CN1190995A - 生产生铁水或钢的预产物的方法及实施该方法的设备 - Google Patents

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F·瓦尔纳
J·申克
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Abstract

一种在熔融气化器(1)的熔融气化区中,由细粒含铁物料(5)制备生铁水(24)或钢的预制品的方法,其中,在由固体碳载体(16,16′)形成的床(27)中形成还原气体的同时,提供含碳物料(19,19′)和含氧气体,含铁物料(5)在经过床(27)时被熔化。为了能用由最多为100%的细矿石构成的炉料进行加工,及同时避免供入的细矿石的排出,细粒煤如煤粉和/或其它含有挥发份的含碳物料(19)的供应管(18)和输送含氧气体的管线(21)通过熔融气化器(1)的还原气体排放管(2、17)的附近,细粒煤(19)和/或其它含挥发份的含碳物料在被引入熔融气化器(1)的期间转化,反应生成细粒焦炭(19′),细粒焦炭随自熔融气化器(1)排出的还原气体一起被排放,然后在分离装置(3)中被分离。

Description

生产生铁水或钢的预产物 的方法及实施该方法的设备
本发明涉及在熔融气化器的熔融气化区中用细粒含铁材料、尤其是经还原的海绵铁生产生铁水或钢的预产物的方法，其中在提供含碳物料及含氧气体的情况下、在于固体碳载体构成的床中形成还原气体的同时，在该含铁材料任选地是预先完全还原的材料通过该床时被熔化，本发明还涉及实施此方法的设备。
从EP-B-0010627可知一种在熔融气化器中、用粒状含铁材料、尤其是经预还原的海绵铁生产生铁水及生产还原气体的方法，其中的流化床是通过加煤及吹入含氧气体用焦炭颗粒形成的。含氧气体或纯氧在该熔融气化区的下部区域喷入。粒状含铁材料、尤其是经预还原的海绵铁及块煤经设在熔融气化器顶盖中的加料口加入，下落的颗粒被阻滞在此流化床中而含铁的颗粒在其经此焦炭流化体下落时被还原和熔化。被渣覆盖的金属液在熔融气化器的底部收集。金属和渣经各自的排放口排放。
但这种类型的方法不适于处理细粒海绵铁和细粒煤，由于那里有大量猛烈的气流，细粒固体颗粒被立即从熔融气化器中排走。在熔融气化器上部区域中占优势的温度甚至更加强了排放，因为此温度过低而不能保证海绵铁在加料位点熔化。
从US-A-5,082,251得知，借助用天然气产生的还原气体，通过流态化直接还原含铁细矿石。该富铁的细矿石在由顺序排列的流化床反应器构成的***中、在高压下借助还原气体还原。此后，将这样产生的海绵铁粉未经热或冷造块。单独熔化团块是为进一步处理此海绵铁粉末而设置的。在那里不可能处理细粒煤。
从EP-B-111176得知，用块铁矿生产海绵颗粒及生产生铁水，该铁矿石在直接还原的团块中被直接还原，而从此直接还原的团块中排出的海绵铁颗粒被分成粗粒部分和细粒部分。将此细粒部分供给熔融气化器，在其中熔化海绵铁所需的热及供给此处用于直接还原团块的还原气体由加入的煤和供入的含氧气体产生。在这样操作时，仅可能加入块状的煤；细颗粒的煤会被还原气体带出熔融气化器。
按照EP-A-0576414的方法，含块状铁矿石的炉料在还原竖炉中用在熔融气化区中形成的还原气体直接还原。然后将这样得到的海绵铁供给此熔融气化区。为了能按已知的方法另加利用细矿和/或矿尘、如在冶金厂中产生的氧化铁细尘，将此细矿和/或矿粉和焦炭粉一起输往在熔融气化区中运行的粉尘燃烧器，再以不足化学计量燃烧反应进行反应。这种方法便于有效地处理最多为总炉料量的20-30％的细矿和/或冶金厂产生的矿尘，因而便于综合处理块矿和细矿及处理焦炭粉。但使用焦炭粉是成问题的，因为热的还原的矿石将引起脱气和形成焦油，从而在输送管中结焦。
