專利名稱:由鐵精礦生產(chǎn)粗鐵并造氣的方法以及實(shí)施該方法的工廠設(shè)備的制作方法
本發(fā)明所涉及的是一種由鐵精礦生產(chǎn)粗鐵并造氣的方法。
本發(fā)明還涉及實(shí)施該方法的工廠設(shè)備。
從瑞典專利No7706876-5的說明書中可知有一種產(chǎn)生氣體并又與之相關(guān)連地產(chǎn)生一定數(shù)量粗鐵的反應(yīng)器。在這份瑞典書中敘述了一種生產(chǎn)基本上是一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)混合物的方法，該混合物是由含有一定數(shù)量的水的煤生產(chǎn)出來的。當(dāng)實(shí)施這一已知方法時(shí)，將按化學(xué)計(jì)算的、相對(duì)于噴入熔池的氧化鐵中的氧是過量的煤噴入金屬熔池，與此同時(shí)噴入氣態(tài)的氧以便氧化過量的煤，這樣，該方法雖然是涉及造氣，但也生產(chǎn)出數(shù)量可觀的鐵。
在瑞典書No8103201-3中也述及一種煤的氣化方法，在其中使用了一種反應(yīng)器。根據(jù)這份書，煤、氧氣和鐵的氧化物也被加入到反應(yīng)容器中，而鐵的氧化物構(gòu)成了冷卻介質(zhì)。煤與噴入熔池的氧氣量成比例地按化學(xué)計(jì)算得出的數(shù)量加入熔池。根據(jù)這項(xiàng)專利敘述的發(fā)明，設(shè)有一種在超壓下工作的反應(yīng)器，從而可以生產(chǎn)出多得多的氣體，因?yàn)榕c普遍采用常壓時(shí)相比，可以引入相對(duì)于熔池尺寸是數(shù)量更多的煤和氧氣。根據(jù)該說明書可知，該發(fā)明的主要目的是提高氣體的產(chǎn)量。
這樣，上述的涉及到造氣工藝的書的目的是生產(chǎn)出盡可能多的氣體。將含鐵的材料也噴入熔池這一事實(shí)是不難理解的，因?yàn)橄Ｍ芨鼡Q熔池，以在一定的意義上防止熔池被煤所帶入的雜質(zhì)過分地污染。
瑞典書No8301159-3中敘述了一種制備粗鐵的方法，其中，煤中所含的能量被最大限度地利用。當(dāng)煤被最大限度地利用時(shí)，這意味著在實(shí)質(zhì)上只有二氧化碳(CO2)和水蒸氣(H2O)從這過程中引出，而在此工藝中加入了盡可能少的煤。該書由此又?jǐn)⑹隽艘环N由鐵精礦生產(chǎn)粗鐵的方法，在此方法中鐵精礦、煤、氧氣和造渣劑被噴入存在于反應(yīng)器中的鐵熔池的表面之下，并且在此方法中，使存在于氣體中的CO2和CO的比值被提高到大于它們?cè)谙鄳?yīng)于常壓下的平衡狀態(tài)下的比值，從而使在熔池中的給定數(shù)量的煤就發(fā)出了更多的熱，并且在此方法中加入到這一體系中的煤的量是按其中的鐵精礦的量而予定的，并且對(duì)在反應(yīng)器中終還原已被予還原的鐵精礦是充足的，而且在此方法中，廢氣中的CO和H2被導(dǎo)入予還原工序，在其中未還原的鐵精礦被予還原，此后這樣的鐵精礦被加入到反應(yīng)器中。鐵精礦在予還原工序中被局部地還原，以達(dá)到對(duì)于在反應(yīng)器中進(jìn)行終還原被認(rèn)為是最佳的程度。
當(dāng)應(yīng)用瑞典書No8301159-3中所公開的制鐵技術(shù)時(shí)，必須在反應(yīng)器的各條件之間創(chuàng)立一個(gè)平衡以便生產(chǎn)出粗鐵和氣體。這些條件如溫度和原材料，無論是就制鐵或造氣而言都不是最佳的，只不過是一種折衷的結(jié)果。就熱平衡和用于上述的予還原過程的還原性氣體的利用而言就出現(xiàn)了一些問題。因此必須保證有一個(gè)耗能氣體的凈化過程，為的是使CO/H2含量適用于予還原工藝，而同時(shí)從還原性氣體中排除CO2和H2O。
本發(fā)明是基于對(duì)這樣一個(gè)問題的了解，由于這一問題，按照瑞典書No8301159-3的技術(shù)的實(shí)施受到了阻礙，并且本發(fā)明用的是下述的，在基本的制鐵工藝結(jié)構(gòu)中以完全不同的步驟來生產(chǎn)粗鐵的知識(shí)。這個(gè)保證粗鐵在極佳的條件下被制出的方法，就工藝技術(shù)和產(chǎn)品二者而言，能以特別高的靈活性適應(yīng)經(jīng)常產(chǎn)生的補(bǔ)充條件。
