專利名稱：直接還原礦粉的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的獨(dú)立權(quán)利要求涉及一種在流化床槽中用氫作還原劑直接還原具有寬粒度分布的礦粉的方法。本發(fā)明還涉及實(shí)施獨(dú)立權(quán)利要求所述方法的設(shè)備。
從DE 4326562C2已知一種內(nèi)帶氣流板的臥式反應(yīng)器以及運(yùn)轉(zhuǎn)這種反應(yīng)器所必需的各種裝置。
DE 4326562C2的臥式流化床反應(yīng)器的缺點(diǎn)在于，該反應(yīng)器只能處理給定粒度范圍的物料，該粒度范圍是由流化床的氣流速度(流化速度)所確定的。另一種粒度范圍的物料則要求另外氣流速度。此外，在進(jìn)入流化床反應(yīng)器之前需要進(jìn)行篩分。
本發(fā)明之目的在于改進(jìn)上述專利中的方法，使其能在一種臥式流化床槽中對(duì)寬粒度分布的礦粉達(dá)到最佳還原。本發(fā)明的目的還在于，對(duì)已知的臥式流化床槽進(jìn)行改進(jìn)，使其能實(shí)施所要達(dá)到的方法。本發(fā)明的目的還在于保證還原裝置的工作方式在熱耗方面達(dá)到最佳化。
通過(guò)權(quán)利要求的特征部分可達(dá)到這些目的。
有關(guān)設(shè)備的描述參考了DE4326562C2描述資料。
本發(fā)明利用了DE4326562C2所描述的反應(yīng)器的基本原理。
本發(fā)明的方法和設(shè)備能處理粒度分布為＜6.3mm-0.02mm的礦粉，優(yōu)選粒度為＜3.0mm-0.02mm。
緩沖缶中貯存的礦粉送入位于其下的壓力缶中。該壓力缶作為壓力卸料口將礦粉送入預(yù)熱器。這種預(yù)熱器，例如是流化床反應(yīng)器或沸騰床反應(yīng)器，與后置的臥式流化床槽一樣處于加壓下。
當(dāng)一個(gè)壓力缶從處于大氣壓的緩沖缶進(jìn)料時(shí)，另一壓力缶向預(yù)熱器卸料。
預(yù)熱器利用從臥式流化床槽，即還原反應(yīng)器來(lái)的所謂頂部氣體預(yù)熱礦粉。
預(yù)熱器的氣流速度的選擇，應(yīng)使粒度小于約0.5mm的礦粉基本上從預(yù)熱器夾帶出。該礦粉經(jīng)熱氣旋風(fēng)分離器沉降，并同從預(yù)熱器出來(lái)的已預(yù)熱的礦粉一道送入臥式流化床槽，即還原反應(yīng)器的第一室。
置于臥式流化床槽之前的預(yù)熱器經(jīng)固體顆粒導(dǎo)管將粒度級(jí)分為＜3mm-0.5mm的礦粉卸入臥式還原反應(yīng)器的第一室。該室內(nèi)配置有換熱器，后者能將礦粉加熱到流化床需要的溫度。優(yōu)選的流化床溫度約在680-700℃范圍內(nèi)。優(yōu)選氫氣作流化介質(zhì)和還原介質(zhì)。氫氣預(yù)先在還原氣加熱器中加熱到約710℃。氣流速度的選擇應(yīng)使礦粉基本上不被夾帶出去。
本發(fā)明的特殊優(yōu)點(diǎn)在于，利用高溫還原氣使換熱器加熱，并使從各個(gè)換熱器流出的還原氣流進(jìn)入臥式流化床槽作流化劑和還原劑。進(jìn)入第一個(gè)換熱器的還原氣可加熱至約850℃，流出這個(gè)換熱器時(shí)其溫度降到例如720℃。
利用這種布置就可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)換熱器能完全傳遞Fe2O3還原到FeO以及礦粉加熱所需的熱量。
