專利名稱：輸送海綿鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)鐵和鋼的方法，其中使用直接還原工藝生產(chǎn)粒狀固體形式的中間產(chǎn)物，這種中間產(chǎn)物通常稱為海綿鐵或直接還原鐵(DRI)。更具體地說，本發(fā)明的特征是，將所生產(chǎn)的DRI(最好是大于5mm的占至少90%)由直接還原工藝的還原反應(yīng)器氣動輸送到遠(yuǎn)處，進(jìn)行儲存或者加工，例如輸送到熔煉冶金爐中處理，以生產(chǎn)液態(tài)鐵和鋼。
近年來，提出更有效的、更高產(chǎn)低耗的煉鋼方法的必要性已成為日益緊迫的任務(wù)，這是由于生產(chǎn)費(fèi)用上升(特別是能量費(fèi)用)，并且由于經(jīng)濟(jì)的原因?qū)︿搹S增加了限制。
被日益提倡并已變得廣泛使用的成功的制鋼方法之一是，塊礦和球團(tuán)礦不經(jīng)熔煉而直接還原，繼而用電弧爐精煉。這與傳統(tǒng)的用高爐和堿性氧氣轉(zhuǎn)爐由熔融礦石煉鋼的鋼廠大為不同。雖然在本說明書中，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案被描述成適用于由直接還原設(shè)備和電弧爐組成的煉鋼設(shè)備，但顯然本發(fā)明在其擴(kuò)展的范圍內(nèi)可適用于其它需要運(yùn)送DRI或其它含金屬鐵顆粒(熱的或冷的)的場合。
為了更好地理解本發(fā)明，這里說明一下DRI的某些特性，它將有助于人們理解為什么以前從沒有人提出用氣動方法輸送工業(yè)DRI的系統(tǒng)，而且以前也從來沒有對這種物料成功地使用該系統(tǒng)。
DRI是通過使鐵礦石塊或球團(tuán)與高溫還原氣流接觸經(jīng)直接還原而被工業(yè)化生產(chǎn)的。該還原以固態(tài)方式進(jìn)行。所得的DRI是多孔的并具有高溫反應(yīng)性的易碎顆粒。在升高的溫度下，它與周圍空氣中的水和氧放熱再氧化。
用于直接還原的鐵礦石一般是鐵的氧化物赤鐵礦和磁鐵礦。當(dāng)鐵礦石具有高的鐵含量時(shí)，例如在55%以上時(shí)，它能通過簡單地破碎成顆粒尺寸0.5-6cm至少占80%，較佳占90%，(即0.2-2.4英寸)而被經(jīng)濟(jì)地加以處理。上述礦石還必須具有高的機(jī)械強(qiáng)度，以便在輸送和操作過程中經(jīng)得起使其趨于成為不希望的過度細(xì)粉粒的壓力、沖擊和碾壓。這種類似灰狀的細(xì)粉粒能在固定床或移動床還原反應(yīng)器內(nèi)引起嚴(yán)重的問題，例如不均勻流和氣體管道行程。這導(dǎo)致還原反應(yīng)不均勻，從而生成質(zhì)量低且不均勻的DRI。
為了賦予其較高的機(jī)械強(qiáng)度，在許多情況下，最好是將鐵礦石磨碎、磁選，以提高其鐵含量，還包括加入某些添加劑，例如石灰石和白云石。并將其制成0.5-2.4cm的球團(tuán)。在該球團(tuán)化工藝中，所形成的球團(tuán)通常是球形的，并且具有為在還原過程中及隨后在電弧爐內(nèi)煉鋼階段獲得最佳結(jié)果所需要的化學(xué)成分。由于球團(tuán)具有較高的鐵含量和更均勻的質(zhì)量，因此它們更經(jīng)濟(jì)地利用卡車、鐵路等長距離運(yùn)輸(因?yàn)楸苊饬诉\(yùn)輸大量、非必要的脈石)。
直接還原設(shè)備通過使顆粒(可以是不規(guī)則成形的塊狀鐵礦石或球團(tuán)或它們的混合物)與主要由氫和一氧化碳組成的還原氣流在850-1050℃(一般為約950℃)的溫度下接觸而化學(xué)還原鐵礦石。
工業(yè)還原反應(yīng)器可以是固定床型或移動床型。顯然，為了提高固體礦石顆粒與還原氣體間的反應(yīng)速率，希望上述顆粒是高度多孔的。但這一特性還使DRI有很高的反應(yīng)性，因?yàn)樗懈弑壤慕饘勹F，在它和空氣中的氧或水接觸時(shí)趨向于再氧化。如同所有的化學(xué)反應(yīng)中一樣，DRI的再氧化隨溫度升高而加快并更趨劇烈。這就是為什么過去總是最希望在室溫下對DRI安全地進(jìn)行操作，并且一般將DRI在還原反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)循環(huán)通過冷卻氣體加以冷卻，然后再排出。例如，參看美國專利NO.3765872、4046557以及4150972。
