專利名稱：生產(chǎn)鐵的改進(jìn)熔煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從適當(dāng)鐵源材料生產(chǎn)鐵的熔煉方法。
背景技術(shù)：
我們的澳大利亞專利說明書AU-B-25725/92(656228)和相應(yīng)的授予Floyd等的美國專利5498277公開了在包括渣池的頂部浸沒的噴槍(lance)反應(yīng)器中熔煉含鐵材料的方法。其中，通過至少一個(gè)頂部浸沒的噴槍注入含碳燃料/還原劑和含氧氣體，從而在熔浴的至少一個(gè)還原區(qū)域中產(chǎn)生加熱和還原條件。含鐵材料、附加的含碳還原劑和助熔劑被加入反應(yīng)器中的還原區(qū)或其附近，使用煤作為附加還原劑，以進(jìn)行熔煉和還原。注入的含氧氣體具有從40至100體積％的含氧量。我們的現(xiàn)有專利公開了控制含氧氣體和燃料/還原劑的注入比例，使燃料/還原劑的燃燒度在40重量％至50重量％。來自燃燒、熔煉和還原反應(yīng)的氣態(tài)產(chǎn)物可能包含顯著量的還原性組分，包括一氧化碳和氫氣，以及含有元素碳的粉塵。通過在反應(yīng)器內(nèi)添加二次含氧氣體流，對(duì)這些在熔浴中流動(dòng)的氣體和粉塵進(jìn)行后燃處理，從而產(chǎn)生能量至少部分轉(zhuǎn)移給熔浴的熱能。
基本的熱力學(xué)考慮和工業(yè)實(shí)踐指出在典型地1400℃以上的煉鐵溫度下，從氧化鐵生產(chǎn)金屬鐵需要低于約10-8大氣壓的非常低的氧電位(oxygen potential)。因?yàn)樵谶@種操作溫度下足以使鐵熔化，所以還原條件必須適當(dāng)?shù)厥谷刍蔫F典型地保留3至4重量％的碳。在這種還原條件下，據(jù)認(rèn)為熔浴中產(chǎn)生的二氧化硅和水蒸汽起著氧化劑的作用，至少部分阻止或抑制金屬鐵的形成，并且氧化所含的碳。因此，在專利說明書AU-B-25725/92(626228)的方法中，指定通過噴槍輸送的燃料/還原劑和含氧氣體的燃燒化學(xué)計(jì)量上限為50重量％，在該水平下通過燃料/還原劑的燃燒在熔浴中只產(chǎn)生少量氧化性物質(zhì)(如果存在的話)，例如二氧化硅和水蒸汽。
含碳燃料燃燒中產(chǎn)生的熱能主要源自一氧化碳燃燒成二氧化硅以及氫氣燃燒成水蒸汽的燃燒過程。為了回收該能量，AU-B-25725/92(626228)幾乎完全依賴于后燃處理來回收燃料的能量值。
對(duì)于后燃處理，為了燃燒產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣，再單獨(dú)將含氧氣體注入熔浴上方的反應(yīng)器氣體空間中，并在其中產(chǎn)生含碳粉塵。來自氣體空間的能量借助對(duì)流和輻射等方式送回給熔浴，并且直接傳導(dǎo)給通過氣體空間的新原料和飛濺的礦渣滴。從后燃處理回收所述能量的過程使得金屬鐵相基本上不暴露于氧化氣體中。但是，當(dāng)向熔浴回收的能量是大量的并且具有可觀的實(shí)際利益時(shí)，能量回收明顯低于100％效率，這種低效率導(dǎo)致相對(duì)于池溫對(duì)反應(yīng)器廢氣的加熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在使用含有渣池并且具有至少一個(gè)頂部浸沒的噴槍的頂部浸沒噴槍反應(yīng)器來提供一種熔煉鐵源材料的改進(jìn)方法，本發(fā)明能夠改進(jìn)熱能的使用。