本发明的目的是旨在避免这些缺点和困难，提供一种开头所定义类型的方法及实施此方法的设备，被它们能处理细粒焦炭及含铁的细颗粒材料。一方面会可靠地防止熔融气化器中产生的还原气体将供入的细颗粒带走，另一方面，能保证可能需要的含铁材料的完全还原。本发明的目的尤其在于提供这样的方法：当加细颗粒煤时，该方法可通过使用熔融气化器将100％的细颗粒含铁材料处理成生铁和/或钢的预产物。
按照本发明，以开头所限定类型的方法达到了这一目的，其中细粒煤如煤粉和/或其它的包括挥发份的含碳物料的供料管和输送含氧气体的管线进到熔融气化器的还原气体排放管附近部位，该细粒煤和/或包含挥发份的其它含碳物料由于引入了熔融气化器而反应成细粒焦炭，此细粒焦炭随自此熔融气化器带出的还原气体排出，然后在一分离装置中被分离。按照本发明，利用强的还原气流所产生的排放效果，细颗粒的煤以简单的方式被转变成焦炭。该细粒焦炭基本上可较迅速地变更，以便进一步利用，因为无需要担心脱气和形成焦油了。其它的包含挥发份的含碳物料包括比如合成的橡胶屑(shredder)或细粒石油盐。
较好地是，将细粒焦炭与任选地被还原气体预热和/或还原过的细粒含铁物料一起供往熔融气化器，其中，按照一实施方案，于该床之上所形成的稳定区中，在直接供氧的条件下，通过使供于熔融气化器的细粒焦炭燃烧和/气化而形成高温燃烧区和/或气化区，细粒含铁物料是被直接引入此高温燃烧区和/或气化区中的，其中至少此含铁物料的表面熔化及其烧结是用细粒焦炭反应时所放出的热进行的。
这样形成的团块由于其增大的质量，所以有较高的垂直下降速度。借此并借助其加大了的形式因素，即借助其因形成变大的球而更为有利的Cw值，防止了该含铁物料被自熔融气化器放出的还原气体排出。
从EP-A-0217331得知，通过流态化使细矿石预还原，再将此经预还原的细矿石引入熔融气化器，然后借助等离子燃烧器、在提供含碳还原剂的条件下使之完全还原和熔化。在熔融气化器中形成一流化床，并在其上形成一焦炭流化床。经预还原的细矿石或海绵铁粉分别被供至设在熔融气化器下部的等离子燃烧器。在那里，不利的是，由于预还原的细矿不直接供入下熔化区，即收集熔体的区域，所以不再能保证完全还原，而且在任何情况下也达不到进一步处理此生铁时所需的化学成分。此外，由于在熔融气化器下部分别形成煤的流化床和固定床，故不可能引入大量的预还原细矿石，因为不可能充分地从该等离子燃烧器的高温区放出熔化产物。大量引入预还原粉矿会立即导致等离子燃烧器的热的和机械的故障。
为了以尽可能均匀而完全的方式获得混合的和处理过的被提供的固体，集中地而且是在熔融气化器上端形成按本发明的高温燃烧区和/或化区是有益的，而且原料向下供入，结团因含铁材料在高温燃烧区和/或气化区中的漩流而被加速和增强，此外，在漩流的情况下，向此高温燃烧和/或气化区中供氧同样也有利地进行。
按照一个优选的操作方案，该含铁材料以与细粒焦炭混合的状态被引入高温燃烧和/或气化区中。
此外，如果借助推动物如氮或方法中的气体提高含铁物料进入高温燃烧区和/或熔融气化器的速度也是有益的。
按照一优选的实施方案，将在熔融气化区中形成的还原气体输往预热区和/或直接还原区，以便预热此含铁原料，从而使该被预热和/或还原的含铁原料在热态下被供往此高温燃烧和/或气化区。有益的是，可另行将细粒焦炭供往此预热和/或直接还原区。
有益的是，将块煤另行引入熔融气化器，以便形成由固体碳载体构成的床。
一种较佳的变通方案的特点是：将预热和/或直接还原区中的含铁原料分成细粒部分和粗粒部分，后者最好包含0.5-8mm间的颗粒，而仅将此细粒部分引入高温燃烧和/或气化区，而将粗粒部分直接引入熔融气化器，更好地是引入其稳定空间中。被还原的铁矿石中的粗的部分可单靠重力加入，如果被掺入高温燃烧和/或气化区，它们只消耗热。结果，这种热可用于使这些细颗粒结团。因此，用于形成高温燃烧和/或气化区的燃烧器可更有效地运行，而且可任选地制成较小的尺寸而不影响结团。