FeO還原成Fe的反應(yīng)所需的熱量亦可僅靠該還原氣供給。由此還原就變成特別有效。相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)此作出了證明。
通過(guò)適宜的市售裝置將流化床槽第一室的流化速度調(diào)到最高，即例如在裝料粒度分布約為＜3.0mm-0.02mm時(shí)，其流化速度高到能使實(shí)例中粒度約為＜0.5mm-0.02mm的礦粉能隨氣流夾帶經(jīng)過(guò)沉降器，例如熱氣旋風(fēng)分離器。
剩余的粒度約為3.0mm-0.5mm的其余的礦粉滯留在這個(gè)室中，并在該室中還原。
從配置給第一室的旋風(fēng)分離器沉降出的粒度小于0.5mm的礦粉被送入第二室，在第二室中流化速度調(diào)到低于第一室的流化速度，即例如其流化速度可使粒度約為0.5mm-0.1mm的部分滯留在第二室，并在該室中還原，同時(shí)粒度小于0.1mm的顆粒則隨氣流夾帶通過(guò)第二室的旋風(fēng)分離器。從該旋風(fēng)分離器沉降出來(lái)的粒度小于0.1mm的礦粉被送入流化床槽的第三室，粒度小于0.1mm的礦粉在第三室中滯留并還原。
從配置給第三室的旋風(fēng)分離器沉降出來(lái)的固體再返回該室。
從配置給各室的旋風(fēng)分離器出來(lái)的氣體經(jīng)總管送入預(yù)熱器。
還原過(guò)的礦粉，例中為所有三個(gè)室的礦料，通過(guò)壓力缶送去后續(xù)加工。
當(dāng)然，本發(fā)明的流化床槽不是絕對(duì)的只有三個(gè)室，更確切地說(shuō)，它亦可分成兩室或多于三室。
根據(jù)設(shè)備從屬權(quán)利要求的特征部分，各個(gè)室之間的隔板可沿流化床槽的長(zhǎng)度方向移動(dòng)，使其能達(dá)到增加某一室的氣流面積或減小另一室氣流面積之目的是有利的。當(dāng)待還原的礦粉粒度分布發(fā)生改變時(shí)，例如在粒度小于0.1mm的份額增加的情況下，需要采取這種措施。那時(shí)可通過(guò)隔板的移動(dòng)使含粒度小于0.1mm的室增大，而使另外的室變小。
如果待還原的礦物細(xì)粒份額增加更多，則可插入插件使流化床槽的長(zhǎng)度增加，從而使氣流面積變大。
第一室可由兩段組成，即加熱段和預(yù)還原段(將Fe2O3轉(zhuǎn)化為FeO)，其中還設(shè)置換熱器以及實(shí)際上的還原段，在該段中還原進(jìn)行到約98％的金屬化(FeO轉(zhuǎn)化為Fe)。這里換熱器不是絕對(duì)需要的，因?yàn)檫€原所需的熱可由還原氣帶入。
上述兩段可用隔板分開。從第一段出來(lái)的礦粉必須流經(jīng)隔板以到達(dá)第二段。隔板的高度由流化床的高度確定。為了避免流化床的“死區(qū)”(分凝區(qū))，該室和后續(xù)室的隔板要在下部開孔。
完成還原的礦粉經(jīng)高置的喇叭口流出第二段，還原后的微粒物料經(jīng)卸料容器用氣流排出。
臥式流化床槽的第二室由配置給第一室的旋風(fēng)分離器供給礦粉，該室亦包括換熱器，其作用是將流化床加熱到所需溫度。例中的第三室亦是如此。
從FeO還原到Fe的吸熱還原只需較少的用于還原的熱量。此熱量可由流出的還原氣帶入。
第二室的流化速度(氣流速度)的選擇應(yīng)有利于使粒度優(yōu)選小于0.1mm的所有礦粉隨氣流夾帶出，同時(shí)使粒度為0.5mm-0.1mm的礦粉滯留于第二室，并在該室中完成還原。
從第二室流出的氣體主要載帶有粒度小于0.1mm的礦粉，該氣體送入室-熱氣旋風(fēng)分離器，其中大部分粒度小于0.1mm的礦粉從氣流中沉降出來(lái)。
