專利名稱:直接還原原料中之氧化鐵之方法
本發(fā)明敘述一種利用氣化氣體來直接還原原料中之氧化鐵的方法，該氣化氣體是在氣化器里產(chǎn)生的，使碳在一種添加了硫接受體之流化床內(nèi)與氧反應(yīng)，而如果需要的話，加用蒸氣，此氣化氣體經(jīng)過分離其中載帶的固體顆粒之后，隨即供入一種直接還原的豎式爐內(nèi)，而至少將由該直接還原之豎式爐回收得來之爐頂氣體中之一部分氣體，經(jīng)過洗塵之后，將其壓縮，再循環(huán)通入氣化器內(nèi)。
這種類型之工藝過程敘述于美國專利第4,260,412號，其中敘述已經(jīng)被粉碎成粒度足夠小的煤粒(小于10mm較好)是在氣化器內(nèi)，在流化床形成的情況下與蒸汽和氧反應(yīng)。反應(yīng)溫度低于爐渣之熔化溫度；爐渣或灰粒以粘結(jié)的固體形式脫離流化床，同時必須利用一種復(fù)雜的卸料系統(tǒng)將這些渣滓從反應(yīng)器中除去。另外，為了保持滿意的灰稠度，需要一種很精確的溫度調(diào)節(jié)器。
豎式還原爐中所產(chǎn)生的爐頂氣體，經(jīng)過一個還原車間之洗塵、冷卻和除掉酸性氣體(例如二氧化碳和硫化氫)之后，至少部分循環(huán)通入氣化器內(nèi)。廢掉酸性氣體。另一部分已脫氧之爐頂氣體，經(jīng)過再(加)熱之后，循環(huán)通入直接還原的豎式爐內(nèi)。
爐頂氣體除二氧化碳的過程中，質(zhì)量和熱平衡的效果是相反的，因為那些尚未用作還原作用的個別量的煤和氧氣必須再供入氣化器內(nèi)。而且，在除酸氣的裝置中，需要用蒸氣或任一種其他的熱源來使洗液再生。
本發(fā)明的目的是為了避免這些不利因素和困難，提供一種初始分類的方法，此法提高了操作溫度，同時使所提供的煤和氧得到更好的使用。本發(fā)明進一步的目的是滿足經(jīng)濟利益，本發(fā)明不需要將煤研碎成特別小的顆粒，可以以細粒和粗粒的形式使用，可以充分地輸送。
依據(jù)本發(fā)明之初始分類的方法，可以使預(yù)定的目的得到成功，在此方法中，一當細顆粒從煤中分離出來時，應(yīng)使硫接收體以及必要時進一步添加之助熔劑以與形成流化床之氣體并流和/或逆流的方式輸入，一將含有二氧化碳濃度為15-30％的，溫度為80-800℃之從豎式還原爐出來的爐頂氣體，從氣化器的壁側(cè)重新循環(huán)通入流化床的區(qū)域內(nèi)，該區(qū)的溫度至少維持在1,150℃，一爐渣，在氣化器普遍的溫度下是處于熔融狀態(tài)的，其中含有爐灰和硫化物，在浸液的形式下聚集，所以可以在氣化器之底部附近安裝一個開關(guān)，用以除去爐渣，而一從氣化氣體中分離出來的固體顆粒與煤灰混合而形成尺寸大于3mm之顆粒，將其循環(huán)通入浴渣表面之上的氣化器之底部區(qū)域。
就已知的方法來說，是將粒狀的硫接受體和煤一起通入氣化器較低之部位。借助這種類型的通入方法，此硫不能充分有效地從所形成的氣化氣體中除去。例如，可以用石灰石、煅石灰、消石灰和白云石等作為硫接受體。為了控制所形成的浴渣的成份和含量，可以加入如沙和/或氟化石等作為輔助的助熔劑。
按照本發(fā)明之方法，此氣化氣至少在950℃以上離開氣化器，其中之硫含量小于50ppm，而其還原程度R=H2+COH2O+CO2]]>，在15至30之間。