另一种变通方案的特征是：将此还原气体以非提纯的状态输往预热区和/或直接还原区。借此，可使含碳粉尘在此预热和/或直接还原区中从熔融气化区中分离出来。
一种用于实施此方法的设备包括：一个熔融气化器，它包括用于添加和排出含碳物料、含铁物料、用于排放所产生的还原气体及用于输送含氧气体的管道，此外还包括出渣口和熔体出口，为收集生铁水和/或钢的预产物及液体渣所设的熔融气化器的一个下段、为容纳固体碳载体的床所设的、位于F段上方的一个中段，及作为稳定空间而设的一个上段，该设备的特征在于，该气化器位于还原气体排放管的开口附近，包括一用于提供细粒煤的燃烧器，还在于，在该还原气体排放管中设有将此还原气体排放管中设有将随此还原气体一起排放的细粒焦炭分离出来的分离装置，一根使细粒焦炭从此分离装置适宜地进入熔融气化器的返回管。
较好地是，将输送含氧气体和细粒含铁物料的燃烧器及供应细粒焦炭的供应装置设在此稳定空间的上端。
较好地是，设置一个中心仰置的、即按熔融气化器的垂直纵向轴仰置的单燃烧器，此燃烧器口的取向是朝向该床的表面。
适宜的是，还借助燃烧器供应细粒焦炭，将该燃烧器作为氧-碳燃烧器构成是有益的。
为得到供于此燃烧器的各种固体相互彻底的混合并与输入的氧混合，使此燃烧器设有用于经此燃烧器供入的固体的漩流装置，以适当地设置用于经此燃烧器输入的含氧气体的另外的漩流装置是有益的。
如果用于供应细粒的含铁颗粒和细粒焦炭的混合的原料管通入此燃烧器，则简单的燃烧器结构是有利的。
按照另一实施方案，还原气体排放管通入预热和/或单直接还原细粒含铁物料的装置，从而与熔融气化器的稳定空间分开。
较好地是，预热和/或直接还原装置包括用于将此含铁物料分成细粒部分和粗粒部分的分级装置，而且细粒部分经管路被导至此燃烧器，而粗粒部分经管路直接供往熔融气化器。
适宜的是，还原气体排放管直接通入预热和/或直接还原装置，即中间不安排粉尘分离装置。
下面，将以示例性的实施方案更详细地描述本发明，附图示意性地解释实施本发明的方法的设备。
熔融气化器用1标识，含CO和H2的还原气体在其中由煤和含氧气体产生。此还原气体经通入提纯气体的旋风分离器3的还原气体排放管从熔融气化器中导出，再从旋风分离器3输往预热和/或还原细粒含铁物料，如含铁粉尘、尤其是矿石粉、海绵铁粉等的反应器4。一部分经还原气体排放管2导出的还原气体借助返回管6经除尘器7和压缩机8再循环至还原气体排放管2，以便将此还原气体冷至其在反应器4中使用时所需的温度。
按竖炉设计反应器4是有益的。该竖炉也可用鼓型炉或回转炉代替。此外，可设置数个串联顺序排列的流化床反应器来代替单一的反应器4，此时细铁矿从一个流化床反应器按类似于US-A-5,082,251中所述的方法被导往另一反应器。
在旋风分离器3中被分离的、基本上由焦炭粒或焦炭粉构成的这种细颗粒-如将在下文所解释的那样-经收集容器9借助于返回管9′被供往设在顶端、即顶10或盖***处的燃烧器11，借助于此燃烧器，供自反应器4的细粒含铁物料经管路12被引入熔融气化器1。在被引入熔融气化器1之前，将焦炭粉与细粒含铁物料5混合，然后经混合材料管13供往燃烧器11，同时推动剂管线14经喷射器15通入混合材料管13，则提高了供往燃烧器11的固体的进入速度。比如用氮作推动剂。此外，输送含氧气体的管路16通入燃烧器11。
比如可按EP-A-0481955用通入燃烧器11的中心内管构成燃烧器嘴11，该内管被供含氧气体的环形间隙包围。原则上，焦炭也可经一单独的枪输往燃烧器嘴11′。有益的是，可借助燃烧器11，用螺旋装置使供往燃烧器11的固体螺旋式地前进(即设计成螺旋式的外槽)。此外，可经环形空间螺旋前进地输入氧射流从而保证特别良好的混合。
