還提供一種用于運行直接熔煉設(shè)備的工藝，該直接熔煉設(shè)備具有直接熔煉容器和流化床預(yù)處理單元，所述直接熔煉容器在壓力下運行，所述流化床預(yù)處理單元用于預(yù)處理隨后供給到直接熔煉容器的含金屬材料，所述設(shè)備產(chǎn)生熔融金屬、熔渣和尾氣的產(chǎn)物，其中，所述工藝包括(a)根據(jù)所需給定工藝條件，在多個工藝狀態(tài)中選擇性地運行設(shè)備，所述工藝狀態(tài)包括“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)以及“保持”和“空轉(zhuǎn)”狀態(tài)，在“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)中，在容器中熔煉含金屬供給材料，以生產(chǎn)熔融金屬，并且在“保持”和“空轉(zhuǎn)”狀態(tài)中，在直接熔煉容器中以熔融狀態(tài)維持熔融材料的的熔池，而不產(chǎn)生額外的熔融金屬；(b)當所述設(shè)備運行在“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)中時，將從直接熔煉容器釋放的尾氣分成至少兩股尾氣流，并將一股尾氣流供給到流化床預(yù)處理裝置，以預(yù)處理隨后被供給到直接熔煉容器的含金屬供給材料，并且將另一尾氣流供給到所述設(shè)備，以用作燃料氣體；(C)當所述設(shè)備運行在“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)中時，將從直接熔煉容器釋放的尾氣流供給到流化床預(yù)處理裝置，以至少流化隨后被供給到直接熔煉容器的含金屬供給材料；以及(d)當所述工藝運行在“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)中時，通過控制在供給到流化床預(yù)處理裝置的尾氣流中的尾氣壓力，來控制直接熔煉容器中的壓力。在一般意義上，本發(fā)明還提供一種用于直接熔煉含金屬供給材料并生產(chǎn)熔融金屬的直接熔煉設(shè)備，該設(shè)備包括(a)流化床預(yù)處理裝置，用于預(yù)處理含金屬供給材料；(b)直接熔煉容器，用于通過在該容器中直接熔煉經(jīng)預(yù)熱的含金屬供給材料的工藝來生產(chǎn)熔融金屬，所述工藝包括多個工藝狀態(tài)，該多個工藝狀態(tài)包括如在此描述的“啟動”、“熱金屬生產(chǎn)”、“保持”、“空轉(zhuǎn)”和“無風”；(C)尾氣管道，用于將直接熔煉容器中產(chǎn)生的尾氣帶走，并將尾氣流中的尾氣供給到預(yù)處理裝置；以及(d)工藝控制器，用于當所述工藝運行在如在此描述的“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)中時，通過控制供給到預(yù)處理裝置的尾氣流中的尾氣壓力，來控制直接熔煉容器內(nèi)的壓力。更具體地，本發(fā)明提供一種用于直接熔煉含金屬供給材料并生產(chǎn)熔融金屬的直接熔煉設(shè)備，該設(shè)備包括(a)流化床預(yù)處理裝置，用于預(yù)處理含金屬供給材料；(b)直接熔煉容器，用于通過在容器內(nèi)直接熔煉經(jīng)預(yù)熱的含金屬供給材料的工藝來生產(chǎn)熔融金屬，該工藝包括多個工藝狀態(tài)，該多個工藝狀態(tài)包括如上所述的“啟動”、“熱金屬生產(chǎn)”、“保持”、“空轉(zhuǎn)”和“無風”;(C)爐子,用于產(chǎn)生工藝用的熱空氣鼓風或熱富氧空氣鼓風；(d)廢熱回收單元，用于產(chǎn)生該設(shè)備用的蒸汽；(e)尾氣管道，用于將直接熔煉容器內(nèi)產(chǎn)生的尾氣帶走并將尾氣分成兩股尾氣流，其中一股尾氣流通過第一管道部分被供給預(yù)處理裝置，另一股尾氣流被供給到第二管道部分；以及(f)工藝控制器，用于當工藝運行在如上所述的“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)中時，通過控制在供給到預(yù)處理裝置的尾氣流中的尾氣壓力，來控制直接熔煉容器內(nèi)的壓力。優(yōu)選地，工藝控制器還能夠當工藝運行在如上所述“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)中時，通過控制在供給到第二管道部分的尾氣流中的尾氣壓力，來控制直接熔煉容器內(nèi)的壓力。


