CN117545859A - 用于生产含有助熔剂和/或碳质材料的热压块铁（hbi）的***和方法 - Google Patents

用于生产含有助熔剂和/或碳质材料的热压块铁（hbi）的***和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于生产具有增加的固体碳质材料和/或助熔剂的热压块铁的方法包括：提供直接还原设备的竖炉以利用还原性气体还原氧化铁；提供热压块机以生产热压块铁；将溜槽联接在a)竖炉的用于排出热直接还原铁的排出出口和b)热压块机的入口之间；将固体碳质材料和/或助熔剂添加到从竖炉排出的热直接还原铁，以生产所排出的热直接还原铁与固体碳质材料和/或助熔剂的混合物，然后将所述混合物馈送到热压块机；以及在热压块机中进行处理以生产热压块铁的产品，该产品具有按重量计大于约3％的增加的固体碳质材料含量和/或增加的助熔剂含量。

Description

用于生产含有助熔剂和/或碳质材料的热压块铁(HBI)的*** 和方法
相关申请的交叉引用
本非临时专利申请要求于2021年6月22日提交的标题为“PRODUCTION OF DRICONTAINING FLUX AND/OR CARBONACEOUS MATERIAL AT A DIRECT REDUCTION PLANT”的美国临时专利申请No.63/213,307的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开内容总体上涉及直接还原铁(DRI)和炼钢领域。更具体地，本公开内容涉及用于生产热直接还原铁(HDRI)的结块(即，含有固体碳质材料和/或助熔剂的热压块铁(HBI))以优选地用作下游直接还原铁(DRI)熔炼工艺的原料的方法和***。
背景技术
HDRI/HBI是用于例如作为洁净铁单元的电弧炉(EAF)的电铁熔炉的常见原料。在熔炼由具有较高铁含量(按重量计Fe＞67％)的氧化物制成的高品位HDRI/HBI时，可以将HDRI/HBI馈送到熔炉以生产液态钢，其中，必须与HDRI/HBI一起添加较大量的助熔剂以实现目标炉渣碱度C/S(按重量计CaO与SiO2的百分比的比率)＞2。
在熔化由具有较低铁含量(按重量计Fe＜65％)和较大量的酸脉石的氧化物制成的低品位HDRI/HBI的情况下，为了降低熔化HDRI/HBI以生产液态钢的操作和资本成本，可以应用如在BF综合钢厂处所实践的两步工艺。在第一熔化步骤中，热金属中的碳含量通常是C＞3％，并且炉渣碱度C(钙)/S(二氧化硅)＝1.1～1.3将是熔化HDRI/HBI并去除炉渣的目标，然后在第二熔化步骤中通过吹氧使热金属中的碳脱碳，以生产液态钢。然后，必须与HDRI/HBI一起添加较大量的碳和助熔剂，以在第一熔化步骤中实现热金属中的目标碳含量和炉渣碱度。
在上述任一情况下，常规HDRI/HBI中的碳和助熔剂的量不足以在DRI熔炼工艺中实现这些目标值。虽然固体碳质材料和助熔剂通常与HDRI/HBI一起被添加，但是松散的固体碳质材料和助熔剂的添加由于夹带在从熔炉排出的炉渣或废气中而产生较高的损耗，这显著地增加了操作成本。
发明内容
本公开内容提供了用于生产与固体碳质材料和/或助熔剂混合的HBI以优选地用作下游DRI熔炼工艺的原料等的方法和***。总的益处是使HBI能够含有下游熔炼工艺所需的期望量的碳和/或助熔剂，从而可以通过消除或减少在熔炉处添加的外部碳和/或助熔剂的量来提高碳和/或助熔剂的产率。实施例的另一个益处是能够通过本文公开的方法和***在还原后并且在竖炉和热压块机之间添加固体碳质材料和/或助熔剂。
因此，本文公开的是***和方法，其中有利地，在从竖炉排出和装填到热压块(HB)机以生产用于外部取料器的HBI或者装填到下游熔炉以生产液态钢或热金属之间，将固体碳质和/或助熔剂材料添加到HDRI。
本文公开的***和方法的实施例能够生产含有下游熔炼工艺(液态钢生产(一步工艺)或热金属生产(两步工艺))所需的足够量的碳和/或助熔剂的HDRI结块或HBI。产品可以是HDRI结块，而不一定具有更高的密度和强度，或者只是在HDRI可以在DR设备附近的熔炼设施中使用的情况下足够坚固以便转移到例如邻近的熔炼设施而不产生大量细粒。根据实施例，在HBI被运送到外部取料器的情况下，产品可以理想地是具有由任何适用的海运法规指定的密度和强度的HBI。
为了进一步说明本公开内容的优点，还应注意的是，在使用低品位HDRI/HBI生产液态钢的努力中，作为替代方案，可以应用如在高炉(BF)综合钢厂处所实践的两(2)步工艺。在第一步骤中，生产具有较高碳和较低炉渣碱度的热金属来熔化HDRI/HBI并除去炉渣。在第二步骤中，利用吹氧使热金属中的碳脱碳，以生产液态钢。然而，利用常规HDRI/HBI的这种两(2)步工艺在第一熔化步骤中生产热金属时至少具有以下问题。
1.常规HDRI/HBI中的碳量(按重量计C为约1-1.5％)不够高，不足以还原HDRI/HBI中剩余的FeO并维持热金属中的碳(优选地按重量计C＞3-4％))以维持炉渣中的低FeO；
