專利名稱：由細粒含氧化鐵物料制備生鐵水或半成品鋼水的方法
由細粒含氧化鐵物料制備生鐵水或半成品鋼水的方法
技術領域：
本發明涉及一種由細粒含氧化鐵物料制備生鐵水或半成品鋼水的方法，其 中在至少一個預還原階段中利用還原氣將細粒含氧化鐵物料初步還原，接著在 最終還原階段中將其還原成海綿鐵，在熔融氣化區內加入碳載體及含氧氣體使
海綿鐵熔融，并i:L產生含有co禾nH2的還原氣，將還原氣導入最終還原階段，在 ,進行反應后排出，接著導入至少一個預還原階段，在這里進行反應后排出。 本發明還涉及一種執行該方法的裝置。
例如專利EP969 107 Al就已公開了一種此類方法。通常使用級聯布置的多 個流化床反應器將鐵礦還原成海綿鐵。在流化床反應器內進行還原反應的過程 中，鐵礦顆粒具有強烈的結塊傾向，且這種效應隨著鐵礦顆粒細度、還原氣溫 度以及金屬化率的增大而增強。正是鑒于這一原因，迄今為止只有下列流化床 工藝可以實現工業應用且清潔與維護費用以及設備可用率尚可接受使用金屬 化率較低約為70%的海綿鐵，或者4頓粒度較粗(0-10 mm)的礦粉，且最后一 個流化床反應器使用80CrC以下的還原氣溫度，預還原反應器使用70(rC和760
匸之間的還原氣溫度進行反應。但是樹氏的還原氣溫度也會帶來熱量輸入較小 的缺點。此外，在各個流化床反應器以及流化床反應器之間的連接管道上還會
出現熱量損失，其人T塊礦在還原豎爐內進行還原反應的過程中的熱量損失。
因此在不輸入附加能量的情況下，僅可有限維持各個串聯流化床反應器內最佳 金屬化過程所需的還原氣皿。
可以采取各種輔助措施來補償這種能量欠缺。可以通過提高每噸爐料的單
位還原氣流量，或者吹入氧氣使co禾nH2謝于額外的部分燃燒的方式，輸入所需
的額外熱能。除了提高明顯的熱量輸入之外，也可通過提高單位還原氣流量的
方式，使得少量CO禾PH2在流化床反應器之間的連接管道內燃燒，以便將還原氣
溫度升高到下--個流化床反應器所需的最佳值。此外，提高單位還原氣流量還
可達到下列目的與較小的鐵礦顆粒相比，較大的鐵礦顆粒需要在還原氣氛下
停留更長的時間，為了使較大的鐵礦顆粒也能達到相對較高的金屬化率，可通
過燃燒部^CO禾PH2，使得還原氣的還原能力對于下一個流化床反應器不低于預先設定的極限值。
對于在 -個或多個串聯流化床反應器中^t行的熔融還原方法，例如專利EP
969 107 Al所公開的方法，可使用煤炭作為氣化劑，使用氧氣或富氧空氣作為 氧化劑，在熔融氣化爐中產生還原氧化鐵以及煅燒添加劑所需的還原氣。在熔 融氣化爐內，氣化過程中所產生的熱量將海綿鐵和必要的添加劑熔煉成生鐵和 爐渣，每隔一定的時間將其放出。如果將熔融氣化爐與還原豎爐配合使用，例 如COREX^法，可使用揮發性成分含量高于27%的煤炭，在熔融氣化爐內產生 的還原氣流量足以使還原豎爐穩定工作。如果將熔融氣化爐與流化床反應器配 合使用，則僅可通過前述附加措施(例如較高的爭位還原氣流量以及燃燒部分 CO禾DH2)皿到優化運行T:況的效果。
已知也可以從CCb清除裝置中的流化床反應器中抽出凈化爐氣，將其重新 提供給還原工藝，或者使用高揮發煤炭運行熔融氣化爐，以便流化床反應器能 夠使用較高的單位還原氣流量進行工作。使用揮發性成分含量高且熱值低的氣 化劑需要非常大的氣化劑與氧化劑單位用量，并且會產生非常高的單位爐渣率， 因此甚不經濟。因此，出于技術和成本方面的考慮，應4尤先選用氣體制備系統 來提高還原氣流量。當然，當使用揮發性成M量低的煤炭時，由于C02清除 設備中的爐氣(廢氣)產出率較低，使用該方法所產生的附加氣體流量不足以 生產金屬化率相對均勻的海綿鐵，尤其當單位燃料用量與所希望的那樣比劍氐 時。