以下將參照附圖更加詳細地描述本發(fā)明，附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的直接熔煉設(shè)備的一個實施例的示意圖；并且圖2為在將尾氣供應(yīng)到圖1所示的廢熱回收單元和爐子的尾氣流中的濕式錐形洗滌塔和尾氣冷卻器的放大 圖。
具體實施例方式以下對附圖中所示的設(shè)備的描述基于這種情形根據(jù)本申請人的國際申請PCT/AU96/00197中所述的HIsmelt工藝，采用該設(shè)備來熔煉含鐵供給材料，從而生產(chǎn)熔融鐵。該國際申請所包含的專利說明書中的公開內(nèi)容通過交叉引用結(jié)合到本文中。 該工藝基于直接熔煉容器3的使用。容器3是在本申請人的國際申請PCT/AU2004/000472和PCT/AU2004/000473中所詳細描述的那種類型的容器。這些國際申請所包含的專利說明書中的公開內(nèi)容通過交叉引用結(jié)合到本文中。容器3具有爐床，該爐床包括由耐火磚形成的基部和側(cè)邊；側(cè)壁，該側(cè)壁形成從爐床的側(cè)邊向上延伸的大致呈柱形的筒，并包括上筒部和下筒部；爐頂；位于容器3上部的尾氣管道9 ;用于從容器3連續(xù)排出熔融金屬的前爐67 ;以及用于定期從容器3排出熔渣的出渣口。容器3裝配有向下延伸的水冷式熱空氣鼓風(“HAB”)噴槍7和八個水冷式固體噴射槍5，該熱空氣鼓風噴槍7延伸入容器3的上部空間，而所述固體噴射槍5向下并向內(nèi)延伸穿過側(cè)壁并進入爐渣內(nèi)。在使用中，容器3含有熔融鐵熔池。經(jīng)由固體噴射槍5將含鐵供給材料(諸如鐵礦粉、含有鐵的鋼廠廢料或DRI粉)、煤和熔劑(石灰和白云石)直接注入熔池中。具體而言，一組噴射槍5用于注入含鐵的供給材料和熔劑，而另一組噴射槍5用于注入煤和熔劑。噴射槍5通過水冷來保護它們不受容器3內(nèi)高溫的影響。噴射槍5通常襯有高耐磨的材料，以防止它們受到高速噴射的氣體/固體混合物的磨損。含鐵供給材料通過預(yù)熱到600至700° C范圍內(nèi)的溫度而進行預(yù)處理，并在注入熔池之前在流化床預(yù)熱器17中預(yù)還原。在環(huán)境溫度下注入熔池中之前，煤和熔劑存儲在一系列閘斗倉25內(nèi)。經(jīng)由煤干燥和碾磨設(shè)備71將煤供應(yīng)到閘斗倉25。注入的煤在熔池中液化，從而釋放出H2和CO。這些氣體用作還原劑和能量源。煤中的碳快速溶解在熔池內(nèi)。被溶解的碳和固態(tài)碳也用作還原劑，產(chǎn)生作為還原產(chǎn)物的CO。注入的含鐵供應(yīng)材料熔化為熔池中的熔融鐵，并經(jīng)由前爐67連續(xù)排出。在該過程中產(chǎn)生的熔渣經(jīng)由出渣口(未示出)定期排出。在熔池中發(fā)生的將注入的含鐵供給材料熔化為熔融鐵所涉及的典型還原反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。維持這一過程、更具體而言維持這些吸熱反應(yīng)所需的能量是通過從熔池釋放的CO和H2與經(jīng)由HAB噴槍7在通常為1200° C的高溫下注入的富氧空氣起反應(yīng)而提供的。從在容器頂部空間內(nèi)的上述后燃燒反應(yīng)釋放的能量經(jīng)由“過渡區(qū)”而被傳輸?shù)饺廴阼F熔池，該“過渡區(qū)”為熔池上方的含有爐渣和鐵的液滴的高湍流度區(qū)域的形式。這些液滴在該過渡區(qū)內(nèi)由后燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱加熱，并返回到爐渣/鐵熔池，從而將能量傳輸?shù)饺鄢?。?jīng)由HAB噴槍7注入到容器3內(nèi)的熱富氧空氣是在熱鼓風爐11內(nèi)以這樣的方式產(chǎn)生的，即，使富氧空氣(名義上氧氣體積含量為30至35% )通過爐子11，并對空氣加熱，之后經(jīng)由熱鼓風主管41將熱富氧空氣輸送到HAB噴槍7。