盡管為了安全處理DRI以避免再氧化的問題以及減少對昂貴的耐高溫泵、閥等的需求，通常需要冷卻DRI，但是冷卻DRI對于總的煉鋼過程的能量利用而言是不利的。DRI的熱能中有許多由于這種冷卻而損失掉，因此為了對其進(jìn)行熔煉并將其轉(zhuǎn)化成鋼，必須花費(fèi)更多的能量再次加熱DRI。這些損失的能量中只有一部分可以在蒸汽發(fā)生器中、在熱交換器中等被回收利用。
為能解決這個問題，過去有人提出在還原反應(yīng)器內(nèi)取消冷卻DRI的步驟，將其在可允許的最高溫度下(一般為400-750℃)排出，以降低DRI熔煉時(shí)在電爐中的能量費(fèi)用，或者是在通常高于600℃的溫度下將DRI熱造塊。這將節(jié)省大量能源。但是迄今為止，高溫DRI的輸送所使用的系統(tǒng)具有顯著缺陷。
美國專利3799367和4188022敘述了由直接還原反應(yīng)器高溫排出DRI而不將其冷卻到室溫。該專利建議使用置于還原反應(yīng)器排料斗出口處的容器將該熱DRI輸送到下一處理工序。這些容器允滿惰性氣體以防止熱DRI與空氣中的氧接觸，從而避免其再氧化。但是，盛有DRI的容器必須借助于卡車或鐵路設(shè)備通過工廠運(yùn)送，所以這種輸送系統(tǒng)有許多缺點(diǎn)。這需要機(jī)動車輛的保養(yǎng)系統(tǒng)，隨之而來的自然是高的操作費(fèi)用。
此外，這樣一個系統(tǒng)還需要工廠中的運(yùn)輸空間。在一個已經(jīng)建成的工廠中，如果這種設(shè)備不在預(yù)先計(jì)劃中，要為卡車或鐵路運(yùn)輸開辟適宜的空間是很困難的。
正如前文所討論過的，過去還曾有人建議將DRI顆粒在高溫下制成團(tuán)塊，將DRI顆粒壓成致密的塊顯著降低了氣孔率并由此降低其反應(yīng)性。但是，即使僅僅將熱DRI輸送到造塊壓力機(jī)。目前所使用的系統(tǒng)也是復(fù)雜的，并且需要大筆投資和高的操作費(fèi)用。
德國專利NO.3806861敘述了在料倉中輸送熱的DRI。這種料倉與空氣閥一起用于某些在高于一個大氣壓下操作的直接還原工藝中。這些工藝需要空氣閥是為了還原反應(yīng)器的裝料和排料。但是這種輸送系統(tǒng)僅能用于短距離，例如由還原反應(yīng)器到靠近上述反應(yīng)器設(shè)置的造塊壓力機(jī)。如果DRI要進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送，例如幾百米的距離，那么這種使用空氣閥料倉的系統(tǒng)是不實(shí)用的也是不經(jīng)濟(jì)的，這是由于它需要大量的這種料倉，而這些料倉很貴，因?yàn)樗鼈冃枰蛪?、耐溫和抗磨特性以及需要密封閥。
輸送DRI的最普通流行的作法是，在低溫下(例如100℃以下)由反應(yīng)器中排料，并使用敞開式帶式運(yùn)輸機(jī)。DRI借助于這些帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)到地下倉庫或貯料倉，然后送往熔煉車間的電爐加料斗。但是這種方法有幾個缺點(diǎn)。例如，諸如塊礦、球團(tuán)或DRI在還原反應(yīng)器內(nèi)部或在DRI處理期間由于磨擦和破裂產(chǎn)生的極小顆粒之類的細(xì)粉在轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)漏出，以及被流過敞開式運(yùn)輸機(jī)上方的周圍空氣流帶走，伴隨而來的是損失寶貴的金屬鐵單位和顯著環(huán)境污染的問題。這些主要發(fā)生在DRI轉(zhuǎn)運(yùn)站的金屬鐵損失可高達(dá)DRI產(chǎn)物的2%-10%，這取決于設(shè)備的類型。
經(jīng)常有人建議用流化床直接還原方法非工業(yè)化生產(chǎn)DRI。這些建議提出使用直徑小于僅3mm尤其是小于0.5mm的極細(xì)顆粒礦石。
至于適合于流態(tài)化的顆粒尺寸，有幾份文獻(xiàn)建議氣動輸送“細(xì)粒海綿鐵”(參看美國專利4007034和4045214)。但是，據(jù)本申請人所知，美國專利NO.4412858是唯一的一份涉及用氣動方法輸送工業(yè)化生產(chǎn)的較大尺寸的DRI顆粒(即大于0.5cm)的文獻(xiàn)。但即使是這份專利也僅僅是在以下方面提出建議“通過碾磨或磨碎”“使海綿鐵球團(tuán)轉(zhuǎn)變成細(xì)顆粒形式”，然后用載氣輸送。