本發明的H的和任務就在于避免這些缺點和難題，對上述使用細粒含氧化 鐵物料制備生鐵水或半成品鋼水的方法和裝置進行適當改進，使得熔融氣化爐 的效率高于與其對應的流化床反應器，從而使得生產過程更加穩定。此外還要 大大減少或者至少盡量避免通過在連接管道內燃燒CO和H2的方式在流化床反 應器之間輸入能量的必要性。
本發明所述的這一任務可通過下列方式加以解決將一部分細粒含氧化鐵 物料經過至少-一個預還原階段和一個最終還原階段送入熔融氣化區之中，將另 一部分細粒含氧化鐵物料直接或者與碳載體和含氧氣體共同送入熔融氣化區之 中。
以此實現定量和定性提高熔融氣化爐中的還原氣生產，從而減少在串聯流
化床反應器之間附力口燃 0禾陽2的必要性。由于這種將部^co禾nH2燃燒成co2禾附20的方式會減小還原氣的還原能力，因itbfflil該方法也可提高鐵礦石的金屬化率。
出于經濟性方面的考慮，在熔融氣化爐中產生的氧化性成分(032禾陽20) 含量劍氐的還原氣流量甚至可以大于熔融氣化爐和流化床反應器平衡工作所需 的流量。其原因在于在啟動階段和流化床反應器加熱過程中，包括在流化床 床料的加熱和后還原過程中，需要附加的海綿鐵和熱壓鐵(HBI)。已知每當停
爐時間長于2小時，就必須至少將最后兩個、在多數情況下將所有串聯流化床
反應器排空，以避免所用材料結塊而弓胞較長的停爐時間。如果停爐時間較短，
則熔融氣化爐要1糊購買的HB撮多運行8小時；如果停爐時間較長，則最多運 行12小時；而當清理流化床反應器時，就要運行大約4天。因此如果對高價HBI
的需要量較大，則比較經濟的做法是在生產過程中連續分流出一部分所產生
的HBI自CI (熱壓實鐵)形態的海綿鐵，并且在上述停爐情況下將其作為中間
產品加入熔融氣化爐之中。
直接或者'淑載體和含氧氣體共剛p入到熔融氣化區之中的細粒含氧化鐵
物料用量為細粒含氧化鐵物料總用量的10 20%，以使該附加需要量得到保證， 并且保證該工藝能夠穩定運行。
如果將一定量的碳載體和含氧氣體^A烙融氣化區，使得離開熔融氣化區 的還原氣中的032含量在4 9%范圍內，且最好在小于6%的某個范圍內，貝U離 Jf熔融氣化區的還原氣就會具有特別有利的組成。
根據這種方法的一種有益實施型式，對熔融氣化區中流出的還原氣進行高 溫除塵，然后將單位流量增大、優選增大10%的還原氣提供給最終還原階段， 提供給所有預還原階段。在來0最終還原階段的較低溫還原氣流的分流中， 或者在來自最后-個預還原階段的較低溫還原氣流的分流中，將所制備的高溫 還原氣混入預還原階段，并且提高混合氣體的熱含量。通過該混合過程可以直 接在相應的還原階段之前，有針對性地調整還原氣溫度。
就現有技術條件下的礦粉還原設備而言，要每隔2 2.5個月對流化床反應 器進行清理，以便清除海綿鐵堵塞物和燒結物，每次停爐會造成約4天的停產。
如果反應器使用較高的還原氣流量和較高的還原氣溫度進行工作，將會更 快、更為頻繁地導致最終還原階段的反應器旋風分離器中形成海綿鐵堵塞物和 燒結物。對于氣體分配噴嘴也是如此，因為流過這些噴嘴的氣體速度比較高。因此隨意提高還原,X流量和溫度并不能產生所需的結果。如果在高溫除塵之后
將至少70%所制備的還原氣提供給最終還原階段，將最多30%直接提供給預還