調(diào)節(jié)爐子11的運行以確保在主管41中有連續(xù)的、不中斷的熱富氧空氣在恒定的直線溫度下向HAB噴槍7流動。每個爐子11按照多個階段的重復(fù)次序運行，這些階段包括加熱階段、灌注階段和熱交換階段，熱交換階段比加熱階段的時間段長。在爐子11的加熱階段期間，通過以下方式加熱爐子11，即燃燒(a)來自容器3的經(jīng)冷卻和凈化的尾氣，和/或(b)可選的另一燃料氣體，諸如天然氣，以及(C)爐子11的燃燒器組件(未示出)內(nèi)的燃燒氣體，之后使燃燒產(chǎn)物通過爐子U。在爐子11的熱交換階段期間，將來自氧氣設(shè)備29的氧氣混合到鼓風機31所產(chǎn)生的增壓空氣流中。這些富氧空氣流通過爐子11，并在爐子11內(nèi)加熱，從而為容器3產(chǎn)生熱富氧增壓空氣流。這些熱富氧空氣流通常被稱為“熱鼓風”或“熱空氣鼓風”。爐子11的灌注階段是這樣的階段，即，其中一個爐子基本關(guān)閉，且既不被燃燒尾氣(和其他燃料氣體，諸如天然氣)加熱也不通過與空氣流熱交換而冷卻。給定爐子11的灌注階段的持續(xù)時間至少為打開和關(guān)閉閥所需的時間量，這些閥的打開和關(guān)閉是轉(zhuǎn)換尾氣和熱空氣流所需的，從而(a)將給定爐子從加熱階段切換為熱交換階段以及(b)將另一爐子從熱交換階段切換為加熱階段。在煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng)13內(nèi)凈化爐子11在其加熱過程中所釋放的燃燒產(chǎn)物。該FGD從燃燒產(chǎn)物中去除通常以硫化氫(H2S)和二氧化硫(SO2)形式存在的硫。容器3內(nèi)產(chǎn)生的尾氣含有硫，如以下將描述的那樣，在尾氣到達爐子11之前，不能在容器3下游進行的尾氣凈化中完全去除硫。在爐子11在其加熱階段釋放的燃燒產(chǎn)物通過FGD系統(tǒng)之前，所述燃燒產(chǎn)物可通過熱交換器(未示出)，并且在將加熱的尾氣和燃燒空氣作為供給材料在加熱階段供應(yīng)到爐子11的燃燒器之前，對已冷卻且凈化的來自容器3的尾氣和燃燒氣體進行預(yù)加熱。容器的尾氣和燃燒空氣可預(yù)加熱到大約180° C的溫度。尾氣經(jīng)由位于容器3上部的尾氣管道9從容器3釋放，并且尾氣首先通過輻射冷卻器15,該福射冷卻器以下稱為“尾氣罩”。通常,尾氣在大約1450° C的溫度下離開容器并進入該尾氣罩。尾氣在通過尾氣罩15的同時被冷卻,從而導(dǎo)致在汽鼓35內(nèi)產(chǎn)生積聚的蒸汽。該尾氣罩可以是美國專利6，585，929中所述的冷卻、并部分凈化尾氣的那種類型的尾氣罩。離開尾氣罩15的尾氣流處于大約1000° C的溫度下，并被分成兩股氣流。具體參照圖2 ，一股離開尾氣罩15的尾氣流包含有55 — 65%的來自容器3的尾氣，該股尾氣流首先通過濕式錐形洗滌塔21。洗滌塔21使流過其中的尾氣驟冷，并從流過其中的尾氣中去除掉微粒材料和可溶的氣體種類以及金屬蒸汽。尾氣的溫度在洗滌塔內(nèi)從大約1000° C下降到100° C以下，通常在65° C至90° C之間。洗滌塔21包括上腔室71、下腔室73和使上腔室71、下腔室73互相連接的垂直延伸管75。洗滌塔21包括位于管75下端內(nèi)的尾氣控制閥77。該控制閥77包括液壓操作的錐形元件79，該錐形元件能垂直運動以打開或關(guān)閉管75的下端。洗滌塔21在上腔室71內(nèi)包括噴水器69，以及相對于管75和控制元件79定位的其他噴水器(未示出)。將補充水和在洗滌塔內(nèi)的循環(huán)水供應(yīng)至噴水器。控制閥77對通過洗滌塔21的尾氣的流量進行控制。這是對來自容器3的尾氣的第一可變流量約束。因此，控制閥77對直接熔煉容器3內(nèi)的壓力進行控制，在生產(chǎn)熔融鐵的過程中，優(yōu)選將其控制成0. 8巴的表壓。來自洗滌塔21的尾氣經(jīng)由下腔室73內(nèi)的出口 81離開洗滌塔21，并通過尾氣冷卻器23，該尾氣冷卻器23進一步冷卻尾氣至50° C以下，通常在30° C到45° C之間，以從尾氣去除足量的水分，從而尾氣可用作燃料氣體。