CN116940694A - 金属氧化物材料还原装置 - Google Patents

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丹尼尔·马里亚瓦拉
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Abstract

本公开内容涉及金属氧化物材料(5)的还原方法并且涉及适用于制造还原的金属材料的金属材料生产配置(1)。金属氧化物材料生产单元(3)生产保持热能的金属氧化物材料(5)，直接还原设施(7)被配置成用于引入适于与金属氧化物材料(5)反应的还原剂(6)。所述方法包括以下步骤：装入保持热能的所述金属氧化物材料(5)；引入还原剂(6)；通过利用金属氧化物材料(5)的所述热能来加热或进一步加热引入的还原剂(6)以实现化学反应，将所述金属氧化物材料(5)还原成还原的金属材料；以及将还原的金属材料从直接还原设施(7)中排出。本公开内容还涉及直接还原设施(7)和金属氧化物材料生产单元(3)以及数据程序(P)，所述数据程序(P)被配置成执行准备输送至金属生产现场，例如炼钢工业的还原的金属材料(RM)的自动或半自动制造。

Description

金属氧化物材料还原装置
技术领域
本发明涉及根据权利要求1所述的金属氧化物材料的还原方法，还涉及根据权利要求20所述的金属材料生产配置。本发明还涉及存储数据程序的数据介质，所述数据程序用适用于使金属材料生产配置执行还原的金属材料的自动或半自动制造的程序代码来编程。
本发明涉及提供还原的金属材料的采矿工业和金属材料制造工业。本发明涉及生产工业金属，例如海绵(例如海绵铁)或其他类型的还原的金属材料的冶金工艺工业。本发明涉及还原设施的制造者和供应者以及金属氧化物材料生产单元的制造者和供应者。
具体地，本发明可以涉及加工黑色金属例如钢的炼钢工业。然而，本发明可以涉及加工有色金属例如铝、铜、铅和锌的各种类型的金属生产者。
至少一项发明可以涉及直接还原设施并且可以涉及生产还原的金属材料的工业和/或用于这样的设施的组件。
至少一项发明可以涉及金属氧化物材料生产单元并且可以涉及生产金属氧化物材料的工业和/或用于这样的单元的组件。
背景技术
还原的金属材料通过使用用于提供还原的还原气体将金属氧化物直接还原来生产。金属氧化物材料可以通过直接还原设施例如竖炉的顶部连续地供应，同时可以将天然气的热风吹入到直接还原设施的下部部分中，使得当金属氧化物材料向下落时在整个竖炉中发生化学反应。废气从直接还原设施的顶部排出。金属氧化物材料的向下流与经加热的天然气或其他还原剂的向上流接触可以被定义为引起金属氧化物材料与经加热的天然气之间的化学反应的逆流交换。
还可以使金属氧化物材料的直接还原经受流化床直接还原过程。以这样的方式，可以将细金属氧化物材料颗粒引入到具有加压流体的直接还原设施中，以通过重力提供自由流，从而实现金属氧化物材料的化学反应和还原。
已知技术使用不同的方式来提高还原剂的温度，例如通过添加氧气来引发还原剂的燃烧，以在金属氧化物材料与还原剂之间提供化学反应。然而，这样的加热还原剂的方法意味着还原剂失去其还原强度。为了补偿所述还原强度的损失，可以另外加热还原剂以提供化学反应。然而，还原剂的进一步加热将甚至更加破坏还原剂的还原强度。也可以将增加量的还原剂引入到直接还原设施中以补偿还原剂的经破坏的还原强度。然而，还原剂的进一步添加和加热不是以省时且成本有效的方式实现金属氧化物材料的还原方法的有效方式。
所述化学反应意味着通过经加热的还原剂从金属氧化物材料中将氧还原，由此金属氧化物材料的温度将升高。通过所述化学反应，可以在现有技术的直接还原设施中通过经加热的还原剂，例如作为氢气和一氧化碳的混合物的合成气，将金属氧化物材料加热直至高达800℃的温度，或者在一些情况下高达1200℃的温度。
因此，从直接还原设施中排出的还原的金属材料将具有高的温度并且在排出之后必须冷却，这破坏了根据现有技术的还原的金属材料的制造的能量效率。
金属氧化物材料的直接还原可以被称为在低于金属材料的熔点的温度下将金属氧化物材料还原成还原的金属材料的固态过程。
发明内容
一个目的是在减少或消除CO2排放和NOX排放的同时提供使用低能耗的金属氧化物材料的还原方法和金属材料生产配置。
一个目的是提供金属氧化物材料的还原方法和金属材料生产配置，其促进作为用于生产商业金属(例如钢、铬、镍、铜等)的中间体金属材料的还原的金属材料的无CO2生产。
一个目的是提供还原的金属材料的节能生产。
一个目的是提供金属氧化物材料的还原方法和金属材料生产配置，其促进还原的金属材料(例如，海绵铁、镍团块、铜等)的无CO2生产。
一个目的是使在直接还原设施中用于还原金属氧化物材料的还原剂的使用最小化。
一个目的是使产生氢气和氧气的电解单元所需的电力的使用最小化。
一个目的是提供用于生产还原的金属材料的环境友好方法。
一个目的是保持在将金属氧化物材料还原成还原的金属材料期间还原剂的还原强度。
一个目的是保持在还原设施中含氢气的气体用于还原保持热能的金属氧化物材料的还原强度和还原能力，而无需强烈地加热/燃烧和/或用例如燃烧用氧气加热含氢气的气体，根据现有技术，强烈地加热/燃烧和/或用例如燃烧用氧气加热含氢气的气体降低了含氢气的气体的还原强度，进而需要引入更多的含氢气的气体，并且还导致从现有技术的还原设施进给的炉顶气体中氢气过量。
一个目的是保持还原剂的化学反应性和/或还原剂的高推动力，所述化学反应性对于提供与金属氧化物材料的有效化学反应是必不可少的。
根据现有技术，在将还原剂预热以实现与金属氧化物材料的放热化学反应时，还原剂的还原强度劣化。
一个目的是提供金属氧化物材料的还原方法和金属材料生产配置，其促进金属氧化物材料的省时生产。
一个目的是提供直接还原设施，其建造是成本有效的并且促进成本有效的维护服务并且有利于将金属氧化物材料直接且有效地装入直接还原设施中。
一个目的是提供直接还原设施，其促进将金属氧化物材料直接且有效地装入直接还原设施中。
一个目的是提供金属材料生产配置和金属氧化物材料的还原方法，其通过金属氧化物材料的节能且省时的直接还原来促进用于CO2中等排放和/或CO2低排放和/或无CO2方式的还原的金属材料的生产。
一个目的是提供金属材料生产配置和金属氧化物材料的还原方法，其促进含碳的还原的金属材料的有效生产。
一个目的是提供金属材料生产配置和金属氧化物材料的还原方法，其促进有效且互连的过程网络，其中在生产不含碳或含碳的还原的金属材料和/或生产金属的可持续供应链管理中能量和材料得到最佳利用，并且产生少量废产物。
该目的或所述目的中的至少一者已经通过由金属氧化物材料生产单元生产的金属氧化物材料的还原方法得到实现，将金属氧化物材料从金属氧化物材料生产单元输送到直接还原设施中，以装入保持来源于金属氧化物材料生产单元的制造热过程的热能的金属氧化物材料，直接还原设施被配置成用于引入适于与保持热能的金属氧化物材料反应的还原剂，所述方法包括以下步骤：生产所述金属氧化物材料；将保持热能的所述金属氧化物材料装入直接还原设施；将还原剂引入至直接还原设施；通过利用金属氧化物材料的所述热能来加热或进一步加热引入的还原剂以实现化学反应，将所述金属氧化物材料还原成还原的金属材料；以及将还原的金属材料从直接还原设施中排出。
以这样的方式，保持了还原剂的强化学反应性，其产生有效且省时的还原过程，进而促进了还原的金属材料的省时生产。
或者，金属氧化物材料生产单元提供(制造/生产/形成/产生)保持热能(例如约700℃至1400℃、优选地约900℃至1200℃的温度，或约800℃至1600℃、优选地约900℃至1500℃的温度)的金属氧化物材料。
或者，将金属氧化物材料从金属氧化物材料生产单元的金属氧化物材料造粒设备和/或从金属氧化物材料生产单元的金属氧化物材料预热设备(例如，直接地)输送到直接还原设施中，所述直接还原设施被配置成用于装入保持来源于金属氧化物材料生产单元的金属氧化物材料造粒设备和/或金属氧化物材料预热设备和/或金属氧化物材料冷却器/预热设备的制造热过程的热能的金属氧化物材料。
或者，直接还原设施设置有耐热供应设备，其包括电联接至控制电路的输送装置，例如耐热传送带或其他合适的输送构件，所述控制电路适于控制将保持热能的金属氧化物材料装入还原设施中的装料速率。
或者，制造热过程适用于生产金属氧化物材料并且包括使金属矿石混合物硬化(indurating，固结)以产生金属氧化物材料的步骤。
或者，使金属矿石混合物硬化的步骤包括使金属矿石混合物氧化的步骤和/或对金属矿石混合物进行烧结的步骤。
或者，制造热过程适于提供金属氧化物材料并且包括对先前冷却的金属氧化物材料进行预热以产生保持热能的金属氧化物材料的步骤。
或者，制造热过程适于通过金属氧化物材料生产单元，例如通过金属氧化物材料预热设备和/或金属氧化物材料冷却器/预热设备，通过对先前冷却的金属氧化物材料进行预热来产生保持热能的金属氧化物材料。
或者，预热金属氧化物材料的步骤之前是使金属氧化物材料冷却的步骤。
或者，将保持来源于制造热过程(例如，通过金属氧化物材料预热设备预热金属氧化物材料)的热能的金属氧化物材料装入直接还原设施中。
或者，制造热过程适用于生产(提供)金属氧化物材料。
或者，在将还原剂(例如，纯氢气)引入到直接还原设施中之前将其储存在氢气储存和缓冲罐中。
或者，在将由电解单元产生的氧气进给至金属氧化物材料生产单元之前，将所述氧气储存在氧气储存和缓冲罐中。
或者，氢气储存和缓冲罐和/或氧气储存和缓冲罐可以用于区域加热或用于其他能量使用者。
或者，当来源于制造热过程的热能(热能量)对应于高于约500℃的温度时，将金属氧化物材料从金属氧化物材料生产单元输送到直接还原设施中。
或者，从金属氧化物材料生产单元输送到直接还原设施中的金属氧化物材料保持来源于制造热过程的对应于高于约900℃的温度的热能(热能量)。
或者，从被配置成提供保持热能的金属氧化物材料的金属氧化物材料生产单元(例如，从金属氧化物材料造粒设备和/或从金属氧化物材料预热设备和/或从金属氧化物材料冷却器/预热设备)输送到直接还原设施中的金属氧化物材料保持对应于约700℃至1350℃，优选地800℃至1300℃；或约800℃至1350℃，优选地900℃至1350℃的温度的热能。
或者，金属氧化物材料生产单元生产保持约700℃至1300℃，优选地约750℃至1150℃的温度的金属氧化物材料(团聚物或球团)。
或者，基本上或完全吸热化学反应可以消耗相当于约300℃至700℃，优选地约450℃至550℃的热能，所述能量从装入直接还原设施中的金属氧化物材料中提取。
或者，金属氧化物材料生产单元生产保持约900℃至1300℃，优选地约1000℃至1100℃的温度的金属氧化物材料(团聚物或球团)。
以这样的方式实现了不太需要加热还原剂以实现金属氧化物材料的化学反应和还原。
以这样的方式实现了在化学反应和还原过程期间还原剂的还原强度将不被破坏。
以这样的方式，不需要例如通过氧气来燃烧还原剂以在直接还原设施中实现化学反应。
以这样的方式，不太需要使还原剂在直接还原设施的内部循环以在直接还原设施中提供最佳的吸热化学反应。根据现有技术，这样的循环将需要另外的能量消耗。
以这样的方式，保持了还原剂的化学反应性。
或者，还原剂包含CO(一氧化碳)和/或H2(氢气)和/或CxHy(烃)，例如甲烷(CH4)和/或丙烷(C3H8)和/或乙烷(C2H6)和/或任何其他烃类。
或者，还原剂包含大于95％的甲烷(CH4)。
或者，还原剂为纯氢气。
以这样的方式实现了使用氢气作为还原剂，其还原强度将不被破坏。
在现有技术中，通过经由燃烧器加热/燃烧(如现有技术所示)氢气(例如用氧气进行燃烧)，为所述化学反应添加或产生所述热能，以实现例如引入的氢气的非常高的温度为化学反应和还原过程所使用。
或者，可以通过还原剂预热装置将还原剂预热至20℃至700℃(优选地约100℃至600℃)的范围内的任意温度。
或者，还原剂预热装置被配置成将还原剂预热至使得还原剂的还原强度不被破坏的程度。
或者，还原剂预热装置电联接至控制电路，所述控制电路适于控制(和/或监测和/或调节)还原剂的温度，以对还原的金属材料或经受还原的金属氧化物材料进行有效渗碳。
或者，还原剂具有75体积％至100体积％的氢气含量，或者优选地具有100体积％的氢气含量。
或者，还原剂预热装置包括电加热器、间接气体/气体加热器等。
或者，还原剂包含氢气。
以这样的方式，由于还原剂的高还原强度，这样是可行的：利用短的或紧凑的直接还原设施或者顶部部分位置低的直接还原设施的短建筑，使得能够将经预热和/或经加热和/或温热的金属氧化物材料直接且有效地装入直接还原设施中。
或者，直接还原设施可以形成为竖炉、回转窑、或者错流或逆流热交换器或者被配置成用于还原的金属氧化物材料的其他直接还原设施。
或者，直接还原设施可以被配置成在压力下运行。
或者，直接还原设施的整个***均经受超压。
或者，直接还原设施的内部(例如，室)经受超压(在高于大气压的压力下)，在所述内部(室)中进行化学反应。
或者，通过将还原剂注入到直接还原设施中，同时对还原剂进行加压来实现超压。
或者，通过压缩机装置对还原剂进行加压。
或者，还原剂包含氢气，所述氢气由被配置成产生加压氢气的电解单元产生。
或者，将被电解单元分解的水在注入到电解单元中之前加压以产生加压的还原剂，所述加压的还原剂被引入到直接还原设施的内部以提供所述超压。
以这样的方式实现了紧凑的直接还原设施、体积较小的流体管线和成本有效的直接还原设施。
现有技术可以使用不同类型的还原剂来加热以提供与所装入的金属氧化物材料的化学反应，例如从化石燃料(例如天然气)和甲烷的部分氧化中提取的不纯氢气。
由现有技术还原炉生产的热还原金属材料必须被冷却并且多余热量将消失到大气中。
通过将保持所述热能的金属氧化物材料装入到直接还原设施中，可考虑在经预热和/或经加热和/或热的和/或温热的金属氧化物材料与还原剂之间提供化学反应，而无需通过还原剂加热金属氧化物材料。
以这样的方式，实现了促进金属氧化物材料的可持续且节能的还原方法的金属材料生产配置。
或者，化学反应可以消耗相当于约500℃至1300℃的热能，所述能量从最初保持来自金属氧化物材料生产单元的热能的金属氧化物材料中提取。
或者，直接还原设施被配置为逆流热交换器，其适于冷却处于还原状态的温热和/或经预热和/或经加热的(热能)金属氧化物材料，并且通过未经加热和/或经加热的还原剂进行化学反应。
以这样的方式，在化学反应期间通过保持热能的金属氧化物材料来加热引入的还原剂。
或者，排出的还原的金属材料的温度可以为约20℃至500℃。