這樣，本發(fā)明涉及到一種由含鐵的氧化物材料制造粗鐵的方法，在該方法中通過將鐵的氧化物、煤、氧氣和造渣劑加入到至少一個(gè)用于鐵的氧化物終還原的反應(yīng)容器(終還原反應(yīng)器)的金屬熔池中，把鐵的氧化物終還原。在該方法中大部分的未還原的鐵的氧化物在予還原工序中被予還原，并且在此之后被加到該(終還原)反應(yīng)器中，而且，產(chǎn)生出一種用于所說的予還原過程的還原性氣體。
該方法的顯著的特點(diǎn)是用于予還原工序的氣體是在至少一臺(tái)與一個(gè)或多個(gè)與終還原反應(yīng)器分開的單獨(dú)反應(yīng)器，即氣體發(fā)生器中單獨(dú)進(jìn)行的氣體發(fā)生工藝產(chǎn)生出來的。
該發(fā)明還涉及一套自含鐵氧化物材料中生產(chǎn)粗鐵的工廠設(shè)備，它包括至少一臺(tái)反應(yīng)容器，一臺(tái)最終還原反應(yīng)器，在后者當(dāng)中通過將鐵的氧化物、煤、氧氣和造渣劑加入到存在于反應(yīng)器中的鐵的熔池的表面使鐵的氧化物被終還原。這里還有一個(gè)予還原工序，在其中大部分的未還原的鐵的氧化物用來被予還原，這種在經(jīng)所說的予還原工序之后的鐵和氧化物是打算用來在最終還原反應(yīng)器中被終還原的，所說的工業(yè)設(shè)備還包括為進(jìn)行予還原工藝而設(shè)的還原氣體發(fā)生裝置。
這一工廠設(shè)備的特點(diǎn)在于有至少一臺(tái)單獨(dú)的反應(yīng)器，即一臺(tái)為單獨(dú)產(chǎn)生用于予還原工藝的還原氣體發(fā)生器，這個(gè)發(fā)生器與一個(gè)或多個(gè)終還原反應(yīng)器相分開，而予還原氣體是以在本質(zhì)上基本是以已知的方法產(chǎn)生的。這一工廠設(shè)備的特點(diǎn)還在于把大部分的煤和氧氣加到金屬熔池的表面，最好是加到存在于一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器中的鐵熔池的表面。
現(xiàn)在，該發(fā)明將通過參考一個(gè)與之有關(guān)的舉例用的實(shí)施例和附圖而被更詳細(xì)地描述，這唯一的一幅附圖是用來圖解明本發(fā)明的工藝過程的方塊圖。
在圖1中展示了一個(gè)予還原工序1，一個(gè)終還原工序2和氣體產(chǎn)生工序3。該予還原工序1可以包括一個(gè)二層的或三層的流態(tài)化床，鐵精礦以予熱過的鐵精礦或微型球團(tuán)粒的形式被連續(xù)不斷地加到流態(tài)化床上，所說的予熱溫度，比如可以是250℃，予熱是在一個(gè)予熱裝置中進(jìn)行的(圖中未示出)。當(dāng)需要時(shí)，煤或焦炭還可以與所加入的材料相混合。一部分給定的出自予還原工序的氣體可以穿過除塵器，如旋風(fēng)除塵器后返回到還原裝置中去。這股氣體以箭頭4示于圖1，并且其中含有CO、CO2、H2和H2O。
如箭頭6所示，經(jīng)予還原后的鐵精礦被導(dǎo)入終還原工序2。在此之前也可任選地經(jīng)過一個(gè)中間儲(chǔ)存裝置。
最終反應(yīng)工序設(shè)有至少一個(gè)以陶瓷材料為襯的反應(yīng)器，其中含有一個(gè)含碳的鐵熔池，含碳量適量地超過1%，而溫度為1300-1600℃。經(jīng)予還原后的鐵精礦6、煤7、氧氣(O2)8和造渣劑(如CaO)9被加入反應(yīng)器。這些材料最好通過按裝在反應(yīng)器下部的噴咀加進(jìn)去。然而，經(jīng)予還原后的鐵精礦可以通過按裝在熔池表面之上的，或是在所謂的渣線上的噴咀交替地加入。在終還原工序2中形成的粗鐵11和熔渣12可以以已知的方式連續(xù)地或間斷地流出。
造氣工序3至少包括一臺(tái)襯以陶瓷的反應(yīng)器。該反應(yīng)器中主要加入煤7′，氧氣8′和冷卻劑9′。而氣化可以以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行。氣體還可以基本上按瑞典書No7706876-5和8103201-3的方式生產(chǎn)。在這種情況下，氣體產(chǎn)生工序3中設(shè)有至少一臺(tái)襯以陶瓷的反應(yīng)器，它盛有一個(gè)含碳的鐵熔池，碳含量適量地超過1%，而溫度為1300-1600℃。以鐵的氧化物的形態(tài)存在的氧，以及氧氣以按照化學(xué)計(jì)算的，與煤成比例的量加入熔池。在這種情況下的主要目的是獲得還原氣體-CO和H2的混合物。不必自此氣體中排除二氧化碳，如圖1中的箭頭17所示，該氣體可以在任選地通過氣體凈化工序18以除去其中所含的粉塵之后再加入到予還原工序1，以用于予還原過程。
