CN102695808A - 用于还原含有铁矿石的炉料或者用于生产生铁或者液体钢前体的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及方法和设备，用于在熔炼单元1中还原含有铁矿石的炉料或者用于生产生铁或者液体钢前体，该炉料在至少一个还原单元R1中依靠还原气体至少部分地被还原，并且任选地该至少部分还原的炉料中的至少一些是在熔炼单元1中，在供给煤或者焦炭和含氧气体的情况下发生熔融的，同时形成还原气体，并且将该还原气体或者在外部产生的还原气体供给到所述还原单元R1。对于生铁或者钢前体生产中断的情况，将至少一个还原单元R1排空，并且将至少部分还原的炉料引入到至少一个容器5中，并且保持在非氧化性保护气体气氛。

Description

用于还原含有铁矿石的炉料或者用于生产生铁或者液体钢前体的方法和设备

本发明涉及用于在熔炼单元(Schmelzaggregat)中，特别是在熔融气化炉(Einschmelzvergaser)中还原含有铁矿石的炉料或者用于生产生铁或者液体钢前体的方法和设备，该炉料在至少一个还原单元中，特别是流化床反应器中，依靠还原气体至少部分地还原，并且任选地，该至少部分还原的炉料中的至少一些是在熔融气化炉或者高炉中，在供给煤或者焦炭和含氧气体的情况下进行熔炼的，同时形成还原气体，并且将该还原气体或者在外部方法中，特别是重整方法中产生的还原气体供给到还原单元。

从现有技术中已知的是热还原的材料例如诸如铁氧化物，在存储过程中应当保持在保护气体下，目的是避免再氧化过程。用于此的不同的装置是已知的，其用保护气体提供了隔绝空气或者吹扫。

在用于还原炉料的方法和熔融还原方法中存在着问题，即，在所述方法的故障或者计划的停车时，炉料必须从所述单元除去，来使得它们不冷却和凝固，即，使得该炉料不在加工反应器中凝固。此外，在计划的停车之前，必须除去炉料以便能够进行设备维修。由于设备的尺寸，在停车的情况下，通常必需处理大量的热炉料。

所以本发明的一个目标是提供一种方法和设备，其能够快速的和低成本的中断还原方法或者熔融还原方法。

这个目标是通过本发明的权利要求1的特征和通过权利要求11的特征的设备来实现的。

当还原方法或者生产生铁或者钢前体的方法中断时，如同例如当所述方法停车的情况所发生的，通过本发明将至少一个还原单元排空。但是，还可以想到的是仅仅卸出生产的部分料流。该至少部分还原的和通常热的炉料例如细粒度铁矿石或者块状铁矿石被引入到至少一个容器例如诸如燃料舱或者另外的还原单元中，并且保持在非氧化性保护气体气氛下。通过保护气体气氛确保了已经至少部分还原的炉料不发生重新氧化。因此，炉料的还原态甚至在生产生铁或者钢前体的方法中断的情况下也能够得以保持，并且它们在中断结束后例如诸如所述方法继续时，可以送到随后的使用中。这可以省掉对于炉料复杂的处理，特别是一旦所述方法继续时，能够快速实现稳定的运行态。此外，在非计划的停车的情况中，该方法可以成本有利地停止，并且排空所述还原单元。这能够以较少的时间来冷却设备，因此由于在该设备上操作，降低了停工期。此外，降低了炉料的加工成本，因为它们不再必须以现有技术惯常的方式在水浴中冷却，和随后处理。取消这种水浴冷却省掉了对所形成的浆体的加工和对于随后准备所必需的设备。

根据本发明方法的一种具体实施方案，将排空的炉料冷却到一定温度，特别是低于150℃的温度，在该温度不发生炉料的再氧化。因为氧化方法随着温度升高发生得更快，因此甚至在空气中存储的过程中，通过冷却能够基本上抑制重新氧化，因为该氧化方法几乎不发生，或者仅仅非常慢地发生。

本发明方法的一种有利的改进点是提供了，为了疏松所述材料和/或为了惰性化和/或为了至少部分的冷却，将容器中的炉料用保护气体，特别是用氮气吹扫。当存储热的部分还原的炉料(其通常具有块状或者粒状结构)时，会形成聚集体。为了避免这样的不想要的聚集体，可以通过保护气体来疏松该炉料，其中还能够实现炉料的冷却。通过惰性化来避免氧化。

