專利名稱：直接熔煉方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將含金屬的原料，制造成鐵和/或鐵合金的方法和設(shè)備，該原料包括鐵礦石和其他含有鐵的礦石，例如鉻鐵礦石、部分還原的礦石和含鐵的廢物流，如回收的鋼鐵。
本發(fā)明特別涉及基于熔融金屬池的直接熔煉方法和設(shè)備，用于生產(chǎn)熔融鐵和/或鐵合金。
背景技術(shù)：
一種用于生產(chǎn)熔融鐵的已知基于熔融金屬池的直接熔煉方法為DIOS方法。DIOS方法包括預(yù)還原階段和熔融還原階段。在DIOS方法中，采用從加壓熔融還原容器內(nèi)(通常也為1-2巴計(jì)量壓力)排出的廢氣，在加壓的鼓泡流化床中(通常為1-2巴計(jì)量壓力)鐵礦石(-8mm)被預(yù)熱(750℃)并預(yù)還原(10 to 30％)，熔融還原容器含有鐵和爐渣的熔融池，爐渣在鐵上形成厚厚一層。在該方法的預(yù)還原階段，將礦石的細(xì)顆粒成分(-0.3mm)和粗顆粒成分(-8mm)分開。細(xì)顆粒成分被收集到旋流器內(nèi)并注入含有氮?dú)獾娜廴谶€原容器內(nèi)，由于重力作用粗顆粒成分從熔融還原容器的上部被填進(jìn)來。從熔融還原容器的上部將預(yù)先干燥的煤直接填到容器內(nèi)。在爐渣層煤分解為碳和揮發(fā)性物質(zhì)，礦石在熔融爐渣中分解并形成熔融的FeO。熔融的FeO在爐渣/鐵界面和爐渣/碳界面被還原成熔融鐵。在爐渣/鐵界面和爐渣/碳界面產(chǎn)生的一氧化碳形成泡沫狀爐渣。通過特別設(shè)計(jì)的噴槍其延伸到泡沫爐渣內(nèi)將氧氣吹進(jìn)來。氧氣使一氧化碳燃燒，即，后燃燒，在熔融還原反應(yīng)中產(chǎn)生該一氧化碳從而產(chǎn)生熱量，利用注入的攪動(dòng)氣體在還原池內(nèi)的熔融物質(zhì)中產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪動(dòng)，因此首先熱量傳到熔融的爐渣然后傳到熔融鐵。攪動(dòng)氣體從容器底部或一側(cè)被注入到熱的貼水池中。使用攪動(dòng)氣體提高了熱量的傳遞效率并且增加了用于還原的爐渣/鐵界面從而提高了容器的生產(chǎn)率和熱效率。
另一種已知的生產(chǎn)熔融鐵的直接熔煉方法為Romelt方法。Romelt方法建立在使用大容積并且被強(qiáng)烈攪動(dòng)的爐渣池作為介質(zhì)的基礎(chǔ)上，該介質(zhì)用來在爐壓大于或小于大氣壓的熔融還原容器內(nèi)的熔融含金屬原料還原成鐵。含金屬原料、煤和熔劑在重力作用下通過容器頂部的開口進(jìn)入爐渣池。Romelt方法包括通過位于下方的一列鼓風(fēng)口將第一股富氧空氣注入爐渣池內(nèi)。Romelt方法還包括通過位于上方的一列鼓風(fēng)口將第二股富氧空氣或氧氣注入爐渣池內(nèi)，以促進(jìn)爐渣池內(nèi)產(chǎn)生的一氧化碳的后燃燒。爐渣池內(nèi)產(chǎn)生的熔融鐵向下移動(dòng)并且形成鐵層，通過前爐被排出。在Romelt方法中鐵層不是主要的還原介質(zhì)。
另一種已知的生產(chǎn)熔融鐵的直接熔煉方法為AISI方法。AISI方法包括預(yù)還原階段和熔融還原階段。在預(yù)還原階段鐵礦石小球被預(yù)熱并部分還原，在熔融還原階段預(yù)熱且預(yù)還原的鐵礦石小球熔化并被完全還原成熔融鐵。在熔融還原階段，來自預(yù)還原階段的預(yù)熱且預(yù)還原的鐵礦石小球、煤或焦碳渣和熔劑從頂部注入到含有熔融的鐵和爐渣池的加壓熔融反應(yīng)器中。在爐渣層煤液化，鐵礦石小球溶解在爐渣中然后被爐渣內(nèi)的碳還原。該方法條件導(dǎo)致生成爐渣。該方法中產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣在爐渣層內(nèi)或就在爐渣層上進(jìn)行后燃燒，提供了吸熱還原反應(yīng)所需的能量。氧氣通過中間的水冷噴槍頂吹到反應(yīng)器內(nèi)，氮?dú)馔ㄟ^反應(yīng)器底部的噴槍被注入，以確保具有足夠的攪動(dòng)而促進(jìn)后燃燒產(chǎn)生的能量傳遞到熔池中。該方法中的廢氣在熱的漩流器中被脫塵，之后被輸入豎爐內(nèi)，用于將鐵礦石小球預(yù)熱、預(yù)還原為FeO或維氏體鐵。
另一種已知的直接熔煉方法通常被稱為Hismelt方法，在許多同族專利中有說明，包括國際專利申請PCT/AU96/00197(WO 96/31627)，申請人為本申請的申請人。