原階段，就可在這些優點和缺點間直接實現某種平衡。
在進入前置預還原階段之前，如果將5 15%、優選大約10%所制備的還 原氣混入離開最終還原階段的還原氣中，就可在預還原階段，尤其可在第二個 預還原階段中實砂樹還原過程特別有禾啲條件。
在高溫除塵之后將所制備的還原氣調整到某一較高的溫度，即高于細粒含 氧化鐵物料在最終還原階段中進行最終還原所需的溫度，則較為有益。從熔融 氣化區流出的還原氣中所含的明顯熱量可以在很大程度上滿足這種額外的明顯 熱量需要，為此需要較低程度地冷卻氣化爐出口上的發生爐煤氣(例如調整到 880/90(TC，而不是常見的800/82CTC)。通過定量加入從^i^第一預還原階段中 排出和制備的爐氣，對最終還原階段所需的還原氣溫度進行微調。
從最終還原階段連續排出停爐以及流化床反應器加熱階段所需的海綿鐵， 即在設備連續運行過程中以規定的過量連續生產的海綿鐵。這時可從最終還原 階段排出所產生的海綿鐵總量的約5 15%，優選大約10%，并且將其冷卻。
一種使用細粒含氧化鐵物料制備生鐵水或半成品鋼水的設備，其包括至少 兩個前后串聯的流化床反應器，通過輸送管道在某一方向中將細粒含氧化鐵物 料從流化床反應器送往流化床反應器，通過還原氣連接管道在相反方向中將還 原氣從流化床反應器送往流化床反應器；并且包括熔融氣化爐，從排列在細粒 含氧化鐵物料流動方向中最后一個流化床反應器中輸送海綿鐵的輸送管M入 該熔融氣化爐之中，所述熔融氣化爐具有碳載體和含氧氣體輸入管道、生鐵或 半成品鋼和爐渣排的出口，且具有通入排列在含氧化鐵物料流動方向中最后一 個流化床反應器之中的還原氣排出管道，用于排出熔融氣化爐內所產生的還原 氣；所述設備的特征在于，由從流化床反應器至流化床反應器的輸送管道以及 連接至熔融氣化爐的后續輸送管道，構成用于輸送一部分細粒含氧化鐵物料的 第一分支輸送管道；卜l由從投料裝置直接連接到熔融氣化爐之中的連接輸送管 道，構成用于輸送另-一部分細粒含氧化鐵物料的第二分支輸送管道。
根據本發明的一種優選實施型式，用于輸送另一部分細粒含氧化鐵物料的 第二分支輸送管道通入投料裝置的連接輸送管道之中，所述投料裝置用來將碳 載體和含氧氣體送入熔「融氣化爐之中。這樣就可以定量且相互協調地送入含氧化鐵物料、碳載體以及含氧氣體。
iOT第二分支輸送11逮送Mfl粒含氧化鐵物料總用量的10 15%，從而按 照需要提高還原氣流M。
在還原氣排出1鋪中連接一個熱除塵裝置、雌是高溫氣體旋風分離器，
在還原氣排出管道中安裝--個用來測量還原氣溫度的溫度測量裝置，并且在COz
清除裝置出口側連接一個爐氣管道，且爐氣管道帶有一個進氣量調節裝置，用 來調節通向最終還原階段中的流化床反應器的還原氣排出管內的還原氣溫度， 就可以將優選從第一預還原階段抽出和制備的爐氣定量加入到從熔融氣化爐出 來的制備還原氣之中。
在i^A預還原階段中的流化床反應器之前，首先調整還原氣溫度，方法為 除了從流化床反應器通向流化床反應器的還原氣連接管道以及通向流化床反應 器的還原氣排出管道之外，在還原氣排出管道和預還原階段中的至少一個流化 床反應器之間再安裝^獨的還原氣連接管道，并且使這些還原氣連接管道從屬 于用來定量混入還原氣的流量調節裝置。
除了將海綿鐵轉移到熔融氣化爐之中的輸送管道之外，對應于最后一^ 氧化鐵物料在其中進行最終還原的串聯流化床反應器的還有一個附加輸送管 道，該附加輸送管道用于將一部分海綿鐵排出且連接到冷卻裝置。當發生運行 中斷時，可重新使用這部分轉移出來的儲備海綿鐵D