或者，排出的还原的金属材料可以经受渗碳，其中控制金属氧化物材料的还原方法以产生较高温度，例如约400℃至700℃，优选地约500℃至650℃的还原的金属材料。
或者，在对排出的还原的金属材料进行渗碳的情况下，可以对引入的还原剂进行预热，以增加还原的金属材料所需的温度，但是在化学反应期间金属氧化物材料仍然保持比还原剂更热的热能。
或者，待还原的金属氧化物材料的热能通过由金属氧化物材料生产单元生产金属氧化物材料的过程来提供。
或者，将保持热能的金属氧化物材料从金属氧化物材料生产单元直接输送至直接还原设施，以保存金属氧化物材料的热能。
以这样的方式，在提供关于金属氧化物材料并因此还原的金属材料的化学和物理冶金特性的增强的同时，实现了热量节约。
以这样的方式实现了金属氧化物材料的成本有效的还原方法。
以这样的方式实现了通过利用金属氧化物材料的热能(进而相对于现有技术需要更少的气流)，气体通道风扇、气体通道和气体管的尺寸可以得到优化且体积更小。
以这样的方式实现了保持热能的金属氧化物材料将以经预热和/或经加热和/或热的和/或温热的金属氧化物材料的状态被装入直接还原设施中以能够实现化学反应。
或者，所述金属氧化物材料的生产包括以下步骤；研磨金属矿体；分离金属矿石颗粒；生产所述金属矿石颗粒的金属矿石混合物；使金属矿石混合物硬化。
或者，生产金属矿石混合物的步骤包括使金属矿石混合物团聚的步骤。
或者，使金属矿石混合物硬化的步骤还包括对金属矿石混合物进行加热和/或预热。
或者，使金属矿石混合物硬化的步骤之前是对金属矿石混合物进行干燥和/或对金属矿石混合物进行预热和/或加热的步骤。
以这样的方式，实现了金属氧化物材料的可持续的还原方法，同时普通电解单元可以用于通过将氧气施加至金属氧化物材料生产单元来生产保持热能的金属氧化物材料，以及用于通过纯氢气实现直接还原设施中的化学反应二者。
或者，使金属矿石混合物硬化的步骤包括使金属矿石混合物氧化和/或对金属矿石混合物进行烧结。
或者，输送多余热量的步骤包括提供另外的热以预热和/或加热金属矿石混合物和/或使金属矿石混合物硬化。
以这样的方式实现了可以利用使用由电解单元产生的氧气的金属氧化物材料生产单元，所述电解单元还被配置成由水产生纯氢气。
或者，还原剂包含由电解单元产生的氢气，其中所述方法包括将水分解成所述氢气和氧气的步骤。
或者，电解单元使用来自水力、风力、波浪能或其他无化石能源和可再生能源的电力。
以这样的方式实现了通过由电解单元产生的氧气来使金属矿石混合物硬化的可持续方法。
以这样的方式实现了可以将由电解单元产生的氧气用于由金属氧化物材料生产单元提供的氧化和燃烧过程中。
或者，将氧气输送至金属氧化物材料生产单元以生产金属氧化物材料。
或者，将氧气输送至金属氧化物材料生产单元以用于使金属矿石混合物硬化和/或精选成精矿的步骤。
或者，金属矿石混合物包括铁矿石混合物，并且预热和/或加热铁矿石混合物的步骤包括将磁铁矿矿石氧化成赤铁矿矿石。
或者，将磁铁矿矿石氧化成赤铁矿矿石的步骤利用由电解单元进给的氧气的施加。
或者，磁铁矿矿石向赤铁矿矿石的转化在氧气环境中进行，可以将氧气从普通电解单元进给到所述氧气环境中。
或者，由金属氧化物材料生产单元的硬化设备提供的磁铁矿矿石向赤铁矿矿石的氧化产生由所生产的金属氧化物材料所保持的热能，所述热能被提取并且被用于由直接还原设施提供的所述基本上或完全吸热化学反应。
这将引起金属氧化物材料的节能生产。
或者，通过在金属矿石混合物中使用高含量的磁铁矿矿石，可以在金属氧化物材料生产单元本身中通过将Fe 2+氧化成Fe 3+来将磁铁矿矿石转化为赤铁矿矿石，因此产生被金属氧化物材料生产单元所使用的另外的热。
以这样的方式提供了可以在金属氧化物材料生产单元中使用以生产保持热能的金属氧化物材料的能量承载介质。
或者，使金属矿石混合物硬化的步骤包括使金属矿石混合物氧化的步骤和/或对金属矿石混合物进行烧结的步骤。
或者，所述方法包括将多余热量从电解单元输送至金属氧化物材料生产单元的步骤。
或者，所述方法包括将多余热量从直接还原设施输送至金属氧化物材料生产单元的步骤。
或者，输送多余热量的步骤包括在所提供的用于预热和/或加热金属矿石混合物和/或用于生产所述金属矿石颗粒的金属矿石混合物和/或干燥金属矿石混合物和/或预热和/或加热金属矿石混合物的步骤中提供另外的热；使金属矿石混合物氧化；以及对金属矿石混合物进行烧结。
以这样的方式实现了用于还原金属氧化物材料的可持续方法和节能方法。
或者，将氧气从电解单元输送至金属氧化物材料生产单元，以用于另外加热(例如，氧气与燃烧燃料组合)多余热量的步骤。
以这样的方式，从电解单元和/或直接还原设施中输送的多余热量以可持续且节能的方式被进一步加热。
或者，将废还原流体从直接还原设施输送至金属氧化物材料生产单元，还原剂的所述废还原流体被用于由金属氧化物材料生产单元提供的制造热过程。
或者，将废还原流体从直接还原设施输送至金属氧化物材料生产单元，还原剂的所述废还原流体被用于由金属氧化物材料造粒设备和/或由金属氧化物材料预热设备实现的制造热过程。
以这样的方式，通过施加来源于从直接还原设施排出的废还原流体的另外的热，金属氧化物材料的生产将是能量有效的，所述废还原流体由化学反应产生。
以这样的方式，实现了通过由电解单元产生的氧气(与燃烧燃料组合)和/或通过施加另外的热对金属矿石混合物进行干燥的可持续方法，所述另外的热来源于从直接还原设施排出的由化学反应产生的经加热的废还原流体。
或者，废还原流体包含由化学反应产生的水蒸气和/或水蒸汽和/或包含在化学反应期间未与保持所述热能的金属氧化物材料反应的氢气。
或者，将废还原流体的氢气输送回直接还原设施以用于金属氧化物材料的还原。
或者，在将废还原流体的氢气输送回直接还原设施和/或金属氧化物材料生产单元之前将其进给穿过热交换器设备。
或者，将废还原流体的水蒸气和/或水蒸汽进给穿过热交换器设备并且进给穿过被配置成将水蒸汽转化成水的蒸汽冷凝器设备，所述水被返回至电解单元。
或者，将工艺气体(大气气体)以使得工艺气体将被加热的方式输送或进给穿过热交换器设备，其中将经加热的工艺气体进给至金属氧化物材料生产单元以生产保持热能的金属氧化物材料。
或者，还原剂的废还原流体被用于预热和/或加热金属矿石混合物和/或使金属矿石混合物氧化和/或对金属矿石混合物进行烧结。
或者，废还原流体包含氢气。
或者，废还原流体包含纯氢气。
或者，废还原流体包含水蒸汽。
或者，废还原流体包含在化学反应期间过量(剩余)的还原剂和/或其他获得的化学化合物。
该目的或所述目的中的至少一者已经通过根据权利要求20所述的金属材料生产配置得到实现。
或者，金属氧化物材料生产单元被配置成用于通过制造热过程，例如通过金属氧化物材料生产单元的金属氧化物材料预热设备预热金属氧化物材料，来生产保持热能的金属氧化物材料。
或者，金属氧化物材料生产单元包括被配置用于将保持所述热能的金属氧化物材料装入直接还原设施中的装料装置。
或者，金属氧化物材料生产单元被配置成用于通过制造(和/或产生)热过程，例如通过金属氧化物材料预热设备预热经冷却的金属氧化物材料，来生产(制造和/或产生)保持热能的金属氧化物材料。
或者，将保持来源于通过金属氧化物材料预热设备预热金属氧化物材料产生的热能的金属氧化物材料装入直接还原设施中。
或者，制造(和/或产生)热过程适用于通过金属氧化物材料预热设备产生(生产)经预热的金属氧化物材料，所述经预热的金属氧化物材料被装入直接还原设施中。
或者，直接还原设施被配置成通过利用金属氧化物材料的热能(所述热能来源于制造(和/或产生)热过程)来加热或进一步加热还原剂以实现金属氧化物材料与提供所述还原的还原剂之间的化学反应，提供将金属氧化物材料还原成还原的金属材料。
或者，直接还原设施与金属氧化物材料生产单元一体化。
以这样的方式提供了一体化金属材料生产配置，其中将经预热和/或经加热和/或热的和/或温热的金属氧化物材料(例如铁矿石球团或其他团聚物形式)(优选直接地)装入直接还原设施中以提供化学反应，从而减少生产还原的金属材料(例如，海绵铁)的能量消耗。同时，通过使用氢气作为还原剂，在还原的金属材料的生产中将没有CO2排放。同时，通过使用无化石能源借助电解单元用于生产氢气，也将没有另外的CO2排放。同时，优选将由电解单元产生的氧气用于金属氧化物材料生产单元的制造热过程中。
或者，直接还原设施与以下一体化：金属氧化物材料生产单元和/或电解单元和/或氢气储存单元和/或氧气储存单元和/或金属制造工业和/或金属氧化物材料造粒设备和/或金属氧化物材料预热设备和/或金属氧化物材料冷却器/预热设备和/或钢厂工业和/或使用废金属熔化电弧炉EAF的小型钢厂工业和/或渗碳反应器和/或渗碳区和/或碳源提供者。
上述单元、工业、反应器、区域、设备、场所、提供者等可以形成单个共同生产***并且彼此互连。
以这样的方式实现了工业共生，其汇集了用于生产金属氧化物材料、还原的金属材料和金属(例如，钢)的多个过程，从而促进了工作的增值(促进废还原流体的增值)，提高了氢气和氧气效率，并减少了环境影响。
以这样的方式实现了所述过程的可持续供应链管理。
以这样的方式，实现了由所述过程产生的副产物(例如，热能、氢气、氧气等)成为原料并供应给其他使用者，使所述副产物以可持续的方式被使用，从而有助于减少温室气体排放。
以这样的方式提供了互连的过程网络，在该过程网络内能量和材料得到最佳利用并且产生少量废产物。例如，从直接还原设施回收的废氢气可以用于采矿车辆等。
或者，碳源提供者包括碳捕获和利用单元和/或生物气生产单元和/或合成气生产单元。
或者，不含碳的还原的金属材料或含碳的还原的金属材料构成成品还原的金属材料，例如粗铁、中间产品、生铁或金属生产商例如钢生产商所使用的其他中间产品。成品还原的金属材料可以构成用于生产钢坯或其他半成品钢产品的材料。成品还原的金属材料可以被制备成例如被用于金属铸造等中的另外阶段的钢坯料。
或者，还原的金属材料构成呈热压块铁(hot briquetted iron，HBI)形式的海绵铁。
或者，直接还原设施是一体化小型钢厂的一部分，其中冷却之后的还原的铁被进给至钢生产配置的电炉。
通过被配置成通过利用金属氧化物材料的热能(所述热能来源于制造热过程)来加热或进一步加热还原剂以实现金属氧化物材料与提供所述还原的还原剂之间的化学反应从而提供将金属氧化物材料还原成还原的金属材料的直接还原设施，可以利用有效还原的金属材料的高温(例如约600℃)，其中向还原的金属材料施加高压力以提供HBI。
以这样的方式，例如，还原的铁矿石材料具有约600℃的期望温度，在该期望温度下还原的铁矿石材料的渗碳是最有效的。
可以从所述方法中回收其他产物，例如氮氧化物、矿物、氧气、磷光物质等。
或者，金属材料生产配置包括：电解单元，所述电解单元被配置成将水分解成氢气和氧气；以及氢气输送装置，所述氢气输送装置被配置成将来自电解单元的氢气输送至还原剂流体入口装置，还原剂包含所述氢气。
或者，金属材料生产配置包括被配置成将氧气从电解单元输送至金属氧化物材料生产单元的氧气输送装置。
或者，氢气输送装置包括流体运输车辆和/或软管布置。
或者，直接还原设施与电解单元一体化。
或者，金属氧化物材料装料入口装置被配置成用于将金属氧化物材料从金属氧化物材料生产单元直接输送到直接还原设施中。
或者，金属氧化物材料装料入口装置包括耐火传送***。
或者，金属氧化物团聚物生产单元包括：被配置成研磨金属矿体的研磨设备；被配置成分离金属矿石颗粒的分离设备；被配置成生产所述金属矿石颗粒的金属矿石混合物的金属矿石混合物生产设备；和被配置成使金属矿石混合物硬化的硬化设备。
或者，硬化设备被配置成用于使金属矿石混合物氧化和/或包括被配置成用于对金属矿石混合物进行烧结的烧结设备和/或包括用于加热金属矿石混合物的加热设备。
或者，热交换器设备经由废还原流体出口装置与直接还原设施联接，热交换器设备被配置成将来自还原剂的废还原流体的热量输送至金属氧化物材料生产单元，所述废还原流体从直接还原设施进给至金属氧化物材料生产单元和/或电解单元以加热穿过热交换器设备的载能流体。
或者，金属材料生产配置包括被配置成用于在将还原剂引入到直接还原设施中之前加热还原剂的还原剂加热装置。
或者，直接还原设施的形成废气出口的废还原流体出口装置布置在直接还原设施的顶部部分处。
或者，废还原流体，例如水蒸气和/或水蒸汽和/或废气和/或氢气，可以被定义为第一阶段中未被化学反应使用的过量还原流体和/或被定义为由化学反应产生的过量流体。
优选地，废还原流体可以由于化学反应而表现出高的温度。
或者，金属材料生产配置包括联接在直接还原设施与热交换器设备之间的管道布置，所述管道布置还联接在金属氧化物团聚物生产单元与热交换器设备之间。
或者，管道布置被配置成将废还原流体(例如氢气)从直接还原设施输送至金属氧化物材料生产单元，以在制造热过程中预热和/或加热金属矿石混合物和/或使金属矿石混合物硬化。
或者，管道布置被配置成将废还原流体(例如氢气)从直接还原设施输送回直接还原设施，以在基本上或完全吸热化学反应中再次使用废还原流体。
或者，管道布置被配置成将废还原流体(例如水蒸汽)从直接还原设施输送至热交换器设备。
或者，热交换器设备可以包括被配置成将水蒸汽转化为水的蒸汽冷凝器设备。
或者，蒸汽冷凝器设备联接至电解单元并且被配置成将由水蒸汽转化的水递送至电解单元。
或者，金属材料生产配置包括适于控制所述方法步骤中的任意者的控制电路。
该目的或所述目的中的至少一者已经通过存储数据程序的数据介质实现，所述数据程序被编程用于使金属材料生产配置执行还原的金属材料的自动或半自动制造，其中所述数据程序包括程序代码，数据介质可在控制电路的计算机上被读取，以使控制电路执行以下方法步骤：通过所述金属氧化物材料生产单元生产所述金属氧化物材料；将保持热能的所述金属氧化物材料装入直接还原设施；将还原剂引入至直接还原设施；通过利用金属氧化物材料的所述热能来加热或进一步加热引入的还原剂以实现化学反应，将所述金属氧化物材料还原成还原的金属材料；以及将还原的金属材料从直接还原设施中排出。
该目的或所述目的中的至少一者已经通过包括存储在数据介质产品的数据介质上的数据程序和程序代码的数据介质产品实现，所述数据介质可在控制电路的计算机上被读取，以在计算机上运行数据介质的数据程序时执行所述方法步骤。
直接还原设施：
现有技术的还原设施的常见问题是其在还原的金属材料的生产中没有利用能量有效生产方法并且在还原的金属材料的生产中没有以最佳方式减少CO2排放。
一个目的是提供还原的金属材料的生产方法，以及提供直接还原设施，其在还原的金属材料的生产中适用于减少的CO2排放并且被设计成用于有效的能量消耗。