該國際專利申請中所述的Hismelt方法在用于生產(chǎn)熔融鐵，包括(a)在熔融還原容器內(nèi)形成熔融鐵和爐渣池；(b)向池內(nèi)注入(i)一般為氧化鐵的含金屬原料；和(ii)一般為煤的固體含碳原料，其作為氧化鐵的還原劑和能源；和(c)在金屬層內(nèi)將含金屬原料熔煉成鐵。
Hismelt方法還包括后燃燒還原氣體，例如從熔池中產(chǎn)生的CO和H2，在熔池上方的具有含氧氣體的空間并且把后燃燒所產(chǎn)生的熱量傳遞到熔池，以作為熔煉含金屬原料所需的熱能。
Hismelt方法還包括在熔池的名義靜止表面上方形成過渡區(qū)，那里具有先上升之后下降的熔融金屬和/或爐渣的微滴或飛濺物或股流構(gòu)成的有利物質(zhì)，熔融金屬和/或爐渣的微滴或飛濺物或股流提供了有效的介質(zhì)以將熔池上海還原氣體的后燃燒所產(chǎn)生的熱能傳遞給熔池。
Hismelt方法中，含金屬原料和固體含碳原來借助氣體載體通過多個(gè)噴槍/鼓風(fēng)口被注入到熔池內(nèi)，所述噴槍/鼓風(fēng)口相對于垂直方向是傾斜的，以便通過熔融還原容器的側(cè)壁向下并向內(nèi)延伸從而將至少一部分固體原料傳送到容器底部的金屬層內(nèi)?？梢允歉缓醯囊还蓺怏w通過向下延伸的熱氣注入噴槍被注入到容器的上部區(qū)域，以促進(jìn)容器上部內(nèi)還原氣體的后燃燒。一般熱氣的溫度在1200℃左右并且在熱的鼓風(fēng)爐內(nèi)產(chǎn)生。通過廢氣管將容器內(nèi)還原氣體后燃燒產(chǎn)生的放棄從容器上方排出。該容器包括在容器側(cè)壁和頂部的具有難熔襯底的水冷板，水在板中以連續(xù)的回路進(jìn)行連續(xù)循環(huán)。
Hismelt方法在單個(gè)緊湊容器內(nèi)利用直接熔煉能夠進(jìn)行熔融鐵的大量生產(chǎn)，通常至少為0.5Mt/a。
但是，為了在Hismelt方法中實(shí)現(xiàn)高的熔融鐵生產(chǎn)率，需要(a)產(chǎn)生并向熔融還原容器提供大量的熱空氣和載體氣體(注入固體物質(zhì)所需)；(b)向容器內(nèi)輸送大量的含金屬原料，例如含鐵的進(jìn)給物質(zhì)，包括產(chǎn)生并向容器提供大量的載體氣體；(c)從容器內(nèi)運(yùn)出大量的熱氣體；(d)該過程中從容器內(nèi)運(yùn)出大量的熔融鐵和爐渣；和(e)通過水冷板循環(huán)大連的水-所有這些都在相對有限的區(qū)間內(nèi)完成。
考慮到上述問題，高的熔融鐵生產(chǎn)率需要Hismelt設(shè)備包括(a)加壓容器和外部設(shè)備，例如用于向容器提供原料的閘斗倉和在容器廢氣管上的壓力控制設(shè)備；(b)產(chǎn)生用于容器的高流速的熱氣的高爐；和(c)能夠處理大量從容器排出的廢氣的廢氣處理設(shè)備。
用于較小生產(chǎn)率，即小于0.5Mt/a的這種Hismelt設(shè)備將造成每單位生產(chǎn)能力相對較高的資金成本發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是另一種Hismelt方法，它能在相對低的熔爐生產(chǎn)量的條件下實(shí)現(xiàn)較低的資金成本。
這種Hismelt方法包括熔融還原階段，其在基本為大氣壓力的條件下生產(chǎn)熔融鐵，并且取代熱氣流使用冷的氧氣和空氣/氧氣混合物。
本文中術(shù)語“基本為大氣壓力”指不必進(jìn)行特別工作而實(shí)現(xiàn)氣密操作。因此，允許進(jìn)入(侵入)的空氣通過熔爐頂部的不同的孔和縫隙進(jìn)入，并且“立即”發(fā)生廢氣的二次燃燒。而且，不可能以任何有意義的方式回收來自熔爐廢氣的燃?xì)?，廢氣內(nèi)含有的熱量是能量回收的唯一實(shí)用選擇，如使用蒸氣管道。
這種Hismelt方法還包括含金屬原料的預(yù)處理階段，其在基本為大氣壓力的條件下預(yù)熱并且有選擇地預(yù)還原含金屬原料，如上所述。
A根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于將含金屬原料制造成鐵和/或鐵合金的直接熔煉方法，包括如下步驟(a)向預(yù)處理設(shè)備提供含金屬原料和含碳原料，并且在基本為大氣壓力的條件下利用預(yù)熱和有選擇的預(yù)還原對含金屬原料進(jìn)行預(yù)處理；和(b)將步驟(a)獲得的預(yù)處理過含金屬原料、固體含碳原料和冷的氧氣和/或冷的氧氣/空氣混合物提供到熔融還原容器，該容器含有鐵和爐渣的熔融池，并且將含金屬原料在基本為大氣壓力的條件下熔煉為熔融鐵。