以下將根據附圖所示的實施例對本發明進t，牟釋，附
圖1以方框圖形式表 示本發明所述方法以及裝置的一種有益實施型式。
本發明所述的設備包括三個串聯流化床反應器1、 2、 3。礦石加料裝置4 Mil礦石投料管道5和分支輸送 5a將礦粉形式的含氧化鐵物料輸送給第一 流化床反應器1 ，在其中將礦粉預熱，并且在第一預還原階段中進行第一預還原。 然后M輸送管道6a將經過預處理的礦粉送入流化床反應器2，并且通過另一 ^f俞送管道6b送入流化床反應器3。在流化床反應器2即第二預還原階段中繼 續預還原礦粉，在流化床反應器3即最終還原階段中使礦粉最終還原成海綿鐵。
從流化床反應器3中排出海綿鐵，通過輸送管道7將其送入熔融氣化爐8 之中。通過第二分支輸送菅楚5b將含氧化鐵物料直接SA熔融氣化爐8之中， 以便提高熔融氣化爐8中的還原氣產量。該分支輸送t^aAi^接輸送管道9 之中，投料裝置10通過該連接輸送管邀射Ml;接加入熔融氣化爐8之中。需要時可使用空氣作為載氣。通過輸送t^ 7a從流化床反應器3中分出一部分所
產生的海綿鐵，將其輸送給圖中并未詳細繪出的7賴卩裝置進行了冷卻、儲存。 在停爐階段以及流化床反應器加熱過程中可重新使用這部分海綿鐵。
在熔融氣化爐8的熔融氣化區8a中由煤炭和含氧氣體生成含有CO禾nH2的 還原氣，使用還原1排出lf道2從熔融氣化爐中抽出該還原氣。在流過高溫除 塵裝置13之后，按照與鐵礦粉流動方向相反的方向，通過還原氣連接管道14a 使大部分如此制備的還原氣首先進入和經過流化床反應器3的最終還原階段， 接著通過還原1連接管道]4b和14c進入和經過流化床反應器2和1 。
通過回送管道15將高溫除塵裝置13內分離出來的粉塵重新送入熔融氣化 爐8之中。
使用后的還原氣m爐氣管道16a作為爐氣離開流化床反應器1 ，流過爐氣 洗滌裝置17，在壓氣機18后面流過C02清除裝置9。通過爐氣管道16b送回一 部分如此制備的爐氣，并且在快要進入流化床反應器3之前，將其計難入還 原氣連接Wiil4a內的還原氣氣流之中。在進入流化床反應器3之前，4OT溫度 測量裝置20檢測還原1連接1W 14a內的當前還原氣iSit，然后根據最佳還原 氣，，ilil爐,虎諾16b內的流量調節裝置21，在進入流化床反應器3之處 定量混入來自爐氣符道16b的制備爐氣。
在洗滌裝置23中進行洗滌之后，可以通過分支f^ 22將一部分新鮮還原 氣流送入壓氣機18前端的爐氣管道16a，以此來改善C02清除裝置19的運行條 件。
并不通過最終還原階段的流化床反應器3，而是ilil還原氣連接管道14d 和14e，從熔融氣化爐8將少部分制備的還原氣直接送入預還原階段的流化床反 應器2和1 。還原氣連接管道14d在快要進入流化床反應器2之前i4A還原氣連 接 14b之中，還原氣連接f^ 14e在快要itA流化床反應器1之前進AiaS原
氣連接管道14c之中。將新鮮還原氣混入至少M:流經流化床反應器而已被部分
消耗的還原氣之中，不僅可以相應提高還原氣的質量，也可提高還原氣進入相 應流化床反應器l或2之中的溫度，以此可改善預還原度。為了定量混合新鮮 還原氣，同樣也口j'以給還原氣連接管道14d、 14e分配一個流量調節裝置21，且 需要時還可以給還原氣連接管道14d、 14e分配 一個溫度測量裝置20，以便更加 精確地調節所述混合。一個或多個固體碳載體輸送管道9以及一^氧氣體輸送管iMA熔融氣 化爐8之中。在熔融氣化爐8中，熔融生鐵水或者熔融半成品鋼水和熔融爐渣 聚集于熔融氣化區8a下方，通過排出口23、 24將其排出。