该目的或所述目的中的至少一者已经通过直接还原设施实现，所述直接还原设施被配置成与金属氧化物材料生产单元一体化或被配置成与金属氧化物材料生产单元联接(或定位成与金属氧化物材料生产单元相邻)，使得能够将保持热能的金属氧化物材料装入到直接还原设施中，所述热能来源于适用于生产金属氧化物材料的制造热过程，以及直接还原设施被配置成用于接收还原剂以在还原剂与保持所述热能的金属氧化物材料之间提供化学反应。
或者，直接还原设施包括：金属氧化物材料装料入口装置，所述金属氧化物材料装料入口装置被配置成用于将金属氧化物材料从金属氧化物材料生产单元输送到直接还原设施中；还原剂流体入口装置，所述还原剂流体入口装置被配置成用于将适于与所述金属氧化物材料反应的还原剂引入到直接还原设施中；还原流体出口装置，所述还原流体出口装置被配置成用于将废还原流体从直接还原设施中排出；以及还原的金属材料出口装置，所述还原的金属材料出口装置被配置成用于将还原的金属材料从直接还原设施中排出。
或者，金属矿石材料和/或金属氧化物材料呈团聚物的形式，例如球团或其他合适的形式。
以这样的方式，通过提供呈团聚物形式的金属矿石混合物，在金属矿石混合物之间实现了开放空间，以在金属氧化物材料生产单元(例如，回转窑单元、带式焙烧机或任何其他硬化设备)中在有氧化或没有氧化的情况下提供有效的硬化过程。
以这样的方式，通过提供呈团聚物形式的金属氧化物材料和/或金属矿石混合物，在金属氧化物材料之间实现了开放空间，以在直接还原设施中提供有效的还原过程。
以这样的方式实现了，当金属矿石材料被收集在金属氧化物材料生产单元(例如回转窑单元、带式焙烧机、或其他氧化和/或烧结设备)的用于氧化金属矿石材料的硬化设备中时，开放空间提供了金属矿石材料的有效氧化过程。
以这样的方式实现了，当金属氧化物材料(例如团聚物)被收集在用于还原金属氧化物材料的直接还原设施中时，在团聚物之间提供了开放空间以用于提供有效的还原过程。
或者，还原剂供应源被配置成将还原剂进给至直接还原设施。
或者，还原剂流体入口装置与被配置成将水分解成所述还原剂的电解单元相关联和/或联接。
或者，还原剂包含氢气。
或者，直接还原设施被配置成产生温度为约15℃至300℃，优选地约100℃至200℃的最终还原金属材料。
或者，直接还原设施被配置成产生温度高达约550℃的最终还原金属材料。
或者，硬化设备被配置成用于在约1200℃至1300℃的温度下对金属矿石混合物(例如在链箅机回转窑单元中)进行烧结，以产生金属氧化物材料，并提供金属氧化物材料的所需强度。
金属氧化物材料生产单元：
现有技术的金属氧化物材料生产单元的常见问题是在用于还原设施的金属氧化物材料的生产中其没有利用能量有效的生产方法并且没有以最佳方式减少CO2排放。
一个目的是提供金属氧化物材料的生产方法和金属氧化物材料生产单元，其适用于减少的CO2排放，并且所述金属氧化物材料生产单元被设计成在金属氧化物材料的生产中用于有效的能量消耗。
该目的或所述目的中的至少一者已经通过被配置成由金属矿石混合物生产金属氧化物材料的金属氧化物材料生产单元实现，其中所生产的金属氧化物材料保持来源于金属氧化物材料生产单元的制造热过程的热能，并且金属氧化物材料生产单元被配置成将保持热能的金属氧化物材料直接输送至直接还原设施，所述直接还原设施被配置成通过将还原剂引入到直接还原设施中来将保持热能的金属氧化物材料还原成还原的金属材料。
或者，金属氧化物材料生产单元被配置成用于通过从电解单元输送至金属氧化物材料生产单元的多余热量来加热金属矿石混合物，所述电解单元被配置成产生氧气和氢气，还原剂包含氢气。
或者，金属氧化物材料生产单元包括第一氧气排放装置，所述第一氧气排放装置被配置成将氧气排放至硬化设备，从电解单元进给所述氧气以在燃烧过程中加热金属矿石混合物和/或使金属矿石混合物氧化。
或者，金属氧化物材料生产单元包括第二氧气排放装置，所述第二氧气排放装置被配置成排放从电解单元输送至金属氧化物材料生产单元的氧气，以提供燃烧用于另外加热从热交换器设备进给至金属氧化物材料生产单元的工艺气体。
或者，金属氧化物材料生产单元包括氢气排放装置，所述氢气排放装置被配置成排放从电解单元输送的氢气，以提供烧制和/或燃烧和/或加热金属矿石混合物，其中制造热过程可以包括使金属矿石混合物硬化的步骤，和/或其中制造热过程包括对金属矿石混合物进行烧结的步骤。
或者，金属氧化物材料生产单元包括被配置成排放从电解单元输送的氧气的第一氧气排放装置，其中制造热过程包括燃烧所述氧气(例如与燃烧燃料组合)。
或者，金属氧化物材料生产单元产生保持约900℃至1300℃，优选地约950℃至1200℃的温度的金属氧化物材料。
或者，金属氧化物材料生产单元产生保持高于约800℃温度的温度的金属氧化物材料。
或者，金属氧化物材料生产单元包括被配置成排放从电解单元输送的氧气的第二氧气排放装置，其中制造热过程包括通过将磁铁矿矿石氧化成赤铁矿矿石来预热和/或加热金属矿石混合物的步骤。
以这样的方式实现了由电解单元产生的氧气被有效地用于还原的金属材料的制造。
或者，金属氧化物材料可以构成金属氧化物团聚物，
或者，金属氧化物材料可以构成铁氧化物团聚物。
或者，金属氧化物材料可以构成铬氧化物团聚物。
或者，金属氧化物材料生产单元可以构成金属氧化物团聚物生产单元。
或者，金属氧化物材料生产单元可以构成铁氧化物团聚物生产单元。
或者，金属氧化物材料生产单元可以构成铬氧化物团聚物生产单元。
使用将保持所述热能的热的和/或温热的金属氧化物材料装入直接还原设施中提供的大的优势在于，处于稳定状态的还原剂不需要预热，而是被金属氧化物材料(装入的热的和/或温热的金属氧化物材料)加热，由此在还原(化学反应)期间处于还原状态的金属氧化物材料将被冷却。
或者，硬化设备提供可以区分加热与氧化的烧结过程。
或者，氧化可以用富氧工艺气体进行，所述富氧工艺气体保持金属氧化物材料生产过程(造粒)期间高的氧气压力和/或用于承载热量。
富氧工艺气体对于提高氧化速率以及为金属氧化物材料生产提供热释放的运行控制可能是重要的。
或者，金属材料生产配置包括被配置成将贫氧工艺气体进给至链箅机装置以干燥和/或预热和/或加热金属矿石混合物的进给管线(未示出)。
通过将贫氧工艺气体排放至被配置成预热金属矿石混合物(例如，生球团)的干燥和预热单元，提供了阻止金属矿石混合物在进入硬化设备之前氧化并产生多余热量。
以这样的方式，实现了阻止磁铁矿矿石在预热区中被氧化，由此低品位热可以被用于预热并节省随后在氧化区中供金属矿石混合物氧化的氧化热。
或者，在链箅机装置之后，使金属矿石混合物(例如，生球团)经受进给到回转窑单元中的富氧工艺气体，以将金属矿石混合物(生球团)氧化成保持来源于金属氧化物材料生产单元的制造热过程的热能的金属氧化物材料(团聚物)。
以这样的方式，通过延迟金属矿石混合物的干燥和/或预热和/或加热期间的氧化以及随后氧化期间氧气的富集，实现了有效的节能方式。
以这样的方式，在由制造热过程产生的排气(例如，多余的氮气)将减少的同时实现了省时制造热过程。
通过将氧气(和/或富氧工艺气体)排放到被配置成用于金属矿石混合物(例如，生球团)的氧化(和/或烧结)的硬化设备中，提供了使金属矿石混合物经受氧化过程，所述氧化过程通过排放到硬化设备中的氧气被增强和/或强化。
通过提供呈团聚物形式的金属矿石混合物，在团聚物之间实现了开放空间，所述空间促进了金属矿石混合物的有效氧化。
以这样的方式实现了用于提供金属氧化物材料的金属矿石混合物的受控氧化。
以这样的方式通过所述氧化过程实现了增强的热产生。
以这样的方式实现了金属氧化物材料的成本有效且省时的生产。
以这样的方式实现了磁铁矿矿石到赤铁矿矿石的优化氧化。
或者，通过利用金属氧化物材料的所述热能来加热或进一步加热引入的还原剂，以实现吸热化学反应或基本上吸热化学反应或完全吸热；和/或放热化学反应和/或基本上放热化学反应和/或部分放热化学反应，将金属氧化物材料还原成还原的金属材料。
吸热反应可以被描述为从金属氧化物材料吸收热能的化学反应。放热反应可以被描述为释放热能的化学反应。
所述化学反应的实例如下：
3Fe2O3+H2→2Fe3O4+H2O+热(弱放热)
Fe3O4+H2→3FeO+H2O-热(吸热)
FeO+H2→Fe+H2O-热(吸热)
通过例如将铁矿石Fe2O3还原成海绵铁Fe，由此实现成品还原的金属材料，即还原的金属材料随时可以输送至炼铁工业。
所述化学反应的实例如下：
3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2+热(放热)
Fe3O4+CO→3FeO+CO2-热(吸热)
FeO+CO→Fe+CO2+热(放热)
措词“直接还原设施”可以改为“竖炉”、“直接还原炉”、“窑”、“烘箱”等。
措词“金属氧化物材料生产单元”可以改为“带式焙烧机设备”、“链箅机回转窑设备”、“组合的分选和精选设备”、“造粒设备”、“组合的分选和精选设备”、“团聚物生产单元”、“球团机”、“金属氧化物材料造粒设备”、“金属氧化物材料预热设备”或“球团生产现场”等。
金属氧化物材料生产单元可以包括金属氧化物材料造粒设备和/或金属氧化物材料预热设备和/或金属氧化物材料冷却器/预热设备。
措词“还原的”可以改为措词“直接还原的”。
表述“还原强度”可以改为表述“还原电位”。
措词“金属氧化物材料”可以改为“团聚的金属氧化物材料”、“金属氧化物球团”、“金属氧化物团块”或“金属氧化物大理石尺寸的球团”或仅“团聚物”。
金属氧化物材料的团聚物可以具有约1mm至25mm，优选地约5mm至约16mm或任何其他合适尺寸的平均直径。
已经装入到直接还原设施中的团聚物的各尺寸具有这样的值：使得还原剂能够穿过团聚物和在团聚物之间，以在还原剂与装入的金属氧化物材料之间提供有效且省时的还原。
措词“金属矿石混合物”可以改为“团聚的金属矿石混合物”、“金属矿石球团”、“生金属矿石球团”、“金属矿石团块”或“金属矿石大理石尺寸的球”或者仅“团聚物”或“金属矿石浆料”或“金属矿石精矿”或“精矿”。
进给构件、进给装置、进给布置、进给元件可以包括气体管线和/或流体管和/或被配置为成输送呈气体、液体或固体物质形式的流体的任何类型的输送装置，并且可以包括风扇和/或泵或其他流体驱动装置，并且可以包括用于控制流体流动的阀装置。
措词“制造热过程”可以指涉及金属氧化物材料的生产的任何制造过程，其中所述制造过程产生保持热能的金属氧化物材料，并且所述制造热过程使用热量来使金属矿石混合物硬化成金属氧化物材料和/或为所产生的金属氧化物材料生成热。
措词“金属氧化物材料”可以意指已经经受氧化和/或烧结并且包含除铁之外的其他元素和/或矿物(例如天然合金元素或不构成合金的较少量的矿物)的金属矿石或铁矿石。
措词“金属矿石混合物”可以意指已经制备成准备硬化成金属氧化物材料的浆料和/或“生”球团的金属矿石或铁矿石。
措词“还原的金属材料”可以意指包含渗碳或不含碳的还原金属材料的中间产品。
措词“铁矿石”可以意指包含引入的添加剂(例如石英岩、石灰、橄榄石、不同粘结剂等)以提供有效过程的铁矿石。
措词“还原的金属材料”可以被措词“直接还原的金属材料”替代。
阀装置、风扇和泵可以联接至被配置成用于控制流体流动的控制电路。
或者，废还原流体在与保持所述热能的金属氧化物材料的基本上或完全吸热化学反应中被再次使用。
或者，措词“制造热过程”可以指涉及通过金属氧化物材料预热设备或金属氧化物材料冷却器/预热设备对先前冷却的金属氧化物材料进行预热的任何制造过程。
或者，金属氧化物材料生产单元包括金属氧化物材料造粒设备和/或金属氧化物材料预热设备，用于提供来源于由金属氧化物材料生产单元提供的(金属氧化物材料)制造/生产/形成/产生热过程的所述热能。
或者，金属氧化物材料预热设备可以被配置为金属氧化物材料冷却器/预热设备。
这已经通过金属氧化物材料生产单元得到解决，所述金属氧化物材料生产单元被配置成通过使金属矿石混合物硬化或通过对先前冷却的金属氧化物材料进行预热来生产保持热能的金属氧化物材料。
或者，金属氧化物材料生产单元包括金属氧化物材料排放出口，所述金属氧化物材料排放出口被配置成将保持热能的金属氧化物材料从金属氧化物材料生产单元排出。
或者，硬化包括用富氧工艺气体进行的金属矿石混合物的氧化和/或烧结过程，所述富氧工艺气体保持制造热过程的氧化和/或烧结过程期间高的氧气压力。
或者，经加热的工艺气体构成进给至金属氧化物材料生产单元的干燥和/或预热单元的贫氧工艺气体。
或者，将包含氢气的废还原流体进给返回到直接还原设施，其中金属材料生产配置包括被配置成用于将废还原流体进给返回到直接还原设施的进给元件。
或者，还原剂的废还原流体用于预热和/或加热金属矿石混合物和/或硬化过程中的工艺气体。
或者，金属氧化物材料生产单元包括燃烧器装置，例如氢气燃烧器。
或者，还原剂的废还原流体从用于预热和/或加热金属矿石混合物和/或硬化过程中使用的富氧工艺气体和/或贫氧工艺气体的废还原流体供应源进给。
或者，金属氧化物材料生产单元的燃烧器装置，例如氢气燃烧器装置被配置成用于硬化和/或加热金属矿石混合物和/或通过对先前冷却的金属氧化物材料进行预热，以提供保持热能的金属氧化物材料。
或者，直接还原设施被配置成产生不含碳的还原的金属材料和/或含碳的还原的金属材料。
或者，含碳的还原的金属材料通过以下获得：与直接还原设施联接的独立渗碳反应器和/或直接还原设施的独立渗碳区和/或直接还原设施内部的渗碳空间。
本公开内容可以不限于上述实例，而是在不脱离所附权利要求中限定的基本构思的情况下，对其所描述的实例的修改或组合的许多可能性对于本领域普通技术人员而言应是明显的。例如，在一些应用中，直接还原设施可以定位在距金属氧化物材料生产单元一定距离处或远离金属氧化物材料生产单元处。然而，金属氧化物材料的热能优选地被所述化学反应使用，所述热能来源于由金属氧化物材料生产单元提供的所述制造热过程。然而，金属氧化物材料的热能仍然具有使得可以加热或进一步加热还原剂以实现所述化学反应的值。
附图说明
现在将参照所附示意图通过实例描述本发明，其中：
图1示出了根据现有技术的金属材料生产配置；
图2示出了根据第一实例的金属材料生产配置；
图3示出了根据第二实例的金属材料生产配置；
图4示出了根据第三实例的金属材料生产配置；
图5示出了根据第四实例的金属材料生产配置；
图6示出了根据一个实例的直接还原设施；
图7示出了根据第五实例的金属材料生产配置；
图8示出了根据第六实例的金属材料生产配置；
图9示出了根据第七实例的金属材料生产配置；
图10示出了显示金属氧化物材料的示例性还原方法的流程图，
图11示出了显示金属氧化物材料的示例性还原方法的流程图，