本文中步驟(a)內(nèi)有選擇對預(yù)還原含金屬原料的術(shù)語“預(yù)還原”意味著從鐵礦石中脫氧的程度，F(xiàn)e2O3表示預(yù)還原程度為零，金屬鐵表示100％的預(yù)還原。
優(yōu)選地，步驟(a)包括通過預(yù)熱和預(yù)還原含金屬原料而對該原料進(jìn)行預(yù)處理。
步驟(a)中還原率可以在0-80％的范圍之間。
步驟(a)中對含金屬原料進(jìn)行預(yù)處理提高了步驟(b)中熔融鐵的產(chǎn)量，提高的范圍在處理冷的未還原礦石和煤炭的直接還原容器產(chǎn)量的1.4-5倍之間。在步驟(a)僅進(jìn)行了預(yù)熱的條件下，提高的產(chǎn)量在1.4-1.8倍范圍之間。在步驟(a)進(jìn)行了預(yù)熱和預(yù)還原的條件下，取決于預(yù)還原的長度，提高的產(chǎn)量將達(dá)到5倍。
供應(yīng)到步驟(a)的含碳原料可以是固體或氣體的含碳原料。
在步驟(a)中使用煤作為含鐵原料的情況下，可能有大量的殘留焦碳與預(yù)處理的含金屬原料混和。
可以任焦碳與含金屬原料混和并將其與含金屬原料一同輸送到熔融還原容器。
優(yōu)選的，步驟(a)包括向預(yù)處理設(shè)備供應(yīng)含金屬原料，所述原料尚未以各種有意義方式(一般是從礦山出來的鐵礦石顆粒)進(jìn)行預(yù)結(jié)團(tuán)。但是，該方法延伸到氣體形式的含金屬原料。例如，某些情況下，需要使用預(yù)結(jié)團(tuán)的含金屬原料，因?yàn)樽畛醯脑咸?xì)小會(huì)引起額外的灰塵。從洗滌車間出來的鐵礦石尾料就屬于這種情況。
優(yōu)選地，步驟(a)包括在基本為大氣壓力的條件下將含金屬原料供應(yīng)到預(yù)處理設(shè)備。
優(yōu)選地，步驟(a)包括將廢氣通過廢氣管從預(yù)處理設(shè)備排出。
優(yōu)選地，該方法包括從廢氣中回收熱量。
優(yōu)選地，步驟(a)包括在預(yù)處理設(shè)備中存在足夠的用于后燃燒如CO和H2的可燃?xì)怏w的氧氣的情況下，對含金屬原料進(jìn)行預(yù)處理，以及可以進(jìn)行預(yù)還原，該可燃?xì)怏w產(chǎn)自步驟(a)，因此從預(yù)處理設(shè)備排放的廢氣不具有或具有最少的燃?xì)庵怠?br> 優(yōu)選地，從預(yù)處理設(shè)備排放的廢氣含有的CO小于1.0vol.％。
優(yōu)選地，從預(yù)處理設(shè)備排放的廢氣含有自由氧。
優(yōu)選地，步驟(b)包括在基本為大氣壓力的條件下將從步驟(a)得到的預(yù)處理過含金屬原料提供到熔融還原容器。
優(yōu)選地，步驟(b)包括利用重力將原料給送到容器內(nèi)，將從步驟(a)得到的預(yù)處理過含金屬原料提供到熔融還原容器內(nèi)。
優(yōu)選地，步驟(b)包括在250-1050℃的溫度范圍內(nèi)將從步驟(a)得到的預(yù)處理過含金屬原料提供到熔融還原容器。
下限250℃為實(shí)踐中用于去除鐵礦石中很高比例的結(jié)晶水的較低閾值溫度，上限1050℃為避免可能引起嚴(yán)重問題的有關(guān)黏性操作問題的較高閾值溫度。
優(yōu)選地，步驟(b)包括在750-950℃的溫度范圍內(nèi)將從步驟(a)得到的預(yù)處理過含金屬原料提供到熔融還原容器。
優(yōu)選地，步驟(b)包括通過廢氣管將廢氣從熔融還原容器中排出。
優(yōu)選地，該方法包括利用與廢氣管連接的引風(fēng)機(jī)或其他合適的抽氣裝置將廢氣從熔融還原容器內(nèi)抽取出來。
優(yōu)選地，該方法包括從廢氣中回收熱量。
優(yōu)選地，步驟(b)包括利用供應(yīng)到熔融還原容器的冷的氧氣和/或冷的氧氣/空氣混合物后燃燒40-80％的從熔融池釋放的可燃?xì)怏w，如CO和H2。
優(yōu)選地，步驟(b)包括通過一個(gè)或一個(gè)以上的氧氣噴射裝置向熔融還原容器注入冷的氧氣和/或冷的氧氣/空氣混合物，從而向該容器供應(yīng)冷的氧氣和/或冷的氧氣/空氣混合物。
優(yōu)選地，步驟(b)包括后燃燒從熔融池釋放的至少大部分的可燃?xì)怏w，因此從熔融還原容器排出的廢氣不具有或具有最少的燃?xì)庵怠?br> 通常，利用注入到熔池表面區(qū)域的冷空氣和/或冷的氧氣/空氣混合物對可燃?xì)怏w進(jìn)行后燃燒和之后利用進(jìn)入容器內(nèi)的入侵空氣使殘留的可燃?xì)怏w進(jìn)行燃燒，可以實(shí)現(xiàn)至少是基本完全的燃燒。使用與廢氣管相連的引風(fēng)機(jī)或其他適合的抽氣裝置便于將足夠的入侵空氣送入容器內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)少是基本完全的燃燒。