2.常规HDRI/HBI中的碱性脉石含量不够高，不足以维持适合热金属生产的炉渣碱度(优选地C/S＝1.1～1.3)；和
3.在第一熔化步骤(即，外部添加)期间，与装填HDRI/HBI并行地装填碳质材料(诸如，焦粉)和助熔剂材料(诸如，石灰和白云石)可能导致添加剂的大量损耗，因为它们夹带在废气和炉渣中。
因此，本领域需要并且由本公开内容解决的是如下***和方法：该方法和***允许HDRI/HBI含有足够量的碳和/或助熔剂(按重量计C＞3％，优选地按重量计C＞4％)，以便低品位HDRI/HBI能够以碳和/或助熔剂的最小产量损耗而有效地熔化，以在第一熔化步骤中生产热金属。将明白的是，助熔剂含量可以基于操作条件而变化，更具体地，基于生产热金属的第一熔化步骤中氧化铁中的酸脉石的量和目标炉渣碱度(C/S＝1.1～1.3)而变化。在这方面并且根据本发明的实施例，所生产的热压块铁中的碳质材料含量可以增加至按重量计大于约3％和/或增加助熔剂含量。可以由适合于热金属生产的目标炉渣碱度来确定增加的助熔剂含量，例如根据实施例大于1.0。
此外，在以单步熔炼工艺生产具有高品位HDRI/HBI的液态钢的情况下，必须从外部装填大量的附加助熔剂以实现适合钢生产的较高炉渣碱度(C/S＞2.0)。因此，本领域还需要并且也由本公开内容解决的是如下***和方法：该方法和***允许例如高品位HDRI/HBI含有足够量的碳和/或助熔剂，而不是在熔炼设施处从外部添加，以尽量减少产量损耗。
还应当注意的是，DRI可以利用注入到DR竖炉中的天然气或CO气体来渗碳。然而，过多的天然气注入会冷却竖炉中的炉料，这会负面地影响还原性能。此外，渗碳性能还受到竖炉中的诸如CO2和H2O的各种化合物的存在的情况下的渗碳动力学和化学平衡的影响。因此，所注入的气体中的所有碳并不有助于DRI的渗碳。虽然最终有助于氧化铁的还原，但是从热效率的角度来看不是优选的。而且，随着更多的渗碳气体穿过渗碳区到达位于竖炉上方的还原区，所需的渗碳气体的量也增加。
为了利用基于H2的DR设备实现无碳炼钢，渗碳气体应当源自绿色碳源。虽然诸如来自生物发酵或消化的产物气体的沼气可以是所述气体，但是可用性是有限的。另外，在将气体引入竖炉之前需要除去CO2、H2O和H2S。在另选项中，虽然可再生碳质材料(生物质)可以通过热解过程而气化，但是这需要大量的资本投资。
因此，人们可以考虑在用于DR设备的氧化铁原料中添加固体生物质或生物炭，而不是使用绿色渗碳气体，因为碳应该在还原过程中保留。然而，用于DR设备的氧化物原料主要是硬化丸。因此，当在硬化之前添加固体碳质材料时，碳质材料在硬化期间被烧尽。
此外，可以在硬化过程之前添加助熔剂作为“助熔丸”，它也可以应用于高炉(BF)。然而，氧化物丸中的助熔剂的量有一些限制，这是因为随着助熔剂添加量的增加，脉石碱度更高，从而降低了硬化丸的强度。例如，含有大量石灰的硬化丸在多雨的情况下存放在露天场地时会产生大量细粒。因此，“助熔丸”中的助熔剂的量小于例如熔炼设施处所需的量，并且即使使用了由“助熔丸”制成的HDRI/HBI，也必须在熔炉处从外部添加大量的助熔剂。
此外，随着在竖炉的原料中添加更多的碳和/或助熔剂，由竖炉生产的直接还原铁的生产速率或DRI的铁含量降低。因此，虽然期望在DR设备处以均匀的方式将固体碳和/或助熔剂材料添加到HDRI/HBI，优选地在完成还原过程之后，但是据信当前没有如本公开内容所呈现的本文中这样的技术可用。
因此，本文公开的***和方法的实施例有利地解决了前述需求和其他需求。
在说明性实施例中，一种用于生产具有增加的固体碳质材料和/或助熔剂的热压块铁的方法包括：提供直接还原设备的竖炉以利用还原性气体还原氧化铁；提供热压块机以生产热压块铁；将溜槽联接在a)所述竖炉的用于排出热直接还原铁的排出出口和b)所述热压块机的入口之间；将固体碳质材料和/或助熔剂添加到从所述竖炉排出的热直接还原铁，以生产所排出的热直接还原铁和所述固体碳质材料和/或助熔剂的混合物，然后将所述混合物馈送到所述热压块机；以及在所述热压块机中进行处理以生产热压块铁的产品，所述产品具有按重量计大于3％的增加的固体碳质材料含量和/或增加的助熔剂含量。
在另一个说明性实施例中，一种用于生产具有增加的固体碳质材料和/或助熔剂的热压块铁的***包括：直接还原设备的竖炉，所述竖炉被配置为利用还原性气体还原氧化铁；被配置为生产热压块铁的热压块机；溜槽，所述溜槽联接在a)所述竖炉的用于排出热直接还原铁的排出出口和b)所述热压块机的入口之间；以及固体碳质材料和/或助熔剂，所述固体碳质材料和/或助熔剂被配置为添加到从所述竖炉排出的热直接还原铁，以在向所述热压块机馈送之前生产所排出的热直接还原铁与所述固体碳质材料和/或助熔剂的混合物。所述混合物被配置为在所述热压块机中被处理以生产热压块铁的产品，所述产品具有按重量计大于3％的增加的固体碳质材料含量和/或增加的助熔剂含量。
附图说明
本文参考各个附图示出并描述了本公开内容，其中，适当时使用相同的附图标记来表示相同的方法步骤/***/设备部件，并且其中：