图12示出了根据另一个实例的金属材料生产配置的控制电路，
图13a至13d示出了金属氧化物材料冷却器/预热设备的示例性模式；
图14a至14d示出了金属氧化物材料生产单元的示例性方面；
图15a至15b示出了一体化金属材料生产配置的实例；以及图16示出了金属材料生产配置的金属氧化物材料生产单元的实例。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的示例性实施方案，其中为了清楚和理解本发明，可以从图中删除一些不重要的细节。
图1示出了根据现有技术的金属材料生产配置P101。现有技术的金属材料生产配置P101包括被配置成用于还原金属氧化物材料P105的还原炉P103。通过火车P107和/或通过水上运输工具P108将金属氧化物材料P105从被配置成生产金属氧化物材料P105的金属氧化物材料生产单元P109输送至还原炉P103。将由还原剂供应源P106生产的还原剂(未示出)引入还原炉P103中。加热还原剂使得实现金属氧化物材料与经加热的还原剂之间的化学反应。对还原剂的加热会破坏还原剂的还原强度，因此还原过程将是费时的并且可能需要另外的还原剂再循环和另外的加热。这将意味着甚至更多的能量消耗。将成品还原金属材料RM输送至金属制造工业P111。
图2示出了根据第一实例的金属材料生产配置1。将金属矿石从金属矿石矿2(例如铁矿石矿)输送至金属材料生产配置1的金属氧化物材料生产单元3，其中金属氧化物材料生产单元3被配置成用于生产金属氧化物材料5。金属氧化物材料5保持通过金属氧化物材料生产单元3进行的制造热过程(包括例如氧化和烧结过程)提供的热能。将保持来自制造热过程的热能的金属氧化物材料5以这样的方式输送到直接还原设施7中：使得当金属氧化物材料5被装入到直接还原设施7中以提供还原剂与金属氧化物材料之间的化学反应时，金属氧化物材料5保持所述热能(例如完全保持所述热能，或者基本上保持所述热能，或者以50％至90％的程度保持所述热能)。
或者，当金属氧化物材料5被装入(输送)到直接还原设施7中时，金属氧化物材料5保持对应于约850℃至约1300℃，优选约1000℃至1250℃的温度的热能。
将保持来源于通过金属氧化物材料生产单元3进行的制造热过程的热能的金属氧化物材料5装入到直接还原设施7中。直接还原设施7被配置成用于引入由还原剂生产设备12生产的还原剂6(例如纯氢气或其他合适的还原剂)。还原剂6适于与保持所述热能的金属氧化物材料5反应。
或者，通过利用金属氧化物材料5的所述热能对引入的还原剂6进行加热以实现还原剂6与金属氧化物材料之间的基本上或完全吸热化学反应和/或基本上完全或完全吸热化学反应，将金属氧化物材料5还原成还原的金属材料RM。
直接还原设施7包括被配置成用于将金属氧化物材料5从金属氧化物材料生产单元3输送(穿过)到直接还原设施7中的金属氧化物材料装料入口装置9(例如，第一开口)。
直接还原设施7还包括被配置成用于将还原剂6引入直接还原设施7中的还原剂流体入口装置11。
或者，还原剂适于以基本上或完全吸热化学反应与保持所述热能的金属氧化物材料5反应。
或者，还原剂适于以部分放热化学反应与保持所述热能的金属氧化物材料5反应。
或者，还原剂适于通过基本上或完全吸热化学反应和通过少量放热化学反应与保持所述热能的金属氧化物材料5反应，在金属氧化物材料的还原期间，所述放热化学反应在基本上或完全吸热化学反应之前或之后。
或者，还原剂适于以基本上或完全吸热和/或放热化学反应与保持由所述制造热过程提供的所述热能的金属氧化物材料5反应，所述基本上或完全吸热化学反应从金属氧化物材料5吸收第一能量含量，以及所述放热化学反应释放第二能量含量，其中第一能量含量大于第二能量含量。
或者，还原剂适于吸收第一能量含量以引发并保持化学反应。
或者，第一能量含量为总能量含量的95％至99％，以及第二能量含量为化学反应的总能量含量的1％至5％。
直接还原设施7还包括被配置成用于将废还原流体(例如水蒸汽和氢气)从直接还原设施7排出的废还原流体出口装置13。
直接还原设施7还包括被配置成用于将还原的金属材料RM从直接还原设施7排出的还原金属材料出口装置15。将还原的金属材料输送至金属制造工业17(例如钢厂)。
或者，直接还原设施7被配置成通过利用所述制造热过程提供的金属氧化物材料5的所述热能(即，来源于制造热过程的热能)以加热还原剂用于实现化学反应，提供将金属氧化物材料5直接还原成还原的金属材料RM。
或者，直接还原设施7与金属氧化物材料生产单元3完全或部分一体化，构成一体化还原金属材料生产设备18。
图3示出了根据第二实例的金属材料生产配置1。将金属矿石从金属矿石矿2输送至金属材料生产配置1的金属氧化物材料生产单元3。金属氧化物材料生产单元3生产金属氧化物材料5，所述金属氧化物材料5保持通过金属氧化物材料生产单元3进行的制造热过程所提供的热能。
制造热过程可以包括例如对金属矿石混合物进行干燥和预热、在硬化过程中使金属矿石混合物氧化和对金属矿石混合物进行烧结。
保持所述热能的金属氧化物材料可以被直接输送到直接还原设施7中，以提供与用于直接还原金属氧化物材料的还原剂的化学反应。直接还原设施7被配置成接收还原剂，例如通过可以与金属材料生产配置1一体化的电解单元19产生的氢气6。
或者，电解单元19可以被定位成远离直接还原设施7。
化学反应产生废还原流体8，所述废还原流体8从直接还原设施7排出。
废还原流体8的化学化合物(例如还原剂)可以被输送回直接还原设施7以用于所述化学反应。
废还原流体8的水可以被输送回电解单元19。
或者，废还原流体8的水蒸气和/或水蒸汽进给穿过热交换器设备(未示出)并且进给穿过被配置成将水蒸汽转化为水的蒸汽冷凝器设备(未示出)，所述水返回至电解单元19。
或者，废还原流体8(例如包含氢气)被处理，以在与保持所述热能的金属氧化物材料5的化学反应中再次使用。
或者，废还原流体8被处理，以在与保持所述热能的金属氧化物材料5的放热化学反应中使用。
直接还原设施7包括被配置成用于将还原的金属材料RM排放至用于向金属制造工业(未示出)输送还原的金属材料RM的火车20的还原金属材料出口装置(未示出)。因此直接还原设施7被配置成通过利用金属氧化物材料5的所述热能(所述热能来源于所述制造热过程)来加热还原剂以实现金属氧化物材料与用于提供所述还原的还原剂之间的所述化学反应，提供将金属氧化物材料5还原成还原的金属材料RM。
电解单元19被配置成将水分解成所述氢气6和氧气10。
或者，氧气10从电解单元19输送至金属氧化物材料生产单元3，以提供通过金属氧化物材料生产单元3进行的所述制造热过程。
图4示出了根据第三实例的金属材料生产配置1。金属矿石(未示出)从金属矿石矿2输送至金属氧化物材料生产单元3。
所生产的金属氧化物材料5沿着金属氧化物材料生产单元3的倾斜生产线生产。金属氧化物材料5保持来源于通过金属氧化物生产单元3进行的制造热过程的热能。保持所述热能的金属氧化物材料5被直接输送到直接还原设施7中以提供与还原剂的化学反应。通过利用金属氧化物材料5的热能，还原剂6的还原强度不会降低。还原剂6可以包括纯氢气。
现有技术使用利用通过经加热的还原剂而对金属氧化物材料5进行加热的不太有效的***。对还原剂进行的这样的预先加热削弱还原剂的还原强度。
图4中的金属材料生产配置1利用已经过加热的金属氧化物材料用于化学反应。这会保持还原剂的还原强度。以这样的方式，实现了有效的化学反应，这进而促进了成本有效的生产、紧凑的直接还原设施的使用、紧凑的气体供应管线、省时生产、生产的精确控制和监测。
这样的紧凑的直接还原设施7使保持所述热能的金属氧化物材料5能够通过直接还原设施7的顶部部分有效装料。
因此可以在保持所述热能的金属氧化物材料5的生产之后将其直接输送并装入到直接还原设施7中。
或者，可以在使保持所述热能的金属氧化物材料5冷却至较低的温度之后，将其输送到直接还原设施7中。
或者，直接还原设施7可以定位在距金属氧化物材料生产单元3一定距离处或远离金属氧化物材料生产单元3处。然而，金属氧化物材料5的来源于通过金属氧化物材料生产单元3提供的所述制造热过程的热能优选被所述化学反应使用。金属氧化物材料5的热能仍然具有使得可以加热或进一步加热还原剂6以实现所述化学反应的值。
或者，电解单元19被配置成将水w分解成纯氢气和氧气10。电解单元19可以被配置成利用无化石电力e或者替代地基本上无化石电力e用于电解。纯氢气被引入到直接还原设施7中，以通过经预热和/或经加热和/或温热的金属氧化物材料5与氢气6之间的所述化学反应来提供金属氧化物材料5的直接还原。
或者，可以在将还原剂引入直接还原设施7中之前，对其进行预热，其中所引入的还原剂的温度可以为约300℃至约700℃，优选约400℃至约650℃。金属氧化物材料5的热能仍然具有使得可以加热或进一步加热还原剂6以实现所述化学反应的值。
包含水蒸汽和氢气的废还原流体8从直接还原设施7中排出。水蒸汽冷凝为水并输送回电解单元19。氢气输送回直接还原设施7中并再次用于所述化学反应。由电解单元19产生和/或来自废还原流体的氢气可以被金属氧化物材料生产单元3利用用于生产金属氧化物材料5。
氧气10可以被输送至金属氧化物材料生产单元3的用于金属矿石混合物24的氧化和/或烧结的硬化设备22，以生产金属氧化物材料5。直接还原设施7被配置成将由所述化学反应产生的还原的金属材料RM排出。还原的金属材料RM被输送至金属制造工业17。
图5示出了根据第四实例的金属材料生产配置1。将金属矿石从金属矿石矿2输送至金属氧化物材料生产单元3。直接还原设施7定位在金属氧化物材料生产单元3的下方，以促进将金属氧化物材料5有效装入直接还原设施7中。远距离电解单元(未示出)产生氢气6和氧气10，所述氢气6通过车辆44’和/或管线44”输送至金属材料生产配置1的第一储存罐26’。
金属材料生产配置1包括被配置成从第二储存罐26”输送氧气10的氧气管道66”，可以将所述氧气10通过车辆66’从远距离电解单元(未示出)输送至第二储存罐26”。可以将氧气10进给至金属氧化物材料生产单元3，以使金属矿石混合物24硬化。
金属氧化物材料生产单元3可以包括造粒设备PP的链箅机回转窑单元34。
链箅机回转窑单元34的链箅机装置35可以包括干燥和预热单元36，其准备金属氧化物混合物(例如，生球团)以用于造粒设备PP的回转窑单元37中的热处理。
回转窑单元37向金属矿石混合物24传递高热能并且所生产的金属氧化物材料5保持高热能。回转窑单元37将金属氧化物混合物(球团)烧结并且向球团提供另外的机械强度。在球团作为成品金属氧化物材料5从金属氧化物材料生产单元3离开，准备装入到直接还原设施7中之前，链箅机回转窑单元34可以为金属氧化物材料生产单元3的最后处理单元。
可以将链箅机装置35划分为四个区(未示出)。在前两个区中，通过从球团层(未示出)下方吹入的热空气使金属矿石混合物24(例如，生球团)干燥。在前两个区之后，将金属矿石混合物24输送穿过调和预热区(tempered pre-heat zone)并穿过预热区。该后两个区用来在进入回转窑单元37之前使金属矿石混合物24(例如，生球团)的温度升高。
或者，金属材料生产配置1包括被配置成向链箅机装置35进给贫氧工艺气体以对金属矿石混合物24进行干燥和/或预热和/或加热的进给管线(未示出)。
或者，在链箅机装置35之后，使金属矿石混合物(例如，生球团)经受进给到回转窑单元37中的富氧工艺气体，以使金属矿石混合物(生球团)氧化成保持来源于金属氧化物材料生产单元3的制造热过程的热能的金属氧化物材料5(团聚物)。
以这样的方式，通过延迟金属矿石混合物24的干燥和/或预热和/或加热期间的氧化以及随后氧化期间氧气的富集，实现了有效的节能方式。
以这样的方式，在由制造热过程产生的排气(例如，氮气)将减少的同时实现了省时制造热过程。
在可以为链箅机回转窑单元34的最大处理单元(例如，长度为50米至60米)的链箅机装置35中，通过在热交换器(未示出)中经由从直接还原设施7进给的废还原流体(未示出)而加热的热和/或温热的工艺气体，对金属矿石混合物24进行干燥和预热。
或者，经加热的工艺气体构成进给至金属氧化物材料生产单元3的干燥和预热单元36的贫氧工艺气体。
以这样的方式，实现了防止金属矿石材料24在链箅机装置35的调和预热区中和预热区中被氧化。
以这样的方式，实现了可以控制金属矿石混合物24的氧含量，以调节在回转窑单元37中进行的烧结和/或氧化过程中的热能上升。
或者，为了在回转窑单元37中提供金属矿石混合物的有效烧结和/或氧化，将富氧工艺气体进给到回转窑单元37中。富氧工艺气体对于提高氧化速率以及对于为金属氧化物材料生产中的热释放提供运行控制是重要的。
或者，富氧工艺气体包含与氧气混合的经加热的工艺气体。
或者，氧气从电解单元(未示出)中被输送。
以这样的方式，使金属矿石材料(例如，球团)在回转窑单元37中的氧化的氧化速率提高。
或者，金属矿石混合物包含磁铁矿，从而金属矿石混合物的通过回转窑单元37提供的氧化的主要部分利用将磁铁矿氧化为赤铁矿。
通过使用由电解单元产生的氧气(还生产用于直接还原设施7的氢气)，实现了几个优点。例如，可以使用无化石能源由水产生氢气和氧气、以可控的方式控制金属矿石混合物的氧化、省时且能量有效地生产金属氧化物材料5等。
或者，为了在链箅机回转窑单元中提供金属矿石混合物的有效烧结和/或氧化，可以将纯氧气10进给到回转窑单元37中。
图6示出了根据一个实例的直接还原设施7。金属氧化物材料生产单元3生产金属氧化物材料5，当将金属氧化物材料5从金属氧化物材料生产单元3排出时，金属氧化物材料5例如保持约900℃至1300℃，优选约950℃至1250℃的温度。
金属氧化物材料5可以呈金属矿石球团或其他合适的团聚物的形式。将金属氧化物材料5从金属氧化物材料生产单元3直接装入直接还原设施7中，而金属氧化物材料5仍然保持来自通过金属氧化物材料生产单元3实现的生产过程的热能。还原剂供应源30与直接还原设施7联接，并且被配置成向直接还原设施7供应还原剂31。
高温(所述热能)的金属氧化物材料的向下流56与还原剂31的向上流57接触。还原剂31表现出比金属氧化物材料5的温度更低的温度。直接还原设施7可以被定义为逆流热交换器并且被配置成对处于直接还原状态的高温进料金属氧化物材料5进行冷却，其中通过未经加热的还原剂提供了基本上或完全吸热化学反应。
或者，从直接还原设施7排出的还原的金属材料RM的温度可以为约50℃至300℃，优选100℃至200℃。
或者，排出的还原的金属材料RM的温度可以在约20℃至500℃的范围内。
或者，可以对排出的还原的金属材料RM进行渗碳，其中控制金属氧化物材料5的还原方法以生产较高温度(例如，约400℃至700℃，优选约500℃至650℃)的还原的金属材料。
图7示出了根据第五实例的金属材料生产配置1。将金属矿石从金属矿石矿2输送至金属氧化物材料生产单元3的分选和精选设备4。金属矿石可以经受筛分、破碎、分离、研磨、浮选过程并且可以由分选和精选设备4提供进一步分离。
在研磨、分离和浮选过程之后，可以将多种添加剂混合到金属矿石混合物24或浆料中。可以将金属矿石混合物24过滤至一定的水分含量并且可以将杂质从金属矿石混合物24中分离以增加金属含量。
当完成金属矿石混合物24的金属含量的富集时，将金属矿石混合物24输送至金属氧化物材料生产单元3的造粒设备78。在造粒设备78中，可以将粘土矿物作为粘结剂添加至金属矿石混合物24，并且随后在转筒(未示出)中形成团聚金属矿石混合物(例如所谓的“生”球团)。可以将金属矿石混合物24干燥72和预热74以提高强度。
造粒设备78可以构成带式焙烧机造粒设备或链箅机回转窑造粒设备或金属氧化物材料生产单元的任何其他类型的球团生产设备，所述金属氧化物材料生产单元被配置成在金属氧化物材料生产单元3提供的制造热过程中利用团聚金属矿石混合物和/或生产待装入直接还原设施7的团聚金属氧化物材料5。
将保持来源于制造热过程的热能的团聚金属氧化物材料5从金属氧化物材料生产单元3输送至直接还原设施7。
或者，金属矿石混合物包含铁矿石混合物以及对铁矿石混合物进行预热和/或加热的步骤包括将磁铁矿矿石氧化成赤铁矿矿石。以这样的方式，当磁铁矿氧化成赤铁矿时，产生另外的热能，由此进一步减少能量需求。
或者，为了在硬化设备22中提供金属矿石混合物的有效烧结过程和/或氧化过程，将富氧工艺气体OE进给到硬化设备22中。
或者，参照72标出干燥，参照74(预热区)标出预热，参照77(氧化区)标出金属矿石混合物的氧化，参照76(烧结区)标出金属矿石混合物24的烧结。
为了实现团聚金属氧化物材料5在装料之前会具有令人满意和合适的最终特性，可以将呈例如生球团形式的团聚金属矿石混合物24在调和预热区74预热以及在氧化区77氧化和/或在烧结区76烧结。
由此将团聚金属矿石混合物24加热至这样的温度：其中金属矿石颗粒部分地熔融在一起形成团聚金属氧化物材料5，准备装入直接还原设施7中。因此可以将烧结过程与氧化过程结合，其中可以将团聚金属矿石混合物在约1250℃的温度下烧结。
或者，金属矿石混合物包含不利用通过磁铁矿矿石混合物或由磁铁矿矿石制成的生球团提供的氧化反应的赤铁矿。富氧工艺气体OE对于提高氧化速率以及对于为金属氧化物材料生产单元3提供运行控制是重要的。
烧结过程可以区分加热和氧化。在制造热过程期间，即在制造热过程的氧化和/或烧结过程(硬化)期间，氧化可以用保持高氧气压力的富氧工艺气体OE进行。
或者，富氧工艺气体PG包括在混合单元70’处与氧气10一起注入的经加热的工艺气体PG。经加热的工艺气体由热交换器79产生，热交换器79被配置成将热量从由直接还原设施7排出的废还原流体8输送至大气气体AG。
还可以将纯氧气10输送至金属氧化物材料生产单元3的硬化设备22，以实现金属矿石混合物24的有效氧化和/或烧结。
或者，将氧气10从电解单元19，例如经由管线组件(未示出)进给。电解单元19被配置成将水w分解成氢气6和氧气10。电解单元19可以利用无化石电力e或以其他方式产生的电力e。将氢气6引入直接还原设施7中，以通过保持所述热能的金属氧化物材料与氢气6之间的化学反应提供团聚金属氧化物材料5的直接还原。
因此将包含氢气6和水蒸汽的废还原流体8从直接还原设施7的顶部部分排出到热交换器79以及冷凝装置CD被配置成将废还原流体8的水蒸汽冷凝为水。
氢气6经由热交换器79输送回直接还原设施7并且可以再次用于所述化学反应。可以将纯化单元71联接至直接还原设施7以纯化废还原流体8的氢气6。
或者，氢气6还被用于通过氢气燃烧器装置BD加热富氧工艺气体OE。
可以在70”处对经加热的工艺气体PG进行处理，以包含被进给至调和预热区74和/或氧化区77的贫氧工艺气体OD，用于防止团聚金属矿石材料在被输送到烧结单元的烧结区76之前被氧化。
将直接还原金属材料RM从直接还原设施7排出并输送至金属制造工业17。
图8示出了根据第六实例的包括金属氧化物材料生产单元3的金属材料生产配置1。将湿金属矿石团聚物81’在干燥站82干燥。将经干燥的金属矿石团聚物81’与已干燥的金属矿石团聚物81”一起输送至金属氧化物材料生产单元3的预热站84。进行预热以提高金属矿石团聚物的强度。为了赋予金属矿石团聚物其最终特性，将其在硬化设备22的烧结站86(燃烧区)烧结，其中将金属氧化物材料5从金属氧化物材料生产单元3排出。金属矿石团聚物还可以通过硬化设备22氧化。
所生产的金属氧化物材料5保持基本上或完全在硬化设备22中产生和/或由金属氧化物材料生产单元3产生的热能。将保持所述热能的团聚金属氧化物材料5从硬化设备22输送至被配置成提供对保持所述热能的团聚金属氧化物材料5进行直接还原的直接还原设施7。
电解单元19被配置成将水w分解成氢气6和氧气10。电解单元19优选利用无化石电力或基本上无化石电力。将氢气6引入直接还原设施7中，以通过金属氧化物材料5与氢气6之间的化学反应提供团聚金属氧化物材料5的所述直接还原。
将包含氢气6和水蒸汽的废还原流体8从直接还原设施7的顶部部分T排出。氢气6经由热交换器89输送回直接还原设施7并且可以再次用于所述化学反应。将水蒸汽通过冷凝器(未示出)冷凝为水，将水输送回电解单元19。将氧气10输送至硬化设备22用于团聚物的所述氧化和/或烧结。通过利用氧气10提高团聚物的氧化的氧化速率。
以这样的方式，利用由电解单元19产生的氧气实现了金属氧化物材料的省时且稳定的生产。
热交换器89将热量从废还原流体8输送至大气气体AG。所产生的经加热的工艺气体PG可以用于干燥82和/或在预热区84中进行预热，和/或对金属矿石团聚物进行硬化22。
优选地，可以对所产生的经加热的工艺气体PG在站88进行处理以包含贫氧工艺气体OD，将贫氧工艺气体OD进给至预热区84以防止团聚金属矿石材料在被输送到硬化设备22中之前被氧化。
金属材料生产配置1还包括适于控制还原的金属材料RM的生产的控制电路50。已经对存储控制电路50的数据程序的数据介质进行了预编程，以使金属材料生产配置1执行还原的金属材料的自动或半自动制造。数据程序包括程序代码，所述程序代码通过计算机应用，以使控制电路50通过金属氧化物材料生产单元3生产金属氧化物材料并将保持热能的金属氧化物材料装入直接还原设施7。控制电路50被配置成：将还原剂(例如氢气6)引入直接还原设施7；通过利用金属氧化物材料的所述热能以加热引入的还原剂用于实现化学反应，提供将金属氧化物材料还原成还原的金属材料；以及将还原的金属材料从直接还原设施7排出。控制电路50可以被配置成控制干燥站82、预热站84、硬化设备22、热交换器89，以及调节85氢气6的流动。
金属氧化物材料生产单元3还可以包括被配置成将氧气10排入硬化设备22中的第一氧气排放装置A。
烧结过程可以区分加热和氧化。在金属氧化物材料生产过程期间，氧化可以用用于保持高氧气压力的富氧工艺气体进行。富氧工艺气体对于提高氧化速率和对于通过控制电路50为金属氧化物材料生产单元3提供运行控制也是重要的。
金属氧化物材料生产单元3可以包括被配置成燃烧氢气6以进一步加热工艺气体PG的氢气排放装置B。
金属氧化物材料生产单元3可以包括布置在硬化设备22中的氢气燃烧器BD。
直接还原金属材料从直接还原设施7排出并且被输送至金属制造工业17，例如钢制造工业。
图9示出了根据第七实例的包括金属氧化物材料生产单元3的金属材料生产配置1。将所生产的保持来源于生产金属氧化物材料的热能的金属氧化物材料5装入直接还原设施7中。
或者，优选将保持所述热能的金属氧化物材料5直接输送到直接还原设施7中。
电解单元19被配置成将水分解成氢气6(还原剂)和氧气10。
将由金属氧化物材料5与氢气6之间的化学反应产生的废还原流体8从直接还原设施7排放至热交换器99。
氢气6从废还原流体8中分离并且可以被进给回金属氧化物材料生产单元3以及被进给返回到直接还原设施7。废还原流体8还包含水蒸汽。将水蒸汽冷凝为水(未示出)，将水进给返回到电解单元19用于再次使用。
废还原流体8保持热能，将该热能输送至被进给至金属氧化物材料生产单元3的工艺气体PG。
将由电解单元19产生的氧气10进给至金属氧化物材料生产单元3用于金属氧化物材料5的有效生产。
在电解单元19与金属氧化物材料生产单元3之间联接有第一余热软管91，用于将多余热量从电解单元19输送至金属氧化物材料生产单元3。
在直接还原设施7与金属氧化物材料生产单元3之间联接有第二余热软管92，用于将多余热量从直接还原设施7输送至金属氧化物材料生产单元3。
金属材料生产配置1还包括适于对待输送至金属制造工业17的还原金属材料的生产进行控制的控制电路50。控制电路50包括存储数据程序的数据介质(未示出)，其被编程用于使金属材料生产配置1执行还原的金属材料的自动或半自动制造。
数据程序包括通过程序代码，所述程序代码通过计算机应用，以使控制电路50通过金属氧化物材料生产单元3管理和运行金属氧化物材料的生产。控制电路被配置成运行将保持热能的金属氧化物材料5输送至直接还原设施7。
控制电路50可以被配置成经由还原剂控制单元94对将还原剂引入直接还原设施进行控制。
控制电路50可以经由电源控制单元93联接至电解单元19并被配置成经由电源控制单元93对将电力引入电解单元19进行控制。
控制电路50可以经由电源控制单元93联接至电解单元19并被配置成经由电源控制单元93对将电力引入电解单元19进行控制。
控制电路50可以经由水输入控制单元95联接至电解单元19并被配置成经由水输入控制单元95对将水引入电解单元19进行控制。
控制电路50可以经由水输入控制单元95联接至电解单元19并被配置成经由水输入控制单元95对将水引入电解单元19进行控制。
控制电路50可以经由装料控制单元96联接至直接还原设施7并被配置成经由装料控制单元96对将金属氧化物材料5装入直接还原设施7进行控制。
控制电路50可以联接至金属氧化物材料生产单元3并被配置成对金属氧化物材料生产单元3的制造热过程中的至少一个过程进行控制。
控制电路50可以联接至热交换器99并被配置成控制热交换器99。
控制电路50可以经由排放控制单元97联接至直接还原设施7并被配置成经由排放控制单元97对将还原金属材料从直接还原设施7排出进行控制。
控制电路50还可以被配置成对通过利用金属氧化物材料的所述热能来加热或进一步加热引入的还原剂以实现化学反应而对将金属氧化物材料还原成还原的金属材料进行控制。
或者，将被配置成测量废还原流体的氢气含量的第一传感器装置S1布置在直接还原设施7的废还原流体出口装置处。
或者，将第一传感器装置与控制电路50相联接(未示出)。
或者，控制电路50被配置成通过测量废还原流体的氢气含量来控制直接还原设施7中进行的化学反应。
或者，将被配置成测量还原剂的氢气含量的第二传感器装置S2布置在直接还原设施7的还原剂流体入口装置11处。
或者，将第二传感器装置S2与控制电路50相联接(未示出)。
或者，控制电路50被配置成通过测量引入到直接还原设施7中的还原剂的氢气含量来控制电解单元19。
或者，将第三传感器装置S3(其被配置成测量为生产金属氧化物材料5所准备的金属矿石混合物的氧气含量)布置在金属氧化物材料生产单元3中。
或者，将第三传感器装置S3与控制电路50相联接(未示出)。
或者，控制电路50被配置成控制进给至金属氧化物材料生产单元3的贫氧工艺气体的量。
以这样的方式，实现了防止金属矿石混合物在金属氧化物材料生产单元3的预热区被氧化。
以这样的方式，实现了可以控制金属矿石混合物的氧气含量，以调节通过制造热过程进行的烧结和/或氧化过程中的热能升高。
或者，直接还原设施的内部(在所述内部中进行基本上或完全吸热化学反应)经受超压(在高于大气压的压力下)。
或者，通过将还原剂引入直接还原设施中同时对还原剂进行加压实现超压。
或者，通过压缩机装置CC将还原剂加压。
或者，还原剂包含氢气，所述氢气通过被配置成产生加压氢气的电解单元产生。
或者，在还原剂被引入直接还原设施7的内部之前通过还原剂加热装置HH加热还原剂。
或者，控制电路50可以被配置成以这样的方式控制金属材料生产配置1的运行：使得通过调节引入到直接还原设施7中的还原剂的量和/或通过调节经加压的还原剂的压力和/或通过调节引入到直接还原设施7中的还原剂的温度和/或通过调节金属氧化物材料装入直接还原设施7中的速率和/或通过控制用于提供待装入直接还原设施7中的金属氧化物材料的预定温度的制造热过程和/或控制废还原流体8向金属氧化物材料生产单元3的进给和/或控制富氧工艺气体向金属氧化物材料生产单元3的进给和/或控制贫氧工艺气体向金属氧化物生产单元的进给，当所排出的还原金属材料离开直接还原设施7时，所排出的还原金属材料表现出预定的温度和/或硬度和/或强度和/或团聚物尺寸等。
或者，通过控制单元来控制和/或监测成品还原金属材料的品质，其中控制单元控制金属矿石混合物在硬化设备中的停留时间和/或控制生产的团聚物的颗粒尺寸和/或控制在金属氧化物材料生产单元3的整个制造热过程中最佳温度曲线的建立。
图10示出了显示金属氧化物材料的示例性还原方法的流程图。金属氧化物材料通过金属氧化物材料生产单元生产。将金属氧化物材料从金属氧化物材料生产单元输送到直接还原设施中，以装入保持来源于金属氧化物材料生产单元的制造热过程的热能的金属氧化物材料，直接还原设施被配置成用于引入适于与保持热能的金属氧化物材料反应的还原剂。所述方法包括开始所述方法的第一步101。第二步102示出执行所述方法。第三步103包括停止所述方法。第二步102可以包括：通过所述金属氧化物材料生产单元生产所述金属氧化物材料；将保持热能的所述金属氧化物材料装入直接还原设施；将还原剂引入直接还原设施；通过利用金属氧化物材料的所述热能来加热所引入的还原剂以实现化学反应，而将所述金属氧化物材料还原成还原的金属材料；以及将还原的金属材料从直接还原设施排出。
图11示出了显示金属氧化物材料的示例性还原方法的流程图。所述方法包括开始所述方法的第一步111。第二步112包括通过所述金属氧化物材料生产单元来生产所述金属氧化物材料。第三步113包括：研磨金属矿体；分离金属矿石颗粒；生产所述金属矿石颗粒的金属矿石混合物；以及使金属矿石混合物硬化。第四步114包括使金属矿石混合物硬化。第五步115包括对铁矿石混合物进行预热和/或加热的步骤和/或将磁铁矿矿石氧化成赤铁矿矿石的步骤。第六步116包括将保持热能的所述金属氧化物材料装入至直接还原设施。第七步117包括将保持所述热能的金属氧化物材料从金属氧化物材料生产单元输送至直接还原设施。第八步118包括将还原剂引入直接还原设施。第九步119包括通过利用金属氧化物材料的所述热能来加热或进一步加热所引入的还原剂以实现化学反应，而将所述金属氧化物材料还原成还原的金属材料。