從這個(gè)室-熱氣旋風(fēng)分離器沉降出來(lái)的粒度小于0.1mm的礦粉進(jìn)入臥式流化床槽的第三室。在該室中氣流速度的調(diào)節(jié)應(yīng)使粒度為0.1mm-0.02mm的顆粒滯留在此第三室中，并完成還原。因?yàn)榈竭_(dá)第三室的礦粉已經(jīng)受到足夠的加熱和預(yù)還原，所以第三室可能無(wú)需任何換熱器。還原所需的熱量完全可通過(guò)氣體載入，該室的流化床溫度在680℃-700℃的范圍內(nèi)。
從配置給第三室的室-熱氣旋風(fēng)分離器沉降出來(lái)的礦粉再返回到第三室進(jìn)行最終還原。
從配置給所有三個(gè)室的熱氣旋風(fēng)分離器流出的氣體匯入總管作為“凈化”后的頂部氣體(Top-Gas)并送入立式預(yù)熱器作加熱劑。
臥式流化床槽第一室后續(xù)的其它室與第一室相似用隔板分段，其目的在于以此防止顆粒的返混和交叉混合。各段的尺寸可按需要確定。
臥式流化床槽的各個(gè)室除主要出口(一個(gè)高置出口)外還包括一個(gè)設(shè)置在各最后段底部的出口。該出口通過(guò)葉輪閘門控制，經(jīng)過(guò)這個(gè)出口可將分凝的礦粉排出。該排出口只作為應(yīng)急出口。
所敘述的各個(gè)室由于不同氣流面積而大小不等，因此在設(shè)計(jì)流化床槽時(shí)應(yīng)確知粒度分布為3-0.5mm、0.5-0.1mm和小于0.1mm的各級(jí)分的可能最大份額。亦可通過(guò)前面提到的插入反應(yīng)器插件(筒管部件)以及通過(guò)室間隔板的移動(dòng)等可能的措施來(lái)考慮礦粉顆粒組成的持續(xù)變化。
當(dāng)要提高臥式流化床槽的處理能力或由于礦物的較低處理溫度(結(jié)塊)而需要延長(zhǎng)停留時(shí)間的情況下，亦可插入插件。
被還原的礦粉從流化床槽的各室經(jīng)一個(gè)或若干卸料口(壓力容器)排出去進(jìn)行后續(xù)處理。后續(xù)處理可理解為壓塊裝置或電弧爐。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例將在下面按照附圖
于以詳細(xì)說(shuō)明。
待還原的礦粉從緩沖缶(16)經(jīng)可調(diào)節(jié)的出料裝置(12)進(jìn)入壓力缶(1)。緩沖缶是未加壓的。然后礦粉交替地從一個(gè)或另一個(gè)壓力缶(1)卸入預(yù)熱器(11)，例如是流化床反應(yīng)器或沸騰床反應(yīng)器。
在預(yù)熱器(11)中采用所謂的頂部氣體對(duì)礦粉進(jìn)行預(yù)熱，該氣體是從配置給臥式流化床槽各室(2)的熱氣旋風(fēng)分離器(6)經(jīng)總管(9)導(dǎo)入。
預(yù)熱器(11)串聯(lián)有熱氣旋風(fēng)分離器(13)，其中對(duì)從預(yù)熱器(11)中被氣體夾帶出的小于約0.5mm的礦粉進(jìn)行沉降，沉降出來(lái)的礦粉級(jí)分經(jīng)固體顆粒排料管(14)進(jìn)入位于預(yù)熱器(11)下面的固體顆粒導(dǎo)管(15)。從熱氣旋風(fēng)分離器(13)流出的頂部氣體經(jīng)排氣管(18)送出后續(xù)處理(例如氣體洗滌)。
為了卸出經(jīng)預(yù)熱的粒度分布＜6.3mm-0.5mm，優(yōu)選是＜3mm-0.5mm的礦粉級(jí)分，在預(yù)熱器(11)下面裝有固體顆粒導(dǎo)管(15)。經(jīng)該管(15)上述礦粉級(jí)分進(jìn)入臥式流化床槽的第一室(2)，在該室內(nèi)礦粉開始還原。