從上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法的基礎(chǔ)原理可以在大致的程度上被理解。然而，由于該氣體產(chǎn)生工序和終還原工序構(gòu)成的工序步驟，尤其是就其生產(chǎn)能力、粗鐵和氣體的生產(chǎn)方面有極大的靈活性，所以可以想象出大量的、適應(yīng)于不同的補(bǔ)充條件的變型。
可以想象，在大多數(shù)的情況下使產(chǎn)自終還原工序2的廢氣13高度氧化，如氧化程度大于5%，而低于100%，最好是在10-100%之間，從而引起產(chǎn)生的氣體的所謂二次燃燒是更可取的。氧化程度按下式確定(氧化程度)O.D(%)＝ (CO2＋H2O)/(CO＋H2＋CO2＋H2O) ×100這樣，用氧氧化含有CO和H2的氣體而達(dá)到氧化程度O.D＝(CO2+H2O)%。
CO和H2燃燒成CO2和H2O發(fā)生在二次燃燒過程中。這樣，保持著一個(gè)高的氧化程度，產(chǎn)生于終還原工序2的還原性氣體中所含的能量就被利用了。通過在反應(yīng)器的上部，在熔池的表面之上借助于適宜的氧化技術(shù)，如以熔池吸收來自過熱氣體中的熱量的方式燃燒來自終還原反應(yīng)器的廢氣，可使廢氣中所含的能量得到最大限度的利用。
相應(yīng)地，在大多數(shù)情況下，在氣體發(fā)生工序3中導(dǎo)致一個(gè)如此之低的，如低到10%以下的氧化程度，以致不必凈化其中含有二氧化碳的已產(chǎn)生的還原氣體17可能是最可取的。
出于使工藝過程最佳化的目的，煤的組分和/或所使用的氧氣的含氧量和/或所施加的溫度對(duì)于終還原工序和單獨(dú)的造氣工序可以是彼此有區(qū)別的。這樣，在終還原工序中，煤組分中的含硫量適宜地大大地低于在單獨(dú)的造氣工序中所使用的煤組分中的硫含量。這就使從終還原工序所得到的粗鐵的脫硫的必要性降低到一個(gè)低水平，這樣也可以使在終還原工序中的出鐵溫度保持在一個(gè)低于在一種單獨(dú)除硫工序中所進(jìn)行的綜合提取硫時(shí)所必需的溫度。在大多數(shù)情況下，在造氣工序中允許有高的硫含量。這樣，用這種方法，在總的過程中選擇最優(yōu)的硫的負(fù)荷是可能的。
根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)可以想見的變型是這樣的在其中，為了達(dá)到最大的粗鐵和還原性氣體的產(chǎn)量，把鐵料，如鐵精礦和予還原材料在終還原工序和單獨(dú)的造氣工序之間分?jǐn)偂?br>當(dāng)輸送產(chǎn)生于造氣工序3的還原性氣體時(shí)，具有各種的可能性是可以想見的。例如，當(dāng)把還原性氣體輸送到予還原工序時(shí)，它的溫度可高可低，比如基本上低至室溫，并且可以去除粉塵，或者視情況而不去除。
終還原工序和/或單獨(dú)的造氣工序可以在常壓下進(jìn)行或在高于常壓的壓力下進(jìn)行。在高于常壓的壓力下，反應(yīng)器1和3中之一，或是其二者被導(dǎo)致于總壓力低于100巴，最好是1-10巴下工作。
按照本發(fā)明的各個(gè)反應(yīng)容器最好被賦與與在該反應(yīng)容器中所進(jìn)行的工藝過程相適應(yīng)的形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這樣，在合適的情況下，一臺(tái)用于終還原工序的反應(yīng)器最好這樣構(gòu)成，即使之適于氣體在熔池的表面上燃燒，并且適于利用在氣體燃燒過程中所釋放出來的能量。在這方面，反應(yīng)器在熔池表面之上的部位不應(yīng)立即具有明顯的錐狀外形。在這方面，在某些反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)中，它的壁可以加以冷卻。在適宜的情況下，在其中進(jìn)行單獨(dú)的造氣過程的反應(yīng)器可以構(gòu)成相當(dāng)深的熔池。