在本發(fā)明的方法中，通過至少一個(gè)噴槍將初始含氧氣體和含碳燃料/還原劑注入礦渣中，控制添加比例以使燃料/還原劑的燃燒度顯著超過50重量％。即，氧與燃料/還原劑的化學(xué)計(jì)量比超過50％。
因此，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種熔煉其中鐵以氧化物形式存在和/或處于部分金屬化狀態(tài)的含鐵源材料的方法，其中通過至少一個(gè)頂部浸沒的噴槍，經(jīng)浸沒注入燃料/還原劑和含氧氣體在熔浴的渣相內(nèi)產(chǎn)生至少一個(gè)燃燒區(qū)；其中控制含氧氣體和燃料/還原劑的注入比例，以提供超過60重量％的燃料/還原劑的燃燒度；并且其中來自燃燒、熔煉和還原反應(yīng)的氣態(tài)產(chǎn)物，以及裹在氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵中的碳元素在渣相上方接受后燃處理，以將所得的熱能傳遞給熔浴。
在本發(fā)明的方法中，在鄰近或者距通過注入初始含氧氣體和燃料/還原劑所產(chǎn)生的燃燒區(qū)適當(dāng)距離處加入鐵源材料、附加還原劑和助熔劑。
更具體地說，本發(fā)明提供了一種通過在包含含有或具有渣相的熔浴的反應(yīng)器中，熔煉其中鐵以氧化物形式存在和/或處于部分金屬化狀態(tài)的含鐵源材料來生產(chǎn)鐵金屬和礦渣的方法，其中所述方法包括下列步驟(a)通過至少一個(gè)頂部浸沒的噴槍將燃料/還原劑和含氧氣體注入礦渣中，從而在熔浴的至少一個(gè)還原區(qū)中產(chǎn)生加熱和還原條件；(b)在至少一個(gè)還原區(qū)或其附近，將源材料與附加還原劑和助熔劑一起加入所述反應(yīng)器中，從而使源材料接受熔煉還原，產(chǎn)生包含CO和H2的燃燒氣體；(c)通過所述至少一個(gè)噴槍控制含氧氣體和燃料/還原劑的注入比例，實(shí)現(xiàn)所需的充分還原條件；及(d)在熔浴上方的反應(yīng)器中，對(duì)通過熔煉產(chǎn)生的燃燒氣體進(jìn)行后燃處理；其中，進(jìn)行步驟(c)的控制，以使得所注入的含氧氣體的含氧量在約40體積％至約100體積％之間，并且足以使通過至少一個(gè)噴槍注入的燃料/還原劑的燃燒度超過60重量％。
所注入的“燃料/還原劑”包括具有能燃燒提供熱能的燃料組分以及不燃燒并因此在熔煉反應(yīng)中作為還原劑的還原劑組分的材料。應(yīng)當(dāng)理解對(duì)于給定的氣體含氧量，燃料/還原劑中燃料與還原劑的比例可以通過含氧氣體和燃料/還原劑的注入比例來確定。在熔煉開始前，開啟噴槍，在升高的位置上通過消耗燃料產(chǎn)生燃燒火焰。然后，降低噴槍，將其下端浸沒入礦渣中，同時(shí)維持火焰在礦渣內(nèi)提供燃燒區(qū)。
如上所述，熱力學(xué)考慮和工業(yè)實(shí)踐預(yù)期氧與燃料/還原劑的化學(xué)計(jì)量比超過約50％將在渣池中引起二氧化碳和水蒸汽，這將阻止或抑制金屬鐵的形成，并且氧化存在的碳和任何金屬鐵。但是，在本發(fā)明中，驚人地沒有發(fā)現(xiàn)這種預(yù)期情況。這可能是由于氧和燃料/還原劑的頂部浸沒注入或附加的還原劑，或者這些因素的組合。