从熔融气化器1中排出的细粒焦炭或焦炭粉和还原气体一起按以下方式形成：
一个供应细粒焦炭19和/或其它的有挥发份的含炭物料的燃烧器18在熔融气化器1的还原气体排放管2的开口17或数个开口17附近开通。这些物料可包括粉碎机的废弃物或细粒石油焦。它们借助推动剂如经过喷射器20的氮被供往燃烧器18。此外，输送含氧气体的管路21通入燃烧器18中。
供往细粒焦炭或焦炭粉的管路19′的细煤发生反应一部分燃烧，由于燃烧器18被设在还原气体排放管2的开口17附近，所以细煤和还原气体一起几乎被全部排出，然后在旋风分离器3中分离。
在其上部10，熔融气化器包含块状碳载体如煤的供料管22及远在其下的含氧气体供给管23以及任选的室温下为液体或气态的碳载体如烃类，和烧过的熔剂的供料管。
生铁水24和熔化的钢预产物及熔渣25收集于熔融气化器1的下段I，然后经出口26放出。
设于熔融气化器1的下段I上方的部分II用加入的固态碳载体形成了固定床和/或流化床27。供应含氧气体的管路23通入此部分II。设在中间段II上方的上段III起着使在熔融气化器1中所形成的还原气体及随该气体进来的固体的稳定空间的作用。在上段III，有还原气体的排放管2的开口17，并且接入了供应细粒煤19的燃烧器18。
高温燃烧和/或气化区28在燃烧器11的燃烧器嘴11′处形成，含铁物料的细颗粒在其中完全熔化或在形成液滴的过程中至少表面熔化，从而使该含铁颗粒结团。借此有效地防止了该细粒含铁物料随来自熔融气化器1中导出的还原气体一起被排出。
形成液滴状的团块具有较大的水力学直径和/或较高的密度，因而下降速度比细颗粒的高。通过增加形成滴状团块的形式因数，即Cw值，此下降速度被进一步改善。
在熔融气化器1的顶部10的中心区布置燃烧器11可使供入的固体颗粒均匀混合，因而完全结块。结果，该铁载体均匀地汇集于熔融气化器中的、由固体碳载体构成的固定床和/或流化床27中。因此，这有利于用100％的细矿石实施此熔融还原方法及避免该铁载体以固态从熔融气化器中排出。
打算按本发明的方法使用的细粒煤的颗粒尺寸范围在1-0cm之间，而细粒含铁物料的尺寸范围为在8-0cm之间。
所述的以旋风除尘器3循环的粉尘会明显减少，任选地甚至可忽略，因为经用虚线标明的管路2′(在此情况下于旋风分离器3和反应器4间的管线2可以省略)供往反应器4的粉尘被再次从反应器4排出，然后和预热的和任选地经预还原的固体一起供往燃烧器11，从而可在高温区28中在热态下被利用。在此情况下，旋风分离器3因而可省略，或仅为还原气体的循环量而设。
反应器4最好装有分级装置，粗粒部分(0.5-8cm的颗粒)被直接供往熔融气化器1，即靠重力经管路12′加入，而细粒部分经管路12供往高温燃烧和/或气化区28。
这使燃烧器11的负荷轻减，以使它的热只用于最细的颗粒，此颗粒在任何情况下都必须结成团块以避免被排出。粗粒部分的颗粒尺寸应是这样的：使这些颗粒的下降速度稍高于熔融气化区1的区域III中的空管速度从而防止这些颗粒的排出。
实施例
加入1020kg煤/吨、生铁、其中340kg细煤1吨.生铁19而余量为块煤(于22)，和1460kg细粒含铁物料5/吨生铁，用符合附图的设备生产400吨生铁/时。
●煤：
煤的化学分析(细煤19和块煤，重量％以干态计)
            C              77.2％
            H              4.6％
            N              1.8％
            O              6.8％
            S              0.5％