權利要求
1. 由細粒含氧化鐵物料制備生鐵水或半成品鋼水的方法，其中在至少一個預還原階段中利用還原氣將細粒含氧化鐵物料初步還原，接著在最終還原階段中將其還原成海綿鐵，在熔融氣化區內加入碳載體及含氧氣體使海綿鐵熔融，并且產生含有CO和H2的還原氣，將該還原氣導入最終還原階段，在其中進行反應后排出，接著導入至少一個預還原階段，在其中進行反應后排出，其特征在于，將一部分細粒含氧化鐵物料經過至少一個預還原階段和一個最終還原階段送入熔融氣化區之中，將另一部分細粒含氧化鐵物料直接或者與碳載體和含氧氣體共同送入熔融氣化區之中。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，直接或者與碳載體和含氧氣體共同加入到熔融氣化區之中的部分細粒含氧化鐵物料量為細粒含氧化鐵物料總用量的10% 20%。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，將一定量的碳載體 和含氧氣體送入熔融氣化區，使得離開熔融氣化區的還原氣中的C02含量在 4% 9%范圍內，優選在小于6%的某個范圍內。
4. 根據上述權禾腰求中任一項所述的方法，其特征在于，對熔S蟲氣化 區中流出的還原氣進行高溫除塵，然后以提高的單位還原氣流量提供給最終還 原階段，且優選提供給所有預還原階段。
5. 根據b.述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在高溫除塵 之后將至少70%所制備的還原氣提供給最終還原階段，將最多30%直接提供給 預還原階段。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在iftA前置預還原階段 之前，將5% 15%、且優選將大約10%所制備的還原氣混入離開最終還原階段 的還原氣中。
7. 根據上述權禾腰求中任一項所述的方法，其特征在于，在高溫除塵 之后將所制備的還原氣調整到較高的溫度，該溫度高于細粒含氧化鐵物料在最 終還原階段中進行最終還原所需的、溫度。
8. 根據權利要求7所述的方法，其特征在于，經過高溫除塵之后，將 所制備的還原氣的溫J叟調整到82(TC 92(TC ，優選調整到S8(TC 。
9. 根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過定量加 入從第一預還原階段中排出和制備的爐氣，對最終還原階段所需的還原氣溫度 進行微調。
10. 根據上述權禾腰求中任-一項所述的方法，其特征在于，將最終還原階段中所生成的海綿鐵的一部分排出并且^4口。
11. 根據權利要求10所述的方法，其特征在于，從最終還原階段排出所 產生的海綿鐵總量的約5% 15%，優選大約10%，并且將其7賴卩。
12. —種用于執行權利要求1 11中任一項所述方法的設備，其包括至少 兩個前后串聯的流化床反/、V:器(1， 2， 3)，其中通過輸送管道(5， 5a， 6a， 6b)在某--方向中將細粒含氧化鐵物料從流化床反應器送往流化床反應器，通 M原氣連接管道(14a， 14b， 14c)在相反方向中將還原氣從流化床反應器送 往流化床反應器；并社包括熔融氣化爐(8)，從排列在細粒含氧化鐵物料流動 方向中最后一個流化床反應器(3)中輸送海綿鐵的輸送管道(7)通入該熔融 