已經(jīng)有作為送料裝置短距離氣動輸送碎石灰石的報(bào)導(dǎo)，但它與DRI(或者與鐵礦石)相比是較軟的物料。因此，盡管已有這種使用，但該石灰的輸送決沒有被延伸到或被建議用于尺寸大于3mm的鐵礦石或DRI。
還有許多文獻(xiàn)涉及到石油工業(yè)中氣動輸送催化劑顆粒，但其尺寸都是適于流化床使用的小尺寸顆粒。
本發(fā)明的目的是提供一種在高溫和低溫下使用輸送工業(yè)尺寸DRI的系統(tǒng)生產(chǎn)鐵和鋼的方法，它可以經(jīng)濟(jì)地用于短距離和長距離，該方法避免了DRI細(xì)粉的損失和再氧化損失，從而提高了煉鋼設(shè)備的生產(chǎn)率，并且使由上述細(xì)粉引起的環(huán)境污染問題變?yōu)樽钚　?br> 本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)對所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是明顯的，并在本發(fā)明的說明書和附圖中加以敘述。
按照本發(fā)明，上述目的是通過氣動輸送尺寸約大于0.5cm的DRI的生產(chǎn)鐵和鋼的方法而實(shí)現(xiàn)的。該方法優(yōu)選地包括在至少一臺直接還原反應(yīng)器中生產(chǎn)上述DRI，借助于使其通過由第一點(diǎn)(在上述DRI由上述還原反應(yīng)器排入所述管道處)延伸到第二點(diǎn)(在使用或貯存DRI的遠(yuǎn)處)的管道流動的載氣氣動輸送該DRI。上述氣流可具有多種化學(xué)組分。例如可使用空氣、天然氣、合成氣或DRI生產(chǎn)所用的同類型還原氣。優(yōu)選進(jìn)行DRI氣動輸送的載氣速度范圍是9-35m/sec，壓力范圍1-5kg/cm2，DRI與載氣的重量比為7-25。所用氣流最好是被封閉并循環(huán)的空氣。
在煉鋼廠中冷態(tài)或熱態(tài)輸送工業(yè)DRI的問題和缺陷在以前并沒有得到滿意解決。本發(fā)明通過以下措施有效地使這些問題變?yōu)樽钌俨⒔Y(jié)果帶來巨大的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)知識相對立地意外地提出在煉鋼廠對大部分超過0.5cm尺寸的DRI使用氣動輸送，同時(shí)改進(jìn)輸送操作條件以達(dá)到以下補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)，即再氧化最少、熱損失最小、抑制對空氣和地面的污染，以及操作和貯存設(shè)備較少(因而導(dǎo)致較少的總體保養(yǎng)和對操作空間的需求)，而一切都意外地沒有輸送設(shè)備的磨損和DRI的分級。
普通的氣動輸送已被用于輸送極細(xì)的顆粒例如粉末。在十分罕見的、尺寸大于1cm的高密度顆粒氣動輸送的應(yīng)用中，由于上述顆粒沖擊引起的迅速和嚴(yán)重的管道磨損，該設(shè)備不能以連續(xù)的流動速率操作。本發(fā)明通過特定的速度范圍使這一問題變?yōu)樽钚?，在該速度范圍?nèi)進(jìn)行操作并且賦予它工業(yè)應(yīng)用的可能性。
氣動輸送DRI所存在的問題之一是，主要在方向改變時(shí)顆粒對管壁強(qiáng)烈沖擊引起的細(xì)粉的形成。這個問題通過以下方法而意外地變?yōu)樽钚?，即反直觀地使用直角T形接頭，它在該角的轉(zhuǎn)變處收集停留的顆粒，結(jié)果導(dǎo)致了一個自然的平滑過渡曲線，它緩沖了顆粒對管壁的沖擊，結(jié)果既防止了顆粒破裂，又防止了該角處管道的磨損。
由于破裂產(chǎn)生的細(xì)粉降低了煉鋼過程的總產(chǎn)率，這是因?yàn)樗鼈冚^輕的重量使它們被夾帶在離開電爐的氣體中。但本發(fā)明由于其特定的操作條件使這個問題變?yōu)樽钚　?br> 過去已知的DRI與空氣的反應(yīng)性排除了空氣作為載氣的使用。但是，按照本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實(shí)施方案，通過在輸送管道中封閉并連續(xù)循環(huán)空氣，使得在穩(wěn)定態(tài)操作下在管道中循環(huán)的空氣中較少量的初始氧與DRI反應(yīng)，并通過循環(huán)使保留在輸送管道中的氣體馬上變成主要由氮組成，而這一切都意外地對基本量的被輸送的DRI沒有顯著的影響(盡管最初有氧存在)，從而使空氣意外地被有效使用。由于不必單獨(dú)生產(chǎn)或購買惰性氣體，也不必使用昂貴的和有潛在危險(xiǎn)的還原氣體作為載氣用于輸送目的，因此這意味著一個巨大的經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)。