在各個(gè)室(2)內(nèi)，裝有可調(diào)節(jié)流化介質(zhì)氣流速度的裝置(5)。
在第一室(2)中完成還原的礦粉排入壓力缶(10)。從第一室(2)流出的氣體及其所含的礦粉進(jìn)入配置給此室的熱氣旋風(fēng)分離器(6)。
由臥式流化床槽的第二室(2)和第三室(2)出來(lái)的完成還原的礦粉進(jìn)入置于其后的壓力缶(10)。當(dāng)然，附圖所示的三個(gè)壓力缶(10)也可用一個(gè)壓力缶(10)代替，在這種情況下，所有室(2)的礦粉出料都進(jìn)入此壓力缶內(nèi)。
還原后的礦粉從壓力缶(10)在加壓下送入后續(xù)處理裝置。該裝置可能是礦粉的壓塊裝置或者例如是電弧爐。
從臥式流化床槽的第二室(2)隨氣體夾帶出的礦粉進(jìn)入熱氣旋風(fēng)分離器(6)，其中氣體和礦粉分離，礦粉進(jìn)入第三室(2)，而氣體經(jīng)總管(9)進(jìn)入導(dǎo)熱器(11)作預(yù)熱劑。
最后，從第三室(2)隨氣體夾帶出的礦粉在配置給該室(2)的熱氣旋風(fēng)分離器(6)中沉降，并再返回到臥式流化床槽的第三室(2)以進(jìn)行最終還原。
從該熱氣旋風(fēng)分離器(6)出來(lái)的氣體同樣送到立式預(yù)熱器(11)的氣體底板作為預(yù)熱氣。
為了提高還原裝置的經(jīng)濟(jì)效益，擬采用高溫還原氣(優(yōu)選氫氣)去加熱置于臥式流化床槽各室(2)的內(nèi)置換熱器(4)。從換熱器(4)出來(lái)的還原氣接著進(jìn)入臥式流化床槽各室(2)的氣流底板作為還原劑。
本實(shí)施例子中全部室(2)都包括換熱器(4)。根據(jù)還原裝置的設(shè)計(jì)，在全部室(2)中涉及換熱器(4)的設(shè)備均可略去。
圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明1壓力缶2臥式流化床槽的室3隔板4換熱器5氣流速度調(diào)節(jié)裝置6熱氣旋風(fēng)分離器8最后一個(gè)旋風(fēng)分離器(6)的固體顆粒排料管9從6到11的總管10 已還原礦粉的壓力缶11 礦粉預(yù)熱器12 1的卸料裝置13 11的熱氣旋風(fēng)分離器14 13的固體顆粒排料管15 11的固體顆粒導(dǎo)管16 礦粉緩沖缶17 11的排氣管18 13的排氣管19 4的進(jìn)氣管20 4的排氣管
權(quán)利要求
1．一種直接還原礦粉的方法，該方法是在臥式流化床槽中，優(yōu)選以氫氣作為還原氣對(duì)寬粒度分布的礦粉進(jìn)行還原，其特征在于，使礦粉在加壓的預(yù)熱器中受控預(yù)熱，預(yù)熱過(guò)的礦粉進(jìn)入用隔板分隔成若干室的、并用高溫還原氣間接加熱的臥式流化床槽中；礦粉在這些室中經(jīng)加熱和還原；氣體的流化速度在第一室中最高，并逐室下降，從而使給定粒度級(jí)分的礦粉隨氣體從各室夾帶出，然后分離為礦粉和氣體，分離出的礦粉總是進(jìn)入下一室，但在最后一個(gè)分離過(guò)程中，分離出的礦粉是再返回到該最后的室，并且較粗粒度級(jí)分的礦粉皆分別滯留在各室內(nèi)；來(lái)自所有室的從礦粉中分離出的熱氣均進(jìn)入預(yù)熱器；從預(yù)熱器流出的含有固體顆粒的熱氣經(jīng)旋流，旋流分離出的固體顆粒(礦粉)進(jìn)入臥式流化床槽的第一室，而氣體則送入后續(xù)處理；來(lái)自所有室的與礦粉分離的氣體均經(jīng)最終的礦粉-氣體分離；分離出的氣體進(jìn)入預(yù)熱器作加熱劑；在各室中滯留的礦粉在還原過(guò)程結(jié)束之后在加壓下送入后續(xù)處理。