通常，離開冷卻器的尾氣具有5%或更少的H2O以及低于10mg/Nm3、通常為5. Omg/Nm3的含霧量。在通常的金屬生產(chǎn)的狀況下，所產(chǎn)生的尾氣適于用作(a)爐子11 (如上所述)以及(b)WHR系統(tǒng)25內(nèi)的燃料氣體。此外，經(jīng)洗滌和冷卻的尾氣適于在干燥和碾磨設(shè)備71內(nèi)對煤進行干燥。出于以上目的，將來自氣體冷卻器23的尾氣分成三股氣流，其中一股氣流通向爐子11，另一股氣流通向WHR系統(tǒng)25，第三股氣流通向干燥和碾磨設(shè)備71。來自尾氣冷卻器23的尾氣流是相對高含量的尾氣。通向WHR系統(tǒng)25的氣流與如下所述通過預(yù)熱器17的冷卻和凈化的尾氣混合，該冷卻和凈化的尾氣是相對低含量的尾氣，這是因為在該預(yù)熱器中，通過尾氣中的CO和H2對含鐵供給材料進行了預(yù)還原。如上詳細描述的，在通常的金屬生產(chǎn)狀況下，聯(lián)合的尾氣流所具有的熱量值使得其適于作為燃料氣體燃燒。將聯(lián)合的尾氣流、(圖1中附圖標記83所指的)天然氣形式的附加燃料氣體源以及空氣供應(yīng)到WHR系統(tǒng)25，并在其內(nèi)燃燒。聯(lián)合的尾氣流在WHR系統(tǒng)25內(nèi)以這樣的方式燃燒，即，最大化的破壞CO，同時最小化的形成NOx。從WHR系統(tǒng)25釋放的尾氣與來自爐子11的尾氣聯(lián)合，然后通向FGD系統(tǒng)13。在FGD系統(tǒng)13中去除SO2,并通過煙囪45將廢氣排放到大氣。大約含有35 - 45%體積比的尾氣的另一股氣流通過用于含鐵供給材料的流化床預(yù)熱器17。該預(yù)熱器17從含鐵供給材料去除水分，并對含鐵供給材料進行預(yù)熱和預(yù)還原。尾氣是預(yù)熱器17內(nèi)的流化氣體和能量的來源。當工藝是生產(chǎn)熔融金屬時，設(shè)備的工藝控制器對流向預(yù)熱器17的尾氣流進行控制，從而(a)將尾氣流控制為大于最小流量，以維持預(yù)熱器17內(nèi)的流化狀態(tài)，以及(b)將含鐵供給材料預(yù)熱到600至700° C的范圍內(nèi)的大致恒定的溫度。從預(yù)熱器17釋放的尾氣通過旋流器61，并且從尾氣分離出夾帶的灰塵。然后，尾氣通過濕式錐形洗滌塔63，該洗滌塔63從尾氣去除掉微粒材料和可溶的氣體種類以及金屬蒸汽，并將尾氣的溫度從500° C到200° C之間冷卻到100° C以下，通常在65° C至90° C之間。洗滌塔63與上述濕式錐形洗滌塔21的基本結(jié)構(gòu)相同。具體而言，該洗滌塔63使流過其中的尾氣驟冷，并從流過其中的尾氣去除掉微粒材料和可溶的氣體種類以及金屬蒸汽。而且，如在洗滌塔21中的情形那樣，洗滌塔63包括尾氣流量控制閥，該控制閥具有液壓操作的錐形元件，該錐形元件能垂直運動以打開和關(guān)閉所述閥，從而對通過洗滌塔的尾氣的流量進行控制。然后，來自洗漆塔63的尾`氣通過尾氣冷卻器65,該尾氣冷卻器65進一步將尾氣冷卻至50° C以下，通常在30° C到45° C之間，以從尾氣去除足量的水分，從而尾氣可用作燃料氣體。通常，離開冷卻器的尾氣具有5%或更少的H2O,以及低于10mg/Nm3、通常為
5.Omg/Nm3的含霧量。如上所述，經(jīng)冷卻和凈化的尾氣然后與來自冷卻器23的尾氣流聯(lián)合，并在廢熱回收(WHR)系統(tǒng)25中用作燃料氣體。該WHR系統(tǒng)25包括熱氧化器37，即，燃燒器組件，以及相關(guān)的燃燒室；WHR單元39，S卩，鍋爐;汽鼓；以及熱交換器裝置，諸如過熱螺旋管和軟化水節(jié)水器。WHR系統(tǒng)25產(chǎn)生飽和蒸汽。該飽和蒸汽與來自尾氣罩15的汽鼓35的飽和蒸汽混合，從而WHR系統(tǒng)25的過熱螺旋管從該飽和蒸汽產(chǎn)生過熱蒸汽。WHR系統(tǒng)25的蒸汽產(chǎn)生裝置包括用于保護下游螺旋管的輻射屏蔽；具有減熱器控制件的兩級過熱部(其中，根據(jù)需要通過注入軟化水來控制過熱量，以將過熱蒸汽維持在420° C的溫度)；主蒸發(fā)器部，包括三個對流螺旋管模塊；節(jié)水器部；以及
