專利名稱:生產還原鐵的方法和設備的制作方法
技術領域:
本發明涉及通過將鐵材料粉末和還原劑粉末混合成混合粉末,將所獲得的混合粉末制團成坯塊如團塊或球團,以及在高溫氣氛中還原所述坯塊來生產還原鐵的方法和設備。
圖8概述了采用傳統設備生產還原鐵的生產過程。
如圖8所示,在傳統的生產還原鐵的設備中,鐵礦石粉末,煤粉末和粘結劑在混合機(未示出)中進行混合。所獲得的混合粉末由制團機或制塊機001制團處理成生坯(原料坯塊)。然后,所述生坯被送入干燥器002中,在干燥器中,用來自于下面將加以介紹的還原爐(旋轉爐床爐或轉底爐,簡稱RHF)004的排出氣體對所述生坯進行干燥處理。如此干燥后的生坯由坯塊供料器003送入RHF004中。RHF004的內部被燃燒器005加熱,并且在高溫氣氛下保持。RHF004內部的排放氣體由排氣管006排出。
生坯在RHF004內運動的同時,其本身被高溫氣體的輻射熱加熱。鐵礦石中的鐵的氧化物被煤還原成坯塊形式的還原鐵,還原后的坯塊被坯塊排放器007排出,并且盛放在貯存器008中。由排氣管006排出的排放氣體被一次冷卻器009冷卻,然后再被送入熱交換器010,在熱交換器010內,對所述冷卻后的排放氣體進行熱交換處理。熱交換時被加熱的空氣被送至RHF004,并且與燃料一起被送入爐內。另一方面,所述排放氣體被二次冷卻器011再次冷卻,并且,部分排放氣體作為前述的干燥生坯的氣體送至干燥器002。由干燥器002排出的氣體由集塵器012進行凈化并且,然后釋放到大氣環境中。
盛放還原坯塊的貯存器008接下來進行下面的步驟。即,貯存器008中的還原坯塊送至原料槽(料斗)013中,并且通過斜槽供料器014送入熔化爐015內,以便進行熔化。
上述生產還原鐵的設備中的RHF004要求生坯在高溫氣氛中的停留時間最短,以提高生產率。因此,RHF004的內部需加熱至1200-1300℃的高溫。自坯塊排放器007排出的還原坯塊在高溫下直接裝入貯存器008中。在貯存器008中,還原坯塊在自身重量作用下相互粘結。當還原坯塊通過斜槽供料器014由貯存器008送入熔化爐015時,粘結一起的大塊還原坯塊會堵塞斜槽型供料器014。
因此,通常的作法是將一旋轉鼓型冷卻器置于RHF004的坯塊排放器007的緊下方,在此冷卻器中,將高溫還原坯塊冷卻至常規溫度,并且然后裝入貯存器008內。這就需要進行冷卻器的設備投資,以及需要將還原坯塊冷至常規溫度的冷卻時間。結果,降低了生產率,而且,對高溫還原坯塊進行強制冷卻也浪費了坯塊本身保有的熱量。
此外,在RHF004運行的初始階段高溫氣氛并不穩定。在這種情況下,還原坯塊會發生再氧化。而且,再氧化期間產生的熱會導致部分熔化。結果,還原坯塊相互粘結,形成大塊。同樣在這種情形下,當還原坯塊通過斜槽供料器014由貯存器008送入熔化爐015內時,大塊的坯塊會如前述那樣堵塞供料器014。
本發明已將上述問題加以解決。本發明的一個目的是提供生產還原鐵的方法和設備,所述方法和設備能夠消除在隨后的步驟中,由于大塊還原坯塊所產生的操作缺陷,并且能防止生產效率的下降。
根據本發明的生產還原鐵的方法,作為實現上述目的手段之一,是一種通過將鐵材料與還原劑的混合粉末制團處理成坯塊如團塊或球團,并且在高溫氣氛中還原所述坯塊來生產還原鐵的方法,其中,當還原坯塊的溫度900℃或更高時,還原坯塊中的氧化物含量為11%或更高。
結果,還原坯塊的相互粘結能夠得以抑制,從而消除了在隨后的步驟中,由于大塊還原坯塊的形成而產生的操作缺陷,而且,防止了生產效率的下降。
在根據本發明的生產還原鐵的方法中,還原坯塊的堿度可以是0.5或更高。因為還原坯塊的堿度為0.5或更高,所以,還原坯塊的相互粘結能夠得到可靠抑制。
在根據本發明的生產還原鐵的方法中,形成坯塊時,可以對與鐵材料和還原劑的混合粉末混合一起的石灰石的量進行調整,以使還原坯塊中氧化物的含量為11%或更高。結果,所述調整可以容易地且非常精確地進行,從而使還原坯塊中存在適當的氧化物含量。
根據本發明的生產還原鐵的設備是一種通過將鐵材料與還原劑的混合粉末制團處理成坯塊如團塊或球團,并且在高溫氣氛中還原所述坯塊來生產還原鐵的設備,所述設備還包括用于粉碎還原坯塊的粉碎裝置。
由于采用粉碎裝置將粘結一起的大塊還原坯塊粉碎碎,因此,在隨后步驟中由大塊還原坯塊所產生的運行缺陷能夠加以消除,而且,能夠防止生產效率降低。
在根據本發明的生產還原鐵的設備中,粉碎裝置可以安裝在RHF的排出口處,而且,被粉碎裝置磨碎的還原坯塊可以裝入和存放在貯存器中。結果,高溫狀態下的還原坯塊能夠容易地磨碎,而且,能夠在未發生再氧化時加以貯存。
在根據本發明的生產還原鐵的設備中,可以設置有篩分裝置,以便根據坯塊的尺寸對還原坯塊進行篩分,而且,由篩分裝置篩選出的大塊還原坯塊可以用粉碎裝置加以磨碎。由于只是大塊還原坯塊用粉碎裝置磨碎,因此,粉碎裝置的工作量得以降低,處理效率得以增加。
在根據本發明的生產還原鐵的設備中,篩分裝置可以包括許多個篩網,和一個用于振動所述篩網的振動器,每個篩網包括多個按預定間隔支撐的細棒并在篩體的上部呈傾斜狀。結果,篩分裝置的結構可以簡化并可做成輕質態。
在根據本發明的生產還原鐵的設備中,自RHF排出的還原坯塊可以采用篩分裝置進行篩分,然后,大塊的還原坯塊可以采用粉碎裝置磨碎,而且,被篩分裝置篩選出的小塊還原坯塊和采用粉碎裝置磨碎形成的小塊還原坯塊可以裝入和貯存在貯存器中。結果,高溫態的還原坯塊能夠容易地磨碎,而且能夠在未被再次氧化時進行貯存。
在根據本發明的生產還原鐵的設備中,可以設置有暫存放裝置,以便暫存放被篩分裝置篩選出的大塊還原坯塊,而且,當預定量或較大量的大塊還原坯塊貯存在暫存放裝置中后,可以采用粉碎裝置對所有的這些大塊進行磨碎。因此,在輸送貯存器中粘結一起的大塊還原坯塊被粉碎裝置磨碎。結果,能夠可靠防止在隨后的步驟中由大塊還原坯塊所引起的操作缺陷的出現。
在根據本發明的生產還原鐵的設備中,用于盛放和貯存還原坯塊的貯存器可以安裝在RHF的排放口處,粉碎裝置可以設置在熔化爐的原料槽的進料口處,并恰在將貯存器中的還原坯塊裝入原料槽之前,大塊的還原坯塊可以采用粉碎裝置磨碎。因此,當還原坯塊變冷后,就對大塊進行粉碎。結果,就可以防止還原坯塊相互間再粘結。
在根據本發明的生產還原鐵的設備中,用于根據坯塊尺寸對還原坯塊進行篩分的篩分裝置可以安裝在熔化爐的原料槽的進料口處,而且,被篩分裝置篩選出的大塊還原坯塊可以采用粉碎裝置磨碎并且隨后送入原料槽中。這樣,當還原坯塊變冷后,只有大塊還原坯塊采用粉碎裝置磨碎。結果,就能夠防止還原坯塊相互間再次粘結。能夠降低粉碎裝置的工作量,并且能夠增加處理效率。
由下面的描述及附圖,本發明的上述及其它目的,特點和優點將變得更加明顯,所述附圖中
圖1示出了采用根據本發明的第一個實施方案的生產還原鐵的方法生產的還原坯塊的堿度與氧化物含量之間的關系。
圖2示意示出的是用于實施所述生產還原鐵的方法的生產設備的總布局圖。
圖3是根據本發明的第二個實施方案的生產還原鐵的設備的示意圖;圖4是根據本發明的第三個實施方案的生產還原鐵的設備的示意圖;圖5是篩分裝置的主視圖;圖6是篩分裝置的平面圖;圖7是根據本發明的第四個實施方案的生產還原鐵的設備的示意圖;圖8是采用傳統設備生產還原鐵的生產過程的示意圖。
現在,參照附圖對本發明的實施方案詳細介紹,所述實施方案決非要對本發明加以限制。
下面簡要介紹根據本實施方案的生產還原鐵的方法。如圖2所示,作為坯塊原材料的鐵礦石粉末(鐵材料),煤粉末(還原劑)和熔劑(石灰石)粉末分別從料斗11,12和13供入。分別地,粘結劑由料斗14送入,并且,所述這些材料在混合機15中混合。然后,所獲得的混合粉末用制團機或制塊機16制團處理成生坯如球團或團塊(原始坯塊)。將所獲得的坯塊送入干燥器17中,在干燥器中,坯塊用來自于此后將述及的RHF19的排放氣體干燥處理。如此干燥處理的生坯通過坯塊供料器31經由輸送帶18送入RHF19中。采用燃燒器32加熱,RHF19的內部保持在高溫氣氛,并且,RHF19內部的排放氣體由排氣管33排出。結果,生坯在RHF19中運動的同時被RHF19內部的高溫加熱。鐵礦石中的鐵的氧化物被煤還原成坯塊形式的還原鐵。還原坯塊通過坯塊出料器34自RHF19內部排出,并且裝入貯存器20中。
通過排氣管排出的氣體采用水噴霧型一次冷卻器21進行冷卻,然后再送至熱交換器22,在熱交換器中,冷卻后的排放氣體與風機23送入的空氣進行熱交換。然后,排放氣體用水噴霧型二次冷卻器24再次冷卻。在熱交換器22中加熱的空氣被輸送至RHF19,并且與燃料一起送入爐內。二次冷卻器24中冷卻的排放氣體由風機25送至干燥器17而成為前述的用于生坯的干燥的氣體。由干燥器17排出的氣體采用集塵器26凈化處理,再由排氣風機27送至煙道28進行脫硫處理,然后再釋放至大氣環境中。
還原之前的坯塊(此后可稱作“未還原坯塊”),即,生坯,含有在作為鐵材料的鐵礦石中的相當多的鐵的氧化物Fe2O3,并含有作為還原劑的煤中的碳C,在鐵礦石中的少量的其鐵礦石組分(脈石礦物組分),煤和粘結劑,例如鈣的氧化物CaO,鎂的氧化物MgO,鉀的氧化物K2O,鈉的氧化物Na2O,硅的氧化物SiO2,鋁的氧化物Al2O3和硼的氧化物B2O3。另一方面,還原坯塊包括由鐵的氧化物還原的鐵Fe,以及少量的鐵礦石組分,包括碳燃燒產生的灰。還原坯塊的體積因已消失的碳的量而減小,因為碳轉換成燃燒氣體。
上述各種脈石礦物組分中,鈣的氧化物CaO,鎂的氧化物MgO,鉀的氧化物K2O和鈉的氧化物Na2O是堿性氧化物,而其它組分,即,硅的氧化物SiO2,鋁的氧化物Al2O3和硼的氧化物B2O3是酸性氧化物。因此,殘留在還原坯塊中的脈石礦物組分的堿度由堿性氧化物的量與酸性氧化物的量之比決定。
本發明的發明人通過實驗研究了坯塊在RHF19中加熱和還原期間,坯塊中出現的變化。結果,本發明人發現,當還原期間存在于還原鐵周圍的脈石礦物組分熔化時,還原坯塊發生相互粘結,而且,這種粘結與通過還原獲得的鐵周圍存在的脈石礦物組分(包括灰分)的量和分散程度有關。這就是說,已清楚的是,當坯塊組成中脈石礦物型氧化物組分的比例低于某一特定值時,容易出現粘結,而當此比例高于此特定值時,粘結發生機率最低。