图1是示出根据本公开内容的在HBI细粒回收***处添加碳和/或助熔剂的新颖***和方法的实施例的示意图，其中，碳和/或助熔剂与HBI细粒混合以被回收到HB机。
图2是示出根据本公开内容的在HBI生产设备中的HPD(热产品分配器)处添加碳和/或助熔剂的新颖***和方法的实施例的示意图；
图3是示出根据本公开内容的在HBI生产设备中的HPD(热产品分配器)处添加碳和/或助熔剂的新颖***和方法的实施例的示意图，其示出了图2所示的HPD的立面布置；
图4是示出根据本公开内容的在HBI生产设备中的HB机馈送通路处添加碳和/或助熔剂的新颖***和方法的实施例的示意图；
图5是示出根据本公开内容的在HBI生产设备中的HB机馈送***处添加碳和/或助熔剂的新颖***和方法的实施例的示意图；
图6是示出根据本公开内容的在HBI生产设备中的HB机馈送***处添加碳和/或助熔剂的新颖***和方法的实施例的示意图，其示出了图5的进一步细节；以及
图7是示出根据本公开内容的添加碳和/或助熔剂的新颖***和方法的实施例的示意图，包括用于维持HDRI细粒的占比以提高HDRI强度的选项。
具体实施方式
此外，在各种实施例中，本公开内容总体上涉及DRI和炼钢领域。更具体地，本公开内容涉及生产与优选地作为下游DRI熔炼工艺的原料的固体碳质材料和/或助熔剂混合的HBI的方法和***。总的益处是使HBI能够包含例如下游熔炼工艺所需的期望量的碳和/或助熔剂，从而可以通过消除或减少在熔炉处添加的外部碳和/或助熔剂的量来提高碳和/或助熔剂的产率。
现在具体地参考图1，图1示出了一个示例性实施例中的本公开内容的方法/***20的示意图，碳和助熔剂被馈送到位于HBI细粒回收***22中的碳/助熔剂混合器14中，其中，碳和/或助熔剂与HBI细粒混合以经由HB细粒回收传送器11而被回收到HB机9。
应当注意的是，本文提到的碳可以包括固体碳质材料，诸如焦粉、煤、生物炭等，并且本文提到的助熔剂可以包括如在本领域中容易理解的石灰、白云石等。
如图1所示，通常呈丸形式的氧化铁21从直接还原竖炉1的顶部送入，并且HDRI通过可以密封竖炉1的溜槽或竖炉下部密封通路2而从底部的排出出口排出。HDRI通过产品排出室(PDC)3、热产品分配器或分流器(HPD)5、压块馈送通路6和压块馈送螺杆8转移到HB机9。
PDC 3可以有利地通过使用合适的筛网或其他筛选装置筛选出可能损坏HB机9的不期望的大块。
HPD 5将HDRI分配到每个压块馈送通路6，压块馈送通路6将HDRI传送到每个HB机9的压块馈送螺杆8。在这方面，虽然图1示出了两个HB机9、两个压块馈送螺杆8和两个压块馈送通路6，但是可以根据例如生产、空间限制等的需要而采用任何合适的、期望的数量。压块馈送螺杆8混合从竖炉1排出的HDRI和从HBI细粒回收***22回收的HBI细粒并将二者推动到HB机9中。HB机9利用例如两个辊挤压馈送材料混合物，以生产HBI的典型的枕形HDRI结块。然后，利用热压块筛网10处理HB机9的产品，然后例如任何尺寸过大的HBI产品24均可以被冷却，然后被运送到例如取料器或馈送到熔炉，而尺寸过小的细粒通过HBI细粒回收***22被回收到HB机9，该HBI细粒回收***22包括碳/助熔剂混合器14和热压块细粒回收传送器11。
在图1的实施例中，碳和/或助熔剂经由碳/助熔剂馈送***13在碳/助熔剂混合器14中与HBI细粒混合，然后被馈送回到压块馈送螺杆8以生产含有碳和/或助熔剂的HBI。碳/助熔剂混合器14可以是例如简单的混合室或配备有机械混合装置(诸如一个或多个搅拌器或桨)的混合器。
随着向HDRI添加碳和/或助熔剂，HBI的机械强度预计会降低，这在HBI被运送到外部取料器的情况下可能是一个问题。当HB机9在较高温度(通常＞650℃)下压实HDRI时，HBI中的延展性金属铁被压缩并结合在一起，这是有利地维持HBI的强度的机制。HBI中的金属铁较少或异物(诸如氧化铁、脉石和碳)较多会降低HBI的强度。
因此，具有较低金属化度、较低铁或较高脉石含量的HBI通常带来较低强度。虽然原则上可以实现较高的HBI强度以增加金属铁的接触面积，但是不能被实现，这是因为为了增加金属铁与HBI中的碳/助熔剂之间的接触面积而阻碍了金属铁接触，因为碳/助熔剂充当了分离剂并降低了HBI的强度。
因此，为了提高HBI的强度，本文还确定了增加HDRI的细粒占比或减少碳和助熔剂的细粒占比是有利的。更具体地，根据实施例，通过测试已经发现小于6mm HDRI细粒的占比按重量计应该＞5％，更优选按重量计＞10％。而且，小于200mm的碳和/或助熔剂细粒的占比按重量计应该＜20％，更优选地按重量计＜10％。因此，作为选项，可以在在HB机9处进行混合和压缩之前调节HDRI、碳和/或助熔剂的细粒占比，以提高HBI的强度。
还如图1所示，在一个示例性实施例中，虽然可以可选地在PDC 3和HPD 5之间应用HDRI破碎机4，以破碎HDRI中的全部或一些，以增加HDRI的细粒占比，但是原则上HDRI破碎机4的位置也可以按照期望位于竖炉1和HB机9之间的任何位置。破碎机4(包括任何合适的常规破碎机器，诸如冲击式破碎机或锤磨机)可以用于将细粒的尺寸调节到期望的小颗粒尺寸。
