專利名稱：向還原性氣體中注入含金屬氧化物的微粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種向還原性氣體中注入含金屬氧化物的微粒的方法，同時也涉及一種實現(xiàn)此方法的裝置。
在專利(JP-A-62-164569)中已經(jīng)介紹過向還原性氣體管道中通入細微礦石粒子的方法以及在此還原性氣體管道中運輸期間來對礦石粒子進行還原的方法。根據(jù)專利JP-A-62-164569，細微的礦石是經(jīng)過一個噴嘴被吸入到此還原性氣體流中的。這里出現(xiàn)了一個這樣的問題此還原性氣體不能與包含有金屬氧化物的單個微粒實現(xiàn)最佳接觸。
這些微粒進入還原性氣體流就形成了一密集的物質(zhì)流，盡管它們是通過攜帶氣體被注入到還原性氣體流中的。只有當(dāng)物質(zhì)流走過了一定的距離以后，物質(zhì)流才成扇形散開，因此只有一小段距離，從而只有很少的時間可以用來進行還原過程。另外一個缺點是由于物質(zhì)流進入了容納還原性氣體流的空間而變得很密集，因而此物質(zhì)流就可能沖蝕限定該空間的壁而使之損壞。
本發(fā)明的目的是避免這些缺點和難題，其任務(wù)是建立上述類型的方法以及實現(xiàn)該方法的裝置。此方法確保含金屬氧化物的微粒剛進入容納還原性氣體的空間后，單個的微粒與還原性氣體實現(xiàn)最佳地接觸，因此每個微粒在從供應(yīng)微粒的管道出來后就立刻被還原性氣體所包圍。這就能夠在把微粒通入容納還原性氣體的空間后，立刻都從微粒表面開始就發(fā)生化學(xué)、物理、以及熱學(xué)的反應(yīng)。因而微粒在這個空間里停留的時間可以被最有效地利用。這也能最大限度地使含金屬氧化物的微粒進行直接還原的裝置變小，同時還能最有效地利用此還原性氣體。
按照本發(fā)明，把由微粒和攜帶氣體形成的中心物質(zhì)流送入還原性氣體中，并把至少一股由輔助氣體形成的氣體流對準此物質(zhì)流，通過這種方法而解決了這個問題，此氣體流使物質(zhì)流產(chǎn)生霧化，因而這些微粒均勻地分布在還原性氣體中。
此氣體流最好能夠給予此物質(zhì)流一個繞此物質(zhì)流的軸的轉(zhuǎn)動力矩，由于離心力的作用，這些微粒就從物質(zhì)流中分離出來，并擴散開來。
此氣體流給予物質(zhì)流一個周期變動的轉(zhuǎn)動力矩，最好是具有不同大小的力矩，使得利用離心力的效果還可得到加強，這樣也就能找到最佳的轉(zhuǎn)動力矩。
把此氣體流偏斜地對準物質(zhì)流，以及與物質(zhì)流相交截和只穿透物質(zhì)流的外部區(qū)域是適合的，氣體流和物質(zhì)流之間的角α是一周期性的變量。
此氣體流由惰性氣體形成是有利的，但是在這里也可使用還原性氣體。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，此還原性氣體流過物質(zhì)流，也就是說，把物質(zhì)流注入到還原性氣體流中，物質(zhì)流的方向與還原性氣體的流動方向要相對著，最好是構(gòu)成100°和160°之間的角度。
最好是至少有一股氣體流對準物質(zhì)流的中心并穿過物質(zhì)流。
按照本發(fā)明的這個方法實際上可以有利地用于具有下面特征的還原過程，這些特征是把物質(zhì)流送入離開熔化氣化區(qū)的還原性氣體流中，在此氣化區(qū)中通過煤的氣化而形成了包含有CO和H2的還原性氣體，而且在此氣化區(qū)中，部分和/或完全被還原的含金屬的粒子被完全還原或熔化，該還原性氣體流，在物質(zhì)流進入以后，經(jīng)受固體分離并接著在含有金屬氧化物的礦石的還原作用下，在還原區(qū)域中進行了轉(zhuǎn)化，在固體分離期間被分離的微粒，通過會使微粒結(jié)塊的微粉燃燒器，被供給熔化氣化區(qū)。
實現(xiàn)本發(fā)明這個方法的裝置的特征是下面一些特性的組合·由壁所限定的用來接收還原性氣體的空間，·通過此壁而進入此空間中的注入噴嘴，·此注入噴嘴裝備有輸送微粒和攜帶氣體的中心管，以及·在中心管的開口處裝備有至少一個噴嘴，此噴嘴連接在供應(yīng)輔助氣體的氣體管道上，其中·噴嘴的縱向軸和中心管的縱向中心線構(gòu)成一個角α，其范圍最好在20°和60°之間。