第十步120包括将还原的金属材料从直接还原设施排出。第十一步121包括将水分解成氢气和氧气。第十二步122包括将氧气输送至金属氧化物材料生产单元并且将构成还原剂的氢气输送至直接还原设施。第十三步123包括停止所述方法。
图12示出了根据另一个实例的金属材料生产配置1的控制电路50。控制电路50被配置成控制由金属氧化物材料生产单元生产的金属氧化物材料的还原方法，将金属氧化物材料从金属氧化物材料生产单元输送到直接还原设施中，以装入保持来源于金属氧化物材料生产单元的制造热过程的热能的金属氧化物材料，直接还原设施被配置成用于引入适于与保持热能的金属氧化物材料反应的还原剂。所述方法的特征在于以下步骤：通过所述金属氧化物材料生产单元生产所述金属氧化物材料；将保持热能的所述金属氧化物材料装入直接还原设施；将还原剂引入直接还原设施；通过利用金属氧化物材料的所述热能来加热所引入的还原剂以实现基本上或完全吸热化学反应，而将所述金属氧化物材料还原成还原的金属材料；以及将还原的金属材料从直接还原设施排出。
控制电路50可以包括计算机和非易失性存储器NVM 1320，其为甚至当计算机不通电时也可以保持存储的信息的计算机存储器。
控制电路50还包括处理单元1310和读/写存储器1350。NVM 1320包括第一存储器单元1330。计算机程序(其可以为适用于任何运行数据的任何类型)被存储在第一存储器单元1330中以控制控制电路5的功能。此外，控制电路50包括总线控制器(bus controller)(未示出)，提供物理接口的串行通信单元(未示出)，信息通过其分别在两个方向上传输。
控制电路50可以包括提供输入/输出信号传输的任何合适类型的I/O模块(未示出)、用于转换来自控制电路50的传感器布置(未示出)的连续变化信号的A/D转换器(未示出)，传感器布置被配置成确定金属材料生产配置1的实际运行状态。
控制电路50被配置成通过接收的控制信号以及通过检测到的运行状态和其他运行数据，对以下提供适当的调节：例如工艺气体、氢气、氧气的流动、金属氧化物材料进入直接还原设施的装料速率、还原的金属材料的排出速率等。
控制电路50还包括用于配合时间和日期的输入/输出单元(未示出)。控制电路50包括事件计数器(未示出)，其用于计算金属材料生产配置1的运行中由独立事件产生的事件量的数目。
此外，控制电路50包括与计算机相关联的中断单元(未示出)，用于为金属材料生产配置1的半自动和/或自动运行提供多任务执行和实时计算。NVM 1320还包括第二存储器单元1340，用于对传感器布置进行外部传感器检查。
用于存储程序P的数据介质可以包括程序例程，用于根据运行数据自动调整金属材料生产配置1的运行。
用于存储程序P的数据介质包括存储在介质上的程序代码，其可在计算机上被读取，以使控制电路50执行本文所述的方法和/或方法步骤。
还可以将程序P存储在独立存储器1360和/或读/写存储器1350中。在该实施方案中程序P以可执行数据格式或压缩数据格式存储。
应理解，当描述处理单元1310执行特定的功能时，涉及处理单元1310可以执行独立存储器1360中存储的程序的某一部分或者读/写存储器1350中存储的程序的某一部分。
处理单元1310与数据端口999相关联，用于经由与直接还原设施的过程控制单元组和电解单元相联接的第一数据总线1315进行通信，以执行所述方法步骤。
非易失性存储器NVM 1320适用于经由第二数据总线1312与处理单元1310通信。独立存储器1360适用于经由第三数据总线1311与处理单元610通信。读/写存储器1350适用于经由第四数据总线1314与处理单元1310通信。在将接收的数据暂时存储之后，处理单元1310将根据上述方法准备执行程序代码。
优选地，信号(由数据端口999接收)包括关于金属材料生产配置1的运行状态的信息。在数据端口999处接收的信号可以被控制电路50使用，以对检测金属材料生产配置运行状态的传感器装置的自动校准进行控制和监测。
操作员可以将信息和数据经由合适的通信装置(例如计算机显示器或触摸屏)手动进给至控制电路50。
所述方法还可以通过控制电路50借助于处理单元1310部分地执行，所述处理单元1310运行存储在独立存储器1360或读/写存储器1350中的程序P。当控制电路50运行程序P时，将执行本文中公开的合适的方法步骤。
图13a示出了金属材料生产配置1的金属氧化物材料生产单元3，所述金属材料生产配置1包括金属氧化物材料预热设备203和第一输送装置(未示出)，所述第一输送装置适于输送保持来源于通过金属氧化物材料预热设备203提供的制造热过程的热能的金属氧化物材料。
直接还原设施7可以设置有第一输送装置或与第一输送装置相联接，第一输送装置包括电联接至控制电路(未示出)的第一耐热传送带(未示出)或其他合适的输送构件，所述控制电路适于对将保持热能的金属氧化物材料装入还原设施7的装料速率进行控制。
金属氧化物材料生产单元3的金属氧化物材料预热设备203可以通过例如燃烧器装置、加热元件等(未示出)生产保持热能的金属氧化物材料，其中将先前冷却的金属氧化物材料通过金属氧化物材料预热设备203预热。
在将先前冷却的金属氧化物材料输送至金属氧化物预热设备203之前，可以将先前冷却的金属氧化物材料储存在储料堆205处。
金属氧化物材料生产单元3的金属氧化物材料造粒设备201可以通过金属氧化物材料造粒设备201的硬化设备(未示出)生产保持热能的金属氧化物材料。金属氧化物材料造粒设备201被配置成将金属矿石混合物24处理成保持热能的所述金属氧化物材料5。
任选地，将保持热能的金属氧化物材料5从金属氧化物材料造粒设备201经由第二输送装置(未示出)输送至被配置成通过引入至直接还原设施7中的还原剂6将金属氧化物材料还原成还原的金属材料RM的直接还原设施7。由金属氧化物材料造粒设备201生产的保持热能的金属氧化物材料5可以经由包括第二耐热传送带(未示出)或其他合适的输送构件的第二输送装置直接装入直接还原设施7中。
任选地，将保持热能的金属氧化物材料5从金属氧化物材料预热设备203输送至被配置成通过引入至直接还原设施7中的还原剂6将金属氧化物材料5还原成还原的金属材料RM的直接还原设施7。
利用金属氧化物材料的热能来加热或进一步加热所引入的还原剂6以实现提供还原的金属材料RM的化学反应，使保持通过金属氧化物材料造粒设备201提供或通过金属氧化物材料预热设备203提供的热能的金属氧化物材料5在直接还原设施7中被还原剂6还原。
图13b示出了被配置成作为金属氧化物材料预热设备或作为金属氧化物材料冷却器设备运行的金属氧化物材料冷却器/预热设备207。
金属氧化物材料生产单元(未示出)的金属氧化物材料造粒设备201与金属氧化物材料冷却器/预热设备207联接并且通过金属氧化物材料造粒设备201的硬化设备(未示出)生产保持热能的金属氧化物材料5。金属氧化物材料造粒设备201被配置成将金属矿石混合物24处理成保持热能的所述金属氧化物材料5。
制造热过程可以适用于生产金属氧化物材料并且包括将金属矿石混合物硬化以生产保持热能的金属氧化物材料的步骤。将金属矿石混合物硬化的步骤可以包括使金属矿石混合物氧化的步骤和/或对金属矿石混合物进行烧结的步骤。
将保持热能的金属氧化物材料5从金属氧化物材料造粒设备201输送至金属氧化物材料冷却器/预热设备207，所述金属氧化物材料冷却器/预热设备207被配置成使金属氧化物材料5冷却为输送至储料堆205的冷却的金属氧化物材料。通过金属氧化物材料冷却器/预热设备207借助于进给穿过金属氧化物材料冷却器/预热设备207的工艺气体204将金属氧化物材料5的热能回收。
将金属氧化物材料冷却器/预热设备207设定为冷却运行模式，以加热工艺气体204并且提供输送回金属氧化物材料造粒设备201的含有热量的工艺气体208。含有热量的工艺气体208被金属氧化物材料生产单元利用，以生产保持热能的金属氧化物材料5。运输车辆206被配置成将冷却的金属氧化物材料运输至远离金属氧化物材料造粒设备201和金属氧化物材料冷却器/预热设备207而定位的直接还原设施(未示出)。远距离定位的直接还原设施可以与用于提供待装入远距离定位的直接还原设施中的保持热能的金属氧化物材料的预热设备(未示出)相联接。
图13c示出了与金属材料生产配置1的金属氧化物材料生产单元3的金属氧化物材料造粒设备201相关联的金属氧化物材料冷却器/预热设备207。任选地，金属氧化物材料冷却器/预热设备207与金属氧化物材料造粒设备201分离，其中金属氧化物材料从金属氧化物材料造粒设备201(优选直接地)输送到直接还原设施7中(即，装入保持来源于金属氧化物材料造粒设备201的制造热过程的热能的金属氧化物材料5)。
利用金属氧化物材料5的热能以实现提供还原的金属材料RM的化学反应，使保持由金属氧化物材料造粒设备201提供的热能的金属氧化物材料5被引入至直接还原设施7中的还原剂6还原。直接还原设施7的顶部部分的废还原流体出口(未示出)被配置成通过热交换器(未示出)抽吸保持热量的废还原流体8，从而提供输送回金属氧化物材料造粒设备201的含有热量的工艺气体。
金属氧化物材料生产单元3的金属氧化物材料造粒设备201包括金属氧化物材料排放出口214，所述金属氧化物材料排放出口214被配置成将保持热能的金属氧化物材料5从金属氧化物材料生产单元3排出，以将保持热能的金属氧化物材料5装入还原设施7中。
任选地，将保持热能的金属氧化物材料5经由设定为非激活运行模式的金属氧化物材料冷却器/预热设备207经由输送路径212输送至还原设施7。
可以将金属氧化物材料经由设定为非激活运行模式的金属氧化物材料冷却器/预热设备207的金属氧化物材料排放出口214从金属氧化物材料冷却器/预热设备207输送到直接还原设施7中。非激活运行模式涉及金属氧化物材料冷却器/预热设备207不对金属氧化物材料5进行冷却。
图13d示出了金属材料生产配置1的金属氧化物材料冷却器/预热设备207。
将金属氧化物材料冷却器/预热设备207设定为预热运行模式，以对从储料堆205输送至金属氧化物材料冷却器/预热设备207的先前冷却的金属氧化物材料进行预热。储料堆205被配置成储存先前冷却的金属氧化物材料。将经预热的金属氧化物材料(即，保持热能的金属氧化物材料5)经由装料装置TB输送，装料装置TB被配置成用于将保持所述热能的金属氧化物材料5从金属氧化物材料冷却器/预热设备207装入直接还原设施7中。
热能来源于通过金属氧化物材料冷却器/预热设备207提供的制造热过程，金属氧化物材料冷却器/预热设备207适于以预热运行模式生产保持热能的金属氧化物材料5。
在预热运行模式中，可以使先前冷却的金属氧化物材料首先通过加热源(例如电加热元件210或工艺气体燃烧器装置或其他)加热。另外，可以利用从直接还原设施7回收的保持热能的废还原流体8和/或来自运行中的金属氧化物材料造粒设备201或来自其他热源的热能，用于向预热过程添加热量以对先前冷却的金属氧化物材料进行预热。
因此制造热过程适用于提供保持热能的金属氧化物材料并且包括对先前冷却的金属氧化物材料进行预热以提供保持所述热能的金属氧化物材料的步骤。
或者，在对先前冷却的金属氧化物材料进行预热以生产保持热能的金属氧化物材料的步骤之后，为了生产还原的金属材料RM需要以下步骤：生产所述金属氧化物材料5；将保持热能的所述金属氧化物材料5装入直接还原设施7中；将还原剂引入直接还原设施7中；通过利用金属氧化物材料5的所述热能来加热或进一步加热所引入的还原剂以实现化学反应，将所述金属氧化物材料5还原成还原的金属材料RM；以及将还原的金属材料RM从直接还原设施7排出。
图14a至14d示出了被配置成用于对经受还原的铁矿石氧化物材料5进行渗碳和/或对还原的金属材料RM进行渗碳的直接还原设施7的实例。
图14a示出了根据一个方面的使用可再生能源RE将金属氧化物材料直接还原成不含碳的还原金属材料或含碳的还原金属材料的金属材料生产配置1和过程，所述不含碳的还原金属材料或含碳的还原金属材料由金属制造工业17(例如，生产钢的炼钢工业239)进行处理。将通过还原剂供应源30(例如氢供应源，例如电解单元)生产的还原剂31(例如氢气)进给至直接还原设施7。
金属材料生产配置1包括金属氧化物材料生产单元3，其适于生产保持热能的金属氧化物材料5，所述热能来源于通过金属氧化物材料生产单元3的金属氧化物材料造粒设备201的硬化设备(未示出)提供的硬化过程。
可以将保持热能的金属氧化物材料5通过金属氧化物材料冷却器/预热设备207冷却并且输送至冷却的金属氧化物材料储料堆205。
金属氧化物材料生产单元3的金属氧化物材料冷却器/预热设备207被配置成对从储料堆205输送至金属氧化物材料冷却器/预热设备207的先前冷却的金属氧化物材料进行预热。
将保持热能的金属氧化物材料5装入直接还原设施7中，所述热能来源于硬化过程，或来源于通过金属氧化物材料冷却器/预热设备207对金属氧化物材料的预热。
直接还原设施7包括金属氧化物材料装料入口装置9，其被配置成用于将金属氧化物材料5从金属氧化物材料生产单元3输送到直接还原设施7中。直接还原设施7包括被配置成用于将适于与保持热能的金属氧化物材料5反应的还原剂31引入直接还原设施7中的还原剂流体入口装置11。直接还原设施7包括被配置成用于将废还原流体8从直接还原设施7排出的废还原流体出口装置13，所述废还原流体8由直接还原设施7和/或金属氧化物材料生产单元3回收并再次使用。
废还原流体8的热能和气体特性可以被金属氧化物材料生产单元3再次利用。可以将废还原流体8从直接还原设施7输送至金属氧化物材料冷却器/预热设备207用于预热金属氧化物材料5和/或被金属氧化物材料造粒设备201的硬化设备使用。
直接还原设施7被配置成通过利用金属氧化物材料5的热能(所述热能来源于提供制造热过程的金属氧化物材料生产单元3)来加热或进一步加热还原剂31以实现金属氧化物材料与提供所述还原的还原剂31之间的化学反应，提供将金属氧化物材料5还原成还原的金属材料RM。因此制造(和/或产生)热过程适用于产生(生产)经预热的金属氧化物材料。
直接还原设施7包括还原金属材料出口装置15，还原金属材料出口装置15被配置成用于将还原的金属材料RM从直接还原设施7排放至被配置成用于对还原的金属材料RM进行渗碳的独立的渗碳反应器248。