優(yōu)選地，從熔融還原容器排出的廢氣含有的CO小于1.0vol.％。
優(yōu)選地，從熔融還原容器排出的廢氣含有自由氧。
步驟(b)可包括通過向熔融池注入含金屬原料和/或固體含碳原料如煤，和載體氣體，而將從步驟(a)得到的預(yù)處理過含金屬原料和固體含碳原料提供到熔融還原容器內(nèi)。
優(yōu)選地，步驟(b)包括通過一個(gè)或多個(gè)注入噴槍向熔融池注入含金屬原料和/或固體含碳原料如煤，和載體氣體，將從步驟(a)得到的預(yù)處理過含金屬原料和固體含碳原料提供到熔融還原容器內(nèi)，從而在熔池中產(chǎn)生向上的氣流，這將引起(i)形成擴(kuò)大的熔池區(qū)；和(ii)從擴(kuò)大的熔池區(qū)向上射出熔融原料的飛濺物、微滴和股流。
優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)噴槍向下并向內(nèi)延伸。
載體氣體可以是氧化性氣體或非氧化性氣體。
優(yōu)選地，步驟(b)包括通過一個(gè)或多個(gè)注入噴槍向熔融池注入固體含碳原料如煤和載體氣體，從而將固體含碳原料提供到熔融還原容器內(nèi)。
優(yōu)選地，載體氣體為含氧氣的氣體。
優(yōu)選地，步驟(b)通過一個(gè)或多個(gè)注入噴槍以20-150m/s范圍內(nèi)的速度注入固體含碳原料。
優(yōu)選地，步驟(b)通過一個(gè)或多個(gè)注入噴槍將至少占固體含碳原料總量20wt.％的固體含碳原料提供到熔融還原容器內(nèi)。
步驟(b)還可包括利用重力將其他固體含碳原料如塊煤給送到熔融還原容器內(nèi)，從而將固體含碳原料提供到熔融還原容器內(nèi)。
如果通過一個(gè)或多個(gè)噴槍將含碳原料和含金屬原料在高速下，通常為20-50m/s，注入熔融池內(nèi)(在“正常”的Hismelt條件下進(jìn)行)，從實(shí)際體積流量而言，在熔爐壓力下會(huì)產(chǎn)生過多的氣體。如果產(chǎn)生過多的氣體，會(huì)引起熔融還原容器內(nèi)額外的爆發(fā)和不可接受的流體遺留物(liquid carryover)。
因此，最好僅將固體含碳原料以通常為20-50m/s的高速注入熔融池內(nèi)，將含金屬原料通過重力注入熔融池，例如通過熔融還原容器頂部的適當(dāng)開口注入含金屬原料。這樣，本方法在用于流體爆發(fā)和產(chǎn)生飛濺的可接受的范圍內(nèi)保持了氣體流速(用于產(chǎn)生過渡區(qū))根據(jù)給送原料的性質(zhì)和操作的準(zhǔn)確方法，僅將一部分固體含碳原料以通常為20-50m/s的高速注入熔融池內(nèi)是可以的。這樣，優(yōu)選的，步驟(b)包括利用重力向容器內(nèi)給送原料，而將其余的固體含碳原料供應(yīng)到熔融還原容器內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種利用含金屬原料制造鐵和/或鐵合金的直接熔煉設(shè)備，包括(a)預(yù)處理設(shè)備，在基本為大氣壓力的條件下對含金屬原料進(jìn)行預(yù)熱，也可進(jìn)行預(yù)還原；和(b)熔融還原容器，在基本為大氣壓力的條件下將來自預(yù)處理設(shè)備的預(yù)處理過含金屬原料熔煉為熔融鐵。
預(yù)處理設(shè)備可以為多種形式并使用多種燃料。
預(yù)處理設(shè)備的一個(gè)選擇是回轉(zhuǎn)干燥爐。
預(yù)處理設(shè)備的另一個(gè)選擇是流化床。
燃料可以是固體含碳原料，如煤，和/或氣體燃料，如氣態(tài)的碳?xì)淙剂稀?br> 優(yōu)選地，該設(shè)備還包括用于將預(yù)處理過含金屬原料從預(yù)處理設(shè)備輸送到熔融還原容器的輸送裝置。
優(yōu)選地，輸送裝置為簡單的機(jī)械系統(tǒng)，避免了使用(熱)閘斗倉的需求和原料的氣動(dòng)傳送。
優(yōu)選地，該設(shè)備還包括用于將廢氣從熔融還原容器抽出來的廢氣抽取裝置。
優(yōu)選地，該氣體抽取裝置包括用于將廢氣從容器中抽出的引風(fēng)機(jī)。