正如從上文中所理解的那樣，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，稱得上是具有值得注意的優(yōu)點(diǎn)的。例如，(1)造氣過程和粗鐵生產(chǎn)過程彼此不相依賴。(2)還原性氣體可被賦與低的二氧化碳含量，而不必使用耗能的和需要投資的氣體的凈化過程。(3)在終還原工序中煤的需要量可以減少，結(jié)果導(dǎo)致高的生產(chǎn)率和降低由與含硫雜質(zhì)有關(guān)的負(fù)擔(dān)。(4)由于分別地產(chǎn)生氣體和粗鐵，該工藝過程就變得更加適合于應(yīng)用。(5)各個(gè)反應(yīng)器的形狀可以進(jìn)行優(yōu)化選擇，而反應(yīng)器的內(nèi)襯的損耗可以通過使用最優(yōu)條件(如在反應(yīng)工藝驟中的溫度和熔渣組分)而減少。
雖然本發(fā)明只是通過參考經(jīng)過選擇的一個(gè)舉例性的實(shí)施例在上文中加以敘述，然而可以理解的是，在本發(fā)明思想的范圍內(nèi)的其它的實(shí)施例和不大的改進(jìn)是可以想見的。
例如，為了使反應(yīng)器的壁克服主要是由于高溫而引起的應(yīng)力，那么在反應(yīng)器或終還原過程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的一些變型是可以想見的，所說的高溫是為了達(dá)到高的氧化程度而大量進(jìn)行二次燃燒時(shí)產(chǎn)生的。
在上文中已提到了水冷卻。然而加入一種材料以形成保護(hù)反應(yīng)器壁的屏蔽是可能的?？梢允谷茉序v起來而提供屏蔽效應(yīng)，其方法是通過在反應(yīng)器中的溶池之上的中心部位燃燒氣體。使熔池和熔渣轉(zhuǎn)動(dòng)，以致使熔融金屬和熔池沿反應(yīng)器壁蠕升也可以想見是可能的。
從上文中明顯地看出著眼于各種補(bǔ)充條件的一些不同的變型是可以想見的。例如，來自于單獨(dú)造氣工序的氣體可以用于除予還原目的之外的其它目的。由于造氣工序與終還原工序相分開，根據(jù)本發(fā)明的工藝流程可以有利地連續(xù)地進(jìn)行。來自終還原反應(yīng)器2的氣體還可以被導(dǎo)入氣體發(fā)生器3以便再生。
本發(fā)明不限于上面所述的和圖解的實(shí)施例，而且可以在后面的權(quán)利要求
的范圍內(nèi)作出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種由含鐵的氧化物材料生產(chǎn)粗鐵的方法，包括通過往存在于至少一個(gè)用于終還原所說的鐵的氧化物的反應(yīng)容器中的鐵熔池中加入鐵的氧化物、煤、氧氣和造渣劑，并通過在予還原工序中予還原大部分的未還原的鐵的氧化物，并隨后將此經(jīng)過予還原的鐵的氧化物噴入反應(yīng)容器，使鐵的氧化物終還原，并為所說的予還原工藝產(chǎn)生還原性氣體，其特征是用于予還原工序(1)的還原性氣體是在至少一臺(tái)與一個(gè)或多個(gè)還原反應(yīng)器(2)分開的反應(yīng)器(3)，即氣體發(fā)生器中通過單獨(dú)的造氣(3)而產(chǎn)生的。
2.按照權(quán)利要求
1的方法，其特征是單獨(dú)的造氣工序是通過主要將煤(7′)和氧氣(8′)加到存在于一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器(3)中的金屬熔池中而完成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，其特征是將得之于終還原工序(2)的廢氣的氧化程度(O.D)達(dá)到一個(gè)高水平，如高于5%而低于100%，最好是在10-90%之間，產(chǎn)生的氣體在終還原容器(2)中的熔池的表面上完成所謂的二次燃燒。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1、2或3的方法，其特征是使得自單獨(dú)的造氣工序(3)的還原性氣體的氧化程度低于10%的水平。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1、2、3、或4的方法，其特征是所用的煤的組分(7，7′)和/或所用的氧氣(8、8′)的含氧量和/或溫度對(duì)于終還原工序和單獨(dú)的造氣工序有所不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1、2、3、4、或5的方法，其特征是用于終還原工序(2)的煤的組分(7)中的硫含量(大大地)低于用于單獨(dú)造氣工序(3)的煤的組分(7′)中的硫含量。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1、2、3、4或5的方法，其特征是為達(dá)到最大的粗鐵(11)和還原性氣體(17)的產(chǎn)量，鐵料以比如鐵精礦和予還原材料(6)的狀態(tài)在終還原工序(2)和單獨(dú)的造氣工序(3)之間分?jǐn)偂?br>8.根據(jù)權(quán)利要求
1、2、3、4、5、6、或7的方法，其特征是終還原工序(2)和/或單獨(dú)的造氣工序(3)是在低于100巴，最好是自1至10巴的壓力下進(jìn)行的。
9.一種由含鐵的氧化物材料生產(chǎn)粗鐵的工廠設(shè)備，包括至少一臺(tái)反應(yīng)容器，一臺(tái)終還原反應(yīng)器，在后者中鐵的氧化物通過向存在于該反應(yīng)器中的鐵熔池的表面加入鐵的氧化物、煤、氧氣和造渣劑而被終還原，一種被提供的予還原工序，在其中大部分的未還原的鐵的氧化物被予還原，在經(jīng)過所說的予還原過程后的鐵的氧化物被用于在終還原反應(yīng)器中被終還原，在其中還設(shè)有一些產(chǎn)生用于予還原過程的還原性氣體的裝置，其特征是為用于予還原過程(1)的還原性氣體(17)的單獨(dú)生產(chǎn)(3)進(jìn)一步提供了與一個(gè)或多個(gè)終還原反應(yīng)器分開的至少一臺(tái)單獨(dú)的反應(yīng)器(3)即氣體發(fā)生器(3)，在其中以本質(zhì)上是基本已知的方法，即通過把煤(7′)和氧氣(8′)加入到存在于一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器(3)中的金屬熔池上，最好是鐵熔池表面上以生產(chǎn)出單獨(dú)的反應(yīng)器氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的設(shè)備，其特征在于各個(gè)反應(yīng)容器(2，3)具有適應(yīng)于在各個(gè)反應(yīng)器中所進(jìn)行的工藝的形狀和結(jié)構(gòu)，每一個(gè)終還原反應(yīng)器是以適于在熔池表面上方燃燒氣體和適于利用所說的燃燒過程中所釋放出的能量的方式構(gòu)成，而每一臺(tái)氣體發(fā)生器(3)的結(jié)構(gòu)要適應(yīng)于設(shè)有一個(gè)相當(dāng)深的熔池。
11.根據(jù)權(quán)利要求
9或10的設(shè)備，其特征是每一臺(tái)終還原反應(yīng)器在熔池表面以上的壁，例如通過冷卻和/或屏蔽所說的壁而得以克服氣體在熔池表面之上燃燒時(shí)產(chǎn)生的過高的溫度。
專利摘要
由含鐵氧化物的材料生產(chǎn)粗鐵的方法，此法包括至少在一臺(tái)反應(yīng)器即終還原反應(yīng)器(2)的熔鐵池內(nèi)加入氧化鐵、煤、氧和造渣劑以最終還原鐵氧化物；在預(yù)還原工序(1)預(yù)還原大部分未還原的鐵氧化物，并將預(yù)還原的鐵氧化物加入反應(yīng)器；產(chǎn)生供預(yù)還原過程用的還原氣體(17)。本方法的特點(diǎn)是還原氣體是由單獨(dú)的發(fā)生過程在至少一個(gè)反應(yīng)器(3)中產(chǎn)生。本發(fā)明還涉及實(shí)施此方法的工廠設(shè)備。
文檔編號(hào)C21B13/14GK86105093SQ86105093
公開日1987年5月13日 申請(qǐng)日期1986年7月22日
發(fā)明者卡爾·蘭納特·阿克塞桑, 麥克爾·布魯納, 丹·考夫曼, 克里斯特·托塞爾 申請(qǐng)人:Ips工程服務(wù)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan