專利名稱：直接還原礦粉的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明的獨立權利要求涉及一種在流化床槽中用氫作還原劑直接還原具有寬粒度分布的礦粉的方法。本發明還涉及實施獨立權利要求所述方法的設備。
從DE 4326562C2已知一種內帶氣流板的臥式反應器以及運轉這種反應器所必需的各種裝置。
DE 4326562C2的臥式流化床反應器的缺點在于，該反應器只能處理給定粒度范圍的物料，該粒度范圍是由流化床的氣流速度(流化速度)所確定的。另一種粒度范圍的物料則要求另外氣流速度。此外，在進入流化床反應器之前需要進行篩分。
本發明之目的在于改進上述專利中的方法，使其能在一種臥式流化床槽中對寬粒度分布的礦粉達到最佳還原。本發明的目的還在于，對已知的臥式流化床槽進行改進，使其能實施所要達到的方法。本發明的目的還在于保證還原裝置的工作方式在熱耗方面達到最佳化。
通過權利要求的特征部分可達到這些目的。
有關設備的描述參考了DE4326562C2描述資料。
本發明利用了DE4326562C2所描述的反應器的基本原理。
本發明的方法和設備能處理粒度分布為＜6.3mm-0.02mm的礦粉，優選粒度為＜3.0mm-0.02mm。
緩沖缶中貯存的礦粉送入位于其下的壓力缶中。該壓力缶作為壓力卸料口將礦粉送入預熱器。這種預熱器，例如是流化床反應器或沸騰床反應器，與后置的臥式流化床槽一樣處于加壓下。
當一個壓力缶從處于大氣壓的緩沖缶進料時，另一壓力缶向預熱器卸料。
預熱器利用從臥式流化床槽，即還原反應器來的所謂頂部氣體預熱礦粉。
預熱器的氣流速度的選擇，應使粒度小于約0.5mm的礦粉基本上從預熱器夾帶出。該礦粉經熱氣旋風分離器沉降，并同從預熱器出來的已預熱的礦粉一道送入臥式流化床槽，即還原反應器的第一室。
置于臥式流化床槽之前的預熱器經固體顆粒導管將粒度級分為＜3mm-0.5mm的礦粉卸入臥式還原反應器的第一室。該室內配置有換熱器，后者能將礦粉加熱到流化床需要的溫度。優選的流化床溫度約在680-700℃范圍內。優選氫氣作流化介質和還原介質。氫氣預先在還原氣加熱器中加熱到約710℃。氣流速度的選擇應使礦粉基本上不被夾帶出去。
本發明的特殊優點在于，利用高溫還原氣使換熱器加熱，并使從各個換熱器流出的還原氣流進入臥式流化床槽作流化劑和還原劑。進入第一個換熱器的還原氣可加熱至約850℃，流出這個換熱器時其溫度降到例如720℃。
利用這種布置就可通過一個或多個換熱器能完全傳遞Fe2O3還原到FeO以及礦粉加熱所需的熱量。
FeO還原成Fe的反應所需的熱量亦可僅靠該還原氣供給。由此還原就變成特別有效。相應的實驗對此作出了證明。
通過適宜的市售裝置將流化床槽第一室的流化速度調到最高，即例如在裝料粒度分布約為＜3.0mm-0.02mm時，其流化速度高到能使實例中粒度約為＜0.5mm-0.02mm的礦粉能隨氣流夾帶經過沉降器，例如熱氣旋風分離器。
剩余的粒度約為3.0mm-0.5mm的其余的礦粉滯留在這個室中，并在該室中還原。
從配置給第一室的旋風分離器沉降出的粒度小于0.5mm的礦粉被送入第二室，在第二室中流化速度調到低于第一室的流化速度，即例如其流化速度可使粒度約為0.5mm-0.1mm的部分滯留在第二室，并在該室中還原，同時粒度小于0.1mm的顆粒則隨氣流夾帶通過第二室的旋風分離器。從該旋風分離器沉降出來的粒度小于0.1mm的礦粉被送入流化床槽的第三室，粒度小于0.1mm的礦粉在第三室中滯留并還原。
從配置給第三室的旋風分離器沉降出來的固體再返回該室。
從配置給各室的旋風分離器出來的氣體經總管送入預熱器。
還原過的礦粉，例中為所有三個室的礦料，通過壓力缶送去后續加工。
當然，本發明的流化床槽不是絕對的只有三個室，更確切地說，它亦可分成兩室或多于三室。
根據設備從屬權利要求的特征部分，各個室之間的隔板可沿流化床槽的長度方向移動，使其能達到增加某一室的氣流面積或減小另一室氣流面積之目的是有利的。當待還原的礦粉粒度分布發生改變時，例如在粒度小于0.1mm的份額增加的情況下，需要采取這種措施。那時可通過隔板的移動使含粒度小于0.1mm的室增大，而使另外的室變小。
如果待還原的礦物細粒份額增加更多，則可插入插件使流化床槽的長度增加，從而使氣流面積變大。
第一室可由兩段組成，即加熱段和預還原段(將Fe2O3轉化為FeO)，其中還設置換熱器以及實際上的還原段，在該段中還原進行到約98％的金屬化(FeO轉化為Fe)。這里換熱器不是絕對需要的，因為還原所需的熱可由還原氣帶入。
上述兩段可用隔板分開。從第一段出來的礦粉必須流經隔板以到達第二段。隔板的高度由流化床的高度確定。為了避免流化床的“死區”(分凝區)，該室和后續室的隔板要在下部開孔。
完成還原的礦粉經高置的喇叭口流出第二段，還原后的微粒物料經卸料容器用氣流排出。
臥式流化床槽的第二室由配置給第一室的旋風分離器供給礦粉，該室亦包括換熱器，其作用是將流化床加熱到所需溫度。例中的第三室亦是如此。
從FeO還原到Fe的吸熱還原只需較少的用于還原的熱量。此熱量可由流出的還原氣帶入。
第二室的流化速度(氣流速度)的選擇應有利于使粒度優選小于0.1mm的所有礦粉隨氣流夾帶出，同時使粒度為0.5mm-0.1mm的礦粉滯留于第二室，并在該室中完成還原。
從第二室流出的氣體主要載帶有粒度小于0.1mm的礦粉，該氣體送入室-熱氣旋風分離器，其中大部分粒度小于0.1mm的礦粉從氣流中沉降出來。
從這個室-熱氣旋風分離器沉降出來的粒度小于0.1mm的礦粉進入臥式流化床槽的第三室。在該室中氣流速度的調節應使粒度為0.1mm-0.02mm的顆粒滯留在此第三室中，并完成還原。因為到達第三室的礦粉已經受到足夠的加熱和預還原，所以第三室可能無需任何換熱器。還原所需的熱量完全可通過氣體載入，該室的流化床溫度在680℃-700℃的范圍內。
從配置給第三室的室-熱氣旋風分離器沉降出來的礦粉再返回到第三室進行最終還原。
從配置給所有三個室的熱氣旋風分離器流出的氣體匯入總管作為“凈化”后的頂部氣體(Top-Gas)并送入立式預熱器作加熱劑。
臥式流化床槽第一室后續的其它室與第一室相似用隔板分段，其目的在于以此防止顆粒的返混和交叉混合。各段的尺寸可按需要確定。
臥式流化床槽的各個室除主要出口(一個高置出口)外還包括一個設置在各最后段底部的出口。該出口通過葉輪閘門控制，經過這個出口可將分凝的礦粉排出。該排出口只作為應急出口。
所敘述的各個室由于不同氣流面積而大小不等，因此在設計流化床槽時應確知粒度分布為3-0.5mm、0.5-0.1mm和小于0.1mm的各級分的可能最大份額。亦可通過前面提到的插入反應器插件(筒管部件)以及通過室間隔板的移動等可能的措施來考慮礦粉顆粒組成的持續變化。