優(yōu)選地，該設(shè)備還包括用于從抽出的廢氣中回收熱量的回收裝置。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種由上述方法和設(shè)備生產(chǎn)的鐵和/或鐵合金。


參考附圖，以示例方式對本發(fā)明進(jìn)一步予以說明，其中圖1示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示意形式；和圖2示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示意形式。
具體實(shí)施例方式
圖1和圖2示出本發(fā)明方法和設(shè)備的兩個(gè)實(shí)施例，但不限于只有兩個(gè)實(shí)施例。
該實(shí)施例包括預(yù)處理階段和熔融還原階段。
說明書中該實(shí)施例采用鐵礦石形式的含金屬原料和含鐵原料，用于預(yù)處理和熔融還原階段。本發(fā)明不限于這些材料。
參考圖1，將鐵礦石、煤和空氣送入回轉(zhuǎn)干燥爐形式的預(yù)處理設(shè)備中，使得礦石被預(yù)熱到750-950℃左右，預(yù)還原率為50-60％左右(一般情況下)。
在基本為大氣壓力的條件下操作回轉(zhuǎn)干燥爐。結(jié)果，回轉(zhuǎn)干燥爐沒有壓力容器并且不需要通常與壓力操作相關(guān)的輔助設(shè)備。因此，回轉(zhuǎn)干燥爐內(nèi)的空氣包括從干燥爐開口進(jìn)入干燥爐內(nèi)的入侵/進(jìn)入空氣和有意提供的空氣。
利用機(jī)械裝置，如熱鏈斗升降機(jī)通過容器的開口將從回轉(zhuǎn)干燥爐出來的熱的部分還原的產(chǎn)品直接送到熔融還原容器內(nèi)。
或者，回轉(zhuǎn)干燥爐可以這樣定位，便于通過容器的開口將產(chǎn)品從干燥爐內(nèi)直接利用重力送入熔融還原容器內(nèi)。
在回轉(zhuǎn)干燥爐產(chǎn)品中含有一定的由回轉(zhuǎn)干燥爐內(nèi)煤碳液化和部分燃燒所余下的焦碳，并不試圖從含金屬原料中分離出焦碳。
利用侵入/進(jìn)入的空氣和有意輸送的空氣，回轉(zhuǎn)干燥爐內(nèi)的可燃?xì)怏w，如CO和H2，在回轉(zhuǎn)干燥爐內(nèi)燃燒。干燥爐內(nèi)有足夠的氧氣，因此，可以進(jìn)行至少是基本完全的燃燒，從而從干燥爐內(nèi)排放的廢氣不含有或含有極少的燃?xì)庵?。通常，廢氣中含有一些自由氧和少于1％的CO。
根據(jù)能量的相對值，從回轉(zhuǎn)干燥爐排出的廢氣可以用于產(chǎn)生蒸氣或簡單進(jìn)行處理(如通過水淬)。
熔融還原容器含有鐵和爐渣的熔融池。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，該容器在略為負(fù)壓的條件下操作。因此，該容器不需要加壓容器也不需要一般與加壓操作相關(guān)的輔助設(shè)備。
除了向熔融還原容器提供回轉(zhuǎn)干燥爐產(chǎn)品作為給送原料外，還將煤和冷的氧氣注入容器內(nèi)作為額外的給送原料。
通過一個(gè)或多個(gè)伸入容器內(nèi)的噴槍以20-150m/s范圍內(nèi)的速度將煤和載體氣體注入熔融池內(nèi)，噴槍例如向下穿過容器的側(cè)壁，從而在容器內(nèi)產(chǎn)生從熔池向上的氣流，這引起(i)形成擴(kuò)大的熔池區(qū)；和(ii)從擴(kuò)大的熔池區(qū)向上產(chǎn)生熔融原料的飛濺物、微滴和股流。
通常，向上氣流的強(qiáng)度小于通過容器側(cè)壁內(nèi)的固體物質(zhì)注入噴槍注入所有固體給送原料時(shí)產(chǎn)生的氣流的強(qiáng)度。不過，向上的氣流足以確保熔池翻轉(zhuǎn)，只有有助于熱量有效傳送到熔池。
通過一個(gè)或多個(gè)噴槍注入熔融還原容器所需煤的至少20wt.％。
用于注入煤的載體氣體可以是任何適當(dāng)?shù)臍怏w。
適當(dāng)?shù)妮d體氣體不局限于惰性氣體并且包括含有氧氣的氣體。
冷的氧氣通過至少一個(gè)向下延伸的噴槍注入熔融還原容器的上部區(qū)域。
注入的冷的氧氣后燃燒從熔池釋放的可燃?xì)怏w的40-80％，從而產(chǎn)生熱量。上述熔池的翻轉(zhuǎn)由從熔池向上的氣流引起，便于熱量輸送到需要保持容器內(nèi)還原反應(yīng)的熔池內(nèi)。
由進(jìn)入容器上部區(qū)域的入侵空氣對從熔融池釋放的可燃?xì)怏w的余下部分進(jìn)行二次燃燒。