从碳源CSE中提取含碳物质CS并在被配置成用于将含碳物质CS添加至还原的金属材料RM的独立的渗碳反应器248中将含碳物质CS添加至还原的金属材料RM，用于生产含碳还原金属材料CRM。将由独立的渗碳反应器248获得的含碳还原金属材料CRM从独立的渗碳反应器248排出并输送至金属制造工业17。
或者，含碳物质CS包含纯碳元素或者为诸如甲烷、丙烷或其他烃的分子或其他分子的元素。
或者，在直接还原设施7的独立的(隔离的)渗碳区249中将含碳物质CS添加至还原的金属材料，以生产含碳还原金属材料。
图14b示出了包括与直接还原设施7的还原金属材料排放出口相联接的独立的渗碳反应器248的直接还原设施7。将保持热能的金属氧化物材料5从提供热能的金属氧化物材料生产单元3装入直接还原设施7中。将还原剂31进给到直接还原设施7的内部。从碳源(未示出)中提取含碳物质CS并且将其引入被配置成用于对还原的金属材料RM进行渗碳的独立的渗碳反应器248中。将由独立的渗碳反应器248获得的含碳还原金属材料CRM从独立的渗碳反应器248排出。
图14c示出了直接还原设施7的内部的独立的(隔离的)渗碳区249。将保持热能的金属氧化物材料5从提供热能的金属氧化物材料生产单元3装入直接还原设施7中。独立的(隔离的)渗碳区249被配置成用于避免引入至独立的(隔离的)渗碳区249的含碳物质CS与进给到直接还原设施7的内部的还原剂31混合。将还原剂31引入直接还原设施7中以产生还原的金属材料，在独立的(隔离的)渗碳区249中对所述还原的金属材料进行渗碳以提供含碳还原金属材料CRM。
图14d示出了直接还原设施7的内部的渗碳空间250，所述渗碳空间250被配置成用于将装入直接还原设施7中的金属氧化物材料5还原，所述金属氧化物材料5保持来源于金属氧化物材料生产单元3的金属氧化物材料造粒设备(未示出)和/或金属氧化物材料预热设备(未示出)的热能。渗碳空间250被配置成通过将进给到直接还原设施7中的含碳物质CS与进给到直接还原设施7中的还原剂31混合，对经受还原的金属氧化物材料5进行渗碳。
渗碳空间250被配置成提供还原剂31(例如氢气H2)与含碳物质CS(例如二氧化碳CO2)之间的渗碳化学反应，以实现经受还原的金属氧化物材料5的渗碳，其中处于还原状态的金属(铁矿石)氧化物材料5充当生产添加至经受还原的金属(铁矿石)氧化物材料5的含碳材料的催化剂。
或者，渗碳空间250被配置成根据下式提供氢气H2(还原剂的H2和/或单独引入到直接还原设施7中的H2)与二氧化碳CO2之间的渗碳化学反应以实现充当催化剂的经受还原的金属(铁矿石)氧化物材料5的渗碳，以生产添加至处于还原状态的金属(铁矿石)氧化物材料5的含碳材料：
CO2+2H2→C+2H2O
CO2+H2→CO+H2O
CO+H2→C+H2O，
从而提供含碳还原金属材料CRM。
图15a示出了一体化金属材料生产配置1的一个实例。直接还原设施7与以下一体化：金属氧化物材料生产单元3和/或金属氧化物材料生产单元3的金属氧化物材料造粒设备201和/或金属氧化物材料生产单元3的金属氧化物材料预热设备203和/或金属氧化物材料生产单元3的金属氧化物材料冷却器/预热设备207和/或用于对还原的金属材料进行渗碳的渗碳反应器248和/或用于对还原的金属材料进行渗碳的渗碳区249和/或碳源CSE和/或金属制造工业17。
一体化金属材料生产配置1可以包括电解单元19和/或氢气储存和缓冲罐26’和/或氧气储存罐26”，所述电解单元19和/或氢气储存和缓冲罐26’和/或氧气储存罐26”位于直接还原设施7和/或金属氧化物材料生产单元3的附近。优选地，它们经由管线(未示出)与直接还原设施7相联接。
或者，在将还原剂(氢气)引入到直接还原设施7中之前，将还原剂(氢气)储存在氢气储存和缓冲罐26’中。或者，在将氧气进给至金属氧化物材料生产单元3之前，将氧气储存在氧气储存罐26”中。
图15b示出了一体化金属材料生产配置1的另一个实例。将金属矿石A输送至金属氧化物材料造粒设备201以生产保持热能的金属氧化物材料，可以将保持热能的金属氧化物材料直接装入直接还原设施7中。可以将金属氧化物材料输送至用于储存冷却的金属氧化物材料的储料堆(未示出)。通过预热设备203对冷却的金属氧化物材料进行预热，以生产待装入直接还原设施7中的保持热能的金属氧化物材料。
电解单元19被配置成用于生产被预热设备203、直接还原设施7和金属氧化物材料造粒设备201使用的氢气和氧气。氢气可以储存在氢气储存和缓冲罐26’中，这是储存能量的有效方式。
将还原的金属材料从直接还原设施7排放至渗碳反应器248，以将还原的金属材料渗碳为准备输送至生产金属材料B的金属制造工业17的中间产品。
图16示出了金属材料生产配置1的金属氧化物材料生产单元3的一个实例。金属氧化物材料生产单元3包括利用硬化设备IA的金属氧化物材料造粒设备201。金属氧化物材料造粒设备201的硬化设备IA被配置成提供包括将金属矿石混合物24硬化为保持热能的金属氧化物材料5的过程的制造热过程。
硬化设备IA包括形成向上通风干燥区UDD和向下通风干燥区DDD的干燥区。硬化设备IA还包括被配置成预热金属矿石混合物24的加热区，所述加热区包括调和预热区TPH和预热区PH。
硬化设备IA还包括被配置成用于将金属矿石混合物24氧化和烧结成金属氧化物材料5的窑单元K。窑单元K包括布置在硬化设备22中用于对金属矿石混合物24进行烧结和氧化的燃烧器装置BD1。
优选地，燃烧器装置BD1包括适用于燃烧的氢气燃烧器，其中氢气燃烧器使用例如氧气和纯氢气或基本上纯的氢气，其回收自从被配置成用于将保持热能的金属氧化物材料5还原的直接还原设施7中抽吸的废还原流体8。或者，氢气可以来源于任何类型的氢源，但是优选来源于电解单元或回收自所述废还原流体8。氧气可以来源于电解单元19或任何类型的氧源。
氢气燃烧器提供氢气与氧气快速反应，引起适用于金属矿石混合物24的所述加热和氧化的高火焰温度。
从氢气燃烧器中不排放二氧化碳，因为氢气中没有碳含量。通过高火焰温度和由此实现的短火焰，窑单元K可以比已知的单元体积更小。
将生产的金属氧化物材料5从金属氧化物材料造粒设备201输送至直接还原设施7或储料堆205。因此将保持热能的金属氧化物材料任选地输送至金属氧化物材料生产单元3的金属氧化物材料冷却器/预热设备207，以冷却金属氧化物材料5。
选择1：
在将金属氧化物材料5输送至直接还原设施7的情况下，将保持热能的金属氧化物材料5输送到直接还原设施7中，其中由制造热过程产生的金属氧化物材料5的热能被用于金属氧化物材料5的直接还原。
选择2：
在将金属氧化物材料5输送至储料堆205的情况下，将金属氧化物材料5输送穿过金属氧化物材料冷却器/预热设备207。金属氧化物材料冷却器/预热设备207被配置成对从硬化设备IA排出的金属氧化物材料5进行冷却。
金属氧化物材料冷却器/预热设备207包括热输送布置HTA，所述热输送布置HTA被配置成用于将来自金属氧化物材料5的通过金属氧化物材料冷却器/预热设备207回收的热能含量输送至硬化设备IA，所述热能含量被用于生产金属氧化物材料5。金属氧化物材料冷却器/预热设备207包括第一冷却器区C1、第二冷却器区C2、第三冷却器区C3和第四冷却器区C4，使其中的至少一者经由管道布置与硬化设备IA相联接。因此通过将热能从金属氧化物材料冷却器/预热设备207输送回硬化设备IA，提供了热能的有效再利用。
金属氧化物材料冷却器/预热设备207还可以用作预热设备。为了对先前冷却的金属氧化物材料进行预热，将加热元件与包括适用于燃烧的氢气燃烧器的燃烧器设备BD2组合使用。氢气燃烧器使用例如氧气(例如来自电解单元19)和来自所述电解单元19和/或来自废还原流体8的纯氢气或基本上纯的氢气。另外，还可以将用于向下通风干燥、调和预热和预热过程的排出的低品位热能进给至金属氧化物材料冷却器/预热设备207，以对先前冷却的金属氧化物材料进行另外的预热。
选择3：
在对进入直接还原设施7的先前冷却的金属氧化物材料进行预热的情况下，使用预热设备。为了对先前冷却的金属氧化物材料进行预热，将加热元件与燃烧器设备组合使用。
金属氧化物材料生产单元3包括被配置成将保持热能的金属氧化物材料5从金属氧化物材料生产单元3排出的金属氧化物材料排放出口214。
硬化包括金属矿石混合物24的氧化和/或烧结过程，所述氧化和/或烧结过程用富氧工艺气体进行，所述富氧工艺气体保持制造热过程的氧化和/或烧结过程期间高的氧气压力。经加热的工艺气体(未示出)构成进给至金属氧化物材料生产单元3的干燥和/或预热单元(例如，向上通风干燥区UDD和/或向下通风干燥区DDD和/或调和预热区TPH和/或预热区PH)的贫氧工艺气体。
任选地，经由金属氧化物材料冷却器/预热设备207进给由硬化设备IA生产的金属氧化物材料5，所述金属氧化物材料冷却器/预热设备207被设定为非激活运行模式，以不对金属氧化物材料5进行冷却，但是将保持热能的金属氧化物材料5输送至金属氧化物材料排放出口214，其中保持热能的金属氧化物材料5准备装入直接还原设施7中。任选地，甚至可以通过金属氧化物材料冷却器/预热设备207向保持热能的金属氧化物材料添加另外的热能。
本公开内容可以不限于上述实例，而是在不脱离所附权利要求中限定的基本构思的情况下，对其所描述的实例的修改或组合的许多可能性对于本领域普通技术人员而言应是明显的。

Claims (65)

1.一种由金属氧化物材料生产单元(3)生产的金属氧化物材料(5)的还原方法，将所述金属氧化物材料(5)从所述金属氧化物材料生产单元(3)输送到直接还原设施(7)中，以装入保持来源于所述金属氧化物材料生产单元(3)的制造热过程的热能的所述金属氧化物材料(5)，所述直接还原设施(7)被配置成用于引入适于与保持热能的所述金属氧化物材料(5)反应的还原剂(6，31)，所述方法的特征在于以下步骤：
-生产所述金属氧化物材料(5)；
-将保持热能的所述金属氧化物材料(5)装入所述直接还原设施(7)中；
-将所述还原剂(6，31)引入至所述直接还原设施(7)；
-通过利用所述金属氧化物材料(5)的所述热能来加热或进一步加热引入的还原剂(6，31)以实现化学反应，将所述金属氧化物材料(5)还原成还原的金属材料(RM)；以及
-将所述还原的金属材料从所述直接还原设施(7)中排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将保持热能的所述金属氧化物材料(5)从所述金属氧化物材料生产单元(3)直接输送至所述直接还原设施(7)，以保存所述金属氧化物材料(3)的热量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述金属氧化物材料(5)的所述生产包括以下步骤：研磨金属矿体；分离金属矿石颗粒；生产所述金属矿石颗粒的金属矿石混合物(24)；使所述金属矿石混合物(24)硬化。
4.根据权利要求3所述的方法，其中使所述金属矿石混合物(24)硬化的步骤包括使所述金属矿石混合物(24)氧化和/或对所述金属矿石混合物(24)进行烧结。
5.根据权利要求3至4中任一项所述的方法，其中使所述金属矿石混合物(24)硬化的步骤之前是干燥所述金属矿石混合物(24)和/或预热和/或加热所述金属矿石混合物(24)的步骤。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中所述金属矿石混合物(24)包括铁矿石混合物，以及预热和/或加热所述铁矿石混合物的步骤包括将磁铁矿矿石氧化成赤铁矿矿石。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述还原剂包含由电解单元(19)产生的氢气(6)，所述方法包括将水(w)分解成所述氢气(6)和氧气(10)的步骤。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述还原剂包含一氧化碳和/或氢气和/或烃，例如甲烷和/或丙烷和/或乙烷和/或任何其他烃类。
9.根据权利要求7所述的方法，其中将所述氧气(10)输送至所述金属氧化物材料生产单元(3)以生产所述金属氧化物材料(5)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述氧气(10)输送至所述金属氧化物材料生产单元(3)以用于对所述金属矿石混合物(24)进行硬化和/或精选的步骤中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中使所述金属矿石混合物(24)硬化的步骤包括使所述金属矿石混合物(24)氧化的步骤和/或对所述金属矿石混合物(24)进行烧结的步骤。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其中所述方法包括将多余热量从所述电解单元(19)输送至所述金属氧化物材料生产单元(3)的步骤。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括将多余热量从所述直接还原设施(7)输送至所述金属氧化物材料生产单元(3)的步骤。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中输送多余热量的步骤包括提供另外的热以预热和/或加热所述金属矿石混合物(24)和/或使所述金属矿石混合物(24)硬化。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将废还原流体(8)从所述直接还原设施(7)输送至所述金属氧化物材料生产单元(3)，将用于由所述金属氧化物材料生产单元(3)提供的制造热过程的所述还原剂(6)的所述废还原流体(8)和/或包含氢气的所述废还原流体(8)进给返回到所述直接还原设施(7)，其中所述金属材料生产配置(1)包括被配置成用于将所述废还原流体(8)进给返回到所述直接还原设施(7)的进给元件。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述废还原流体(8)用于预热和/或加热所述金属矿石混合物(24)和/或使所述金属矿石混合物(24)氧化和/或对所述金属矿石混合物(24)进行烧结的步骤。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中所述废还原流体(8)包含氢气。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述制造热过程包括通过金属氧化物材料预热设备(203，207)预热所述金属氧化物材料(5)以提供保持热能的所述金属氧化物材料(5)。