在本說明書及附圖中，我們示出并敘述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案并提出了各種替換方案及改進(jìn)方案，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些并不意味著沒有遺漏，許多其它的改變和改進(jìn)能在本發(fā)明的范圍內(nèi)作出。本說明書中，選擇和包括的建議是用于說明的目的，為的是使本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員能更充分地理解本發(fā)明及其原理，并因而能以各種形式對其加以改進(jìn)，而這每一種形式對于具體的使用條件可能是最適宜的。


圖1示意地示出了一個煉鋼設(shè)備，用于解釋一個優(yōu)選的實(shí)施方案，其中DRI由還原反應(yīng)器被氣動輸送到一個或多個處理所述DRI的地點(diǎn)，這些地點(diǎn)被替換地和/或依次地表示為造塊壓力機(jī)、熔煉車間的電弧爐和貯存料倉;
圖2示出了本發(fā)明氣動輸送DRI的更為優(yōu)選的實(shí)施方案，其中有效利用的載氣是空氣，它在一個環(huán)形回路中通過輸送管道連續(xù)循環(huán);
圖3示出了本發(fā)明的一個改進(jìn)的優(yōu)選實(shí)施方案，其中的載氣與用于于生產(chǎn)DRI的還原氣體相同;
圖4示出了本發(fā)明的另一改進(jìn)的實(shí)施例，其中的載氣與用于DRI冷卻的氣體相同;
圖5示出了與圖2相類似的本發(fā)明實(shí)施例，其中DRI由調(diào)節(jié)還原反應(yīng)器中礦石處理速率的裝置直接引入氣動輸送管道，載氣是燃燒過的天然氣。
圖6示出了本發(fā)明的另一個改進(jìn)的優(yōu)選實(shí)施方案，其中在DRI氣動輸送中的載氣是天然氣，該天然氣在上述DRI輸送中被使用之后，示出了將其送入加熱器和蒸汽重整爐的燒嘴(用作催化重整爐的原料一般還嫌太臟)。
參照圖1，數(shù)字10通常代表直接還原反應(yīng)器，鐵礦石12以塊礦、球團(tuán)或其混合物形式通過至少一個進(jìn)口14裝入該反應(yīng)器中。鐵礦石下降通過反應(yīng)器10，并與高溫(一般為850-950℃)的還原氣體逆流接觸，該還原氣體以本領(lǐng)域已公知的方式在設(shè)置于還原區(qū)18下部的點(diǎn)16通入反應(yīng)器，由位于該還原區(qū)上部的點(diǎn)20由反應(yīng)器排出。
在反應(yīng)器10的下部有一個圓錐形部分22，它會聚成至少一個出口24，已還原的礦石或DRI通過該出口排出，在許多設(shè)備中，這個下部區(qū)22被用作DRI的冷卻區(qū)，這是為了將其冷卻到環(huán)境溫度進(jìn)行處理，這樣，當(dāng)其與大氣相接觸時(shí)就不會存在氧化問題。為了冷卻DRI，冷卻氣流一般相對于DRI逆流循環(huán)，該氣體在其下部的位置引入(以數(shù)字28表示)，并在其上部的位置熱排出(以數(shù)字30表示)。還原氣體和冷卻氣體都以本領(lǐng)域公知的技術(shù)循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)器。當(dāng)希望DRI以高溫排出時(shí)，不使用冷卻氣體回路，DRI以熱態(tài)排出。
DRI以由裝置26調(diào)節(jié)的速率由還原反應(yīng)器排出，該裝置26可以是回轉(zhuǎn)閥或星形閥，例如美國專利4427135和4427136中所述的回轉(zhuǎn)閥或星形閥，或者可以是美國專利3375099、2670946、4129289和4032120中所述的其它裝置。
DRI32通入排料收集倉34，它由此借助于裝置36以被調(diào)整的速率引入管道38，該裝置36可以是回轉(zhuǎn)閥(還稱作星形加料器)、螺旋式給料器，或振動式給料器。