因此，为了提高HBI强度，可以可选地通过在图1中的碳/助熔剂制备***12中使用水和/或合适的粘合剂对碳和/或助熔剂进行预结块来调节碳和/或助熔剂的细粒占比。合适的粘合剂包括但不限于一般的有机粘合剂、淀粉、糖蜜等。
如图1进一步所示，在碳/助熔剂制备***12中预先制备碳和/或助熔剂。当碳和助熔剂都添加到HDRI时，碳和助熔剂可以按照期望预混合。将所制备的碳和/或助熔剂材料转移到碳/助熔剂仓和馈送***13，其中，碳和/或助熔剂材料储存在所述仓中，并且利用馈送器使受控量的所述材料根据与HDRI的期望的目标混合速率从仓中排出。可以利用来自竖炉1的HDRI生产速率或来自HB机9的HBI生产速率线性地调节碳和/或助熔剂的馈送速率，通过例如辊速度和所测量的HBI密度或所生产的HBI的直接重量测量来估计所述HBI生产速率。
馈送到HB机9的混合物的温度应该维持在例如＞650℃，以实现HBI的期望的、可接受的密度和强度，这是因为不期望的低密度和强度的HBI可能在运输和储存期间引起问题，特别是在将HBI运送到外部取料器的情况下。
如图1进一步所示，馈送到每个HB机9的压块馈送螺杆8的混合材料可以可选地利用压块馈送通路预热器7(可以是电感或电阻加热器)预热，以弥补任何添加任何冷碳和/或助熔剂导致的温度下降。可以可选地安装压块馈送通路预热器7，以用于在通过压块馈送通路6馈送所添加的碳和/或助熔剂和/或HDRI之后回收的HBI细粒。作为另一种替代方案，可以可选地在碳/助熔剂制备***12中仅预热碳和/或助熔剂。
此外，如上所述，HDRI还可以在进入破碎机4中之前按照期望可选地被冷却。作为代替在破碎机4中研磨HDRI的另一个替代方案，可以并行地添加HDRI细粒，如下文进一步解释的。
现在参考图2和图3，图2是示出根据本公开内容的在HBI生产设备中的HPD(热产品分配器)处添加碳和/或助熔剂的新颖***和方法的实施例的示意图。类似地，图3是示出根据本公开内容的在HBI生产设备中的HPD(热产品分配器)处添加碳和/或助熔剂的新颖***和方法的实施例的示意图，其示出了图2中所示的HPD的立面布置。更具体地，在一个示例性实施例中并且在图2中最佳地看到的，由碳/助熔剂制备***12初步制备的碳和助熔剂可以被馈送到HPD 5的下段，以与从竖炉1排出的HDRI混合。如在图3中最佳地看到的，当碳和助熔剂通过压块馈送通路6和压块馈送螺杆8流到每个HB机9时，碳和助熔剂将与HDRI进一步混合。因此，在该实施例中，即使在没有应用上文描述的图1的HBI细粒回收***22的情况下，也可以在HPD 5处添加碳和助熔剂。
应当注意的是，馈送点的数量与压块馈送通路6的数量相同，其中，在期望精确控制每个HB机9的馈送比率的情况下，可以利用级联每个HB机9的输出部的独立的馈送***(诸如专用于每个馈送点的螺旋馈送器或旋转阀)控制通向每个馈送点的碳和助熔剂的馈送比率。或者，在不需要精确控制每个HB机9的馈送速率的情况下，可以在碳/助熔剂制备***12中控制碳和/或助熔剂的总馈送速率。当特定HB机9空转时，可以利用碳/助熔剂隔离阀15来停止将碳和/或助熔剂向特定压块馈送通路6的馈送。
作为选项，在HPD 5处馈送碳和/或助熔剂之后，压块馈送通路预热器7(类似于图1所示的那样)可以安装在HPD 5下面的每个压块馈送通路6处，以实现向HB机9馈送的混合物的任何期望的温度。
现在参考图4，图4是示出根据本公开内容的在HBI生产设备中的HB机馈送通路6处添加碳和/或助熔剂的新颖***和方法的实施例的示意图。图4还示出了HBI设备处的HB机馈送通路6的示例性布局60。如图所示，在一个示例性实施例中，将由碳/助熔剂制备***12初步制备的碳和助熔剂通过馈送管16被馈送到每个压块馈送通路6中。碳和助熔剂在通过压块馈送螺杆8流向每个HB机9时将与HDRI进一步混合。
应当注意的是，馈送点的数量与压块馈送通路6的数量相同，其中，在需要精确控制每个HB机9的馈送比率的情况下，可以利用级联每个HB机9的输出部的独立的馈送***(诸如专用于每个馈送点的螺旋馈送器或旋转阀)控制通向每个馈送点的碳和助熔剂的馈送比率。或者，在不需要精确控制每个HB机9的馈送速率的情况下，可以在碳/助熔剂制备***12中控制碳和/或助熔剂的总馈送速率。当特定HB机9空转时，可以利用碳/助熔剂隔离阀15来停止将碳和/或助熔剂向特定压块馈送通路6的馈送。作为选项并且如上所述，在图2和图3中的HPD 5处或在图4中的压块馈送通路6处馈送碳和/或助熔剂之后，压块馈送通路预热器7可以安装在HPD 5下面的每个压块馈送通路6处，以实现向HB机9馈送的混合物的任何期望的温度。
现在参考图5，图5是示出根据本公开内容的在HBI生产设备中的HB机馈送***处添加碳和/或助熔剂的新颖***和方法的实施例的立面布置的示意图。类似地，图6是示出根据本公开内容的在HBI生产设备中的HB机馈送***处添加碳和/或助熔剂的新颖***和方法的实施例的示意图，其仅示出了图5的压块馈送螺杆8和HB机9。