所有的結(jié)果是，容器內(nèi)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w進(jìn)行了至少是基本完全的燃燒，因此通過廢氣管從容器排出的廢氣不具有或僅有極少的燃?xì)庵怠Q言之，容器內(nèi)有足夠的氧氣來燃燒CO和H2。通常，廢氣中含有一些自由氧和少于1％的CO。
供應(yīng)到熔融還原容器內(nèi)的回轉(zhuǎn)干燥爐產(chǎn)品中的含金屬原料熔化并且被完全還原成熔融還原容器的熔融池內(nèi)的熔融鐵。
從熔融還原容器中定期或連續(xù)排出熔融鐵。
此外，從熔融還原容器中定期或連續(xù)排出爐渣。
此外，熔融還原容器內(nèi)產(chǎn)生的廢氣通過于廢氣管工作連接的引風(fēng)機(jī)被從容器內(nèi)抽出，并在廢物回收裝置進(jìn)行處理，以便回收氣體中的熱量。使用引風(fēng)機(jī)便于該方法能夠在略為負(fù)壓的條件下操作，并幫助將侵入空氣抽到容器內(nèi)，使得容器內(nèi)可燃?xì)怏w能夠進(jìn)行至少是基本完全的燃燒。
圖2所示的實(shí)施例于圖1所示類似。
兩個(gè)實(shí)施例的主要差別是，在預(yù)處理階段，第二實(shí)施例采用流化床和利用天然氣作為含碳原料，而不是使用回轉(zhuǎn)干燥爐和煤作為含碳原料。
參考圖2，在750-950℃左右，在鐵礦石的流化床內(nèi)，碳?xì)淙剂先缣烊粴?或燃油或其他適當(dāng)?shù)娜剂?與空氣一起燃燒。
在基本為大氣壓力的條件下操作流化床。
天然氣完全燃燒，僅有少量自由氧(如1％O2)留在廢氣中。
給送到流化床的引入礦石被從流化床流出的廢氣預(yù)熱。
流化床產(chǎn)品為熱的含有少量或不含有預(yù)還原產(chǎn)品的鐵礦石。其從流化床排出并通過容器頂部開口借助非氣動(dòng)裝置(與前例相同)被直接給送到熔融還原容器內(nèi)。
兩個(gè)實(shí)施例之間的又一個(gè)不同是，從流化床中不排出能夠構(gòu)成熔融還原容器所需含碳原料的焦碳，并且使用煤作為給送到熔融還原容器的所有含碳給送物質(zhì)。如前例所述，部分煤通過向下并向內(nèi)延伸的噴槍注入到熔融還原容器內(nèi)。其余的煤通過容器頂部開口由重力給送到熔融還原容器內(nèi)。
所述實(shí)施例的一個(gè)顯著特征是簡單，能夠在低的生產(chǎn)量下實(shí)現(xiàn)成本節(jié)省操作。
例如，所有所述預(yù)處理設(shè)備，包括回轉(zhuǎn)干燥爐和流化床，在基本為大氣壓力的條件下進(jìn)行操作，并且都避免了對加壓的閘斗倉(和其他在加壓方法中控制原料所需的裝置)的需求。
此外，預(yù)處理設(shè)備和熔融還原容器之間的輸送裝置可以是任一簡單的機(jī)械系統(tǒng)，其避免了對(熱)加壓閘斗倉和氣動(dòng)輸送設(shè)備的需求。
對所述實(shí)施例可以座許多改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
例如，盡管所述實(shí)施例包括回轉(zhuǎn)干燥爐和流化床作為預(yù)處理設(shè)備，本發(fā)明不局限于此，可引申至任一裝置，只要這種裝置能夠在基本為大氣壓力的條件下通過預(yù)熱和有選擇地進(jìn)行預(yù)還原而對鐵礦石進(jìn)行預(yù)處理即可。
特別是，存在多種其他選擇，對含金屬原料進(jìn)行預(yù)熱和有選擇的預(yù)還原，包括回轉(zhuǎn)干燥爐和流化床。也可使用引風(fēng)機(jī)將通過逆流渦旋將熱的熔融器廢氣抽出來。
另外，盡管所述實(shí)施例包括在略為負(fù)壓的條件下操作熔融還原容器，本發(fā)明不局限于此，還可在大氣壓力下進(jìn)行操作。
權(quán)利要求
1.一種用于將含金屬原料制造成鐵和/或鐵合金的直接熔煉方法，包括如下步驟(a)向預(yù)處理設(shè)備提供含金屬原料和含碳原料，并且在基本為大氣壓力的條件下利用預(yù)熱和有選擇的預(yù)還原對含金屬原料進(jìn)行預(yù)處理；和(b)將步驟(a)獲得的預(yù)處理過含金屬原料、固體含碳原料和冷的氧氣和/或冷的氧氣/空氣混合物提供到熔融還原容器，該容器含有鐵和爐渣的熔融池，并且將含金屬原料在基本為大氣壓力的條件下熔煉為熔融鐵。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(a)包括通過預(yù)熱和預(yù)還原含金屬原料而對該原料進(jìn)行預(yù)處理。