從直接還原的豎式爐中得來的循環(huán)的爐頂氣體，含有水和CO2。在氣化器里，一部分二氧化碳被還原成一氧化碳，水份使氣化氣中之氫份增加，隨之降低了氧氣的供應(yīng)量。
相對地講，用來生產(chǎn)氣化氣體之煤份，其顆粒的尺寸在3-25mm之間為宜，煤粒是從氣化器的頂部通入。由于氣化器內(nèi)的溫度普遍地高，使粗煤粒可以發(fā)生瞬間的爆裂。所得的煤粒的大小，符合它們摻入流化床中的煤的尺寸。
根據(jù)本發(fā)明之方法，其先進性體現(xiàn)在將一部分經(jīng)除塵和壓縮的爐頂氣體，經(jīng)過一種冷凍的干燥器之后，加到氣化氣體中，用以調(diào)整一氧化碳和二氧化碳之間之比率，同時將所生成的還原氣體之溫度調(diào)整在750-1000℃之范圍內(nèi)；將此還原氣體通入豎式還原爐內(nèi)。
利用本方法來調(diào)整溫度以及調(diào)整還原氣體中之CO和CO2之比率之后，使含氧化鐵的原料，例如塊礦、丸礦或燒結(jié)物等輸入直接還原的豎式爐內(nèi)進行還原成為可能，即，使其無困難地適合還原的條件，此外，可控制直接還原所生成之鐵(DRI)中之碳含量。
特定，將含水量小于1％之爐頂氣體加到氣化氣體中。
按照本發(fā)明所得之高度金屬化之產(chǎn)品，其金屬化的程度為90-98％，所含的硫量在0.03-0.05％之范圍內(nèi)，其含碳量可以限制在約1.0-3.0％之范圍內(nèi)。它極適合于用作生產(chǎn)鋼鐵所用的電弧或一種等離子體爐中之加(入)料。
循環(huán)的爐頂氣體，在導(dǎo)入氣化器之前，最好應(yīng)事先利燃燒另一部分除了塵的爐頂氣體來進行予熱，最好將溫度提高到500-700℃之間。
不用予熱，直接將一部分除了塵的和經(jīng)壓縮之爐頂氣體通入氣化器里，也是可行的，在這種情況下，爐頂氣體的溫度取決于壓縮的程度，大約是80-200℃之間。將氣化器里的壓力調(diào)整至2.5-5.5巴之間。此豎式爐內(nèi)的壓力為2-5巴，所以，氣化器內(nèi)的普遍壓力總是要高過豎式爐中之壓力，即至少高0.3巴。
有利的條件是將占爐頂氣體總量之30-50％之爐頂氣體，循環(huán)通入氣化器里。
另一部分爐頂氣體，可用來予熱該循環(huán)用之爐頂氣體，只可能剩下少量的，過量的氣體，從還原車間廢棄掉。
根據(jù)本發(fā)明之另一種先進的體現(xiàn)硫接受體以及必要時所添加之助熔劑，應(yīng)從數(shù)個位置同時往氣化器里供料。這些供料點既可以在氣化器的上部，也可以在氣化器的低部，最好是位于最緊接浴渣表面之位置，而細粒狀之硫接受體，最好是將其研磨成0.1mm，以下大小之顆粒，目的是當用一種與煤料無關(guān)之輸送氣體將之吹入時，使其既可以與硫化床的碳粒子，又可以與氣化器之頂部所形成的氣化氣體完全接觸?？赡艿玫降拿摿虺潭?，已經(jīng)比以往已知的方法改進了很多。相應(yīng)地，已經(jīng)提到過，含硫量特別低的，不超過約0.03-0.05％的鐵料，同樣達到金屬化產(chǎn)品(DRI)之限度，所以可直接用作優(yōu)質(zhì)鋼的生產(chǎn)而不需要進行任何脫硫作用。