當要提高臥式流化床槽的處理能力或由于礦物的較低處理溫度(結塊)而需要延長停留時間的情況下，亦可插入插件。
被還原的礦粉從流化床槽的各室經一個或若干卸料口(壓力容器)排出去進行后續處理。后續處理可理解為壓塊裝置或電弧爐。
本發明的一個實施例將在下面按照附圖
于以詳細說明。
待還原的礦粉從緩沖缶(16)經可調節的出料裝置(12)進入壓力缶(1)。緩沖缶是未加壓的。然后礦粉交替地從一個或另一個壓力缶(1)卸入預熱器(11)，例如是流化床反應器或沸騰床反應器。
在預熱器(11)中采用所謂的頂部氣體對礦粉進行預熱，該氣體是從配置給臥式流化床槽各室(2)的熱氣旋風分離器(6)經總管(9)導入。
預熱器(11)串聯有熱氣旋風分離器(13)，其中對從預熱器(11)中被氣體夾帶出的小于約0.5mm的礦粉進行沉降，沉降出來的礦粉級分經固體顆粒排料管(14)進入位于預熱器(11)下面的固體顆粒導管(15)。從熱氣旋風分離器(13)流出的頂部氣體經排氣管(18)送出后續處理(例如氣體洗滌)。
為了卸出經預熱的粒度分布＜6.3mm-0.5mm，優選是＜3mm-0.5mm的礦粉級分，在預熱器(11)下面裝有固體顆粒導管(15)。經該管(15)上述礦粉級分進入臥式流化床槽的第一室(2)，在該室內礦粉開始還原。
在各個室(2)內，裝有可調節流化介質氣流速度的裝置(5)。
在第一室(2)中完成還原的礦粉排入壓力缶(10)。從第一室(2)流出的氣體及其所含的礦粉進入配置給此室的熱氣旋風分離器(6)。
由臥式流化床槽的第二室(2)和第三室(2)出來的完成還原的礦粉進入置于其后的壓力缶(10)。當然，附圖所示的三個壓力缶(10)也可用一個壓力缶(10)代替，在這種情況下，所有室(2)的礦粉出料都進入此壓力缶內。
還原后的礦粉從壓力缶(10)在加壓下送入后續處理裝置。該裝置可能是礦粉的壓塊裝置或者例如是電弧爐。
從臥式流化床槽的第二室(2)隨氣體夾帶出的礦粉進入熱氣旋風分離器(6)，其中氣體和礦粉分離，礦粉進入第三室(2)，而氣體經總管(9)進入導熱器(11)作預熱劑。
最后，從第三室(2)隨氣體夾帶出的礦粉在配置給該室(2)的熱氣旋風分離器(6)中沉降，并再返回到臥式流化床槽的第三室(2)以進行最終還原。
從該熱氣旋風分離器(6)出來的氣體同樣送到立式預熱器(11)的氣體底板作為預熱氣。
為了提高還原裝置的經濟效益，擬采用高溫還原氣(優選氫氣)去加熱置于臥式流化床槽各室(2)的內置換熱器(4)。從換熱器(4)出來的還原氣接著進入臥式流化床槽各室(2)的氣流底板作為還原劑。
本實施例子中全部室(2)都包括換熱器(4)。根據還原裝置的設計，在全部室(2)中涉及換熱器(4)的設備均可略去。
圖中標號說明1壓力缶2臥式流化床槽的室3隔板4換熱器5氣流速度調節裝置6熱氣旋風分離器8最后一個旋風分離器(6)的固體顆粒排料管9從6到11的總管10 已還原礦粉的壓力缶11 礦粉預熱器12 1的卸料裝置13 11的熱氣旋風分離器14 13的固體顆粒排料管15 11的固體顆粒導管16 礦粉緩沖缶17 11的排氣管18 13的排氣管19 4的進氣管20 4的排氣管
權利要求