氣化爐之中，所述熔融氣化爐具有碳載體輸送管道(9)和含氧氣體輸送管道 (11)，以及生鐵或半成品鋼和爐渣的排出口 (23, 24)，以及通入排列在含氧 化鐵物料流動方向中最后一個流化床反應器(3)之中的還原氣排出管道(12)， 該管道用于排出熔融氣化爐內所產生的還原氣，其特征在于，由從流化床反應 器至流化床反應器的輸送管道(6a， 6b)以及隨后連接至熔融氣化爐的輸送管 道(7)構鵬于輸送一部分細粒含氧化鐵物料的第一分支輸送管道(5a)，且 由從投料裝置(4)直接連接到熔融氣化爐(8)之中的連接輸送管道構成用于 輸送另一部分細粒含氧化鐵物料的第二分支輸送til (5b)。
13. 根據權利要求12所述的設備，其特征在于，用于輸送另一部分細粒 含氧化鐵物料的第::分支輸送管道(5b)包括投料裝置(10)的連接輸送管道 (9)和連接管道(11),用來分別將碳載體和含氧氣體送入熔融氣化爐。
14. 根據權利要求12或13所述的設備，其特征在于，設置第二分支輸送 管道(5b)用于輸送細粒含氧化鐵物料總用量的10% 15%。
15. 根據權利要求12 14中任一項所述的設備，其特征在于，在還原氣 排出管道(12)中連接高溫除塵裝置(13)，優選是高溫氣體旋風分離器；在 還原氣排出mi (14a)中安裝用來測量還原氣^Jt的^Jt領懂裝置(20)，并 且在C02清除裝置(19)出口側連接爐氣管道(16b)，該爐氣管道帶有進氣量調節裝置(21)，用來調節通向最終還原階段流化床反應器(3)的還原氣排出管(14a)內的還原氣iUH。
16. 根據權利要求12 15中任一項所述的設備，其特征在于，除了從流 化床反應器通向流化床反應器的還原氣連接管道(14b， 14c)以及通向流化床 反應器的還原氣排出管道(14a)之外，在還原氣排出管道(14a)和預還原階 段的至少一個流化床反應器(l，2)之間安裝判蟲的還原氣連接魏(14d， 14e)， 并且使這些還原氣連接管道(14d， 14e)對應于用來定量混入還原氣的流量調 節裝置(21)。
17. 根據權利要求12 16中任一項所述的設備，其特征在于，除了將海 綿鐵轉移到熔融氣化爐(9)之中的輸送管道(7)之外，對應于最后一個串聯 流化床反應器(3)的還有一個附加輸送管道(7a)，該附加輸送t^用于排出 一部分海綿鐵并f L通入冷卻裝置。
全文摘要
本發明涉及一種使用細粒含氧化鐵物料制備生鐵水或半成品鋼水的方法，其中在至少一個預還原階段中利用一種還原氣將細粒含氧化鐵物料初步還原，接著在最終還原階段中將其還原成海綿鐵，在熔融氣化區內加入碳載體及含氧氣體使海綿鐵熔融，并且產生含有CO和H<sub>2</sub>的還原氣，將還原氣導入最終還原階段，在這里進行反應后排出，接著導入至少一個預還原階段，在這里進行反應后排出。為了使熔融氣化爐能夠以更高的效率進行工作，從而使生產過程更加穩定，并且避免迄今為止在還原氣管道內必需發生部分燃燒，本發明建議將一部分細粒含氧化鐵物料經過至少一個預還原階段和一個最終還原階段送入熔融氣化區之中，并且將另一部分細粒含氧化鐵物料直接或者與碳載體和含氧氣體共同送入熔融氣化區之中。此外，本發明還推薦一種執行所述方法的裝置。
文檔編號C21B13/14GK101437965SQ200780015332
公開日2009年5月20日 申請日期2007年4月19日 優先權日2006年4月28日
發明者B·武萊蒂克 申請人:西門子Vai金屬科技有限責任公司