蒸汽室，具有三單元式的軟化水控制件。在WHR系統(tǒng)25和尾氣罩15內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽用來驅(qū)動HAB鼓風機31和氧氣設(shè)備29的主空氣壓縮機(未示出)，剩余的蒸汽通過渦輪式交流發(fā)電機，該渦輪式交流發(fā)電機產(chǎn)生運行設(shè)備所需的電能。渦輪式發(fā)電機系統(tǒng)包括設(shè)計成接收過熱蒸汽的冷凝式渦輪機。渦輪機的排出物通過在真空下運行的表面冷凝器，并通過冷凝物泵將所形成冷凝物泵送到除氣器。使用尾氣作為設(shè)備中的燃料氣體抵消了一定量的電能，這樣就使得設(shè)備在電力方面大體上能自給自足，否則這一部分電源要從外部電網(wǎng)獲取。通常，WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37為筒形碳鋼殼體，其內(nèi)部是耐火和絕緣的。在使用中，由于以下多個因素，包括(a)在工藝運行期間產(chǎn)生的并因而從容器3排出的尾氣的變化，(b)設(shè)備對蒸汽需求的變化，(c)可用于WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37的尾氣的變化，該變化是由于爐子11對尾氣的競爭性需求所引起的，(d)爐子11對尾氣需求的變化，因此，WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37在來自上述尾氣分離流的聯(lián)合尾氣流量變化的情況下運行。所述工藝被設(shè)計成在多種“狀態(tài)”下運行，這些“狀態(tài)”在熔煉運行期期間具有不同運行狀況，這些“狀態(tài)”例如包括以下工藝狀態(tài)(a)啟動； (b)熱金屬的生產(chǎn)，S卩，供應(yīng)熱礦石、煤、熔劑以及熱鼓風；(C)保持，S卩，不供應(yīng)熱礦石，供應(yīng)煤和熱鼓風；(d)空轉(zhuǎn)，即，不供應(yīng)礦石和煤，供應(yīng)熱鼓風，在某些情況下供應(yīng)諸如天然氣的燃料氣體；以及(e)無風，即，不供應(yīng)礦石和煤，也不供應(yīng)熱鼓風。在保持狀態(tài)期間，尾氣的熱量值會在相對低含量和相對高含量之間變化。熱量值取決于向熔池中供給煤的速度和向容器3中供給熱空氣鼓風的速度。這些參數(shù)影響著尾氣中的碳含量以及尾氣中的CO和CO2的含量。在空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間，尾氣熱量值相對較低。通常，只有將熱空氣鼓風供應(yīng)到容器3(連同通過固體噴射槍5供應(yīng)的吹掃氮氣)，尾氣的組成才類似于空氣。在空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間，對熱金屬溫度進行監(jiān)控，并且在需要時，將諸如天然氣的燃料氣體供應(yīng)到熔融熔池上方的頂部空間內(nèi)。該燃料氣體在熱空氣鼓風中燃燒。這有助于加熱容器3和熔融熔池。燃料氣體以這樣的方式進行的燃燒通常是完全的，從而與其中只向容器3提供熱空氣鼓風的空轉(zhuǎn)狀態(tài)相比，尾氣的熱量值不會提高。在工藝處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)中時，在容器3內(nèi)燃燒燃料氣體之前，容器的操作者可將爐渣分流到最低水平，或甚至排完爐渣。爐渣分流使得在容器3中留有某一最低水平的爐渣，而爐渣排完則基本上將所有的爐渣排出容器。降低容器3內(nèi)的爐渣的水平，使得金屬可直接通過燃燒來加熱。在這些情形下，爐渣起到了絕緣器的作用，并且降低了金屬受到的熱量。在上述工藝狀態(tài)中，容器3內(nèi)產(chǎn)生的尾氣的體積流量和熱量值是不同的。例如，尾氣的流量和熱量值在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)期間相對較高，而在空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間相對較低。