1．一種直接還原礦粉的方法，該方法是在臥式流化床槽中，優選以氫氣作為還原氣對寬粒度分布的礦粉進行還原，其特征在于，使礦粉在加壓的預熱器中受控預熱，預熱過的礦粉進入用隔板分隔成若干室的、并用高溫還原氣間接加熱的臥式流化床槽中；礦粉在這些室中經加熱和還原；氣體的流化速度在第一室中最高，并逐室下降，從而使給定粒度級分的礦粉隨氣體從各室夾帶出，然后分離為礦粉和氣體，分離出的礦粉總是進入下一室，但在最后一個分離過程中，分離出的礦粉是再返回到該最后的室，并且較粗粒度級分的礦粉皆分別滯留在各室內；來自所有室的從礦粉中分離出的熱氣均進入預熱器；從預熱器流出的含有固體顆粒的熱氣經旋流，旋流分離出的固體顆粒(礦粉)進入臥式流化床槽的第一室，而氣體則送入后續處理；來自所有室的與礦粉分離的氣體均經最終的礦粉-氣體分離；分離出的氣體進入預熱器作加熱劑；在各室中滯留的礦粉在還原過程結束之后在加壓下送入后續處理。
2．一種實施按照權利要求1的在臥式流化床槽中用氫氣作還原氣直接還原寬粒度分布的礦粉的方法的設備，其特征在于，礦粉緩沖缶(16)置于其下帶可調卸料裝置(12)的壓力缶(1)；置于其下的預熱器(11)，例如是流化床反應器或沸騰床反應器，對礦粉進行預熱；置于預熱器(11)之后的熱氣旋風分離器，其排氣管(18)將頂部氣體送入后續處理；固體顆粒排料管(14)，該管與來自預熱器(11)的經預熱過的礦粉的排料管(15)相聯，而且預熱過的礦粉(粒度級分為＜6.3mm-0.5mm，優選＜3.0mm-0.5mm)的排料管(15)與用隔板(3)分隔成若干室(2)的臥式流化床槽的第一室相聯；置于室(2)內的換熱器(4)；調節各室(2)流化速度的裝置(5)，且流化速度逐室降低；置于各室之后的室-熱氣旋風分離器(6)以沉降給定粒度級分的礦粉，而且沉降出的粒度級分的礦粉總是進入下一室，或最后一室(2)；總管(9)，該總管匯聚所有室-旋風分離器(6)的氣體并送入立式預熱器(11)作加熱劑；置于各室(2)下面的壓力缶(10)，將還原后的礦粉排出和送入后續處理。
3．權利要求2的設備，其特征在于，進氣管(19)與換熱器(4)相聯，后者置于室(2)內所產生的流化床之中，高溫還原氣流過換熱器(4)使其加熱，并且排氣管(20)將流過換熱器(4)的還原氣引入室(2)的氣流底板作流化劑和還原劑。
4．權利要求2和3的設備，其特征在于，各室(2)的隔板是可移動的，可使臥式流化床槽各室(2)的氣流面積增大或減小。
5．權利要求4的設備，其特征在于，總是采用室-插件來增大臥式流化床槽的氣流面積。
全文摘要
本發明涉及一種在帶若干串聯室(2)的臥式流化床槽中用氫作還原劑來直接還原寬粒度分布的礦粉的方法和設備,其中氣流底板上的氣流速度應調節到使在各個室(2)中滯留所給定的粒度分布的物料,并在那里進行還原,而從各個室(2)中導出的更細粒度的礦粉,并在室－熱氣旋風分離器(6)中分離為固體(礦粉)和氣體。從相應的旋風分離器(6)沉降出來的礦粉進入下一個室(2)。從所有室－熱氣旋風分離器(6)流出的氣體通過總管(9)進入預熱器(11)。在各室(2)中經還原的礦粉從壓力缶(10)送入后續處理。
文檔編號C22B5/12GK1216070SQ98800111
公開日1999年5月5日 申請日期1998年1月17日 優先權日1997年2月7日
發明者P·海恩里希, K·克諾普 申請人:費羅斯達爾公開股份有限公司