2．一種實(shí)施按照權(quán)利要求1的在臥式流化床槽中用氫氣作還原氣直接還原寬粒度分布的礦粉的方法的設(shè)備，其特征在于，礦粉緩沖缶(16)置于其下帶可調(diào)卸料裝置(12)的壓力缶(1)；置于其下的預(yù)熱器(11)，例如是流化床反應(yīng)器或沸騰床反應(yīng)器，對(duì)礦粉進(jìn)行預(yù)熱；置于預(yù)熱器(11)之后的熱氣旋風(fēng)分離器，其排氣管(18)將頂部氣體送入后續(xù)處理；固體顆粒排料管(14)，該管與來(lái)自預(yù)熱器(11)的經(jīng)預(yù)熱過(guò)的礦粉的排料管(15)相聯(lián)，而且預(yù)熱過(guò)的礦粉(粒度級(jí)分為＜6.3mm-0.5mm，優(yōu)選＜3.0mm-0.5mm)的排料管(15)與用隔板(3)分隔成若干室(2)的臥式流化床槽的第一室相聯(lián)；置于室(2)內(nèi)的換熱器(4)；調(diào)節(jié)各室(2)流化速度的裝置(5)，且流化速度逐室降低；置于各室之后的室-熱氣旋風(fēng)分離器(6)以沉降給定粒度級(jí)分的礦粉，而且沉降出的粒度級(jí)分的礦粉總是進(jìn)入下一室，或最后一室(2)；總管(9)，該總管匯聚所有室-旋風(fēng)分離器(6)的氣體并送入立式預(yù)熱器(11)作加熱劑；置于各室(2)下面的壓力缶(10)，將還原后的礦粉排出和送入后續(xù)處理。
3．權(quán)利要求2的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)氣管(19)與換熱器(4)相聯(lián)，后者置于室(2)內(nèi)所產(chǎn)生的流化床之中，高溫還原氣流過(guò)換熱器(4)使其加熱，并且排氣管(20)將流過(guò)換熱器(4)的還原氣引入室(2)的氣流底板作流化劑和還原劑。
4．權(quán)利要求2和3的設(shè)備，其特征在于，各室(2)的隔板是可移動(dòng)的，可使臥式流化床槽各室(2)的氣流面積增大或減小。
5．權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征在于，總是采用室-插件來(lái)增大臥式流化床槽的氣流面積。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在帶若干串聯(lián)室(2)的臥式流化床槽中用氫作還原劑來(lái)直接還原寬粒度分布的礦粉的方法和設(shè)備,其中氣流底板上的氣流速度應(yīng)調(diào)節(jié)到使在各個(gè)室(2)中滯留所給定的粒度分布的物料,并在那里進(jìn)行還原,而從各個(gè)室(2)中導(dǎo)出的更細(xì)粒度的礦粉,并在室－熱氣旋風(fēng)分離器(6)中分離為固體(礦粉)和氣體。從相應(yīng)的旋風(fēng)分離器(6)沉降出來(lái)的礦粉進(jìn)入下一個(gè)室(2)。從所有室－熱氣旋風(fēng)分離器(6)流出的氣體通過(guò)總管(9)進(jìn)入預(yù)熱器(11)。在各室(2)中經(jīng)還原的礦粉從壓力缶(10)送入后續(xù)處理。
文檔編號(hào)C22B5/12GK1216070SQ98800111
公開日1999年5月5日 申請(qǐng)日期1998年1月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月7日
發(fā)明者P·海恩里希, K·克諾普 申請(qǐng)人:費(fèi)羅斯達(dá)爾公開股份有限公司