此外，在給定的工藝狀態(tài)過程期間，容器3內(nèi)產(chǎn)生的尾氣的體積流量和熱量值還由于運行條件的變化而有所不同。例如，在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)期間，運行條件會有些變化，這些變化將導(dǎo)致產(chǎn)生的尾氣在量和熱量值上有所不同。此外，WHR系統(tǒng)25可用的燃料氣體的體積流量隨著爐子11的階段而變化。具體而言，當爐子11在其灌注階段中運行時，通向WHR系統(tǒng)25的尾氣分離流具有相當高的流量。如上所述，與爐子11在加熱階段所需的尾氣量相比，爐子11在其灌注階段所需的尾氣量要低得多。此外，在工藝的不同狀態(tài)中，設(shè)備的蒸汽(和電力)需求是不同的，從而WHR系統(tǒng)25所需的燃料氣體的體積流量和熱量值也不同。例如，在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)期間，設(shè)備的蒸汽(和電力)需求比啟動狀態(tài)期間高出約40 — 60%。此外，在工藝的不同狀態(tài)中，爐子11的燃料氣體需求是不同的。例如，在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)期間，所需的燃料氣體的量要高于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。有鑒于此，在至少一些工藝狀態(tài)期間，需要將諸如天然氣(或尾氣之外的其他燃料氣體)的可選燃料氣體供應(yīng)到WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37，從而滿足熔煉運行期期間設(shè)備的蒸汽需求。 此外，有鑒于此，需要改變供應(yīng)到WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37的諸如天然氣(或尾氣之外的其他燃料氣體)的可選燃料氣體的流量，從而在熔煉運行期的給定狀態(tài)期間補償來自容器3的尾氣的變化流量和熱量值，以滿足設(shè)備的蒸汽需求。此外，有鑒于此，在至少一些工藝狀態(tài)下，需要將諸如天然氣(或其他燃料氣體)的可選燃料氣體供應(yīng)到爐子11的燃燒器組件，以補償尾氣的流量和熱量值的變化，從而維持燃燒器組件用的燃料氣體的目標流量和目標熱量值。當工藝運行在無風、保持和空轉(zhuǎn)狀態(tài)中時，特別需要供應(yīng)諸如天然氣的可選燃料氣體。在這些狀態(tài)期間，流向爐子11的尾氣被完全切斷，或至少有相當程度的減少，從而在這些工藝狀態(tài)期間，需要有另一諸如天然氣的燃料氣體以所需水平來維持爐子11運行。因此，設(shè)備的工藝控制器通過改變作為額外燃料氣體的天然氣的流量來運行WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37，以在工藝中的任何時間點提供燃料氣體所需的流量和熱量值。因此，設(shè)備的工藝控制器還通過改變空氣的流量來運行WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37，以抵消尾氣和天然氣的變化流量，從而確保最佳燃燒。因此，設(shè)備的工藝控制器還通過改變作為額外燃料氣體的天然氣的流量來運行爐子11的燃燒器組件，以在工藝中的任何時間點提供燃料氣體所需的流量和熱量值。因此，設(shè)備的工藝控制器還通過改變空氣的流量來運行爐子11的燃燒器組件，以抵消尾氣和天然氣的變化流量，從而確保最佳燃燒。此外，在由于爐子11內(nèi)尾氣的需求降低，因而通向燃燒器組件37的尾氣增加之前，設(shè)備的工藝控制器在通常為30秒的預(yù)定時間段內(nèi)開始斜線式地增加通向WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37的空氣流量。類似地，在由于爐子11內(nèi)尾氣的需求增加，因而通向燃燒器組件37的尾氣減少之前，設(shè)備的工藝控制器在通常為30秒的預(yù)定時間段內(nèi)開始斜線式地降低通向WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37的空氣流量。