19.根据权利要求18所述的方法，其中预热所述金属氧化物材料之前是使所述金属氧化物材料冷却的步骤。
20.一种适用于制造还原的金属材料(RM)的金属材料生产配置(1)，所述配置(1)的特征在于：
-金属氧化物材料生产单元(3)，所述金属氧化物材料生产单元(3)被配置成用于通过制造热过程生产保持热能的金属氧化物材料(5)；
-直接还原设施(7)，所述直接还原设施(7)包括：
-金属氧化物材料装料入口装置(9)，所述金属氧化物材料装料入口装置(9)被配置成用于将所述金属氧化物材料(5)从所述金属氧化物材料生产单元(3)输送到所述直接还原设施(7)中；
-还原剂流体入口装置(11)，所述还原剂流体入口装置(11)被配置成用于将适于与所述金属氧化物材料(5)反应的还原剂引入到所述直接还原设施(7)中；
-废还原流体出口装置(13)，所述废还原流体出口装置(13)被配置成用于将废还原流体(8)从所述直接还原设施(7)中排出；
-还原的金属材料出口装置(15)，所述还原的金属材料出口装置(15)被配置成用于将所述还原的金属材料从所述直接还原设施(7)中排出；
-所述直接还原设施(7)被配置成通过利用所述金属氧化物材料(5)的热能来加热或进一步加热所述还原剂(6，31)以实现所述金属氧化物材料(5)与所述还原剂(6)之间的化学反应以实现所述还原，以将所述金属氧化物材料(5)还原成还原的金属材料，所述热能来源于所述制造热过程。
21.根据权利要求20所述的金属材料生产配置(1)，其中所述直接还原设施(7)与所述金属氧化物材料生产单元(3)一体化。
22.根据权利要求20或21所述的金属材料生产配置(1)，其中所述金属材料生产配置(1)还包括：
-电解单元(19)，所述电解单元(19)被配置成将水(w)分解成氢气(6)和氧气(10)；以及
-氢气输送装置(44’，44”)，所述氢气输送装置(44，44”)被配置成将所述氢气(6)从所述电解单元(19)输送至所述还原剂流体入口装置(11)。
23.根据权利要求22所述的金属材料生产配置(1)，其中所述金属材料生产配置(1)包括氧气输送装置(66’，66”)，所述氧气输送装置(66’，66”)被配置成将所述氧气(10)从所述电解单元(19)输送至所述金属氧化物材料生产单元(3)。
24.根据权利要求22所述的金属材料生产配置(1)，其中所述氢气输送装置(44’，44”)包括流体运输车辆和/或软管布置。
25.根据权利要求22所述的金属材料生产配置(1)，其中所述直接还原设施(7)与所述电解单元(19)一体化。
26.根据权利要求20至25中任一项所述的金属材料生产配置(1)，其中所述金属氧化物材料装料入口装置(9)被配置成用于将所述金属氧化物材料(5)从所述金属氧化物材料生产单元(3)直接输送到所述直接还原设施(7)中。
27.根据权利要求20至26中任一项所述的金属材料生产配置(1)，其中所述金属氧化物材料生产单元(3)包括：被配置成研磨金属矿体的研磨设备；被配置成分离金属矿石颗粒的分离设备；被配置成生产所述金属矿石颗粒的金属矿石混合物(24)的金属矿石混合物生产设备；和被配置成使所述金属矿石混合物(24)硬化的硬化设备(22)。
28.根据权利要求27所述的金属材料生产配置(1)，其中所述硬化设备(22)被配置成用于使所述金属矿石混合物(24)氧化和/或包括被配置成用于对所述金属矿石混合物(24)进行烧结的烧结设备和/或包括用于加热所述金属矿石混合物(24)的加热设备。
29.根据权利要求20至28中任一项所述的金属材料生产配置(1)，其中所述金属材料生产配置(1)包括经由所述废还原流体出口装置(13)而与所述直接还原设施(7)联接的热交换器设备(79，89)，所述热交换器设备(79，89)被配置成输送来自所述还原剂(6，31)的废还原流体(8)的热量以加热穿过所述热交换器设备(79，89)的载能流体(AG)，所述废还原流体(8)从所述直接还原设施(7)进给至根据权利要求20的所述金属氧化物材料生产单元(3)和/或所述电解单元(19)。
30.根据权利要求20至29中任一项所述的金属材料生产配置(1)，其中所述金属材料生产配置(1)包括还原剂加热装置(HH)，所述还原剂加热装置(HH)被配置成在将所述还原剂引入到所述直接还原设施(7)中之前加热所述还原剂。
31.根据权利要求20至30中任一项所述的金属材料生产配置(1)，其中所述金属材料生产配置(1)包括适于控制根据权利要求1至17所述的方法步骤中的任一者的控制电路(50)。
32.一种存储数据程序(P)的数据介质，所述数据程序(P)被编程用于使根据权利要求20至31所述的金属材料生产配置(1)执行还原的金属材料(RM)的自动或半自动制造，其中所述数据程序(P)包括程序代码，所述数据介质能够在控制电路(50)的计算机上被读取，以使所述控制电路(50)执行以下方法步骤：
-生产所述金属氧化物材料(5)；
-将保持热能的所述金属氧化物材料(5)装入直接还原设施(7)中；
-将还原剂(6，31)引入至所述直接还原设施(7)；
-通过利用所述金属氧化物材料(5)的所述热能来加热或进一步加热引入的还原剂(6，31)以实现化学反应，从而将所述金属氧化物材料(5)还原成还原的金属材料(RM)；以及
-将所述还原的金属材料从所述直接还原设施(7)中排出。
33.一种数据介质产品，包括存储在所述数据介质产品的数据介质上的数据程序(P)和程序代码，所述数据介质能够在控制电路(50)的计算机上被读取，以在所述计算机上运行根据权利要求30所述的数据介质的所述数据程序(P)时执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法步骤。
34.一种直接还原设施(7)，所述直接还原设施(7)被配置成与金属氧化物材料生产单元(3)一体化或被配置成与金属氧化物材料生产单元(3)联接，使得能够将保持热能的金属氧化物材料(5)装入到所述直接还原设施(7)中，所述热能来源于适用于生产所述金属氧化物材料(5)的制造热过程，以及所述直接还原设施(7)被配置成接收还原剂(6，31)以提供化学反应。
35.根据权利要求34所述的直接还原设施(7)，其中所述直接还原设施(7)包括：金属氧化物材料装料入口装置(9)，所述金属氧化物材料装料入口装置(9)被配置成用于将所述金属氧化物材料(5)从所述金属氧化物材料生产单元(3)输送到所述直接还原设施(7)中；还原剂流体入口装置(11)，所述还原剂流体入口装置(11)被配置成用于将根据化学反应适于与所述金属氧化物材料(5)反应的还原剂(6，31)引入到所述直接还原设施(7)中；废还原流体出口装置(13)，所述废还原流体出口装置(13)被配置成用于将废还原流体(8)从所述直接还原设施(7)中排出；以及还原的金属材料出口装置(15)，所述还原的金属材料出口装置(15)被配置成用于将所述还原的金属材料(RM)从所述直接还原设施(7)中排出。
36.根据权利要求34或35所述的直接还原设施(7)，其中所述金属氧化物材料(5)呈团聚物的形式，例如球团。
37.根据权利要求34至36中任一项所述的直接还原设施(7)，其中所述还原剂(6，31)从还原剂供应源(30)被输送至所述直接还原设施(7)。
38.根据权利要求34至37中任一项所述的直接还原设施(7)，其中所述还原剂流体入口装置(11)与电解单元(19)相关联和/或联接，所述电解单元(19)被配置成将水分解成所述还原剂(6，31)。
39.根据权利要求34至38中任一项所述的直接还原设施(7)，其中所述还原剂包含氢气(6)。
40.根据权利要求34至39中任一项所述的直接还原设施(7)，其中所述直接还原设施(7)被配置成产生温度为约20℃至约750℃的还原的金属材料(RM)。
41.一种金属氧化物材料生产单元(3)，所述金属氧化物材料生产单元(3)被配置成由金属矿石混合物(24)生产金属氧化物材料(5)，其中所生产的金属氧化物材料(5)保持来源于所述金属氧化物材料生产单元(3)的制造热过程的热能，以及所述金属氧化物材料生产单元(3)被配置成将保持热能的所述金属氧化物材料(5)输送至直接还原设施(7)，所述直接还原设施(7)被配置成通过所述金属氧化物材料与引入到所述直接还原设施(7)中的还原剂(6，31)之间的化学反应将保持热能的所述金属氧化物材料(5)还原成还原的金属材料(RM)。
42.根据权利要求41所述的金属氧化物材料生产单元(3)，其中所述金属氧化物材料生产单元(3)被配置成通过从所述直接还原设施(7)输送至所述金属氧化物材料生产单元(3)的多余热量来加热所述金属矿石混合物(24)。
43.根据权利要求41或42所述的金属氧化物材料生产单元(3)，其中所述金属氧化物材料生产单元(3)包括氧气排放装置(A)，所述氧气排放装置(A)被配置成将氧气(10)排放至硬化设备(22)中，所述氧气(10)从电解单元(19)进给至所述金属氧化物材料生产单元(3)，以使所述金属矿石混合物(24)氧化和/或通过燃烧过程加热所述金属矿石混合物。
44.根据权利要求41至43中任一项所述的金属氧化物材料生产单元(3)，其中所述金属氧化物材料生产单元(3)包括氢气排放装置(B)，所述氢气排放装置(B)被配置成加热所述金属氧化物材料生产单元(3)所使用的工艺气体(PG)。
45.根据权利要求41至44中任一项所述的金属氧化物材料生产单元(3)，其中所述金属氧化物材料生产单元(3)包括氢气排放装置，所述氢气排放装置被配置成为所述金属矿石混合物(24)提供加热。
46.根据权利要求41所述的金属氧化物材料生产单元(3)，其中所述金属氧化物材料生产单元(3)包括金属氧化物材料预热设备(203，207)，所述金属氧化物材料预热设备(203，207)被配置成通过制造热过程预热所述金属氧化物材料，以产生保持所述热能的金属氧化物材料。
47.根据权利要求46所述的金属氧化物材料生产单元(3)，其中所述金属氧化物材料预热设备(203，207)被配置成通过从所述直接还原设施(7)输送至所述金属氧化物材料预热设备(203，207)的多余热量来对先前冷却的金属氧化物材料(5)进行预热。
48.根据权利要求46或47所述的金属氧化物材料生产单元(3)，其中所述金属氧化物材料预热设备能够被配置为金属氧化物材料冷却器/预热设备(207)。
49.一种生产金属氧化物材料的方法，其中利用富氧工艺气体进行氧化，所述富氧工艺气体保持制造热过程的氧化和/或烧结过程期间高的氧气压力和/或用于承载热量。
50.一种金属材料生产配置(1)，其中所述金属材料生产配置(1)设置有用于提供富氧工艺气体的进给布置，所述富氧工艺气体保持制造热过程的氧化和/或烧结过程期间高的氧气压力和/或用于承载热量。
51.根据权利要求50所述的金属材料生产配置(1)，其中所述金属材料生产配置(1)的金属氧化物材料生产单元(3)包括富氧工艺气体喷射器装置(OEE)，所述富氧工艺气体喷射器装置(OEE)被配置成用于将所述富氧工艺气体(OE)引入到所述金属氧化物材料生产单元(3)的硬化设备(22)中。
52.一种一体化金属材料生产配置(1)，特征在于所述一体化金属材料生产配置(1)包括与以下一体化的直接还原设施(7)：金属氧化物材料生产单元(3)和/或电解单元(19)和/或氢气储存单元(26’)和/或氧气储存单元(26”)和/或金属制造工业(17)和/或金属氧化物材料造粒设备(201)和/或金属氧化物材料预热设备(203)和/或金属氧化物材料冷却器/预热设备(207)和/或钢厂工业和/或使用废金属熔化电弧炉EAF的小型钢厂工业和/或渗碳反应器(248)和/或渗碳区(249)和/或碳源提供者(CSE)。
53.一种生产金属氧化物材料的方法，其中在由金属氧化物材料生产单元(3)提供的硬化过程中使用氧气(10)。
54.一种金属材料生产配置(1)，其中所述金属材料生产配置(1)设置有被配置成将氧气(10)进给到硬化设备(22)中的进给装置。
55.一种生产金属氧化物材料的方法，其中经加热的工艺气体构成进给至金属氧化物材料生产单元(3)的干燥和/或预热单元(36)的贫氧工艺气体。
56.一种金属材料生产配置(1)，其中所述金属材料生产配置(1)包括被配置成将贫氧工艺气体进给至金属氧化物材料生产单元(3)的干燥和/或预热单元(36)的进给构件。
57.一种金属材料生产配置(1)，其中进给元件例如管道布置被配置成将废还原流体例如包含氢气(6)的废气从直接还原设施(7)输送至金属氧化物材料生产单元(3)，以在制造热过程中预热和/或加热金属矿石混合物(24)和/或使所述金属矿石混合物(24)硬化。
58.一种金属材料生产配置(1)，其中还原剂的废还原流体用于预热和/或加热金属矿石混合物(24)和/或硬化过程中的工艺气体。
59.一种生产金属氧化物材料的方法，其中将氢气(6)进给至金属氧化物材料生产单元(3)，以在被配置成生产所述金属氧化物材料(5)的硬化过程中加热金属矿石混合物。
60.一种金属材料生产配置(1)，其中所述金属材料生产配置(1)包括用于将氢气(6)进给至金属氧化物材料生产单元(3)以在硬化过程中加热金属矿石混合物的进给装置。
61.一种生产金属氧化物材料的方法，其中将氢气(6)进给至金属氧化物材料生产单元(3)，以通过氢气燃烧器装置(BD)加热富氧工艺气体(OE)。
62.一种金属材料生产配置(1)，其中所述金属材料生产配置(1)包括用于将氢气(6)进给至金属氧化物材料生产单元(3)的氢气燃烧器装置(BD)以加热富氧工艺气体(OE)的装置。
63.根据权利要求22所述的金属材料生产配置(1)，其中所述氢气(6)在被引入到所述直接还原设施(7)中之前被储存在氢气储存和缓冲罐(26’)中，和/或由所述电解单元(19)产生的所述氧气(10)在被进给至所述金属氧化物材料生产单元之前，所述氧气(10)被储存在氧气储存罐(26”)中。
64.根据权利要求20至31所述的金属材料生产配置(1)，其中所述直接还原设施(7)被配置成产生不含碳的还原的金属材料和/或含碳的还原的金属材料(CRM)。
65.根据权利要求64所述的金属材料生产配置(1)，其中所述含碳的还原的金属材料(CRM)通过以下获得：与所述直接还原设施(7)联接的独立渗碳反应器(248)和/或所述直接还原设施(7)的独立渗碳区(249)和/或所述直接还原设施(7)的内部的渗碳空间(250)。
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