            灰份           9.0％
            固定C(c-fix)   63.0％●细煤19的粒度分布
-500μm     100％
-250μm     85％
-100μm     51％
-63μm      66％
-25μm      21％●细粒含铁物料：化学分析(重份)：
   全铁     66.3％
   Feo      0.4％
   Fe2O3 94.5％
   灼损     1.0％
   水份     1.0％粒度分布
-4000μm    100％
-1000μm    97％
-500μm     89％
-250μm     66％
-150μm     25％●熔剂：化学分析(重量％)：
CaO    34.2％
MgO    9.9％
SiO2  14.1％
Al2O3  0.3％
Fe2O3  1.1％
MnO       0.5％
灼损      39.1％
将321Nm2O2/吨·生铁经按喷嘴设计的供气管23引入床27中，以便将煤气化，燃烧器11的消耗量为255Nm3O2/吨·生铁，而燃烧器18的消耗量为75Nm3O2/吨生铁。●生铁24：化学分析(重量％)：
C     4.3％
Si    0.4％
Mn    0.09％
P     0.1％
S     0.05％
Fe    95.0％●输出气体：量：1720Nm3/吨生铁分析(体积％)：
CO     38.7％
CO2   37.2％
H2    16.4％
H2O   2％
N2+Ar 4.6％
CH4   1.1％热值：     7060KJ/Nm3

Claims (25)

1.从细颗粒含铁物料(5)、特别是还原过的海绵铁在熔融气化器(1)中的熔化气化区中生产生铁水(24)或钢的预产物的方法，其中在由固体碳载体所构成的床(27)中生成还原气体的同时，通过供应含碳物料(19，19′)和含氧气体，使含铁物料(5)、任选地是预先经完全还原的此物料在经过该床(27)时被熔化，该方法的特征在于：细粒煤(19)如煤粉和/或含有挥发份的其它含碳物料的供给管(18)和含氧气体的输送管(21)进入熔融气化器(1)的还原气体排放管(2，17)的附近，细粒煤(19)和/或其它的含挥发份的含碳物料在被引入熔融气化器(1)时，被转化成为细粒焦炭(19′)，该细粒焦炭随排自熔融气化器(1)的还原气体被一起排放，然后被分离。
2.权利要求1的方法，其特征在于，该细粒焦炭(19′)与任选地经此还原气体预热和/或还原的细粒含铁物料(5)一起供往熔融气化器(1)。
3.权利要求2的方法，其特征在于，在床(27)上方形成的稳定区(III)中，在直接供氧的条件下，通过使供往熔融气化器(1)的细粒焦炭(19′)燃烧和/或气化，形成了一个高温燃烧区和/或气化区(28)，细粒含铁物料(5)被直接引入此高温燃烧区和/或气化区中，在其中，含铁物料(5)的至少是表面的熔化及该物料(5)的结团是用细粒焦炭(19′)的反应期间所放出的热进行的。
4.权利要求3的方法，其特征在于，高温燃烧区和/或气化区(28)在熔融气化器(1)的中央及上端(10)形成，而且这些物料的供应是以向下取向的方式进行的。
5.权利要求3或4的方法，其特征在于，通过使含铁物料(5)在高温燃烧区和/或气化区(28)中漩流而使结团加速和强化。
6.权利要求5的方法，其特征在于，将氧供入高温燃烧区和/或气化区(28)同样也借助漩流进行。
7.权利要求3-6中之一项或几项的方法，其特征在于，含铁物料(5)以与细粒焦炭(19′)混合的状态被引入高温燃烧区和/或气化区(28)。
8.权利要求3-7中之一项或几项的方法，其特征在于，含铁物料(5)和细粒焦炭(19′)进入高温燃烧区和/或气化区(28)的速度借助推动剂如氮或该方法中的气体而提高。