從氣化氣體中分離出來的固體顆粒，在循環(huán)通入氣化器之前，應(yīng)適當?shù)乩鋮s，即在其與煤灰混合之前或同時，進行冷卻。此固體顆?；蚧旌衔锢鋮s后之溫度約為60℃。
從氣化氣體中分離出來之固體顆粒和煤灰之混合物，非常有利地可用經(jīng)壓縮之爐頂氣體，吹入氣化器內(nèi)。
如今，將通過附圖中之車間設(shè)計圖而使本發(fā)明得到更詳細的解釋。
氣化器1之頂部作為供塊狀煤和助熔劑之進口。利用螺旋輸送器3，將煤從貯藏器2往氣化器內(nèi)供料，而助熔劑是經(jīng)螺旋輸送器6將其從貯藏器5送到氣化器1內(nèi)。
含氧氣體從管道7送入氣化器之較低部分，而用一種輸送氣，將研磨成細粒之硫接收體從貯罐8，經(jīng)過9、10、11三道支管吹入氣化器之低部和頂部。在氣化器1內(nèi)，碳流化床是靠吹入氣體之適當?shù)牧魉賮砭S持的。流化床之溫度至少保持在1,150℃，在這樣的溫度下，不能氣化之煤灰處于熔融狀態(tài)而且會與硫接收體，如硫化鈣，熔融成化合物而變成爐渣。
將液態(tài)之爐渣收集在氣化器1底部所設(shè)立之爐渣浴池12內(nèi)，而且間歇地經(jīng)排出孔13進行回收。所形成之氣化氣體經(jīng)管道14離開氣化器1之頂部，而根據(jù)具體的圖解，是在冷卻器15(間接地采用用水冷卻之熱交換器)，將其冷卻至爐渣之固化溫度以下。接著，氣化氣體進入除塵裝置16，此裝置至少包括一種熱旋風(fēng)除塵器。
脫離了固體顆粒之氣化氣體經(jīng)管道17輸入直接還原之豎式爐13內(nèi)。在通入豎式爐18之前，應(yīng)將氣化氣予熱-這符合已知方法的要求-但根據(jù)本發(fā)明之方法，可以省略掉。在進入除塵裝置16之前或之后，可以將氣化氣體與一定量之經(jīng)過除塵和壓縮的爐頂氣體混合在一起，此法有利于調(diào)整所生成的還原氣體之溫度以及CO/CO2之比率，使其達到所要求之數(shù)值。由于循環(huán)的爐頂氣體中，除了含有CO2之外，還含有水，所以只有經(jīng)過一種冷凍的干燥器19，才可將其加入氣化氣中。按照具體的圖解，管道20優(yōu)先將經(jīng)過除塵裝置16除塵之后比較冷的，含水量小于1％之爐頂氣體送入管道17內(nèi)。如果在進入裝置16之前，該冷卻的爐頂氣體先進入管道14的話，則可以使裝置16維持在更低的溫度，然而，應(yīng)設(shè)計出適合于更高的氣體流速之裝置。
含氧化鐵之原料21是由爐頂加入豎式爐18中，以逆流之方式，逐漸地與熱的無塵之還原氣體接觸并反應(yīng)生成高度金屬化之產(chǎn)品(DRI)22。根據(jù)一種已知的方法，既可以在溫度約為50℃之冷卻的情況下，也可以在溫度約為700-800℃之熱的情況下，將生成物DRI22從豎式爐18中卸掉。利用螺旋輸送器，可以將除了碳灰之熱卸料的DRI直接壓制成型。
部分被氧化了的還原氣體，作為爐頂氣體從管道23通到一個洗塵車間24而離開豎式爐18，其特點是利用了從冷卻器15出來之熱水25來洗塵。利用這種方法，爐頂氣體不致于被過分冷卻，可以保證爐頂氣體中含有一定量之水份，同時也適宜于控制溫度并防止氣化氣體在氣化器1中氧化，此外，還可以增加氣化氣體中之氫含量。