根据本发明方法的一种具体实施方案，当炉料从容器排出时对它们进行冷却，特别是依靠冷却螺杆进行冷却。该炉料因此首先从还原单元中除去，并且在保护气体气氛下存储于容器中。取决于所述方法中断的持续时间，炉料可以以热状态临时存储，或者以受控方式进行冷却。该冷却可以在从容器排出过程中依靠冷却螺杆来进行。该炉料依靠螺杆送过(水)冷却的管状壳体，该(水-)冷却的螺杆设置在管状壳体中，由此强烈冷却和传输到容器之外。该冷却的作用是可靠地避免了炉料的再氧化，可以根据需要适配冷却速率和最终温度。

根据本发明方法的一种优选实施方案，将该冷却的炉料从容器中取出，特别是依靠载气将该炉料气动送入用于存储该冷却的炉料的存储器中。从容器排空的炉料的气动传输是一种特别简单和成本有利的方案，其中它可以例如使用来自容器的保护气体或者其他的工艺气体或者其混合物作为载气。

本发明方法的一种具体的实施方案提供了在还原单元的运行压力下，将该炉料送入到冶金容器中。该运行压力可以用于将炉料传输到容器中，可以将容器的压力设定到相应的低于该运行压力。但是，也可以想到在容器和还原单元中设定相同的压力，并且依靠重力作用实现炉料的排出。

根据本发明方法的一种有利的实施方案，在炉料排出之前，降低容器的压力，特别是与还原单元的压差是至少0.1 bar，特别是至少0.5 bar。容器的压力因此可以在由还原单元填充过程中对应于该还原单元的运行压力相适应，并且在炉料从容器中排出之前重新降低。因此，可以设定容器与炉料排出到其中的周围环境之间的压力差。

本发明方法一种有利的实施方案是通过如下来实现的：将还原气体（该还原气体与炉料一起引入到容器中）引入到装料容器中，该装料容器用于将该还原的炉料装入到压块装置中。在还原或者熔融还原单元中的单元通常需要装料容器，炉料在它们装入到各自的单元之前存储在该装料容器中，并且其还用于使得所述压力匹配该单元的运行压力。根据本发明，剩余的还原气体从容器送入装料容器中。通过这种手段可以利用用于处理来自熔炼单元的还原气体的装置，其与装料容器和压块装置相连接。备选地，也可以进行实际气体处理，例如依靠洗涤器或者干燥除尘装置来进行。

根据本发明方法的一种有利的实施方案，将炉料交替引入到至少两个容器中。这使得交替使用容器成为可能，这样例如一个容器可以排空，同时另一个容器被填充。但是，也可以提供两个或者更多个容器，其如果需要可以同时被填充，以使得非常快的将炉料从一个或多个还原单元中除去成为可能。

本发明方法一种特别的实施方案提供了依靠重力和/或使用来自所述还原单元的所述还原气体作为载气气动将所述炉料从所述还原单元传输到所述容器中。如果需要，炉料从还原单元进入容器的速率在这种情况中可以经调节，其中可以通过还原气体的压力和还原单元与容器之间的压差来设定所述的传输速率。

本发明的用于还原炉料或者用于生产生铁或者液体钢前体的设备包含至少一个用于依靠还原气体来至少部分还原含有铁矿石的炉料的还原单元，特别诸如还原竖炉或者流化床反应器，并且任选地包含熔炼单元，特别是熔融气化炉或者高炉，其中至少一些该至少部分还原的炉料能够在熔融气化炉中，在供给煤或者焦炭和含氧气体的情况下进行熔炼，同时形成还原气体，并且可以将由此形成的还原气体或者在外部方法中产生的还原气体，特别是在重整方法中产生的还原气体，经由还原气体管线供给到还原单元。在该还原方法或者生产生铁或者钢前体的方法中断的情况中，特别是当所述方法停车时，提供至少一个容器，特别是燃料舱或者另外的还原单元，可以将至少一个还原单元排空到该容器中。在容器中提供惰性化装置，以使得至少部分还原的炉料能够引入和保持在非氧化性保护气体气氛下。惰性化装置是通过容器中多个保护气体连接来形成，以使得炉料能够惰性化和/或流化和/或冷却。容器类型的选择主要取决于用于还原含有铁矿石的炉料或者用于生产生铁或者液体钢前体的设备的生产能力，其中可以为所述方法停车的需要留出余地。通常，容器的容量是这样选择的，即，在短时间内能够完全排空，例如大约半小时到4小时的完全排空还原单元的持续时间被认为是工业上现实的。一个容器或者全部容器的总溶剂是如此定制的，以使得能够容纳至少来自一个还原单元和最多来自全部还原单元的炉料。

根据本发明设备的一种具体实施方案，提供了至少两个容器，以使得它们能够交替装入炉料。这例如允许填充一个容器，同时排空另一个容器。同时填充所述容器也是可能的，这允许甚至更快地排空所述的还原单元。

根据本发明设备的一种具体实施方案，该容器具有至少一个冷却螺杆，该冷却螺杆用于冷却炉料和从容器中计量排出炉料。冷却螺杆具有螺杆状传送装置，其布置在可冷却的，通常水冷的基本上管状壳体中。通过炉料的高比表面积和良好的混合使得该冷却螺杆满足关于冷却热的还原的铁氧化物的特定需求。螺杆长度，螺杆形式，直径，运行速度和其他参数可以根据需要调整，目的是能够保证用于规定传送体积的目标冷却速率。类似地，每个容器的冷却螺杆的数目是根据需要调整的。典型地，每个容器具有1-6个冷却螺杆。该设计是这样，即，容器的完全排空可以保证在大约4-16小时内。

根据本发明设备的一种具体实施方案，提供了用于将炉料气动传送出所述容器的装置，其将该容器连接到用于在空气中存储冷却炉料的存储器。该气动传输是简单和低成本的传输，其中通过取消机械传送装置能够避免由于高研磨性炉料造成的传输装置磨损。

根据本发明设备的一种优选的实施方案，提供2-6个，特别是4个级联连接的还原单元，特别是流化床反应器，该还原单元分别经由还原气体管线，用于炉料的传输管线和分开的排空管线彼此相连，以使得还原气体和炉料能够呈逆流流动，其中当方法停车时，位于最下面的还原单元R1首先能够经由排出管排空，然后下一个较高位置的还原单元能够经由分开的排空管线排空到较低位置的还原单元中。

还原单元之间的分开的排空管线是以这样的方式形成的，即，其***是从较高位置的还原单元的风口底部紧上方开始的，并且由此至少大部分的床材料可以导入较低位置的还原单元中。还原单元之间的分开的排空管线在正常运行过程中可以通过阀来关闭。最低位置的还原单元的炉料可以例如供给到压块装置。在这种实施方案中，该还原单元起到了容器的作用，这样逐级排空允许在下游的一个或多个还原单元中进行存储和冷却。

根据本发明设备的另外一种具体实施方案，提供2-6个，特别是4个以级联连接的还原单元R1，R2，R3，R4，特别是流化床反应器，该单元在每一情况下经由还原气体管线和用于炉料的传输管线来彼此相连，以使得还原气体和炉料能够呈逆流流动，其中该还原单元均连接到共同的用于排空还原单元的排出管线，并且该排出管线连接到容器上或者经由连接管线连接到压块设备。这种特定的方案允许经由共同的排出管线将还原单元排空到容器中或者压块设备中。在两种情况中，随后的冷却是可能的。

根据本发明设备的另外一种具体实施方案，容器经由废气管线连接到用于将还原的炉料装入压块装置中的装料容器，以使得从容器中导出的还原气体可以供给到装料容器。通过该废气管线可以将还原气体供给到装料容器，和因此在通常存在的用于净化还原气体的装置中进行处理。这里因此不需要另外的装置。

根据本发明设备的一种具体实施方案，将容器经由废气管线连接到用于净化从容器中导出的气体的装置上，特别是连接到洗涤器。如果需要，可以提供洗涤器或者用于干燥除尘的装置，其能够净化从容器导出的气体，它例如可以从所述气体中分离出固体，灰尘等，并且将较干净的气体送去重新用于还原方法中。

本发明下面基于附图来示例性描述。

图1表示了本发明的与装料容器相连接的设备，其用于来生产生铁或者液体钢前体

图2表示了本发明的具有洗涤器的设备，其用于生产生铁或者液体钢前体

图3表示了本发明的与装料容器相连接的设备，其用于还原含有铁矿石的炉料

图4表示了本发明的具有洗涤器的设备，其用于还原含有铁矿石的炉料。

图1表示了熔炼单元1，例如诸如熔融气化炉，在其中炉料E(其是至少部分还原的，例如诸如细矿石或者细铁矿石)是在供给碳载体例如诸如煤和/或焦炭K的情况下熔炼的，形成还原气体，并且将其引入到串联的一排还原单元R1-R4中。在此过程中，该还原气体相对于待还原的炉料E和任选的加入物Z呈逆流流动，所述炉料E和任选的加入物Z在装入到还原单元R4中之前进行混合和干燥。用于净化还原气体的装置(使用该装置来净化在熔炼单元中所产生的还原气体，并且在将还原气体引入到还原单元之前设定其温度)在此没有详细论述，因为它们属于现有技术。