對于在任何時間點，確定WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37和爐子11的燃燒器組件所需的天然氣流量而言，設(shè)備在不同時間點的尾氣熱量值是重要的參數(shù)。設(shè)備包括質(zhì)譜儀CV1、CV2和CV3，這些質(zhì)譜儀位于設(shè)備所選的位置處，用以確定這些位置處的尾氣熱量值。所測量到的熱量值由所述設(shè)備的工藝控制器進行處理，這是確定尾氣和天然氣所需流量的一部分處理。所選的位置位于尾氣罩15內(nèi)(CV1)、尾氣冷卻器23的下游和通向爐子11和WHR系統(tǒng)25的尾氣分流的上游(CV2)以及預(yù)熱器61的下游(CV3)。以不同狀態(tài)的范圍運行上述工藝還對不同狀態(tài)期間容器3內(nèi)的壓力控制具有影響。此外，為了將含鐵供給材料維持在流化狀態(tài)，預(yù)熱器17具有某一最低氣體流量要求。由位于預(yù)熱器17下游的濕式錐形洗滌塔63內(nèi)的控制閥來控制通過預(yù)熱器17的氣體流量。上述描述表明，當所述工藝生產(chǎn)熔融鐵時，即當所述工藝運行在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)中時，通過濕式錐形洗滌塔21的控制閥77來控制容器壓力。更加具體而言，設(shè)備包括位于尾氣罩15內(nèi)的壓力傳感器P1，該壓力傳感器對以連續(xù)的形式流過尾氣罩的尾氣壓力進行監(jiān)控。當工藝運行在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)中時，設(shè)備的工藝控制器響應(yīng)于所監(jiān)控的壓力，并運行濕式錐形洗滌塔21的控制閥77，從而根據(jù)需要調(diào)節(jié)壓力，優(yōu)選維持恒定的容器壓力?？刂崎y77的控制電路的時間常數(shù)顯著小于預(yù)熱器17下游的洗滌塔63內(nèi)的控制閥的控制電路的時間常數(shù)。因此，就控制容器3內(nèi)的壓力和控制通過預(yù)熱器17的氣體流量之間的控制而言，在金屬生產(chǎn)期間，主要是對容器壓力進行控制。在工藝的其他狀態(tài)期間，尤其是在保持和空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間，仍有必要維持對容器3內(nèi)的壓力的控制。在這些狀態(tài)期間，這樣的壓力控制是通過預(yù)熱器17下游的濕式錐形洗滌塔63內(nèi)的上述控制閥而不是通過濕式錐形洗滌塔21的控制閥77實現(xiàn)的。更加具體而言，當工藝運行在這些狀態(tài)中時，濕式錐形洗滌塔21的控制閥77至少基本上關(guān)閉，從而沒有尾氣流或至多僅有最少的尾氣流通過洗滌塔21，然后從該源進入爐子11和WHR系統(tǒng)25。因此，在保持和空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間，濕式錐形洗滌塔63中的控制閥變?yōu)橹饕膲毫刂破?。這還確保了通過預(yù)熱器的氣體流量，以使含金屬材料被維持在流化狀態(tài)中。此外，當工藝變?yōu)楸３趾涂辙D(zhuǎn)狀態(tài)中時，工藝控制器運行以降低從爐子11供應(yīng)到容器3的熱空氣鼓風的流量設(shè)置點。容器的壓力設(shè)置點也被降低。通常，設(shè)置點從表壓0.8巴降低到表壓0.4巴。在保持和空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間，已經(jīng)通過預(yù)熱器17的一部分尾氣被循環(huán)利用，并與來自容器3的尾氣聯(lián)合，從而有助于維持預(yù)熱器17內(nèi)的流化條件。在無風狀態(tài)下，不向容器供應(yīng)熱空氣鼓風。關(guān)閉預(yù)熱器17下游的洗滌塔63，并且對預(yù)熱器17內(nèi)的所有尾氣進行循環(huán)利用，從而作為流化氣體運行。在保持和空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間，爐子11產(chǎn)生的熱空氣鼓風量減小。為了確保爐子11不超過最高溫度，與在熱金屬生產(chǎn)狀態(tài)期間向爐子供應(yīng)的燃料氣體的總能量相比，降低向爐子11供應(yīng)的燃料氣體的總能量。這樣，在保持和空轉(zhuǎn)狀態(tài)期間，輸入到爐子11的能量降低，從而與減少的熱空氣鼓風流對能量需求的降低相匹配。在不偏離本發(fā)明的精神 和范圍的情況下，可對上述本發(fā)明的實施例作出多種改變。