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(a)包括通過將高達(dá)80％的含金屬原料預(yù)熱和預(yù)還原，而對該原料進(jìn)行預(yù)處理。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(a)產(chǎn)生預(yù)處理過含金屬原料和焦碳。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，步驟(b)包括將從步驟(a)得到的預(yù)處理過含金屬原料和焦碳供應(yīng)到熔融還原容器。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(a)包括供應(yīng)未以任何方式被預(yù)結(jié)團(tuán)的含碳原料。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(a)包括在大氣壓力下向預(yù)處理設(shè)備供應(yīng)含碳原料。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(a)包括通過廢氣管排放來自預(yù)處理設(shè)備的廢氣。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(a)包括在預(yù)處理設(shè)備中存在足夠的用于后燃燒如CO和H2的可燃?xì)怏w的氧氣的情況下，對含金屬原料進(jìn)行預(yù)處理和還原，該可燃?xì)怏w產(chǎn)自步驟(a)，因此從預(yù)處理設(shè)備排放的廢氣不具有或具有最少的燃?xì)庵怠?br> 10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，從預(yù)處理設(shè)備排放的廢氣含有自由氧和小于1.0vol.％的CO。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(b)包括在基本為大氣壓力的條件下將從步驟(a)得到的預(yù)處理過含金屬原料提供到熔融還原容器。
12.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(b)包括利用重力將原料給送到容器內(nèi)，而將從步驟(a)得到的預(yù)處理過含金屬原料提供到熔融還原容器內(nèi)。
13.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(b)包括在250-1050℃的溫度范圍內(nèi)將從步驟(a)得到的預(yù)處理過含金屬原料提供到熔融還原容器。
14.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(b)包括在750-950℃的溫度范圍內(nèi)將從步驟(a)得到的預(yù)處理過含金屬原料提供到熔融還原容器。
15.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(b)包括通過廢氣管將廢氣從熔融還原容器中排出。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，步驟(b)包括利用與廢氣管連接的引風(fēng)機(jī)或其他合適的抽氣裝置將廢氣從熔融還原容器內(nèi)抽取出來。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，包括從廢氣中回收熱量。
18.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(b)包括利用供應(yīng)到熔融還原容器的冷的氧氣和/或冷的氧氣/空氣混合物后燃燒從熔融池釋放的可燃?xì)怏w的40-80％，可燃?xì)怏w例如為CO和H2。
19.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(b)包括通過一個(gè)或一個(gè)以上的氧氣噴槍向熔融還原容器注入冷的氧氣和/或冷的氧氣/空氣混合物，從而向該容器供應(yīng)冷的氧氣和/或冷的氧氣/空氣混合物。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，步驟(b)包括燃燒從熔融池釋放的至少大部分的可燃?xì)怏w，因此從熔融還原容器排出的廢氣不具有或具有最少的燃?xì)庵怠?br> 21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，從熔融還原容器排出的廢氣含有自由氧和小于1.0vol.％的CO。