按照一個優(yōu)選的實施例，噴嘴的縱向軸的取向相對于中心管的縱向中心線是偏離的，此時，如果把噴嘴的縱向軸垂直地投影在通過中心管的縱向中心線和噴嘴開口的平面上，則在噴嘴的投影縱向軸和中心管的縱向中心線之間就構(gòu)成一個角度(α)，其范圍為20°和60°之間。
在這種裝置中，噴嘴是可移動地安置在中心管的開口處是適合的，其縱向軸能夠取各種位置，最好是取相對于中心管的縱向中心線偏離的各種位置。
為了使物質(zhì)流霧化，在某些局部前提條件下，如果只是在中心管的開口的一半圓周上安置幾個噴嘴可能是有利的。
對于體積大的物質(zhì)流，在中心管的開口的整個圓周上大約均勻分布地安置幾個噴嘴是適合的。
一個優(yōu)選的變種有以下特點容納還原性氣體的空間是由還原性氣體輸送管構(gòu)成的，注入噴嘴從側(cè)面通向此輸送管，注入噴嘴的縱向中心線和還原性氣體輸送管的中心線形成一個范圍在100°和160°之間的角度是適合的。
最好是至少有一個噴嘴的縱向軸與中心管的縱向中心線相交截。
本發(fā)明裝置的一個優(yōu)選使用過程的特點如下此裝置通向離開熔化氣化器的氣體排放管，此氣化器用于使金屬礦石熔化和有選擇地完全使其還原，以及用于通過煤的氣化來制造含有CO和H2的還原性氣體，此氣體排放管通向固體分離器，例如離心分離器，在此固體分離器中被分離的固體可以通過固體返回管道和微粉燃燒器而再返回熔化氣化器中。
下面借助在附圖中表示的實施例描述本發(fā)明。


圖1表示了通過本發(fā)明裝置的一幅縱向剖面圖，圖2是沿著圖1中Ⅱ-Ⅱ線相應(yīng)的橫截面圖。
在圖3到圖5中表示了本發(fā)明裝置的不同的實施例。
圖6表示了在直接還原細微礦石的設(shè)備中本發(fā)明裝置的布局圖。
按照圖1和圖2中所表示的實施例，向還原性氣體中注入含金屬氧化物的微粒的裝置上裝備有一個通向空間3的注入噴嘴1，還原性氣體穿過壁2進入這個空間。這個空間，例如，可以是由一條管道構(gòu)成的。注入噴嘴1設(shè)有中心管4，攜帶氣體把微粒通過此中心管吹向開口5，因而在此開口處形成了由微粒組成的物質(zhì)流。
在中心管4的開口5處，設(shè)置有幾個圍繞著中心管4的噴嘴6，這些噴嘴各自都通過氣體輸送管8與供給輔助氣體的氣體管道7相連接。這些氣體輸送管8都設(shè)計成是與中心管4的縱向中心線9平行的管子，這些輸送管設(shè)置在包圍中心管4周邊的環(huán)形空間10中，氣體管道7就通入這個空間。這個環(huán)形空間10在外側(cè)由外套11所限定，此外套在開口5處的端面處和在相對著的端面處用端部法蘭12,13封閉。借助氣體密封軸承14,15，氣體輸送管8可以相對于端部法蘭12,13轉(zhuǎn)動。
氣體輸送管8的互相對著的兩個端部用法蘭16,17封閉。在外法蘭17上安裝了向外伸出的轉(zhuǎn)動銷18。在轉(zhuǎn)動銷18上設(shè)置有使這些氣體輸送管圍繞它們的縱向軸19轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置，圖中沒有詳細畫出這些驅(qū)動裝置。在氣體輸送管8的內(nèi)法蘭16上有噴嘴6，其軸6’與中心管的縱向中心線9形成一個角α。
通過環(huán)形空間10和氣體輸送管8的開口20而把氣體供給輸送管8并最后供給噴嘴6。
繞著其縱向軸19轉(zhuǎn)動氣體輸送管8，可以使從噴嘴6中流出來的氣體流按照其相對于物質(zhì)流的位置而變化，也即，氣體流可以從與中心管4的縱向中心線相交截的位置過渡到相對與此縱向中心線偏離的位置。借助于使氣體輸送管圍繞其縱向軸19轉(zhuǎn)動的機構(gòu)能夠周期地改變氣體流相對于物質(zhì)流的位置。由氣體流與中心管4的縱向中心線9所圍成的角度α的范圍最好是在20°到60°之間，該角度α對所有的氣體流來說不必要同樣大小。
按照圖1和圖2中所示實施例，在中心管4的開口5的整個圓周上均勻分布地安置了幾個噴嘴6。如果需要，例如，圖4和圖5所示，只在中心管4的開口5的一半圓周上安置幾個噴嘴6可能就足夠了。如果空間3中的還原性氣體具有很強的有方向的流動時，情況尤其是這樣。
從圖3,4和5可以看出，由箭頭21表示的氣體流的方向與中心管的縱向中心線9直接相對著(圖5)，或是與其相偏離(圖3,4)，然而最小直徑與開口5相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)流本身仍然受到氣體流的撞擊。于是氣體流給予物質(zhì)流一個繞著其縱向中心線9的轉(zhuǎn)動，因而由于離心力的作用而使微粒從物質(zhì)流中脫離出來，并擴散開來。除了由氣體流所造成的霧化效應(yīng)之外，還發(fā)生這種作用。
此氣體流最好是由惰性氣體構(gòu)成。惰性氣體也可用作攜帶氣體。也可不裝噴嘴6而在端部法蘭12上設(shè)置一個環(huán)形間隙，通過這個環(huán)形間隙使扇形的氣體流對準物質(zhì)流。如果氣體流相對與物質(zhì)流的位置沒有必要改變的話，則氣體輸送管8就不必要了；在這種情況下，噴嘴6可以固定地插入端部法蘭12中。
如圖6所示，下面描述在一條還原性氣體排放管道23處本發(fā)明裝置的配置，此排放管道把還原性氣體從熔化氣化器器傳送到一個沒有畫出來的還原容器，而包含有CO和H2的還原性氣體就在此熔化氣化器的熔化氣化區(qū)中，通過煤的氣化而形成，而且在此熔化氣化器中使已還原的鐵礦石熔化。如EP-A-0 576 414所述那樣，既可以設(shè)計礦石能在其中被還原的還原容器，也可以設(shè)計此熔化氣化器。在熔化氣化器22的圓頂區(qū)域25的開孔24處，離開熔化氣化器22的還原性氣體經(jīng)過還原性氣體排放管道23被送給離心分離器26，在此離心分離器中，還原性氣體所攜帶的粒子被分離開來。
在還原性氣體排放管道23的開始區(qū)域，把冷卻氣體通過氣體供給機構(gòu)27送入還原性氣體中，以便使還原性氣體冷卻到在還原容器中進行還原所要求的溫度。本發(fā)明所述的注入噴嘴1就位于其后很近的地方，中心管4的縱向中心線9的取向與還原性氣體的流動方向相對著，并與其構(gòu)成一個在100°和160°之間的角。
注入到還原性氣體中并在進入還原性氣體排放管道以后借助于輔助氣體就立刻細碎地分布在還原性氣體中的鐵礦石，在還原性氣體排放管道23中被還原了，至少是部分地被還原了，并在離心分離器26中被分離開來。這種至少是部分被還原的鐵礦石通過微粉收集箱27和注入器28被送入位于熔化氣化器22的側(cè)壁上的微粉燃燒器29中，這里的注入器最好是由氮氣工作的。微粉燃燒器29會使微粒發(fā)生結(jié)塊，而且也可能引起完全還原。
除了鐵礦石之外，經(jīng)本發(fā)明的裝置也可以裝入氧化和/或金屬形式的細微顆粒狀的冶金廢料或再生料，以及額外含碳的材料。
采用本發(fā)明的裝置允許用細微的礦石和/或冶金微粉等來代替15-30％的礦石，而且這些替代物也可能混有有害物。
權(quán)利要求
1．向還原性氣體中注入含金屬氧化物的微粒的方法，其特征在于把由微粒和攜帶氣體形成的中心物質(zhì)流通入還原性氣體中，至少有一股由輔助氣體形成的氣體流是對準此物質(zhì)流，此氣體流使物質(zhì)流擴散開來，因而微粒均勻地分布在此還原性氣體中。
2．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于此氣體流給予物質(zhì)流一個圍繞物質(zhì)流軸的轉(zhuǎn)動力矩，由于離心力的作用，這些微粒脫離物質(zhì)流而擴散開來。
3．按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于此氣體流給予物質(zhì)流周期性變化的轉(zhuǎn)動力矩，最好是不同大小的力矩。
4．按照權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于此氣體流偏斜地對準物質(zhì)流，并與物質(zhì)流相交截，而且只穿過物質(zhì)流外部區(qū)域。
5．按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于此氣體流和物質(zhì)流之間的角度(α)可以周期地改變。
6．按照權(quán)利要求1到5中的一項或幾項所述的方法，其特征在于此氣體流是由惰性氣體形成的。
7．按照權(quán)利要求1到6中的一項或幾項所述的方法，其特征在于此還原性氣體朝向物質(zhì)流流動。
8．按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于此物質(zhì)流的方向與還原性氣體流的方向相對著，最好成一個范圍在100°到160°之間的角度。
9．按照權(quán)利要求1到8中的一項或幾項所述的方法，其特征在于至少有一股氣體流是對準物質(zhì)流的中心并穿過此物質(zhì)流。