该至少部分还原的炉料可以在热压实装置2中制成块状，并且通常同时仍然以热的状态引入到装料容器3中，并且在熔炼单元1中熔炼成生铁RE。

除了还原气体管线12和传输管线13(它们将还原单元彼此相连)之外，提供了共同的排出管线4，炉料可以经由其从还原单元R4，R3和R2排出到至少一个容器中。另外，提供了从还原单元R1到容器的排出管线14。图1表示了两个容器5和6，其提供用于交替运行。备选地，容器5和6还可以以这样的方式布置和连接，即，它们还可以同时接收来自还原单元的炉料。容器5和6分别装备有惰性化装置7a，7b，以便可以用保护气体例如诸如氮气或者保护气体的混合物来吹扫或者冷却所述炉料。

图1表示了本发明设备的另外一种变型方案。这提供了分开的排空管线15，其分别如此布置，以使得其***(Einlauf)是从较高位置的还原单元的风口底部(Düsenboden)紧上方开始的，并且作为结果，至少大部分的床材料可以导入较低位置的还原单元中。这种分开的排空管线15可以提供来代替共同的排出管线4或者与之一起使用。

容器5，6分别具有一个或多个螺杆冷却机8a，8b，其在炉料从容器中排出的过程中引起炉料的冷却。这优选是通过水冷壳体来进行的，在其中布置有至少一个排出螺杆，该排出螺杆带有(水)冷的螺杆绕线。该排空的炉料可以引入到用于气动传送9的装置中的载气流中，由此存储。螺杆冷却机8a，8b和容器5，6之间的压力平衡是经由管线10a，10b来建立的，并且经所述管线引入传送气体。备选地，还可以想到的是使用其他冷却装置来在从容器中排出后冷却该炉料。

炉料的排出和气动传输可以有利地在密封***中进行，以便不产生环境影响例如诸如排放。

备选地，该炉料还可以从还原单元R1供给到压块装置2中。

引入到容器5，6中的还原气体可以经由废气管线11a和11b排出，并且以受控方式供给到压块装置2的装料容器3中。为此目的，可以将阀门和未详细示出的控制元件提供到废气管线11a，11b中。

备选地，根据图2，还原气体可以经由废气管线12a，12b供给到洗涤器16a，16b中，在加入洗涤液体的情况下进行气体净化。净化过的气体CG可以送去重新用于生产生铁或者钢前体的方法中；所分离的灰尘(其作为浆体S而产生)可以送去进一步加工。

图3示例性表示了本发明的设备，其用于与装料容器一起还原含有铁矿石的炉料。将还原气体(其任选地通过混合净化的炉顶气体和来自气体重整器、任选的CO₂分离装置和冷却装置的气体而产生)供给到还原单元R1。

图4表示了本发明的具有洗涤器16a和16b的设备，其用于还原含有铁矿石的炉料。代替洗涤器，还可以使用干燥净化装置，特别是干燥除尘装置。

Claims (18)

1.方法，其用于中断含有铁矿石的炉料的还原方法或者用于中断生铁或者液体钢前体的生产方法，其中该炉料在至少一个还原单元中，特别是在还原竖炉或者流化床反应器中，依靠还原气体至少部分地被还原，并且任选地至少一些该至少部分还原的炉料是在熔炼单元中，特别是在熔融气化炉或者高炉中，在供给煤或者焦炭和含氧气体的情况下进行熔炼的，同时形成还原气体，并且将由此形成的还原气体或者外部产生的还原气体，特别是在重整方法中产生的还原气体，供给到所述还原单元，特征在于当该还原方法或者生铁或者钢前体的生产方法中断时，特别是当方法停车时，将至少一个还原单元排空，其中将至少部分还原的炉料引入到至少一个容器中，特别是引入到燃料舱或者另外的还原单元中，并且保持在非氧化性保护气体气氛下。