22.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(b)包括通過一個(gè)或多個(gè)注入噴槍向熔融池注入含金屬原料和/或固體含碳原料如煤，和載體氣體，將從步驟(a)得到的預(yù)處理過含金屬原料和固體含碳原料提供到熔融還原容器內(nèi)，從而在熔池中產(chǎn)生向上的氣流，由此(i)形成擴(kuò)大的熔池區(qū)；和(ii)從擴(kuò)大的熔池區(qū)向上射出熔融原料的飛濺物、微滴和股流。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，載體氣體是氧化性氣體或非氧化性氣體。
24.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(b)通過一個(gè)或多個(gè)注入噴槍向熔融池注入固體含碳原料如煤和載體氣體，從而將固體含碳原料提供到熔融還原容器內(nèi)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，載體氣體為含氧氣的氣體。
26.如權(quán)利要求24或25所述的方法，其中，步驟(b)通過一個(gè)或多個(gè)注入噴槍以20-150m/s范圍內(nèi)的速度注入固體含碳原料。
27.如權(quán)利要求24-26中任一項(xiàng)所述的方法，其中，步驟(b)包括通過一個(gè)或多個(gè)注入噴槍將至少占固體含碳原料總量20wt.％的固體含碳原料提供到熔融還原容器內(nèi)。
28.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(b)包括利用重力將其他固體含碳原料如塊煤給送到熔融還原容器內(nèi)，從而將固體含碳原料提供到熔融還原容器內(nèi)。
29.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(b)包括利用重力將一部分固體含碳原料給送到熔融還原容器內(nèi)，從而將該一部分原料提供到容器中；和利用一個(gè)或多個(gè)注入噴槍將另一部分固體含碳原料注入熔融還原容器內(nèi)，從而將該另一部分原料提供到容器中。
30.一種利用含金屬原料制造鐵和/或鐵合金的直接熔煉設(shè)備，包括(a)預(yù)處理設(shè)備，在基本為大氣壓力的條件下對含金屬原料進(jìn)行預(yù)熱，并有選擇的對其進(jìn)行預(yù)還原；和(b)熔融還原容器，在基本為大氣壓力的條件下將來自預(yù)處理設(shè)備的預(yù)處理過含金屬原料熔煉為熔融鐵。
31.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，預(yù)處理設(shè)備包括回轉(zhuǎn)干燥爐或流化床。
32.如權(quán)利要求30或31所述的設(shè)備，其中，包括用于將預(yù)處理過含金屬原料從預(yù)處理設(shè)備輸送到熔融還原容器的輸送裝置。
33.如權(quán)利要求30至32中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，包括用于將廢氣從熔融還原容器抽出來的廢氣抽取裝置。
34.如權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其中，該氣體抽取裝置包括用于將廢氣從容器中抽出的引風(fēng)機(jī)。
35.如權(quán)利要求33或34所述的設(shè)備，其中，還包括用于從抽出的廢氣中回收熱量的回收裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用含金屬原料制造鐵和/或鐵合金的直接熔煉方法和設(shè)備。該方法包括在基本為大氣壓力的條件下，對預(yù)處理設(shè)備中的含金屬原料進(jìn)行預(yù)熱和有選擇的預(yù)還原而對該原料進(jìn)行預(yù)處理。該方法還包括在基本為大氣壓力的條件下操作的直接熔煉設(shè)備中，將預(yù)處理過的含金屬原料熔煉為熔融鐵。
文檔編號C22B5/00GK1721562SQ20051008119
公開日2006年1月18日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
發(fā)明者羅德尼·詹姆斯·德里 申請人:技術(shù)資源有限公司