權(quán)利要求
1.一種直接熔煉工藝，所述直接熔煉工藝用于在直接熔煉容器中直接熔煉含金屬供給材料，并從所述直接熔煉容器中產(chǎn)生熔融金屬、熔渣和尾氣的工藝產(chǎn)物，所述直接熔煉工藝包括當所述工藝在“保持”狀態(tài)和“空轉(zhuǎn)”狀態(tài)下運行時，通過控制在供給到流化床預(yù)處理裝置的尾氣流中的尾氣壓力來控制所述直接熔煉容器內(nèi)的壓力。
2.一種直接熔煉設(shè)備，用于直接熔煉含金屬供給材料并生產(chǎn)熔融金屬，所述直接熔煉設(shè)備包括 Ca)流化床預(yù)處理裝置，用于預(yù)處理含金屬供給材料； (b)直接熔煉容器，用于通過在所述容器中直接熔煉經(jīng)預(yù)熱的含金屬供給材料的工藝來生產(chǎn)熔融金屬，所述工藝包括多個工藝狀態(tài)，該多個工藝狀態(tài)包括“啟動”、“熱金屬生產(chǎn)”、“保持”、“空轉(zhuǎn)”和“無風”； (c)尾氣管道，用于將在所述直接熔煉容器中產(chǎn)生的尾氣帶走，并將尾氣流中的尾氣供給到所述預(yù)處理裝置；以及 (d)工藝控制器，用于當所述工藝運行在“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)中時，通過控制供給到所述預(yù)處理裝置的尾氣流中的尾氣壓力來控制所述直接熔煉容器內(nèi)的壓力。
3.一種直接熔煉設(shè)備，用于直接熔煉含金屬供給材料并生產(chǎn)熔融金屬，所述直接熔煉設(shè)備包括 Ca)流化床預(yù)處理裝置，用于預(yù)處理含金屬供給材料； (b)直接熔煉容器，該直接熔煉容器用于通過用于在所述直接熔煉容器內(nèi)直接熔煉經(jīng)預(yù)熱的含金屬供給材料的工藝來生產(chǎn)熔融金屬，所述工藝包括多個工藝狀態(tài)，該多個工藝狀態(tài)包括“啟動”、“熱金屬生產(chǎn)”、“保持”、“空轉(zhuǎn)”和“無風”； (c)爐子,用于產(chǎn)生所述工藝用的熱空氣鼓風或熱富氧空氣鼓風； (d)廢熱回收單元，用于產(chǎn)生所述設(shè)備用的蒸汽； (e)尾氣管道，用于將所述直接熔煉容器內(nèi)產(chǎn)生的尾氣帶走，并將所述尾氣分成兩股尾氣流，其中一股尾氣流通過第一管道部分被供給到所述預(yù)處理裝置，另一股尾氣流被供給到第二管道部分；以及 (f )工藝控制器，用于當工藝運行在所述“保持”和“空轉(zhuǎn)”工藝狀態(tài)中時，通過控制在供給到所述預(yù)處理裝置的尾氣流中的尾氣壓力，來控制所述直接熔煉容器內(nèi)的壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述工藝控制器還能夠當所述工藝運行在所述“熱金屬生產(chǎn)”狀態(tài)中時，通過控制在供給到所述第二管道部分的所述尾氣流中的尾氣壓力，來控制所述直接熔煉容器內(nèi)的壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及直接熔煉工藝中的壓力控制。本發(fā)明公開了一種工藝，該工藝用于在直接熔煉容器中直接熔煉含金屬供給材料，并從所述容器中產(chǎn)生熔融金屬、熔渣和尾氣的工藝產(chǎn)物。該工藝包括，當該工藝在“保持”和“空轉(zhuǎn)”的工藝狀態(tài)下運行時，通過控制在供給到流化床預(yù)處理裝置的尾氣流中的尾氣壓力，來控制直接熔煉容器內(nèi)的壓力。
文檔編號C21C5/56GK103060503SQ20121052613
公開日2013年4月24日 申請日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者尼爾·約翰·古德曼 申請人:技術(shù)資源有限公司