10．按照權(quán)利要求1到9中的一項或幾項所述的方法，其特征在于此物質(zhì)流被送進離開熔化氣化區(qū)的還原性氣體流中，含有CO和H2的還原性氣體就是在此氣化區(qū)中由煤的氣化而形成的，部分和/或全部被還原的含金屬的粒子被完全還原或熔化，該還原性氣體流在物質(zhì)流進入后經(jīng)受了固體分離，接著在含金屬氧化物的礦石的還原作用下，在還原區(qū)進行了轉(zhuǎn)化，在固體分離期間被分離的微粒通過會使微粒結(jié)塊的微粉燃燒器(29)被供給熔化氣化區(qū)。
11．實現(xiàn)按照權(quán)利要求1到10中的一項或幾項所述的方法的裝置，其特征是下面一些特性的組合·由壁(2,23)所限定的用于接收還原性氣體的空間(3)，·通過此壁(2,23)而進入此空間(3)中的注入噴嘴(1)，·此注入噴嘴裝備有輸送微粒和攜帶氣體的中心管(4)，以及·在中心管(4)的開口(5)處裝備有至少一個噴嘴(6)，此噴嘴連接在供應(yīng)輔助氣體的氣體管道(7)上，其中·噴嘴(6)的縱向軸(6’)和中心管(4)的縱向中心線(9)包含一個角度(α)。
12．按照權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于此角(α)的范圍在20°到60°之間。
13．按照權(quán)利要求11或12所述的裝置，其特征在于噴嘴(6)的縱向軸(6’)的取向偏離于中心管(4)的縱向中心線(9)，此處，如果把噴嘴(6)的縱向軸(6’)垂直地投影在通過中心管(4)的縱向中心線(9)和噴嘴開口的平面上，則在此噴嘴(6)的投影縱向軸(6’)和中心管(4)的縱向中心線(9)之間就構(gòu)成一個范圍為20°和60°之間的角度(α)。
14．按照權(quán)利要求11到13中的一項或幾項所述的裝置，其特征在于噴嘴(6)是可移動地安置在中心管(4)的開口(5)處，其縱向軸(6’)能夠取各種位置，最好是取相對于中心管(4)的縱向中心線(9)偏離的各種位置。
15．按照權(quán)利要求11到14中的一項或幾項所述的裝置，其特征在于只是在中心管(4)的開口(5)的一半圓周上安置了幾個噴嘴(6)(圖4,5)。
16．按照權(quán)利要求11到14中的一項或幾項所述的裝置，其特征在于在中心管(4)的開口(5)的整個圓周上大約均勻分布地安置了幾個噴嘴(6)(圖3)。
17．按照權(quán)利要求11到16中的一項或幾項所述的裝置，其特征在于容納還原性氣體的空間(3)是由還原性氣體輸送管(23)構(gòu)成的，注入噴嘴(1)就從側(cè)面通入此輸送管(23)。
18．按照權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于注入噴嘴(1)的縱向中心線(9)和還原性氣體輸送管(23)組成一個范圍為100°和160°之間的角。
19．按照權(quán)利要求11到18中的一項或幾項所述的裝置，其特征在于至少一個噴嘴(6)的縱向軸(6’)與中心管(4)的縱向中心線(9)相交截。
20．按照權(quán)利要求11到19中的一項或幾項所述的裝置，其特征在于此裝置通向離開熔化氣化器(22)的氣體排放管(23)，此熔化氣化器用于使金屬礦石熔化并有可能使之完全還原，以及用于通過煤的氣化來制造含CO和H2的還原性氣體，而氣體排放管(23)通向固體分離器(26)，例如，一個離心分離器，由此，在固體分離器(26)中被分離出來的固體通過一條固體返回管道和微粉燃燒器(29)可以返回熔化氣化器(22)。
全文摘要
按照向還原性氣體中注入含金屬氧化物微粒的方法,向還原性氣體中通入由微粒和攜帶氣體形成的中心物質(zhì)流,至少有一股由輔助氣體形成的氣體流對準此物質(zhì)流,以便保證這些微粒與此還原性氣體有最佳的接觸,此氣體流使物質(zhì)流霧化,因而這些微粒均勻分布在此還原性氣體中。
文檔編號C22B5/14GK1233293SQ97198641
公開日1999年10月27日 申請日期1997年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月8日
發(fā)明者L·W·克普林格爾, M·納格爾, F·豪岑貝爾格, F·瓦爾納, P·布蘭德爾, U·根納里, J·舍恩克 申請人:沃斯特－阿爾派因工業(yè)設(shè)備制造有限公司, 浦項綜合制鐵株式會社, 工業(yè)科學(xué)與技術(shù)研究所,財團