專利名稱：生產(chǎn)直接還原脫硫鐵的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)直接還原脫硫鐵的工藝。
直接還原鐵是通過用固態(tài)或氣態(tài)還原劑進(jìn)行氧化鐵還原的直接還原工藝生產(chǎn)的。例如在高溫下與二氧化碳反應(yīng)并生成還原性氣體CO的煤就是一種固態(tài)還原劑。由于煤含有大量的硫，所使用的鐵礦石也常常含有這種元素，這樣所生產(chǎn)的鐵和產(chǎn)生的廢氣均含有大量的硫。隨后對(duì)廢氣和直接還原鐵進(jìn)行脫硫的費(fèi)用是非常昂貴的。
本發(fā)明的目的是提出一種生產(chǎn)直接還原脫硫鐵的工藝。
根據(jù)本發(fā)明，通過在一個(gè)多膛爐內(nèi)進(jìn)行直接還原脫硫鐵生產(chǎn)的工藝來解決這個(gè)問題，其中，這個(gè)多膛爐具有兩個(gè)呈上下布置的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都有幾個(gè)爐膛，鐵礦石與碳載體在800℃-1100℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，并且所生成的金屬鐵和廢氣在這個(gè)多膛爐的第一個(gè)區(qū)域中通過脫硫劑進(jìn)行脫硫，直接還原鐵從多膛爐中排出，脫硫氣體則進(jìn)入第二個(gè)區(qū)域，在該區(qū)，脫硫氣體將鐵礦石預(yù)熱至600℃-800℃之間。
在此工藝中，廢氣中的硫在多膛爐內(nèi)被還原。在還原劑(如煤)氣化期間，硫隨著鐵礦石的直接還原而被釋放出來。少量的硫還會(huì)在鐵礦石還原成鐵的過程中釋放出來。在本工藝中硫被限制在第一個(gè)區(qū)域中，并因此不再與或很少與鐵礦石和鐵反應(yīng)。因此根據(jù)本工藝生產(chǎn)的直接還原鐵的硫含量會(huì)非常低。
脫硫劑的成分含有例如石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)和/或鎂砂(MgO)。廢氣脫硫最好主要是在第一區(qū)域中通過含硫氣體與脫硫劑的化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行，硫與鈣和/或鎂生成硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫化物等。這些化合物最好在脫硫劑的表面上生成。這些脫硫劑的優(yōu)點(diǎn)之一就是當(dāng)其與直接還原鐵一起熔煉時(shí)對(duì)渣的性能有好的作用。
多膛爐具有第一區(qū)域和第二區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域均具有多個(gè)爐膛。第二區(qū)域最好置于第一區(qū)域之上，氣體從第一區(qū)域上升進(jìn)入第二區(qū)域，而固體從第二區(qū)域逐漸落入第一區(qū)域。
固體即鐵礦石和還原劑可以分別或共同送入多膛爐。根據(jù)一個(gè)最佳實(shí)施例，鐵礦石首先加入多膛爐第二區(qū)域的頂部爐膛，通過伸到爐膛上部的耙子進(jìn)行布料，并逐漸使其進(jìn)入下面的爐膛。然后將還原劑加入下面的爐膛，最好是在位于第二區(qū)域中低層的爐膛中還原劑與預(yù)熱鐵礦石混合。通過連續(xù)流動(dòng)避免了還原劑和礦石的結(jié)塊。還原劑可以是煙煤、褐煤、焦炭等。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，脫硫劑和還原劑是在第二區(qū)域中與鐵礦石混合的。
脫硫劑可以與鐵礦石和/或碳載體一起加入多膛爐。然而，它們還可分別加入多膛爐。
根據(jù)還原劑的硫含量，脫硫劑既可在一處加入多膛爐也可在多處分散式加入多膛爐。在后一種方法中，可以使用不同粒度的脫硫劑。已經(jīng)證明在第二區(qū)域加入粗顆粒度的脫硫劑，而在第一區(qū)域加入粉末狀的脫硫劑是很好的。根據(jù)脫硫劑粒度不同決定其是與氣體還是與固體一起離開多膛爐。粉末狀脫硫劑最好直接進(jìn)入第一區(qū)域的氣流中，這樣脫硫劑會(huì)更加有效。富集了硫的粉末狀脫硫劑大多隨氣體一起從多膛爐排出。
固體，即生成的鐵、碳載體殘余物和脫硫劑，從多膛爐卸出，這些物質(zhì)隨后被熔煉。脫硫劑與鐵礦石中的脈石一起形成渣，并且所結(jié)合的硫與渣一起被排除。