图5和图6还特别示出了其中的HB机馈送***17。在一个示例性实施例中，将由碳/助熔剂制备***12初步制备的碳和助熔剂通过馈送管道19通过其溜槽或馈送螺杆被馈送到每个HB机9的压块馈送螺杆8中，这与通过压块馈送通路6馈送HDRI同时进行(如“23”处所示)。因此，HDRI流23通过压块馈送通路6从竖炉1传送，并且碳和助熔剂将通过压块馈送螺杆8与HDRI进一步混合。
此外，馈送点的数量与压块馈送螺杆8的数量相同，其中，在需要精确控制每个HB机9的馈送比率的情况下，可以利用级联每个HB机9的输出部的独立的馈送***(诸如专用于每个馈送点的螺杆馈送器或旋转阀)控制通向每个馈送点的碳和助熔剂的馈送比率。或者，在不需要精确控制每个HB机9的馈送速率的情况下，可以在碳/助熔剂制备***12中控制碳和/或助熔剂的总馈送速率。当特定HB机9空转时，可以利用碳/助熔剂隔离阀15来停止将碳和/或助熔剂向特定压块馈送螺杆8的馈送。
作为选项，在与压块馈送螺杆8中的HDRI混合之前，可以利用安装在碳/助熔剂制备***12处的电阻加热***(诸如上述预热器7)预热馈送到压块馈送螺杆8中的碳和/或助熔剂。
现在参考图7，图7是示出根据本公开内容的添加碳和/或助熔剂的新颖***和方法80的实施例的示意图，包括用于维持HDRI细粒的占比以提高HDRI强度的选项。如上所述，可以通过在馈送到HB机9之前增加HDRI的细粒占比来提高HBI强度。图7示意性地示出了增加或优化HDRI的细粒占比的若干选项，在下面进一步详述这些选项。
选项1：还如图1所示，HDRI破碎机4可以安装在竖炉1和HB机9之间，以维持足够或充足的细粒占比以获得强HBI。然而，破碎高温DRI在技术上可能较复杂。
选项2：如图7中的“26”处所示，在馈送到竖炉1之前，氧化物细粒可以以任何合适/有效的量与氧化铁丸21混合。这对于添加少量的细粒的情况是有效的，然而，应当注意的是，将太多的细粒添加到该氧化物可能导致例如不稳定的固体材料流和通过竖炉1中的材料的不均匀的气体分布。因此，氧化物细粒添加的可允许量可能受到限制。特别地，仅通过氧化物细粒添加来维持HDRI细粒占比按重量计高于5％可能具有挑战性。
选项3：该选项在图7中示出为具有碳/助熔剂28的金属细粒或氧化物细粒。如果可以获得金属细粒(诸如来自用于例如HDRI、HBI或DRI熔化炉的灰尘收集***的金属粉尘)，则金属细粒可以与碳/助熔剂制备***12中的碳和/或助熔剂混合。此后，可以将混合物馈送到HBI细粒或HDRI，如上文关于图2至图6所描述的。
选项4：该选项如图7中的“30”处所示。如其中所示的HDRI排出管32，从竖炉1排出的HDRI的一部分可以被转移到DRI冷却器34。还示出了用于按照期望采用的用于该选项的冷却气体流进/流出44。然后，冷却的DRI可以被冷直接还原铁(CDRI)排出流量控制装置36排出，并且被CDRI破碎机38或筛网46处理以生产CDRI细粒42。代替如选项1所示的破碎HDRI，可能期望通过这样的冷***生产CDRI细粒。然后，可以将冷DRI细粒与碳和/或助熔剂在碳/助熔剂制备***12中混合。此后，可以将混合物馈送到HBI细粒或HDRI，如上文关于图2至图6描述的。进一步注意到，在将冷细粒在HB机9之前馈送到HDRI的情况下，例如诸如在上述选项3和4中，优选的是利用压块馈送通路预热器7补充更明显的热量，以维持HB机9处的压块温度通常＞650℃。
因此，鉴于上文，本文公开的是如下***和方法：其中，有利地，固体碳质和/或助熔剂材料可以在从竖炉排出和装填到热压块(HB)机之间添加到HDRI，以生产用于例如外部取料器或下游熔炉的HBI，以生产液态钢或热金属等。
因此，在说明性实施例中，一种用于生产具有增加的固体碳质材料和/或助熔剂的热压块铁的方法包括：提供直接还原设备的竖炉以利用还原性气体还原氧化铁；提供热压块机以生产热压块铁；将溜槽联接在a)所述竖炉的用于排出热直接还原铁的排出出口和b)所述热压块机的入口之间；将固体碳质材料和/或助熔剂添加到从所述竖炉排出的热直接还原铁，以生产所排出的热直接还原铁和所述固体碳质材料和/或助熔剂的混合物，然后将所述混合物馈送到所述热压块机；以及在所述热压块机中进行处理以生产热压块铁的产品，所述产品具有按重量计大于3％的增加的固体碳质材料含量和/或增加的助熔剂含量。
所述方法还可以包括以下各项中的一项或多项的任意组合：
i)将包括热压块铁细粒的热压块铁细粒回收***联接在所述热压块机的所述入口和出口之间；其中，将固体碳质材料和/或助熔剂添加到所述回收***的回收回路中的热压块细粒，以用于在所述热压块机中进行处理；
ii)将热产品分配器联接在所述溜槽的出口和所述热压块机的所述入口之间；
将固体碳质材料和/或助熔剂添加到所述热产品分配器，以与从所述竖炉排出的热直接还原铁以及固体碳质材料和/或助熔剂相结合，然后通过联接在所述热压块机和所述热产品分配器之间的压块馈送通路向所述热压块机馈送；