使氣流40通過管道38循環(huán)，將DRI攜帶并氣動輸送至由以下例子所表明的遠(yuǎn)距離點(diǎn)，(1)儲料倉或地下倉庫42，(2)造塊壓力機(jī)44(在此處形成DRI塊46)，和/或(3)電弧爐48。具有以上所述優(yōu)點(diǎn)的是，由壓力機(jī)44出來的塊46可以被裝入冶金爐(在此以電弧爐48所表示)，或者裝入各種類型的爐子(在其中熔化和精煉金屬鐵)，例如感應(yīng)爐、堿性氧氣轉(zhuǎn)爐(BOF)、熔爐氣化器等，或立即送往臨時(shí)貯料堆47。
在一個優(yōu)選的替換方案中，DRI可被輸送并直接裝入箭頭50所指明的電弧爐。
圖1中每一個被表明的替換方案都配備有DRI接收站52，包括接收料倉54，它可以通過簡單地?cái)U(kuò)張流動區(qū)域的方法而用于使載氣和固體顆粒分離。通過擴(kuò)大管38靠近其引入料倉54的部分(從而減小了流動速度)有助于使上述顆粒與載氣脫離。
載氣排出接收罐54并通入清洗和冷卻塔56，在其中上述氣體以本技術(shù)領(lǐng)域公知的方法在一個充填床58中與水接觸，具有(或比較接近于)環(huán)境溫度的干凈氣體通過出口60排出塔56。
在圖2中，同樣的單元用與圖1中相同的數(shù)字代表。圖2示出了一個特別優(yōu)選的實(shí)施方案，其中空氣被用作載氣，它進(jìn)行循環(huán)結(jié)果產(chǎn)生了巨大的優(yōu)越性。在輸送和循環(huán)管道(38和76)中作為載氣初始裝入的空氣中的氧與DRI反應(yīng)，并且在循環(huán)時(shí)，所得的載氣組分很快穩(wěn)定在幾乎是純氧。這種特性使氣動輸送操作十分經(jīng)濟(jì)?？諝饬饔蛇m宜的來源70通過管道72作為最初的充入氣體供入(此后僅作少量的補(bǔ)充)，并用壓縮機(jī)74通過返回管道76和輸送管道38在封閉回路中使其循環(huán)，以輸送借助給料器或計(jì)量裝置36引入管道38的DRI由收集/排料料倉34輸送到接收/分離站52的DRI50然后被用于電弧爐48，以便在上述爐48中熔化或精煉，生產(chǎn)出所需要的鋼。
因此，盡管由于DRI與空氣、特別是在優(yōu)選輸送熱DRI時(shí)存在的高溫下與空氣反應(yīng)使得使用空氣似乎是反直觀的，然而通過循環(huán)載體空氣，它的較少量的有限氧含量很快被消耗，導(dǎo)致了幾乎是純氮的載氣。雖然伴隨有在塔56中的洗氣和冷卻(為保護(hù)壓縮機(jī)74所必需的)，但是循環(huán)能在較高的溫度下完成，從而還使另一個熱損失源變?yōu)樽钚?。此外，分離出來的還是熱的循環(huán)載氣的熱含量較少，其中之一是因?yàn)樵诟邷叵乱欢ㄙ|(zhì)量的氣體具有較大的體積，所以只需要較少的氣體來輸送一定質(zhì)量的DRI。另外，壓縮機(jī)的工作也使得能夠?qū)ρ瓪怏w再加熱。
在圖3的替換實(shí)施方案中，來自氣源80的還原氣體(例如通過用蒸汽催化轉(zhuǎn)換天然氣而制備)，通過管道82引入還原回路86，該回路包括反應(yīng)器10的還原區(qū)18、氣體冷卻器84、壓縮機(jī)88、CO2吸收器94和氣體加熱器98。離開壓縮機(jī)88的還原氣體中有一部分通過管道92被供入管道38以用作由給料器38引出的DRI的載氣。在料罐54與DRI分離之后，還原氣體在氣體冷卻器56中被冷卻和清洗通過管道90被循環(huán)進(jìn)入壓縮機(jī)88。
DRI通過調(diào)節(jié)裝置36由料倉34引入管道38，并在料罐54中氣體分離之后通入配備有密封閥132和134的閉鎖料倉130以便由輸送系統(tǒng)排出DRI而不使還原氣體與大氣接觸。該閥門系統(tǒng)參看美國專利3710808和4498498。
圖4示出了本發(fā)明的另一實(shí)施方案，其中載氣就是在還原反應(yīng)器下部使用的冷卻氣的一部分，它一般也是還原氣體或天然氣。更特別的是，通過回路(包括反應(yīng)器的冷卻區(qū)、氣體冷卻器100、管道99和壓縮機(jī)96)循環(huán)的冷卻氣體的一部分借助管道92被引入管道38用作DRI的載氣。該系統(tǒng)其它組成部分的操作與參照前述各附圖時(shí)的敘述相同。