在洗塵期間，溫度約達50-75℃之爐頂氣體被收集在管道26內(nèi)。被分離了的剩余物27經(jīng)過干燥之后，可以再填入豎式爐18內(nèi)。部分除了塵的，經(jīng)蒸汽飽和和冷卻了的爐頂氣體由壓縮機28壓縮循環(huán)，而且，根據(jù)具體的圖解，經(jīng)加熱器29通入管道30內(nèi)，最好在不同的高度上有數(shù)個管口，可以使循環(huán)的爐頂氣體從氣化器1之壁側(cè)，橫向地流入流化床器。不需要用外置的蒸汽源來提供輔助的蒸汽。此爐頂蒸汽中所含的二氧化碳在氣化器1內(nèi)重新轉(zhuǎn)變成一氧化碳，其功能如同一個轉(zhuǎn)化裝置。爐頂氣體在氣化器1之許多不同點(位置)循環(huán)，有利于提高所加之煤的轉(zhuǎn)化量，同時減少煤灰的損失。
如果欲將循環(huán)的爐頂氣體之溫度提升到500-700℃，則需在加熱器29內(nèi)進行予熱，可將來自支管31(用虛線表示)之另一部分除了塵的爐頂氣體與含氧氣體(如空氣)一起燃燒。
如果最后還存在一些剩余之爐頂氣體，應(yīng)將其當作過量氣體32從車間處理掉，目的是為了防止重復(fù)循環(huán)氣體中之惰性氣體的成分升得太高。
在除塵裝置16中，從氣化氣體中分離出來的固體顆粒33，經(jīng)過一個淘洗系統(tǒng)之后，有利于與煤灰35在一個冷卻的旋管34中混合在一起，與此同時，使其溫度降至約為60℃。此混合物36重新循環(huán)通到氣化器1之底部區(qū)域，根據(jù)附圖，這一點是特別適用的，即，如果有一部分爐頂氣體從壓縮機28中冒出，則應(yīng)轉(zhuǎn)入管道37，并用壓縮機38進行第二次壓縮。這種重新壓縮之爐頂氣體，通常帶有混合物36，可將其通入懸浮器39，同時將生成的氣中之固體懸浮物，經(jīng)管道40吹進氣化器1之底部區(qū)域，緊接在熔渣池12之表面上。為硫接受體9安排含氧氣體7之管口，而管道40之管口幾乎與熔渣池之表面處于同一平面上，已經(jīng)證明這些管口的布置是特別有利的。采用輸入煤灰之方法，可以大大地降低被卸放之細煤之數(shù)量。
含氧氣體的輸送，同樣可以進入夾套噴嘴的中央，而被分離之固體顆粒和煤灰之懸浮物可以作為夾套之流體輸入該噴嘴。當然，對于上面所提到的作各種用途之管道可以是各種各樣的，它們的管口的設(shè)置是為了對稱地分布在氣化器1之四周圍。
權(quán)利要求
1.一種利用氣化氣體來直接還原原料中之氧化鐵之方法，該氣化氣體是在氣化器(1)內(nèi)產(chǎn)生的，使碳在一種添加了硫接受體之流化床內(nèi)與氧反應(yīng)，而如果需要的話，加用蒸汽，此氣化氣體經(jīng)過分離其中載帶的固體顆粒之后，輸入一種直接還原之豎式爐(18)內(nèi)，而至少將由該直接還原之豎式爐回收得來之爐頂氣體中之一部分氣體，經(jīng)過洗塵之后，將其壓縮，再循環(huán)通入氣化器1內(nèi)，其特點是一當細顆粒從煤中分離出來時，應(yīng)使硫接收體以及必要時進一步添加之助熔劑以與形成流化床之氣體并流和/或逆流的方式輸入，一將含有二氧化碳濃度為15-30％的，溫度為80-800℃之從豎式還原爐(18)出來的爐頂氣體，從氣化器(