iv)将热产品分配器联接在所述溜槽的出口和所述热压块机的所述入口之间；
将压块馈送通路和压块馈送螺杆联接在所述热压块机和所述热产品分配器之间；
其中，固体碳质材料和/或助熔剂被添加到在所述热压块机的压块馈送通路中的排出的热直接还原铁，所述固体碳质材料和/或助熔剂与所述热直接还原铁在进入所述热压块机中进行结块处理之前在所述压块馈送螺杆处进一步混合；
v)其中，将固体碳质材料和/或助熔剂以及所排出的热直接还原铁添加到与所述热压块机联接的压块馈送螺杆；
vi)以按重量计大于5％或按重量计大于10％的小于6mm细粒的细粒占比将所述热直接还原铁提供给所述热压块机；
vii)在向所述热压块机馈送之前，破碎所述热直接还原铁以增加所述细粒的所述占比；
viii)以按重量计小于20％或按重量计小于10％的小于200mm细粒的细粒占比提供所述碳质材料和/或助熔剂；
ix)在与所述热直接还原铁混合之前，筛选所述碳质材料和/或助熔剂以降低细粒的所述占比；
x)在与所述热直接还原铁混合之前，将所述碳质材料和/或助熔剂与水或粘合剂混合，以制成结块并降低细粒的所述占比；
xi)利用预热器预热1)所述热直接还原铁和2)所述碳质材料和/或助熔剂中的至少一项；
xii)其中，在向所述竖炉馈送之前，将氧化物细粒和氧化铁丸混合，以使向所述热压块机馈送的热直接还原铁中小于6mm细粒的细粒占比增加；
xiii)其中，金属细粒与碳质和/或助熔剂材料混合，然后在进入所述热压块机中之前与热压块细粒或热直接还原铁相结合，以使小于6mm细粒的细粒占比增加；
xiv)提供与所述溜槽联接的直接还原铁冷却器；
将热直接还原铁的一部分排放到所述冷却器以生产冷直接还原细粒，所述冷直接还原细粒随后1)在破碎机中被破碎并与所述碳质和/或助熔剂材料混合，然后在进入所述热压块机中之前与热直接还原铁或热压块细粒结合，以使向所述热压块机馈送的热直接还原铁中的小于6mm细粒的细粒占比增加；或2)被筛选并与所述碳质和/或助熔剂材料混合，然后在进入所述热压块机中之前与热直接还原铁或热压块细粒结合，以使向所述热压块机馈送的热压块铁中的小于6mm细粒的细粒占比增加。
在另一个说明性实施例中，一种用于生产具有增加的固体碳质材料和/或助熔剂的热压块铁的***包括：直接还原设备的竖炉，所述竖炉被配置为利用还原性气体还原氧化铁；被配置为生产热压块铁的热压块机；溜槽，所述溜槽联接在a)所述竖炉的用于排出热直接还原铁的排出出口和b)所述热压块机的入口之间；以及固体碳质材料和/或助熔剂，所述固体碳质材料和/或助熔剂被配置为添加到从所述竖炉排出的热直接还原铁，以在向所述热压块机馈送之前生产所排出的热直接还原铁与所述固体碳质材料和/或助熔剂的混合物。所述混合物被配置为在所述热压块机中被处理以生产热压块铁的产品，所述产品具有按重量计大于约3％的增加的固体碳质材料含量和/或增加的助熔剂含量。
所述***还可以包括以下各项中的一项或多项的任意组合：
i)包括热压块铁细粒的热压块铁细粒回收***，所述回收***联接在所述热压块机的所述入口和出口之间；其中，所述固体碳质材料和/或助熔剂被配置为添加到所述回收***的回收回路中的热压块细粒，以用于在所述热压块机中进行处理；
ii)在所述溜槽的出口和所述热压块机的所述入口之间的热产品分配器；
其中，所述固体碳质材料和/或助熔剂被配置为添加到所述热产品分配器，以与从所述竖炉排出的热直接还原铁以及固体碳质材料和/或助熔剂相结合，然后通过联接在所述热压块机和所述热产品分配器之间的压块馈送通路向所述热压块机馈送；
iii)联接在所述溜槽的出口和所述热压块机的所述入口之间的热产品分配器；
联接在所述热压块机和所述热产品分配器之间的压块馈送通路和压块馈送螺杆；
其中，所述固体碳质材料和/或助熔剂被配置为添加到在所述热压块机的压块馈送通路中的排出的热直接还原铁，所述固体碳质材料和/或助熔剂与所述热直接还原铁被配置为在进入所述热压块机中以进行结块处理之前在所述压块馈送螺杆处进一步混合；
iv)其中，所述固体碳质材料和/或助熔剂以及所排出的热直接还原铁被配置为添加到与所述热压块机联接的压块馈送螺杆；
v)其中，所述热直接还原铁被配置为以按重量计大于5％或按重量计大于10％的小于6mm细粒的细粒占比提供给所述热压块机；
vi)破碎机，所述破碎机被配置为破碎所述热直接还原铁，以在向所述热压块机馈送之前增加所述细粒的所述占比；
vii)其中，所述碳质材料和/或助熔剂具有按重量计小于20％或按重量计小于10％的小于200mm细粒的细粒占比；
viii)筛选装置，所述筛选装置被配置为筛选所述碳质材料和/或助熔剂，以在与所述热直接还原铁混合之前减少细粒的所述占比；
ix)预热器，所述预热器被配置为预热1)所述热直接还原铁和2)所述碳质材料和/或助熔剂中的至少一项；
x)其中，所述预热器是安装在与所述热压块机联接的压块馈送通路处的电加热器；
xi)预热器，所述预热器被配置为：在所述回收回路中混合所述碳质材料和/或助熔剂之后预热所述热压块细粒，或者在添加到所回收的热压块细粒之前预热所述碳质材料和/或助熔剂；