圖5示出了本發(fā)明的另一實(shí)施方案，其中通過用空氣燃燒天然氣或任何其它適宜燃料產(chǎn)生載氣。來自適宜氣源110的天然氣流通過管道112引入氣體發(fā)生器118，在其中它與來自氣源114的空氣進(jìn)行燃燒，所述空氣是通過管道116引入發(fā)生器118的。
在發(fā)生器118中的燃燒消耗了空氣中的氧氣，形成主要由氮和二氧化碳組成的載氣，該載氣通過管道120噴射進(jìn)輸送管道38。任選地，由除塵器56排出的載氣被循環(huán)進(jìn)氣體發(fā)生器118或直接引入噴射管120，從而降低了空氣和補(bǔ)償燃料的消耗。
圖6示出了本發(fā)明的另一實(shí)施方案，其中用于氣動輸送的載氣是天然氣，它由在高壓下獲得的適宜氣源122通過供氣管120通入管道38。以受控制的速率由還原反應(yīng)器中排出DRI的調(diào)節(jié)和稱量裝置26直接將DRI供入管道38并在其中輸送(因而省去了中間收集倉34和排料裝置36)。這種省去料罐34和排料裝置36也可在其它圖示的實(shí)施方案中做出。計(jì)量裝置26可以是回轉(zhuǎn)閥或星形加料器，或者是螺旋或振動型的裝置，如同參照前面各附圖所描述的那樣。
一旦在料罐54中與DRI分離，天然氣在塔56中清洗，并通過返回管90供入加熱器98和轉(zhuǎn)化器140的燒嘴。在轉(zhuǎn)化器140中，使天然氣與由氣源123供入上述轉(zhuǎn)化器的蒸汽以該技術(shù)領(lǐng)域公知的方法反應(yīng)。在轉(zhuǎn)化器140中產(chǎn)生的還原氣通過管82噴射進(jìn)還原氣體回路86，以便在反應(yīng)器10中生產(chǎn)DRI。按照1985年7月9日授權(quán)的美國專利NO.4528030，可以省去具有其靈敏催化劑管的外部轉(zhuǎn)化器，而來自氣源123(或者甚至是90)的天然氣和蒸汽可直接供入還原回路86。
實(shí)施例 136噸高溫DRI，在試驗(yàn)設(shè)備中由排料倉通過由T形接頭連接的4吋直徑管的連續(xù)行程被氣動輸送。該行程是2米水平、6米垂直、71米水平和1米垂直，繼而是水平直角轉(zhuǎn)向，然后進(jìn)一步的行程是13米水平，13米垂直，最后進(jìn)入11米6吋直徑的垂直管。
操作條件是氣體 空氣進(jìn)口壓力保持1.8kg/cm2流量 80磅摩爾/小時(shí)溫度 30℃進(jìn)口氣體速度 20米/秒固體物料 DRI球團(tuán)溫度 650℃輸送速率 20噸/小時(shí)篩分分析尺寸(英寸) 初始重量組成(%) 最終重量組成(%)1/2 30 143/8 32 271/4 18 271/8 13 23＜1/8 7 9下列數(shù)據(jù)取自出口點(diǎn)溫度 550℃壓力降 1.8kg/cm2壓力 大氣壓功率 5千瓦/噸固氣比(質(zhì)量比) 19實(shí)施例 2重復(fù)實(shí)施例1的試驗(yàn)，但36噸DRI是處于室溫下。
操作條件是氣體 空氣進(jìn)口壓力保持1.97kg/cm2流量 165磅摩爾/小時(shí)溫度 30℃進(jìn)口氣體速度 20米/秒固體物料 DRI球團(tuán)溫度 35℃輸送速率 20噸/小時(shí)篩分分析尺寸(英寸) 初始重量組成(%) 最終重量組成(%)1/2 61 253/8 28 511/4 8 161/8 3 7＜1/8 0 1下列數(shù)據(jù)來自出口點(diǎn)溫度 550℃壓力降 1.8kg/cm2壓力 大氣壓功率 10千瓦/噸固氣比(質(zhì)量) 15如果將“細(xì)粉”定義為小于1/8英寸的物料，那么氣動輸送易碎DRI時(shí)，細(xì)粉含量出人意外地僅增加約1或2%。
應(yīng)當(dāng)指出，由于在實(shí)施例2中的環(huán)境溫度條件下空氣重量比實(shí)施例中要大，所以輸送冷DRI所需功率是同樣數(shù)量熱DRI所需功率的兩倍。
該試驗(yàn)設(shè)備可在約45分鐘內(nèi)排空約36噸DRI，并將DRI輸送200米。
本文中所述類型的載氣可以在排出冷DRI的實(shí)施方案中使用，也可在排出熱DRI的實(shí)施方案中使用。DRI可以用或不用中間排料倉引入輸送管道。