通過選擇加入多膛爐下層爐膛的還原劑可將爐中的還原氣體濃度調(diào)至最佳，這樣即可獲得高的金屬化率。
此外氣態(tài)還原劑可吹入多膛爐的底部爐膛。從而可使鐵礦石得到更徹底的還原。
所有上升的氣體(包括還原劑中的揮發(fā)性物質(zhì))在爐子的上部(即第二區(qū)域)中會(huì)產(chǎn)生燃燒，并且可以以一種最佳的方式利用爐中氣體的余熱。因?yàn)槟茉蠢寐矢叨@得優(yōu)良的熱效率。
多膛爐可在特定的過壓條件下操作以進(jìn)一步提高生產(chǎn)率。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，爐子最頂部爐膛中的鐵礦石在與還原劑接觸之前與爐膛接觸，從而得到爐內(nèi)熱氣體的干燥及預(yù)熱。在固體還原劑加入之前，鐵礦石預(yù)熱到至少400℃，最好是至少600℃至700℃。
可選擇性地將含氧氣體吹入爐膛，這些已加入固體還原劑的爐膛所需要的熱能必須通過大量過程氣體(例如在爐膛上方)的燃燒獲得。
最好是使用溫度至少為350℃的含氧氣體。
此外，在加入固體還原劑的爐膛的下面的一個(gè)或多個(gè)爐膛可采用燃燒器加熱。
下文將參照附圖詳述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。


圖1是用于生產(chǎn)直接還原脫硫鐵的多膛爐的剖面圖。
圖1示出的是帶有多個(gè)爐膛12的多膛爐10剖面，而爐膛12的排列是一個(gè)置于另一個(gè)之上。這些未受到支撐的爐膛12以及爐殼14、爐蓋16和爐底18是用耐火材料制造的。
多膛爐10分為兩個(gè)上下的區(qū)域，即第一區(qū)域20和第二區(qū)域22。
可將氣體從爐內(nèi)排出的煙囪26和可使鐵礦石加入頂部爐膛的爐口28設(shè)置在多膛爐10的爐蓋16上。
軸24安裝在多膛爐10的中心，而在軸24上安裝著分別向各自爐膛伸出的耙子。
這些耙子的設(shè)計(jì)方式是這樣的它們從內(nèi)側(cè)向外將爐料在爐膛中輸送，然后在下一個(gè)爐膛從外向內(nèi)輸送，以這種方式使?fàn)t料從爐頂向下運(yùn)送通過多膛爐。軸24和耙子用空氣冷卻，并且在耙子上帶有使氣體進(jìn)入爐子內(nèi)部并由此產(chǎn)生二次燃燒的開孔。
在鐵礦石加入第一爐膛后，耙子將其輸送，并運(yùn)送至爐膛邊部，在此處，鐵礦石通過多個(gè)為下層爐膛設(shè)置的開孔落下。礦石被運(yùn)送至爐膛中心，然后下落至下層爐膛。在此期間，鐵礦石通過與爐膛和上升的熱氣流接觸而得到干燥，并被加熱到約600℃。
在多膛爐10的側(cè)壁上設(shè)置有輸入開孔30、32、34，固體物料通過這些開孔進(jìn)入多膛爐。這些固體物料首先是碳載體，如褐煤、石油焦、高爐煙塵、煤或類似物質(zhì)，其次是脫硫劑，如石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)和/或鎂砂(MgO)。
碳載體通過開孔30、34加入?yún)^(qū)域20和22，通過耙子22與已加熱的礦石混合。煤在高溫下氣化，并形成一氧化碳，結(jié)果在鐵礦石通過多膛爐10的過程中，使鐵礦石中的氧化鐵還原成金屬鐵。
脫硫劑從多處輸入多膛爐。粗顆粒脫硫劑與鐵礦石一起通過爐口28或與碳載體一起通過開孔30加入多膛爐。
此外，粉末狀脫硫劑通過第一區(qū)域20的開孔32噴入上升的氣體中。
在此工藝中，硫在兩個(gè)階段中釋放出來。當(dāng)溫度升至約600℃時(shí)，以CaSO4和FeS2形式存在于鐵礦石或碳載體中的“無機(jī)”硫首先以H2S形式釋放出來。當(dāng)溫度高達(dá)約800℃時(shí)，以“有機(jī)”形式存在于碳載體的硫被釋放出來。在多膛爐10內(nèi)的條件下，硫優(yōu)先與脫硫劑反應(yīng)，這樣就不能與鐵礦石和鐵反應(yīng)了。因此氣體被脫硫并且所生成的直接還原鐵的硫含量比傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)鐵的硫含量低。
用于噴吹含氧熱氣體(350℃-500℃)的噴嘴38設(shè)置在側(cè)壁上，空氣或其它氣體可通過該噴嘴輸入爐10中。由于高溫及含有氧氣，一定量的碳燃燒生成二氧化碳，接著再與過量的碳反應(yīng)并轉(zhuǎn)化成一氧化碳。最后一氧化碳將氧化鐵還原成金屬鐵。由于此反應(yīng)主要是吸熱反應(yīng)，由此將爐子的燃燒器40安裝在較低位置是符合邏輯的，這樣確保了爐子底部爐膛的溫度均勻分布。在此處可使用煤氣或粉煤燃燒器。