xii)碳质材料和/或助熔剂制备、储存和馈送***，以生产添加到所述回收***中的热压块细粒的所述碳质材料和/或助熔剂；
xiii)混合装置，所述混合装置具有搅拌器或桨中的至少一种，以将所述碳质材料和/或助熔剂与回收的热压块铁细粒混合；
xiv)联接到所述溜槽的直接还原铁冷却器；
联接到所述直接还原铁冷却器的破碎机或筛网；
其中，所排出的热直接还原铁的一部分被配置为被转移到所述直接还原铁冷却器以生产冷直接还原细粒，所述冷直接还原细粒被配置为随后1)在所述破碎机中被破碎并与所述碳质和/或助熔剂材料混合，然后在进入所述热压块机中之前与热直接还原铁或热压块细粒结合，以使被配置为向所述热压块机馈送的热压块铁中的小于6mm细粒的细粒占比增加；或2)在所述筛网中被筛选并与所述碳质和/或助熔剂材料混合；然后在进入所述热压块机中之前与热直接还原铁或热压块细粒结合，以使被配置为向所述热压块机馈送的热压块铁中的小于6mm细粒的细粒占比增加。
尽管参考优选实施例及其具体示例示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员将容易明白的是，其他实施例和示例可以执行类似的功能和/或实现类似的结果。所有此类等效实施例和示例都在本发明的精神和范围内并且由此被想到，并且旨在被随附的权利要求涵盖。另外，本文描述的所有元件和特征均可以在实施例中以任意组合使用。

Claims (29)

1.一种用于生产具有增加的固体碳质材料和/或助熔剂的热压块铁的方法，包括：
提供直接还原设备的竖炉以利用还原性气体还原氧化铁；
提供热压块机以生产热压块铁；
将溜槽联接在a)所述竖炉的用于排出热直接还原铁的排出出口和b)所述热压块机的入口之间；
将固体碳质材料和/或助熔剂添加到从所述竖炉排出的热直接还原铁，以生产所排出的热直接还原铁和所述固体碳质材料和/或助熔剂的混合物，然后将所述混合物馈送到所述热压块机；以及
在所述热压块机中进行处理以生产热压块铁的产品，所述产品具有按重量计大于3％的增加的固体碳质材料含量和/或增加的助熔剂含量以实现DRI熔炼工艺所需的炉渣碱度(C/S)。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
将包括热压块铁细粒的热压块铁细粒回收***联接在所述热压块机的所述入口和出口之间；其中，将固体碳质材料和/或助熔剂添加到所述回收***的回收回路中的热压块细粒，以用于在所述热压块机中进行处理。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
将热产品分配器联接在所述溜槽的出口和所述热压块机的所述入口之间；
将固体碳质材料和/或助熔剂添加到所述热产品分配器，以与从所述竖炉排出的热直接还原铁以及固体碳质材料和/或助熔剂相结合，然后通过联接在所述热压块机和所述热产品分配器之间的压块馈送通路向所述热压块机馈送。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
将热产品分配器联接在所述溜槽的出口和所述热压块机的所述入口之间；
将压块馈送通路和压块馈送螺杆联接在所述热压块机和所述热产品分配器之间；
其中，固体碳质材料和/或助熔剂被添加到在所述热压块机的压块馈送通路中的排出的热直接还原铁，所述固体碳质材料和/或助熔剂与所述热直接还原铁在进入所述热压块机中进行结块处理之前在所述压块馈送螺杆处进一步混合。
5.如权利要求1所述的方法，
其中，将固体碳质材料和/或助熔剂以及所排出的热直接还原铁添加到与所述热压块机联接的压块馈送螺杆。
6.如权利要求1所述的方法，包括：以按重量计大于5％或按重量计大于10％的小于6mm细粒的细粒占比将所述热直接还原铁提供给所述热压块机。
7.如权利要求6所述的方法，包括：在向所述热压块机馈送之前，破碎所述热直接还原铁以增加所述细粒的所述占比。
8.如权利要求1所述的方法，包括：以按重量计小于20％或按重量计小于10％的小于200mm细粒的细粒占比提供所述碳质材料和/或助熔剂。
9.如权利要求8所述的方法，包括：在与所述热直接还原铁混合之前，筛选所述碳质材料和/或助熔剂以降低细粒的所述占比。
10.如权利要求8所述的方法，包括：在与所述热直接还原铁混合之前，将所述碳质材料和/或助熔剂与水或粘合剂混合，以制成结块并降低细粒的所述占比。
11.如权利要求1所述的方法，包括：利用预热器预热
1)所述热直接还原铁，和
2)所述碳质材料和/或助熔剂
中的至少一项。
12.如权利要求6所述的方法，其中，在向所述竖炉馈送之前，将氧化物细粒和氧化铁丸混合，以使向所述热压块机馈送的热直接还原铁中小于6mm细粒的细粒占比增加。
13.如权利要求6所述的方法，其中，金属细粒与碳质和/或助熔剂材料混合，然后在进入所述热压块机中之前与热压块细粒或热直接还原铁相结合，以使小于6mm细粒的细粒占比增加。
14.如权利要求6所述的方法，包括：
提供与所述溜槽联接的直接还原铁冷却器；