也已表明,當坯塊組成中脈石礦物型氧化物的堿度低于某一特定值時,熔點降低且粘結容易發生,而當堿度高于某一特定值時,熔點升高且粘結發生機率最低。詳言之,坯塊經歷一個在1200℃或更高的還原溫度下的加熱過程。因此,為了減輕粘結程度,已發現熔點需等于或高于1200℃的脈石礦物組分的混合物。
通過滿足上述兩個要求,發現,溫度為900℃或更高的還原坯塊可以直接進行熱裝料,而不需要加以冷卻。
通過基于前述理論進行實驗,本發明人找到了一種能夠直接熱裝入在所要求的900℃或更高的高溫下還原的還原坯塊而不必對坯塊進行冷卻的方法。即,本發明人發明了一種防止包含鐵礦石、煤、熔劑和粘結劑的混合粉末的生坯在RHF19中的高溫氣氛下發生粘結的方法。根據本方法,當還原坯塊的溫度為900℃或更高時,還原坯塊中氧化物的含量設定為11%或更高,而且,還原坯塊的堿度設定為0.5或更高,以便提高還原期間的軟化溫度。
圖1是所獲得的還原坯塊的粘結狀況的評價結果,其中溫度,氧化物含量和還原坯塊的堿度間的組合關系是變化的。圖1中,●代表在最高至750℃溫度下不發生粘結的試樣,▲代表在最高至850℃的溫度下不發生粘結的試樣,△代表在最高至900℃的溫度下不發生粘結的試樣,○代表在最高至1250℃的溫度下不發生粘結的試樣。在RHF19中還原生坯時,為確保質量,溫度應等于或高于900℃。因此,最佳區域是圖1中以點劃線為邊界的區域,即,其中還原坯塊中氧化物含量為11%或更高,以及堿度為0.5或更高的區域。
在RHF19中對生坯進行還原處理時,所獲得的坯塊依據鐵礦石或煤的質量實際上分成容易還原的坯塊和難于還原的坯塊兩類。因此,還原溫度最高為1300℃,或者比該溫度低的還原溫度可能足夠了。因此,在RHF19中進行的生坯還原步驟,將由坯塊排放器34排出的還原坯塊的溫度為約900-1250℃。這意味著還原坯塊中氧化物的理想含量為11%或更高,堿度最佳為0.5或更高。
如上所述,在根據本實施方案的生產還原鐵的方法中,當還原坯塊的溫度為900℃或更高時,還原坯塊中的氧化物含量設定為11%或更高,還原坯塊的堿度設定為0.5或更高。通過控制將作為生坯的粉末狀原料的鐵礦石和煤的比例,并且與熔劑等進行混合,就可以實現上述要求,結果,還原坯塊就會具有上述組成。因此,還原坯塊的相互粘結得以抑制,大塊還原坯塊就不會堵塞斜槽供料器,等,并且,能夠防止生產效率的下降。
在上述實施方案中,通過防止還原坯塊本身發生粘結就能夠阻止大塊還原坯塊等對斜槽供料器等的堵塞。然而,該方法難于完全防止還原坯塊發生粘結。因此,在下面將要介紹的實施方案中,對大塊還原坯塊進行篩分或磨碎,以便防止堵塞斜槽供料器等。在根據本實施方案的生產還原鐵的設備中,如圖3所示,RHF19具有一個坯塊供料器31和一個坯塊排放器34,而且也具有維持坯塊處于高溫氣氛的燃燒器32和用于排放氣體的排氣管33。排放斜槽41安裝在坯塊排放器34上。在排放斜槽41的出口部分,設置有用于磨碎還原坯塊的粉碎機42,并且,安裝有用于盛放磨碎的還原坯塊的貯存器20。
因此,由鐵礦石、煤、熔劑和粘結劑的混合粉末形成的生坯通過坯塊供料器31送入RHF19中。生坯在RHF19中運動的同時被加熱至高溫。鐵礦石中的鐵的氧化物被煤還原成坯塊形式的還原鐵。已被坯塊排放器34由RHF19內部排放出的還原坯塊被送至粉碎機42處,粘結一起的大塊還原坯塊被粉碎機42磨碎并且裝入貯存器20中。
盛放還原坯塊的貯存器20接下來進行隨后的處理步驟。即,貯存器20中的還原坯塊送入原料槽(料斗)43,經由斜槽供料器44裝入熔化爐45并且加以熔化。
如上所述,在根據本實施方案的生產還原鐵的設備中,已被RHF19的坯塊排放器34排放出的還原坯塊被粉碎機42磨碎,并且裝入貯存器20中。因此,即使還原坯塊相互粘結一起,粘結形成的塊也可被粉碎機42磨碎。結果,還原坯塊不是以大塊形式盛放在貯存器20中,因此,當貯存器20內的還原坯塊由原料槽(料斗)43送入熔化爐45內時,所述坯塊不會堵塞斜槽供料器44。在根據本實施方案的生產還原鐵的設備中,如圖4所示,篩分裝置51設置在RHF19中的坯塊排放器34的排放區,篩分裝置51能夠對還原坯塊進行篩分,從而挑選出已相互粘結形成的大塊還原坯塊。在用于使還原坯塊通過篩分裝置51的篩分裝置51的排放區旁邊,設置有貯存器20。在用于由篩分裝置51篩選出的大塊還原坯塊的篩分裝置51的排放區旁邊,設置有用于暫盛放大塊還原坯塊的容器52。與容器52相鄰,則安裝有用于磨碎大塊還原坯塊的粉碎機42,以及用于盛放粉碎后的還原坯塊的貯存器20。
如圖5和圖6所示,篩分裝置51包括許多個按預定間隔固定的細棒并在篩體53的上部呈傾斜狀,如三個篩網54,55和56,以及用于振動這些篩網54,55和56的振動器57。這些篩網54,55和56中的棒與棒間的間隙比如為約100mm。直徑小于此間隙的還原坯塊可由此中通過,而直徑大于此間隙的大塊還原坯塊則在傾斜表面滾動并在前方落下。
因此,當生坯在RHF19內部的高溫氣氛中還原時,所述生坯由坯塊排放器34排出,并且送至篩分裝置51。在篩分裝置51中,還原坯塊沿箭頭A的方向被送至被振動器57振動的篩網54,55和56上。未相互粘結的還原坯塊沿箭頭C方向通過篩網54,55和56的棒-棒間隙落下,并且然后盛放在貯存器20中。而粘結一起的大塊還原坯塊在篩網54,55和56的傾斜表面上滾動,沿箭頭B方向落下,并且然后盛放在容器52中,在容器52中的大塊還原坯塊堆積達一定程度后,就送至粉碎機42磨碎。大塊坯塊被粉碎機42磨碎并盛放在貯存器20中。然后,盛放還原坯塊的貯存器20就轉入下一個處理步驟。即,貯存器20中的還原坯塊被送至原料槽43,通過斜槽供料器44裝入熔化爐45內,并且熔化。
在根據本實施方案的生產還原鐵的設備中,由RHF19中的坯塊排放器34排出的還原坯塊被篩分裝置51分成未相互粘結的還原坯塊和相互粘結形成的大塊還原坯塊。大塊還原坯塊暫堆放在容器52中,一起被粉碎機42磨碎,并且盛放在貯存器20中。因此,只有大塊還原坯塊需采用粉碎機42磨碎。與前述的實施方案相比,粉碎機42的工作量能夠降低,而且,處理效率能夠提高。此外,同前述實施方案一樣,當貯存器20中的還原坯塊由原料槽43送入熔化爐45內時,能夠防止發生斜槽供料器44的堵塞。在根據本實施方案的生產還原鐵的設備中,如圖7所示,用于篩分貯存器20中的還原坯塊的篩分裝置51位于原料槽43的供料區旁邊,還原坯塊從原料槽43經由斜槽供料器44送入熔化爐45。粉碎機42位于用于由篩分裝置51篩分出的大塊還原坯塊的篩分裝置51的排放區的旁邊。
因此,當生坯在RHF19內部的高溫氣氛中還原時,所述生坯就由坯塊排放器34排出,并且盛放在貯存器20中。然后,盛放還原坯塊的貯存器20轉入下一個處理步驟。即,貯存器20中的還原坯塊在進入原料槽43之前被送至篩分裝置51。在篩分裝置51中,未相互粘結的還原坯塊直接落下,并且盛放在原料槽43中,而粘結一起的大塊還原坯塊被送至粉碎機42,而且在被粉碎機42磨碎后,裝入原料槽43中。還原坯塊從原料槽43經由斜槽供料器44送入熔化爐45內并熔化。
如上述,在根據本實施方案的生產還原鐵的設備中,篩分裝置51將貯存器20中的還原坯塊分離成未相互粘結的還原坯塊和相互粘結形成的大塊還原坯塊。大塊還原坯塊被粉碎機42磨碎,并且隨后送入原料槽43中。因此,即使在貯存器20中相互粘結形成的大塊還原坯塊也被粉碎機42磨碎,然后再送入原料槽43,結果,能夠防止發生斜槽供料器44的堵塞。
盡管以如上方式對本發明進行了描述,但顯而易見的是,描述本發明的方式可以進行多方面變化。這種變化不應被認為偏離本發明的精神和范圍,而且,所有的對本領域的專業人員顯而易見的修正都包括在后面的權利要求書的范圍內。
權利要求
1.生產還原鐵的方法,包括將鐵材料和還原劑的混合粉末制團處理形成坯塊如團塊或球團,并且在高溫氣氛中還原所述坯塊,其中當還原坯塊的溫度為900℃或更高時,該還原坯塊中氧化物含量為11%或更多。
2.根據權利要求1的生產還原鐵的方法,其中還原坯塊的堿度為0.5或更高。
3.根據權利要求1的生產還原鐵的方法,其中形成所述坯塊時,調整與鐵材料和還原劑的混合粉末混合的石灰石的量,以便使還原坯塊中氧化物含量為11%或更高。
4.將鐵材料和還原劑的混合粉末制團處理形成坯塊如團塊或球團,并且在高溫氣氛中還原所述坯塊以生產還原鐵的設備,該設備進一步包括用于磨碎還原坯塊的粉碎裝置。
5.根據權利要求4的生產還原鐵的設備,其中所述粉碎裝置設置在RHF的排放口處,而且,被粉碎裝置磨碎的還原坯塊裝入并存放在貯存器中。
6.根據權利要求4的生產還原鐵的設備,其中配置有用于根據坯塊的尺寸對還原坯塊進行篩分的篩分裝置,而且,被篩分裝置篩選出的大塊還原坯塊采用粉碎裝置磨碎。
7.根據權利要求6的生產還原鐵的設備,其中所述篩分裝置包括多個篩網和用于振動所述篩網的振動器,每個篩網包括多個按預定間隔固定的細棒并且在篩體的上部呈傾斜態。
8.根據權利要求6的生產還原鐵的設備,其中自RHF中排放出的還原坯塊采用篩分裝置篩分,然后,大塊還原坯塊用粉碎裝置磨碎,而且,由篩分裝置篩選出的小塊還原坯塊和粉碎裝置磨碎形成的小塊還原坯塊裝入和存放在貯存器內。
9.根據權利要求6的生產還原鐵的設備,其中設置有用于暫時存放被篩分裝置篩選出的大塊還原坯塊的暫時貯存裝置,而且,當在暫時貯存裝置中存放預定量或較多量的大塊還原坯塊后,所有的大塊坯塊用粉碎裝置磨碎。
10.根據權利要求4的生產還原鐵的設備,其中用于裝入和存放還原坯塊的貯存器設置在RHF的排放口處,粉碎裝置位于熔化爐中的原料槽的進料口處,而且,恰在貯存器中的還原坯塊裝入原料槽之前,采用粉碎裝置將大塊還原坯塊磨碎。
11.根據權利要求10的生產還原鐵的設備,其中用于根據坯塊尺寸對還原坯塊進行篩分的篩分裝置位于熔化爐中的原料槽的進料口處,而且,由篩分裝置篩選出的大塊還原坯塊采用粉碎裝置磨碎并且隨后裝入原料槽中。
全文摘要
在通過將鐵材料和還原劑和混合粉末制團處理形成坯塊如團塊或球團,并且在高溫氣氛中還原坯塊來生產還原鐵時,當還原坯塊的溫度為900℃或更高時,還原坯塊中氧化物含量設置為11%或更多,還原坯塊的堿度設置為0.5或更高。
文檔編號C22B5/10GK1288066SQ0012270
公開日2001年3月21日 申請日期2000年8月10日 優先權日1999年9月10日
發明者神川進, 平田耕一, 藤岡宏規, 水城英明, 佐藤惠一 申請人:三菱重工業株式會社