化學(xué)計(jì)量比超過50％時(shí)，二氧化硅和水蒸汽的會(huì)阻止或抑制金屬鐵的形成并氧化碳和金屬鐵這一預(yù)期是源于高溫平衡的簡(jiǎn)單且傳統(tǒng)的考慮。即，假定系統(tǒng)基本上處于平衡，基本上在整個(gè)反應(yīng)池中存在著相同的還原電勢(shì)。頂部浸沒注入在礦渣中產(chǎn)生高水平的湍流，這就合理地證明了這種假設(shè)。但是，可以使用超過50％化學(xué)計(jì)量比的首要因素是盡管有這種湍流，但是熔浴能夠維持還原電勢(shì)足以高于由任何單個(gè)噴槍產(chǎn)生的燃燒區(qū)的區(qū)域。也就是說，由于各個(gè)區(qū)域之間還原電勢(shì)存在明顯差異，因而可能意外地偏離假設(shè)的系統(tǒng)平衡的理論。
一種可選的或者另外的因素可能由于各個(gè)區(qū)域之間的距離。所述距離可能源于在距離由任何單個(gè)噴槍產(chǎn)生的燃燒區(qū)一定距離的位置加入熔浴中的鐵源材料、附加還原劑和助熔劑?？蛇x地，所述距離可能源于由浸沒注入產(chǎn)生的湍流，所述湍流將部分原料從噴槍產(chǎn)生的燃燒區(qū)中吹出。實(shí)際上，甚至在噴槍處或者非常接近噴槍加入鐵源材料、附加還原劑和助熔劑處，因?yàn)榻]注入通常在熔浴較深的位置，所以可以將其從噴槍產(chǎn)生的還原區(qū)吹出。另外，在附加還原劑的情況中，在優(yōu)選的塊煤形式下，其較低的密度可能導(dǎo)致其向熔浴表面漂移，遠(yuǎn)離噴槍產(chǎn)生的還原區(qū)。
不管涉及什么因素或者因素的組合，使用超過60％化學(xué)計(jì)量比的意外能力能夠改進(jìn)操作效率。
需要燃燒所注入的包括燃料/還原劑的燃料組分，以產(chǎn)生將反應(yīng)器內(nèi)含物加熱至能夠快速發(fā)生反應(yīng)的溫度并且維持熔融池所必需的熱能。熔浴吸收直接能量的效率顯著增加并且可以意外地利用這一點(diǎn)，從而在熔浴內(nèi)實(shí)現(xiàn)更完全的燃燒。通過對(duì)任何殘留的未燃燒氣體物質(zhì)(包括浸沒燃燒、熔煉和還原反應(yīng)所產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣或者夾裹的含碳粉塵)的后燃處理，熔浴吸收能量的整體水平仍然進(jìn)一步增加。熔浴回收從后燃處理產(chǎn)生的熱能沒有從浸沒燃燒回收能量有效。
因此，在本發(fā)明方法中通過直接浸沒燃燒和后燃處理，大大增加了從燃料/還原劑回收的總能量。因此，對(duì)于給定水平的燃料消耗，通過增加氧氣與燃料的化學(xué)計(jì)量比超過先前接受的50％的限制來提高浸沒燃燒的程度能夠使鐵的生產(chǎn)強(qiáng)度大大增加；相反，對(duì)于給定的鐵生產(chǎn)強(qiáng)度，本發(fā)明提供了顯著降低的燃料消耗水平。在每種情況中，在生產(chǎn)每單位鐵的能量消耗方面，本發(fā)明生產(chǎn)鐵是更高效的。
在本發(fā)明方法中，注入的氧氣與注入的燃料/還原劑的化學(xué)計(jì)量比優(yōu)選超過65％。噴槍燃燒化學(xué)計(jì)量可以在60％和100％之間，但是更優(yōu)選在65％和95％之間。發(fā)現(xiàn)化學(xué)計(jì)量在65％和85％之間可以實(shí)現(xiàn)最佳的效果。