将热直接还原铁的一部分排放到所述冷却器以生产冷直接还原细粒，所述冷直接还原细粒随后
1)在破碎机中被破碎并与所述碳质和/或助熔剂材料混合，然后在进入所述热压块机中之前与热直接还原铁或热压块细粒结合，以使向所述热压块机馈送的热直接还原铁中的小于6mm细粒的细粒占比增加；或
2)被筛选并与所述碳质和/或助熔剂材料混合，然后在进入所述热压块机中之前与热直接还原铁或热压块细粒结合，以使向所述热压块机馈送的热压块铁中的小于6mm细粒的细粒占比增加。
15.一种用于生产具有增加的固体碳质材料和/或助熔剂的热压块铁的***，包括：
直接还原设备的竖炉，所述竖炉被配置为利用还原性气体还原氧化铁；
被配置为生产热压块铁的热压块机；
溜槽，所述溜槽联接在a)所述竖炉的用于排出热直接还原铁的排出出口和b)所述热压块机的入口之间；
固体碳质材料和/或助熔剂，所述固体碳质材料和/或助熔剂被配置为添加到从所述竖炉排出的热直接还原铁，以在向所述热压块机馈送之前生产所排出的热直接还原铁与所述固体碳质材料和/或助熔剂的混合物；并且
其中，所述混合物被配置为在所述热压块机中被处理以生产热压块铁的产品，所述产品具有按重量计大于3％的增加的固体碳质材料含量和/或增加的助熔剂含量以实现DRI熔炼工艺所需的炉渣碱度(C/S)。
16.如权利要求15所述的***，还包括：
包括热压块铁细粒的热压块铁细粒回收***，所述回收***联接在所述热压块机的所述入口和出口之间；其中，所述固体碳质材料和/或助熔剂被配置为添加到所述回收***的回收回路中的热压块细粒，以用于在所述热压块机中进行处理。
17.如权利要求15所述的***，还包括：
在所述溜槽的出口和所述热压块机的所述入口之间的热产品分配器；
其中，所述固体碳质材料和/或助熔剂被配置为添加到所述热产品分配器，以与从所述竖炉排出的热直接还原铁以及固体碳质材料和/或助熔剂相结合，然后通过联接在所述热压块机和所述热产品分配器之间的压块馈送通路向所述热压块机馈送。
18.如权利要求15所述的***，还包括：
联接在所述溜槽的出口和所述热压块机的所述入口之间的热产品分配器；
联接在所述热压块机和所述热产品分配器之间的压块馈送通路和压块馈送螺杆；
其中，所述固体碳质材料和/或助熔剂被配置为添加到在所述热压块机的压块馈送通路中的排出的热直接还原铁，所述固体碳质材料和/或助熔剂与所述热直接还原铁被配置为在进入所述热压块机中进行结块处理之前在所述压块馈送螺杆处进一步混合。
19.如权利要求15所述的***，
其中，所述固体碳质材料和/或助熔剂以及所排出的热直接还原铁被配置为添加到与所述热压块机联接的压块馈送螺杆。
20.如权利要求15所述的***，其中，所述热直接还原铁被配置为以按重量计大于5％或按重量计大于10％的小于6mm细粒的细粒占比提供给所述热压块机。
21.如权利要求20所述的***，包括破碎机，所述破碎机被配置为破碎所述热直接还原铁，以在向所述热压块机馈送之前增加所述细粒的所述占比。
22.如权利要求15所述的***，其中，所述碳质材料和/或助熔剂具有按重量计小于20％或按重量计小于10％的小于200mm细粒的细粒占比。
23.如权利要求22所述的***，包括筛选装置，所述筛选装置被配置为筛选所述碳质材料和/或助熔剂，以在与所述热直接还原铁混合之前减少细粒的所述占比。
24.如权利要求15所述的***，包括预热器，所述预热器被配置为预热
1)所述热直接还原铁，和
2)所述碳质材料和/或助熔剂
中的至少一项。
25.如权利要求24所述的***，其中，所述预热器是安装在与所述热压块机联接的压块馈送通路处的电加热器。
26.如权利要求16所述的***，还包括预热器，所述预热器被配置为：在所述回收回路中混合所述碳质材料和/或助熔剂之后预热所述热压块细粒，或者在添加到所回收的热压块细粒之前预热所述碳质材料和/或助熔剂。
27.如权利要求16所述的***，还包括碳质材料和/或助熔剂制备、储存和馈送***，以生产添加到所述回收***中的热压块细粒的所述碳质材料和/或助熔剂。
28.如权利要求27所述的***，还包括混合装置，所述混合装置具有搅拌器或桨中的至少一种，以将所述碳质材料和/或助熔剂与回收的热压块铁细粒混合。
29.如权利要求15所述的***，还包括：
联接到所述溜槽的直接还原铁冷却器；
联接到所述直接还原铁冷却器的破碎机或筛网；
其中，所排出的热直接还原铁的一部分被配置为被转移到所述直接还原铁冷却器以生产冷直接还原细粒，所述冷直接还原细粒被配置为随后
1)在所述破碎机中被破碎并与所述碳质和/或助熔剂材料混合，然后在进入所述热压块机中之前与热直接还原铁或热压块细粒结合，以使被配置为向所述热压块机馈送的热压块铁中的小于6mm细粒的细粒占比增加；或
2)在所述筛网中被筛选并与所述碳质和/或助熔剂材料混合；然后在进入所述热压块机中之前与热直接还原铁或热压块细粒结合，以使被配置为向所述热压块机馈送的热压块铁中的小于6mm细粒的细粒占比增加。
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