實(shí)際上，從經(jīng)濟(jì)等方面的因素考慮，待輸送顆粒尺寸的上限應(yīng)是大約3英寸(并且最好是不大于輸送管直徑的1/3)。通常DRI球團(tuán)主要是1/8吋以上到3/4吋，并且DRI塊最大為1至1-1/2吋。實(shí)際的長度為200-300米。因而，一般在試驗(yàn)設(shè)備中通過4-6吋逐漸增大尺寸的管子由還原反應(yīng)器到電弧爐的氣動輸送小于1分鐘。這造成了輸送過程中最小的熱損失時(shí)間。在DRI氣動輸送中的能量損失(主要是壓縮機(jī)的電耗)被時(shí)間、能量和殘留細(xì)粉的節(jié)約所彌補(bǔ)。
優(yōu)選較低的氣體速度以便使磨損和阻塞減至最小，但應(yīng)具有足夠的速度以便有效地輸送。例如當(dāng)DRI輸送能力相對于氣體速度作圖時(shí)，對于164米長的4吋管子，一般DRI由移動床反應(yīng)器的輸送產(chǎn)生一條鐘形曲線(由9米/秒速度時(shí)約11公噸DRI/小時(shí)到20米/秒速度時(shí)約23公噸/小時(shí)，在35米/秒時(shí)降回到11公噸/小時(shí));從而表明載氣速度的優(yōu)選范圍為17-25米/秒。
權(quán)利要求
1.輸送含鐵的礦石或海綿鐵顆粒的方法，該顆粒的尺寸小于約6.0cm，并且其中至少80%大于0.5cm，至少50%大于1.0cm，上述輸送是由第一個離開點(diǎn)水平輸送到遠(yuǎn)處的貯存或使用的第二點(diǎn)，其特征在于，使上述鐵顆粒進(jìn)入載帶流體中，使載帶流體和鐵粒的混合物流動通過封閉管道到達(dá)上述遠(yuǎn)距離點(diǎn)，并在上述遠(yuǎn)距點(diǎn)將上述載帶流體與上述顆粒分離。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征還在于，上述顆粒是在還原反應(yīng)器中直接還原粒狀鐵礦石而生產(chǎn)的海綿鐵顆粒，即DRI，并且上述第一點(diǎn)位于上述反應(yīng)器的排料端。
3.以上任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征還在于，上述流體載體是氣體，并且以9-35米/秒的速度通過上述管道循環(huán)上述載氣。
4.以上任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征還在于，上述流體載體是氣體，并且以1-5kg/cm2表壓力通過上述管道循環(huán)上述載氣。
5.以上任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征還在于，上述流體載體是氣體，并且以DRI對載氣質(zhì)量比7-25通過上述管道循環(huán)上述載氣。
6.以上任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征還在于，循環(huán)上述載體流體到上述第一點(diǎn)。
7.權(quán)利要求6的方法，其特征還在于，上述載體流體由空氣起源。
8.權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，上述載體流體是空氣。
9.權(quán)利要求2-6中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，上述載體流體是來自上述反應(yīng)器的廢還原氣。
10.權(quán)利要求2-6中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，上述DRI在還原反應(yīng)器中用冷卻氣體冷卻到環(huán)境溫度，并利用用于冷卻上述DRI的氣體的一部分作為載體流體。
11.權(quán)利要求2-6中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，上述載體流體是天然氣。
12.權(quán)利要求2-6中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，上述載氣是氮?dú)狻?br> 13.權(quán)利要求3-6中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，借助于用空氣燃燒燃料產(chǎn)生上述載氣。
14.權(quán)利要求2-13中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，將上述DRI在上述第二點(diǎn)的冶金爐內(nèi)熔煉和轉(zhuǎn)化成鋼。