9.权利要求3-8中之一项或几项的方法，其特征在于，在熔融气化区中形成的还原气体被供往预热含铁物料(5)的预热区和直接还原区，该被预热的和/或预还原的含铁物料以热态被输往此高温燃烧区和/或气化区。
10.权利要求9的方法，其特征在于，另将细粒焦炭供往此预热和直接还原区。
11.权利要求1-10中之一项和几项的方法，其特征在于，另将块煤加入熔融气化区。
12.权利要求9-11中之一项或几项的方法，其特征在于，在该预热和/或直接还原区中，含铁物料被分成细粒部分和粗粒部分，后者优选含0.5-8mm的颗粒，并且仅将细粒部分引入高温燃烧区和/或气化区(28)，而粗粒部分被直接引入熔融气化器，优选是引入其稳定空间(III)。
13.权利要求9-12中的一项或几项的方法，其特征在于，将还原气体以未提纯态供往预热和/或直接还原区。
14.实施权利要求1-13中之一项或几项的方法的设备，它包括一个熔融气化器(1)，该气化器(1)包括用于添加含碳物料(19，19′)、含铁物料(5)、用于排放所产生的还原气体及用于输送含氧气体的供料和排放管路(2、13、18、23)以及一个渣和熔体出口(26)、为收集生铁水(24)和/或钢的预产物和液体渣(25)而设的熔融气化器(1)的下段(I)，位于其上的、为容纳固体碳载体的床(27)而设的中段(II)及作为稳定空间而设的上段(III)，其特征在于，熔融气化器(1)在还原气体排放管(2)的开口(17)附近包括了一个用于通入细粒煤(19)和/或其它的含有挥发份的含碳物料的燃烧器(18)，其特征还在于，在还原气体排放管(2)中设有将与还原气体一起排放的细粒焦炭(19′)分离的分离装置(3、4)。
15.权利要求14的设备，其特征在于，细粒焦炭(19′)的返回管从分离装置(3)通入熔融气化器(1)。
16.权利要求15的设备，其特征在于，在稳定空间(III)的上端设有至少一个供应含氧气体和细粒含碳物料(5)的燃烧器(11)以及供应细粒焦炭(19′)的供应装置。
17.权利要求16的设备，其特征在于，设有中心布置的、即按熔融气化器(1)的垂直中心纵轴布置的一个单燃烧器(11)，此燃烧器的嘴(11′)朝向床(27)的表面取向。
18.权利要求16或17的设备，其中燃烧器(11)按氧-碳燃烧器、即按还用于供应细粒焦炭(19′)的燃烧器构造。
19.权利要求16-18中之一项或几项的设备，其特征在于，该燃烧器(11)设有用于经燃烧器(11)供应的固体(5、19′)的漩流装置。
20.权利要求16-19中之一项或几项的设备，其特征在于，燃烧器(11)设有用于经燃烧器(11)输来的含氧气体的漩流装置。
21.权利要求16-20中之一项或几项的设备，其特征在于，供应细粒含铁物料(5)和细粒焦炭(19′)的一根混合材料管路(13)通向此燃烧器内。
22.权利要求14-20中之一或几项的设备，其特征在于，还原气体排放管(2)通入用于预热和/或直接还原细粒含铁物料(5)的装置(4)中，而与熔融气化器(1)中的稳定空间(III)分开。
23.权利要求22的设备，其特征在于，用于预热和/或还原的装置(4)包括将含铁物料分成粗粒部分和细粒部分的分级装置，而该细粒部分经管路(12)被导向燃烧器(11)，而粗粒部分则经管路(12′)直接供往熔融气化器。
24.权利要求22或23的设备，其特征在于，还原气体排放管(2)直接通入用于预热和/或直接还原的装置(4)，即中间不设置粉尘分离装置(3)。
25.用按权利要求1-13中任一项方法生产的生铁或钢的预制品制成的商品如轧制的坯料。
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