這些燃燒器可燃燒煤氣或與空氣混合的粉煤，以用于預(yù)熱和/或提供附加熱。由于氧和燃料之間的數(shù)量比，或存在二次燃燒過程氣體中存在過量空氣的情況下，還可以產(chǎn)生額外的還原氣體。在粉煤燃燒的情況下，還可以產(chǎn)生過量的一氧化碳。由于具有外置燃燒室，可以避免來自燃煤的灰塵進(jìn)入多膛爐與直接還原鐵混合。爐子10內(nèi)的碳載體的消耗以及由此在最終產(chǎn)品中的灰分將因產(chǎn)生一氧化碳而減少。
在最后一個(gè)或最后兩個(gè)階段中，將通過專用的噴嘴42噴吹氣態(tài)還原劑，如一氧化碳或氫氣。鐵礦石在無氧氣氛中被完全還原。
接著直接還原鐵與來自還原劑的灰分一起從爐子10的底部18的出口44一起排出。
有控制地在多膛爐10的各點(diǎn)添加固態(tài)和氣態(tài)還原劑、含氧氣體和脫硫劑可以精確地控制鐵礦石還原，并實(shí)現(xiàn)過程的最佳化。
權(quán)利要求
1．在具有兩個(gè)呈上下布置區(qū)域的多膛爐中生產(chǎn)直接還原脫硫鐵的工藝，其中每個(gè)區(qū)域均有多個(gè)爐膛，鐵礦石在800℃至1100℃之間與還原劑反應(yīng)生成金屬鐵，并且通過多膛爐的第一個(gè)區(qū)域中的脫硫劑使氣體脫硫，直接還原鐵從多膛爐排出，脫硫后的氣體進(jìn)入第二區(qū)域并將爐內(nèi)鐵礦石預(yù)熱至600℃到800℃之間。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，脫硫劑含有石灰、石灰石和/或鎂砂。
3．根據(jù)上述權(quán)利要求之一的工藝，其特征在于，鐵礦石被加入第二區(qū)域，并逐漸進(jìn)入第一區(qū)域。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝，其特征在于，脫硫劑和還原劑在第二區(qū)域與鐵礦石混合。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝，其特征在于，一些脫硫劑和碳載體在第二區(qū)域與鐵礦石混合，并且余下的脫硫劑送入第一區(qū)域。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的工藝，其特征在于，使用的脫硫劑具有不同的粒度。
7．根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的工藝，其特征在于，較粗顆粒度的脫硫劑加入第二區(qū)域，粉末狀脫硫劑加入第一區(qū)域。
8．根據(jù)上述權(quán)利要求之一的工藝，其特征在于，在固態(tài)還原劑添加之前鐵礦石在多膛爐的第二區(qū)域中被干燥，并隨后被加熱到至少400℃，最好加熱到至少600℃。
9．根據(jù)上述權(quán)利要求之一的工藝，其特征在于，將含氧氣體吹入第一區(qū)域。
10．根據(jù)上述權(quán)利要求之一的工藝，其特征在于，將固態(tài)和/或氣態(tài)還原劑添加到多膛爐的底部爐膛。
11．根據(jù)上述權(quán)利要求之一的工藝，其特征在于，爐中一個(gè)或多個(gè)爐膛由燃燒器加熱。
12．根據(jù)上述權(quán)利要求之一的工藝，其特征在于，該工藝在過壓下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及在多膛爐中生產(chǎn)直接還原脫硫鐵的方法,其中多膛爐包括兩個(gè)具有多個(gè)爐膛呈上下排列的區(qū)域。鐵礦石在多膛爐第一個(gè)區(qū)域中在800℃至1100℃下與還原劑反應(yīng)生成金屬鐵。此外,使用脫硫劑使氣體脫硫,而直接還原鐵從多膛爐排出,脫硫后的氣體進(jìn)入第二區(qū)域并將在該區(qū)的鐵礦石預(yù)熱至600℃到800℃之間。
文檔編號(hào)C21B13/10GK1323358SQ99812280
公開日2001年11月21日 申請(qǐng)日期1999年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月5日
發(fā)明者讓-盧克·羅思, 托馬斯·漢斯曼, 羅曼·弗里登, 馬克·索爾維 申請(qǐng)人:保爾·沃特公司