15.權(quán)利要求2-13中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，將上述DRI在電弧爐中熔煉并轉(zhuǎn)化成鋼。
16.權(quán)利要求2-13中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，將上述DRI以600℃以上的溫度從上述還原反應(yīng)器中排出，并在上述第二點(diǎn)將該DRI轉(zhuǎn)化成塊。
17.權(quán)利要求2-13中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，將該DRI轉(zhuǎn)移進(jìn)上述第二點(diǎn)處的貯料場。
18.權(quán)利要求2-17中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，在移動床還原反應(yīng)器中生產(chǎn)上述DRI。
19.權(quán)利要求2-17中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，在固定床還原反應(yīng)器中生產(chǎn)上述DRI。
20.權(quán)利要求2-19中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，將上述DRI由上述反應(yīng)器通過壓力閉鎖裝置引入上述管道，該壓力閉鎖裝置允許排出還原反應(yīng)器而不使周圍空氣與上述反應(yīng)器的內(nèi)部接觸。
21.權(quán)利要求2-19中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，以調(diào)整的速率將上述DRI由上述還原反應(yīng)器直接引入上述管道。
22.權(quán)利要求2-15和17-21中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，輸送溫度高于400℃的DRI。
23.權(quán)利要求2-15和17-22中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，海綿鐵顆粒以450-700℃的溫度由上述反應(yīng)器排出，并輸送到上述遠(yuǎn)距離點(diǎn)。
24.權(quán)利要求16、22或23中任意一項(xiàng)的方法，其特征還在于，上述載體流體被分離、冷卻、并循環(huán)回到上述第一點(diǎn)。
25.以上任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征還在于，使載體流體和海綿鐵顆粒的混合物通過上述閉合管道的一段中間部份輸送，該中間部份垂直切面大于上述離開點(diǎn)。
26.以上任意一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于，上述離開點(diǎn)和上述遠(yuǎn)距離點(diǎn)由相當(dāng)于至少86米的距離分開，并且在這段距離中幾乎沒有或完全沒有由重力推動的流動。
全文摘要
在由主要由氧化鐵組成的鐵礦石生產(chǎn)鐵和鋼的方法中，使用直接還原工藝生產(chǎn)固體顆粒狀中間產(chǎn)物，通常稱之為海綿鐵或直接還原鐵(DRI)；在封閉管路中由直接還原工藝的還原反應(yīng)器將DRI氣動輸送到生產(chǎn)液態(tài)鐵和鋼的冶金爐，例如電弧爐、感應(yīng)爐、堿性氧氣轉(zhuǎn)爐等，或氣動輸送到造塊壓力機(jī)中以形成DRI塊，或簡單地輸送到倉庫或貯料倉中，或一般輸送至上述DRI的后續(xù)處理工序中。當(dāng)載氣被循環(huán)重新使用時(shí)，空氣被意外地優(yōu)選用作這種氣源，特別是對于具有反應(yīng)性的熱的DRI。這種方法具有優(yōu)良的效率和生產(chǎn)率，并且對通常使用的DRI煉鋼設(shè)備來說降低了總能耗。
文檔編號B65G53/04GK1067453SQ91104370
公開日1992年12月30日 申請日期1991年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月3日
發(fā)明者豪爾赫·O·貝塞拉-諾沃亞, 里卡多·維拉蒙蒂-布朗, 馬科·A·弗洛雷斯-貝爾杜戈, 何塞·J·加爾薩-翁達(dá)薩 申請人:伊爾薩公司