2.权利要求1的方法，特征在于将被排空的炉料冷却到一定温度，特别是低于150℃的温度，在该温度时不发生炉料的再氧化。

3.权利要求1或者2的方法，特征在于为了疏松所述材料和/或为了惰性化和/或为了至少部分冷却，将所述容器中的炉料用保护气体，特别是用氮气吹扫。

4.权利要求1-3之一的方法，特征在于将所述炉料从容器中排出，在此情况下进行冷却，特别是依靠冷却螺杆进行冷却。

5.权利要求4的方法，特征在于将经冷却的炉料从所述容器中送入存储器中，特别是依靠载气将该炉料气动送入存储器中，所述存储器用于将经冷却的炉料存储在空气中，以使得在所述的中断结束后，它们能够以计量的方式返回到所述方法中。

6.上述权利要求之一的方法，特征在于在还原单元的运行压力下，将所述炉料送入到所述容器中。

7.权利要求4的方法，特征在于在排出所述炉料之前，将所述容器中的压力降低到相对于所述还原单元的压差为至少0.1 bar，特别是至少0.5 bar。

8.上述权利要求之一的方法，特征在于将与所述炉料一起引入到所述容器中的所述还原气体引入到用于将还原的炉料装入到压块装置中的装料容器中。

9.上述权利要求之一的方法，特征在于将该炉料交替引入到至少两个容器中。

10.上述权利要求之一的方法，特征在于将所述炉料从所述还原单元传输到所述容器中是依靠重力和/或使用来自所述还原单元的所述还原气体作为载气气动实施的。

11.设备，其用于还原含有铁矿石的炉料或者用于生产生铁或者液体钢前体，该设备包含至少一个用于依靠还原气体至少部分地还原含有铁矿石的炉料的还原单元(R1)，特别是还原竖炉或者流化床反应器，和任选地包含熔炼单元(1)，特别是熔融气化炉或者高炉，在其中至少一些该至少部分还原的炉料能够在熔融气化炉(1)中，在供给煤或者焦炭和含氧气体的情况下进行熔炼，同时形成还原气体，其中能够将由此形成的还原气体或者在外部方法中产生的还原气体，特别是在重整方法中产生的还原气体，经由还原气体管线供给到所述还原单元，特征在于在该还原方法或者生铁或者钢前体的生产中断的情况中，特别是当所述方法停车时，提供至少一个容器，特别是燃料舱或者另外的还原单元，能够将至少一个还原单元排空到该容器中，并且在容器(5，6)中提供惰性化装置(7a，7b)，以使得至少部分还原的炉料能够引入和保持在非氧化性保护气体气氛下，其中该惰性化装置(7a，7b)是通过所述容器中多个保护气体连接来形成，以使得炉料能够惰性化和/或流化和/或冷却。

12.权利要求11的设备，特征在于提供至少两个容器(5，6)，以使得它们能够交替用炉料填充。

13.权利要求11或12之一的设备，特征在于所述容器(5，6)具有至少一个用于冷却和计量排出炉料的冷却螺杆(8a，8b)。

14.权利要求11-13之一的设备，特征在于提供用于将所述炉料从所述容器(5，6)中气动传输(9)出来的装置，所述装置将该容器连接到用于在空气中存储冷却的炉料的存储器。

15.权利要求11-14之一的设备，特征在于提供2-6个，特别是4个级联连接的还原单元(R1，R2，R3，R4)，特别是流化床反应器，该还原单元分别经由还原气体管线(12)，用于炉料的传输管线(13)和分开的排空管线(15)彼此相连，以使得还原气体和炉料能够呈逆流流动，并且当方法停车时，位于最下面的还原单元(R1)首先经由排出管(14)排空，然后接下来的较高位置的还原单元经由分开的排空管线(15)进入到较低位置的还原单元中。

16.权利要求11-14之一的设备，特征在于提供2-6个，特别是4个级联连接的还原单元(R1，R2，R3，R4)，特别是流化床反应器，该还原单元分别经由还原气体管线(12)和用于炉料的传输管线(13)彼此相连，以使得还原气体和炉料能够呈逆流流动，其中该还原单元(R1，R2，R3，R4)分别连接到共同的用于排空该还原单元(R1，R2，R3，R4)的排出管线(4)，并且该排出管线(4)连接到容器(5，6)。

17.权利要求11-16之一的设备，特征在于所述容器(5，6)经由废气管线(11a，11b)连接到用于将还原的炉料装入到压块装置(2)中的装料容器(3)，以使得从容器中导出的还原气体能够供给到该装料容器中。

18.权利要求11-17之一的设备，特征在于所述容器(5，6)经由废气管线(12a，12b)连接到用于净化从容器中导出的气体的装置，特别是连接到洗涤器(16a，16b)或者用于干燥除尘的装置。

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