1)之壁側(cè)橫向地重新循環(huán)通入流化床之區(qū)域內(nèi)，該區(qū)之溫度至少維持在1,150℃，一爐渣，在氣化器(1)普遍的溫度下是處于熔融狀態(tài)的，其中含有爐灰和硫化物，在浸液池(12)中聚集，所以可以在氣化器之底部附近安裝一個開關(guān)(13)，用以除去爐渣，而一從氣化氣體中分離出來之固體顆粒與煤灰混合而形成尺寸大于3mm之顆粒，將其循環(huán)通入爐渣浴池12表面之上的，氣化器(1)之底部區(qū)域。
2.按照權(quán)利要求
1之方法，特定用來生產(chǎn)氣化氣體之煤份，其顆粒的大小應(yīng)為3-25mm之間，煤粒是從氣化器(1)之頂部通入。
3.至少是如權(quán)利要求
1和2中之一種方法，特定，將一部分經(jīng)除塵和壓縮之爐頂氣體，經(jīng)過一種冷凍的干燥器(19)之后，加到氣化氣體中，以此來調(diào)整一氧化碳和二氧化碳之間之比率，同時將所生成的還原氣體之溫度調(diào)整在750-1000℃之范圍內(nèi)；此還原氣體可通入豎式還原爐(18)內(nèi)。
4.按照權(quán)利要求
3之方法，特定，將含水量小于1％之爐頂氣體加入氣化氣體中。
5.如權(quán)利要求
1-4中之一種或多種方法，特定重復(fù)循環(huán)之爐頂氣體，在通入氣化器(1)之前，應(yīng)先利用燃燒另一部分除了塵之爐頂氣體來進行予熱，溫度提高到500-700℃之間較好。
6.如權(quán)利要求
1-5中之一種或多種方法，特定將占爐頂氣體總量之30-50％之爐頂氣體，循環(huán)通入氣化器(1)內(nèi)。
7.如權(quán)利要求
1-6中之一種或多種方法，特定硫接受體以及必要時所添加之助熔劑，應(yīng)從數(shù)個位置同時往氣化器(1)里供料。
8.如權(quán)利要求
1-7中之一種或多種方法，特定，從氣化氣體中分離出來之固體顆粒(33)，在循環(huán)通入氣化器(1)之前，應(yīng)適當?shù)乩鋮s。
9.如權(quán)利要求
1-8之一種或多種方法，特定，從氣化氣體中分離出來之固體顆粒(33)和煤灰(35)之混合物(36)，可以用經(jīng)壓縮的爐頂氣體吹入氣化器(1)內(nèi)。
專利摘要
本發(fā)明利用氣化氣體直接還原原料中氧化鐵，該氣化氣體在氣化器中產(chǎn)生，使碳在一種添加了硫接受體之流化床內(nèi)與氧反應(yīng)，如有必要，加用蒸汽及進一步添加助熔劑；此氣化氣體經(jīng)分離其中載有固體顆粒之后，輸入一種直接還原之豎式爐內(nèi)，而將含有二氧化碳濃度，從豎式還原爐中出來的爐頂氣體重新循環(huán)至流化床區(qū)域，在氣化器中除去爐渣，而從氣化氣體中分離出來的固體顆粒和顆灰之混合物經(jīng)壓縮的爐頂氣體，循環(huán)進入氣化器中。
文檔編號C21B13/00GK85106200SQ85106200
公開日1987年3月4日 申請日期1985年8月15日
發(fā)明者赫爾曼·施奈德, 康斯坦丁·米利奧尼斯, 赫爾曼·林茨 申請人:沃斯特-阿爾派因股份公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan