專利名稱：由鐵化合物生產(chǎn)鐵的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵的生產(chǎn)方法，具體涉及由鐵化合物通過兩級流程生產(chǎn)生鐵的方法，兩級流程的第一級是在具有旋轉(zhuǎn)對稱壁和垂直軸的第一中預(yù)還原鐵化合物，第二級是在位于第一室下面的第二室進(jìn)一步還原鐵化合物。隨著燃料和氧氣送入第二室產(chǎn)生還原氣體，在第二室鐵化合物發(fā)生進(jìn)一步還原，還原氣體向上進(jìn)入第一室，在那里產(chǎn)生預(yù)還原作用。為了維持在第一室中還原氣氛的燃燒，而提供氧氣，以便鐵化合物至少部分地熔化并向下進(jìn)入第二室。本發(fā)明也涉及實現(xiàn)這一方法的裝置。
這種類型的方法和裝置可由NL申請書257,692(相應(yīng)于FR—A—1314435)得知。類似的公開是在Steel Times International，GB，1993，March No.2，第24頁。第一室即上室已知為熔化旋流器或旋流預(yù)還原器。另外的兩級預(yù)還原鐵化合物流程也是公知的，例如，流化床反應(yīng)器流程。然而，在這種流程中由流化床預(yù)還原的鐵化合物是以固態(tài)引入冶金吹爐，所謂的熔化反應(yīng)器中。這對在熔化反應(yīng)器中反應(yīng)氣體的后燃燒寄托高要求，需要在熔化器中產(chǎn)生所需的熱量。利用在熔化物上面釋放的這種熱量只是部分地有助于熔化。然而在本發(fā)明類型的流程中，后燃燒可在第一室內(nèi)發(fā)生并且由此這釋放的熱量直接傳送給鐵化合物。
本發(fā)明者研究了這類流程并對這種技術(shù)得到了新的和深刻的見解。
本發(fā)明的目的是提供一個改進(jìn)的和容易實施的由鐵化合物生產(chǎn)鐵的方法和裝置，特別是對于在熔化旋流器中預(yù)還原鐵化合物的方法和裝置。
按照本發(fā)明提供的由鐵化合物生產(chǎn)鐵的方法包括兩個階段(a)在第一室預(yù)還原鐵化合物，該室的壁繞軸基本上是旋轉(zhuǎn)對稱的；(b)在位于第一室下面的第二室中進(jìn)一步還原鐵化合物，向第二室供應(yīng)燃料和氧氣，以便在其內(nèi)產(chǎn)生還原氣體，此氣體向上進(jìn)入第一室產(chǎn)生預(yù)還原作用。
此處所述的鐵化合物和氧氣被引入第一室，以便氧氣維持在所述第一室的燃燒，由于這種效應(yīng)，鐵化合物在第一室至少部分地熔化并沿所述第一室的所述室壁向下流入第二室。
這個流程的特點是(i)由載氣輸送一個或多個鐵化合物的噴氣流進(jìn)入第一室而將鐵化合物以顆粒形式引進(jìn)第一室；(ii)至少部分地以一個或多個噴射流形式將氧氣引進(jìn)第一，這種氧氣噴射流與鐵化合物一個或多個噴射流隔開。
(iii)以一個或多個噴射流引進(jìn)氧氣的速度比鐵化合物的速度大；(iv)氧氣的一個或多個噴射流的方向有切線方向分量，以使還原氣能圍繞第一室的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；(v)鐵化合物的引進(jìn)速度應(yīng)使所述顆粒至少部分地呈熔融狀態(tài)到達(dá)第一室壁。
這些措施的結(jié)合對方法是重要的。鐵化合物和氧氣必須分開引進(jìn)第一室以便它們具有不同的速度。氧氣的引進(jìn)速度最好至少在50m/s，更好至少在100m/s。相對照，鐵化合物的速度最好在5—40m/范圍內(nèi)。鐵化合物在低速下，大部分鐵化合物達(dá)不到第一室壁，而鐵化合物在高速下，室壁的壽命可能過分縮短。然而，氧的速度必須高并有切線分量以使還原氣體通過動量傳遞能旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。同樣地，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動對所有鐵化合物顆粒也不是同等重要的。較大和最大的顆粒簡單地在自身重量作用下達(dá)到第一室壁。然而較小和最小的顆粒趨向于一道被還原氣體沿軸向向上載帶。在氣體中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動使這些顆粒離心向外，使它們保持在第一室中。這保證鐵化合物被有效捕集。
為使此流程最佳運(yùn)行，鐵化合物和氧氣最好各自以許多噴射流的形式引進(jìn)第一室，該噴射流在第一室的遍及整個高度上。這保證充分利用了第一室的容積。
此外，最好是鐵化合物的噴射流和氧氣的噴射流在第一室緊密交叉或彼此橫切，這樣在氧氣和鐵化合物噴射流交叉點或橫切點上，存在一個鐵化合物噴射流在還原氣中的燃燒熱點，這里的燃燒熱至少部分傳送給鐵化合物，所以鐵化合物至少部分地熔化。通過鐵化合物的化學(xué)還原和可能的熱分解二者的共同作用加強(qiáng)了鐵化合物的預(yù)還原。
還原氣向上通過第一室的平均軸向速度最好至少在5m/s。第一室的壓力(絕對壓力)最好是1—6巴(0.1—0.6MPa)。這強(qiáng)化了在第一室的作用。
最好沒有過量的燃料供給第一室。已發(fā)現(xiàn)盡管在還原氣體之外供應(yīng)第一室的過量燃料在第一室燃燒，但從第二室出來的廢氣的燃燒度趨于下降。因此，總的結(jié)果是過量的燃料對預(yù)還原過程沒有做出有益貢獻(xiàn)。
最好鐵化合物的平均粒度在0.05—5mm范圍內(nèi)。其優(yōu)點是可以使用礦山供應(yīng)的天然礦石精而不需特殊的富精礦。
鐵化合物的載氣最好是氧氣。這可以強(qiáng)化預(yù)還原處理。
最好在第一室的低下部引進(jìn)鐵化合物，例如，可使從第一室的下半部引進(jìn)的鐵化合物比頂半部多。這可保持高的捕集效率。
本發(fā)明也提供了生產(chǎn)鐵的裝置，特別是提供了使用供實施上述方法用的裝置，該裝置有(i)第一室，具有壁，該壁圍繞大體上垂直軸基本上是旋轉(zhuǎn)對稱的；(ii)向第一室提供鐵化合物的氧氣的裝置；(iii)從第一室排放廢氣的管道；(iv)第二室，安裝在第一室的下面，并與第一室相通，以便廢氣向上流入第一室和熔化的鐵化合物從第一室壁向下進(jìn)入第二室；(v)向第二室提供燃料和氧氣的裝置。
這個生產(chǎn)鐵的裝置的特點是向第一室提供鐵化合物和氧氣的裝置包括多個第一噴嘴和多個第二噴嘴，該第一噴嘴利用載氣輸送粒子的形式形成鐵化合物噴射流；該第二噴咀用于提供與所述鐵合物噴射流分開的氧氣噴射流，第一和第二噴嘴均位于所述第一室的壁上，并且至少第二噴嘴中的一個相對于第一室軸線提供具有切線分量的氧氣噴射流。
這種結(jié)構(gòu)確保高效使用第一室最好第一室基本上是圓桶狀的，其高與直徑比至少是1，最好是2。已發(fā)現(xiàn)特別當(dāng)?shù)谝皇抑羞€原氣的的軸向速度高時，較大的高對直徑的比導(dǎo)致較好的捕集效率。
最好用于提供鐵化合物的第一噴嘴位于第一室壁的不同高度。在每一高度的水平面上最好有由兩個位于第一室壁的直徑上相對的位置上的第一噴嘴組成的組，并且這一組提供的噴射流的方向大體上是水平的，相對于第一室的軸位于相同的旋轉(zhuǎn)方向，并且與想像的圓周是相切的，想像的圓周的直徑范圍是第一室直徑的0.25—0.75倍。這樣第一噴嘴可沿多個想像的位于第一室壁的螺旋線排列。每一組第一噴嘴最好在圓周上相對于每一相鄰的第一噴嘴組成120°交錯地繞軸排列。
鐵化合物的這種噴嘴模式意謂著大量的鐵化合物可以引進(jìn)第一室，噴射流間不干擾，因此可取得高生產(chǎn)效率的預(yù)還原。
供應(yīng)氧氣的第二噴嘴最好也同樣分布在第一室壁的不同高度上。第二噴嘴最好在多個高度水平面上以組排列并各自與上述的第一噴嘴組配合，每一組第二噴嘴以相同高度水平或稍低于相配合的第一噴嘴位于第一室壁上。同樣，每一組第二噴嘴最好也由兩個第二噴嘴組成，兩個噴嘴位于第一室壁直徑方向上相對的位置，它們提供的噴射流的方向大體上是水平的，而且相對于第一室的軸位于相同的旋轉(zhuǎn)方向，并相切于想像的圓周上，想像圓周的直徑范圍是第一直徑的0.25—0.75倍。
第二噴嘴的想像的圓周最好小于第一噴嘴的想像的圓周。
由于以這種方式協(xié)調(diào)氧氣的供應(yīng)模式與鐵化合物的供應(yīng)模式，所以能充分地向鐵化合物傳送熱量，可以改進(jìn)預(yù)還原度和好的捕集效率。
廢氣的排放最好通過大體上與第一室同軸的排放管道排行。這樣可防止堵塞。
第一室和第二室最好大體上是同軸的，這樣能使裝置的結(jié)構(gòu)簡單。
顆粒狀的常規(guī)鐵精礦可做為鐵化合物使用。也可加入其他含鐵物質(zhì)，如鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的粉塵。
下面參照附圖敘述，本發(fā)明作為非限定性例子的一個實施例。


圖1示意示出本發(fā)明生產(chǎn)生鐵的帶熔化旋流器的裝置。
圖2詳細(xì)示出圖1中的熔化旋流器。
圖3是圖2中熔化旋流器的圖2上的III—III′平面的橫斷面圖。
圖4是圖2中IV—IV′平面的橫斷面圖。
圖5是圖2中V—′面的橫斷面圖。
圖6示出帶有熔化旋流器的試驗裝置，在該裝置中，模仿本發(fā)明的流程試驗了熔化旋流器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
在圖1的熔化旋流器中鐵化合物經(jīng)噴嘴2以顆粒形狀被作為載氣的氧氣引進(jìn)。鐵化合物在熔化旋流器1中被預(yù)還原，然后沿熔化旋流器1的壁3流下，落入下面的冶金吹爐4中，吹爐4例如是轉(zhuǎn)爐。在吹爐4中氧氣由噴槍5供給和燃料例如煤經(jīng)開口6供給，鐵化合進(jìn)一步被還原為生鐵，生鐵經(jīng)開口7與形成的渣一起流出。在冶金吹爐4中鐵化合物進(jìn)一步還原過程中產(chǎn)生含CO(和H2)的熱氣，此熱氣通入熔化旋流器1中。在熔化旋流器中，鐵化合物與經(jīng)噴嘴8供應(yīng)的氧氣發(fā)生燃燒作用而預(yù)還原。廢氣然后經(jīng)熔化旋流器頂部的管道9排出。小部分鐵化合物不可避免地隨此氣被載帶出。圖1也表明在冶金吹爐4底部的熔化物被經(jīng)爐底部開口10引進(jìn)的惰性氣體例如氬氣的鼓泡而攪動的可能性。
圖2表明熔化旋流器的高與直徑比大于2。熔化旋流器有圓筒狀小室，它與冶金吹爐4垂直并同軸取向。熔化旋流器有形成排放管道9的同軸出口11，有水冷套12，內(nèi)部有耐火襯13。冶金吹爐4也有耐火襯14。熔化旋流器的冷卻水由噴嘴15和16注入和排出。熔化旋流器被看作分成幾部分，其中17，18和19部分裝上噴嘴以便供應(yīng)鐵化合物和氧氣。
提供鐵化合物的第一噴嘴20位于熔化旋流器的如圖3平面III的17部分的壁上。在稍低于平面III的平面III′中，提供氧氣的第二噴嘴21位于熔化旋流器壁上，也示于圖3。在平面III—III′的下面，另外的提供鐵化合物和氧氣的噴嘴20和21分別位于平面IV—IV′和V—V′上，分別顯示于圖4和圖5。18和19部分的鐵化合物和氧氣的輸入噴嘴模式與17部分相同。
圖3表明也可以叫一組的兩個提供鐵化合物的第一嘴20位于壁上直徑方向上相對的位置，并對準(zhǔn)有切線分量的方向上相對的位置，并對準(zhǔn)有切線分量的方向和位于相同的旋轉(zhuǎn)方向，二者都相切于想像的與熔化旋流器同軸的圓筒22上。這種模式重現(xiàn)在圖4和圖5上，應(yīng)領(lǐng)會圖4和圖5的噴嘴相對于相鄰的上或下水平面的噴嘴錯開120°圍繞軸排列。按這種方法，提供鐵化合物的第一噴嘴可以看成是繞熔化旋流器的壁螺旋向上。
供應(yīng)氧氣的第二噴嘴21的模式相應(yīng)于此。然而，噴嘴21比噴嘴20稍低一點放置，因為由于熔化旋流器中還原氣的軸向速度的影響氧氣比鐵化合物更易上升。噴嘴21同樣地也對準(zhǔn)與想像的同軸圓筒23相切的方向，然而23比想像的圓筒22大。
出自噴嘴20的鐵化合物噴射流24和出自噴嘴21的氧噴射流25在點26處彼此交叉或交錯，在26處氧氣引起還原氣體燃燒，結(jié)果燃燒熱給鐵化合物，因而鐵化合物在到達(dá)吹爐爐壁前被預(yù)還原并至少部分熔化。
試驗例圖6的試驗裝置由上述的熔化旋流器1，燃燒室27和收集被還原的鐵29的桶28組成。在此試驗配置中沒有第二冶金爐4，此裝置被用于模擬本發(fā)明的兩級還原流程的條件。在燃燒室27中經(jīng)開口30引進(jìn)的天然氣和氧氣燃燒產(chǎn)生溫度接近1500℃，并且生成的組分與實際流程中在第二冶金吹爐中產(chǎn)生的還原氣類似。在熔化旋流器中鐵化合物和氧氣是經(jīng)噴嘴2和8被引進(jìn)。飽含粉塵的廢氣按箭頭31排出。廢氣在燃燒室22中燃盡，然后用水和冷卻器33冷卻并按箭頭34排出至氣體洗滌器中。
圖6中的試驗配置被用于測試圖2中熔化旋流器的運(yùn)行。熔化旋流器的尺寸是凈內(nèi)徑2,000mm，高4,000mm左右。在熔化旋流器中還原氣的軸向速度是5m/s。(卡洛爾湖)鐵精礦鐵含量的重量是66％，顆粒大小是50—500μm，以10m/s的速度供料，氧氣速度100—200m/s。還原度確定為 是10—30％。捕集效率確定為 是90—95％。熔化旋流器的產(chǎn)量接近20噸/小時。
權(quán)利要求
1.一種由鐵化合物生產(chǎn)鐵的方法包括(a)在第一室預(yù)還原鐵化合物，該室的壁大體上圍繞所述第一室的軸是旋轉(zhuǎn)對稱的；(b)在位于所述第一室下面的第二室中進(jìn)一步還原鐵化合物，燃料和氧氣提供給所述的第二室，以使在所述的第二室中產(chǎn)生還原氣體，此還原氣向上進(jìn)入所述的第一室中，在那里產(chǎn)生預(yù)還原作用；其中所述的鐵化合物和氧氣引進(jìn)所述的第一室以便氧氣在所述的第一室內(nèi)保持燃燒，由于這種作用，在第一室的鐵化合物至少部分地熔化，然后沿所述第一室的所述室壁向下流入所述的第二室，方法的特征是(i)依靠載氣將所述的顆粒狀鐵化合物引進(jìn)所述的第一室，該載氣使一個或多個所述的鐵化合物的噴射流進(jìn)入所述的第一室；(ii)至少部分地以一個或多個與所述鐵化合物的所述一個或多個噴射流分隔開的噴射流形式將所述氧氣引進(jìn)所述的第一室中；(iii)以所述一個或多個噴射引進(jìn)所述氧氣的速度大于以所述一個或多個噴射流引進(jìn)所述鐵化合物的速度；(iv)氧氣的所述一個或多個噴射流的方向有沿切線方向的分量，以便所述還原氣能圍繞所述的第一室的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；(v)所述的鐵化合物的所述引進(jìn)速度使得所述顆粒至少處于部分熔化狀態(tài)時到達(dá)所述第一室的所述壁。
2.按照權(quán)利要求1的方法，在該方法中有多個所述鐵化合物的所述鐵化合物的所述的噴射流和多個所述的氧氣的噴射流進(jìn)入所述的第一室。
3.按照權(quán)利要求1或2中方法，其特征在于，所述鐵化合物的噴射流和所述氧氣的噴射被定向，以便彼此在所述第一室的某處密集或交叉通過，這樣在所述某處氧氣和所述還原氣燃燒對所述鐵化合物形成熱點，在此熱點所述鐵化合物至少部分地熔化。
4.按照權(quán)利要求1或3中任何一個所述的方法，其特征在于，所述還原氣通過所述第一室的平均軸向速度至少為5m/s。
5.按照權(quán)利要求1或4中任何一個所述的方法，其特征在于，在所述第一室中壓力范圍是1—6巴(0.1—0.6MPa)。
6.按照權(quán)利要求1或5中任何一個所述的方法，其特征在于，沒有另外的燃料供給所述的第一室。
7.按照權(quán)利要求1或6中任何一個所述的方法，其特征在于，所述氧氣的引進(jìn)速度至少為50m/s。
8.按照權(quán)利要求7中方法，所述氧乙的引進(jìn)速度至少100m/s。
9.按照權(quán)利要求1至8中任何一個所述的方法，其特征在于，所述鐵化合物的所述引進(jìn)速度范圍至少在5—40m/s。
10.按照權(quán)利要求1至9中任何一個所述的方法，其特征在于，所述鐵化合物的所述顆粒的平均粒度范圍是0.05—5mm。
11.按照權(quán)利要求1至10中任何一個所述的方法，其特征在于，所述鐵化合物所述載氣是氧氣。
12.按照權(quán)利要求1至11中任何一個所述的方法，其特征在于，至少所述鐵化合物的一半引進(jìn)所述第一室的下半部。
13.用于由鐵化合物生產(chǎn)鐵的裝置，該裝置有(i)有室壁(3)的第一室(1)，室壁圍繞所述第一室的大體上垂直的軸基本上是旋轉(zhuǎn)對稱的；(ii)裝置(2，8，20，21)，用于輸送鐵化合物和氧氣進(jìn)入所述的第一室；(iii)從所述第一室排放廢氣的排放管道(9，11)；(iv)第二室(4)，該室排列在所述第一室(1)的下面并與該第一室相通，以便廢氣向上流入所述第一室，并且熔化的鐵化合物從所述第一室的所述室壁向下流入第二室；(v)裝置(5，6)，用于供應(yīng)燃料和氧氣進(jìn)入所述的第二室，上述由鐵化合物生產(chǎn)鐵的裝置的特征在于，供應(yīng)鐵化合物和氧氣進(jìn)入所述第一室的所述裝置包括多個第一噴咀(20)和多個第二噴咀(21)，該第一噴咀用以提供所述鐵化合物噴流，鐵化合物是以顆粒狀被載氣傳送，上述第二噴嘴(21)提供氧氣噴射流，氧氣噴射流與所述鐵化合物射流是分隔開的，所述第一和第二噴嘴位于所述第一室的所述室壁上，并且至少一個所述第二噴嘴(21)在一個方向提供的氧氣噴射流對于所述第一室的所述軸有切線分量。
14.按權(quán)利要求13中的裝置，其特征在于，所述第一室(1)的所述室壁(3)大體上是圓筒形狀的并且高對直徑的比值至少為1。
15.按權(quán)利要求14中的裝置，其特征在于，所述高對直徑的比值至少為2。
16.按權(quán)利要求13至15中任一個所述的的裝置，其特征在于，所述的第一噴嘴(20)分布在所述第一室的多個不同高度的水平面上。
17.按權(quán)利要求16中的裝置，其特征在于，在每一個所述高度水平面上有一組由兩個所述第一噴嘴(20)組成噴嘴組，兩個噴嘴位于所述第一室的所述室壁的直徑方向上相對的地方，并且提供的噴射流，該噴射流的方向大體上是水平的，相對于所述第一室的所述軸處于相同的旋轉(zhuǎn)方向，并且與想像的直徑范圍是所述第一室直徑的0.25至0.75倍的圓周(23)相切。
18.按權(quán)利要求17中的裝置，其特征在于，所述第一噴嘴(20)沿多個在所述第一室的所述室壁上的螺旋線排列。
19.按權(quán)利要求17或18的裝置，其特征在于，每一所述組的所述第一噴嘴(20)在圓周上與所述第一噴嘴的每一相鄰所述組的第一噴嘴以120°交錯地繞軸排列。
20.按權(quán)利要求13至19中任何一個所述的裝置，其特征在于，所述第二噴嘴(21)分布在所述第一室的多個不同高度的水平面上。
21.按權(quán)利要求17至19中任何一個所述的裝置，其特征在于，所述第二噴嘴(21)以組排列在多個高度的水平面上，并各自與所述第一噴嘴(20)組配合，所述第二噴嘴(21)的每一組和與其配合的第一噴嘴(20)組位于相同高度水平面上或稍低于該第一噴咀組，定位于所述第一室的所述壁上。
22.按權(quán)利要求21的裝置，其特征在于，每一所述第二噴嘴(21)組由位于所述第一室的所述壁的直徑方向上相對位置的兩個第二噴嘴組成，該第二噴咀組提供的噴射流方向大體上是水平的，相對于所述第一室的所述軸位于相同的旋轉(zhuǎn)方向，并與直徑為所述第一室直徑0.25—0.75倍的想像圓(22)相切。
23.按權(quán)利要求22的裝置，其特征在于，所述第二噴嘴的所述的想像圓(22)小于所述第一噴嘴的所述的想像圓(23)。
24.按權(quán)利要求13至23中任一個所述的裝置，其特征在于，所述第一室的所述排放管道(9，11)與所述第一室(1)大體上是同軸的。
25.按權(quán)利要求13至24中任一個所述的裝置，其特征在于，所述的第二室(4)大體上與所述第一室(1)是同軸的。
全文摘要
由鐵化合物生產(chǎn)鐵的方法和裝置。具有旋轉(zhuǎn)對稱壁(3)的第一室(1)中鐵化合物進(jìn)行第一級預(yù)還原，在第一室下面的第二室(4)中鐵化合物進(jìn)行第二級還原，燃料和氧氣供給第二室。還原氣向上通入第一室，在那里完成預(yù)還原。氧氣供給第一室。鐵化合物在第一室部分地熔化然后向下沿室壁流入第二室。顆粒形狀的鐵化合物利用形成一個或多個噴射流的載氣引入第一室。氧氣部分地以有切線方向分量的噴射流形式供入第一室。
文檔編號C21B13/00GK1123840SQ9510775
公開日1996年6月5日 申請日期1995年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月1日
發(fā)明者約翰尼斯·G·伯納德, 康尼利斯·P·梯爾胡伊斯, 漢德里古斯·K·A·梅杰 申請人:和格文斯·格羅普公司