通常，為了實(shí)現(xiàn)鐵生產(chǎn)率的顯著增加，優(yōu)選使用超過60％的化學(xué)計(jì)量比。但是，發(fā)現(xiàn)可取的化學(xué)計(jì)量比隨著在本發(fā)明方法中使用的燃料/還原劑或者任何附加含碳材料的等級(jí)、化學(xué)和物理性質(zhì)而變化。例如，在低級(jí)燃料的情況下，所述范圍優(yōu)選可以從60％至75％，而在高級(jí)燃料(例如黑煤)的情況下，所述范圍優(yōu)選可以從70％至接近100％的值。
本發(fā)明的方法使用鐵氧化物的基本碳熱還原來實(shí)現(xiàn)金屬鐵的生產(chǎn)。燃料的浸沒燃燒提供了驅(qū)動(dòng)熔煉和還原反應(yīng)所需的熱能。當(dāng)更高的噴槍燃燒化學(xué)計(jì)量比相應(yīng)地降低了由直接燃料/還原劑燃燒所產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣的水平時(shí)，通過熔煉反應(yīng)也產(chǎn)生一氧化碳和氫氣。因此，同專利申請(qǐng)AU-B-25725/92(656228)的方法一樣，本發(fā)明的方法也能從后燃處理中獲益，使熔浴吸收的熱能最大。也就是說，為了使總體操作效率最大，通過增加噴槍燃燒化學(xué)計(jì)量比的水平而獲得的更高效的燃料使用率并不排除對(duì)后燃處理的需要。
優(yōu)選進(jìn)行后燃處理，從而實(shí)現(xiàn)超過0.2的氧化程度，對(duì)于反應(yīng)器廢氣，氧化程度由(CO2+H2O)與(CO+H2+CO2+H2O)的比例來確定。優(yōu)選控制所述氧化程度約為0.95-1.0?？刂蒲趸潭?，以將盡可能多的熱量轉(zhuǎn)移給熔浴，與氣體任何隨后的使用一致，而不會(huì)重新氧化熔浴。氣體的隨后使用包括原材料或氣體的預(yù)熱，和/或產(chǎn)生蒸汽或者從氣體中回收能量的其它方法。
根據(jù)本發(fā)明的頂部浸沒注入對(duì)于產(chǎn)生金屬鐵提供了足夠的還原條件，同時(shí)在熔浴中提供了最優(yōu)的能量回收。注入的燃料/還原劑可以包括細(xì)顆粒形式的煤、燃油、天然氣、LPG或其它適合含碳材料中的至少一種。特別是在燃料包含粉煤的情況中，通過載氣注入燃料，并且載氣可以至少包括燃料燃燒所需的部分氧氣。載氣可選地包括惰性氣體的混合物(例如氮?dú)?與空氣、富氧空氣或純氧氣，或者可以只包含惰性氣體。燃燒所需的氧氣可以部分地通過噴槍注入，其與燃料/還原劑流分相分隔，僅在噴槍端部和/或渣池的內(nèi)部才會(huì)發(fā)生分隔流的混合。在通過這種分隔流注入至少部分氧氣的地方，可以只包括氧氣、富氧空氣，或者這種氣體與例如氮?dú)獾亩栊詺怏w的混合氣體。
控制初始氧氣和燃料/還原劑的注入比例，實(shí)現(xiàn)所需的燃燒條件，并且如上所述，那些條件是足夠還原性的。因此，初始注入的含氧氣體的含氧量典型地為40至100體積％，并且對(duì)于超過50％，優(yōu)選超過60％的燃料/還原劑燃燒度是足夠的。
附加含碳還原劑優(yōu)選是煤。將煤與鐵源材料一起加入熔浴中，最優(yōu)選的比例約為源材料重量的20至60％。還可以與源材料一起加入適當(dāng)?shù)闹蹌┎牧?，取決于源材料，例如是石灰石、白云石、生石灰、煅燒白云石或者硅石中的至少一種，從而形成合適的流體池。在連續(xù)或者間歇地排出礦渣和鐵金屬的情況下，附加含碳還原劑和源材料可以在熔煉操作期間連續(xù)加料。進(jìn)料可以是單獨(dú)材料的形式或者是包括一些或者所有原料組分的聚結(jié)形式。
可以使用各種形式的頂部浸沒噴槍。但是，本發(fā)明的熔煉方法需要較高的反應(yīng)器溫度，例如從約1350℃至約1500℃。因此，頂部浸沒噴槍優(yōu)選由適當(dāng)?shù)匿?例如不銹鋼)或者其它適當(dāng)?shù)牟牧?例如銅、金屬氧化物、陶瓷)以及它們的組合或混合物，包括涂層來構(gòu)成。
在熔煉期間通過向其中供應(yīng)冷卻劑流來冷卻噴槍通常是必需的。為此，舉例來說噴槍可以是我們?cè)?990年9月26日遞交的國際專利申請(qǐng)PCT/AU90/00466(WO91/05214)中公開的形式，或者是在我們的澳大利亞專利647669中公開的形式。每個(gè)這些參考文獻(xiàn)的公開內(nèi)容都引入本文作參考，并且在此引入作為本發(fā)明公開內(nèi)容的一部分。
通過將氧氣或者含氧氣體(例如空氣或富氧空氣)吹入熔浴上方的反應(yīng)器空間內(nèi)來進(jìn)行本發(fā)明方法所需的后燃處理。后燃處理優(yōu)選接近熔浴表面，并且最優(yōu)選與還原區(qū)相鄰，從而實(shí)現(xiàn)高水平的向渣池的熱量轉(zhuǎn)移。在每種情況中，在非常接近熔浴表面的后燃區(qū)中進(jìn)行后燃處理，從而通過向礦渣中注入而產(chǎn)生的湍流導(dǎo)致礦渣液滴從熔浴中飛濺出來，并且所述飛濺出來的礦渣液滴通過后燃區(qū)并吸收后燃區(qū)中的熱能。
用于后燃處理的含氧氣體可以通過任選適當(dāng)?shù)姆椒▉砉?yīng)，例如通過至少一根在熔浴表面上方具有排放端的導(dǎo)管?？蛇x地，氣體通過套管(shroud pipe)吹入反應(yīng)器空間，用于燃料/還原劑的頂部浸沒噴槍通過套管延伸，套管在熔浴表面上方終止。PCT/AU90/00466的套管噴槍(shrouded lance)和我們待審的澳大利亞專利647669中公開的具有套管的噴槍都適于這種目的。
鐵源材料可以是塊狀或者顆?；蛘呔?xì)分散的形式，但是特別是在細(xì)粒材料的情況中，優(yōu)選其自身聚結(jié)，或者與助熔劑材料和/或煤聚結(jié)，從而阻止反應(yīng)器廢氣將源材料吹出?？梢酝ㄟ^在捏和螺桿或者其它適當(dāng)裝置中添加水來聚結(jié)。
優(yōu)選借助適當(dāng)?shù)亩ㄎ患恿隙?，將鐵源材料和其它材料(例如助熔劑及附加還原劑)加入到由浸沒注入形成的燃燒區(qū)或其鄰近。但是，當(dāng)加入材料具有適當(dāng)粒徑時(shí)，也可以通過頂部浸沒噴槍向反應(yīng)器中加入某些或者所有源材料和助熔劑。在任一種情況下，頂部浸沒注入最優(yōu)選地是用來在燃燒區(qū)中產(chǎn)生大量的湍流，典型地是使熔浴表面大量向上膨脹。
鐵源材料可以包含或包括塊狀、顆粒狀或者粉狀的礦石?？蛇x地，其可以包含或包括球團(tuán)、球形顆粒材料或者粉末、鐵砂、鐵渣、鐵屑、煉鋼廠粉塵、含鐵碎片、部分金屬化材料和高鐵爐渣。
為了更容易地理解本發(fā)明，參照附圖
做出說明。附圖示意性地闡述了在縱向延伸通過系統(tǒng)10的垂直面上獲得的頂部浸沒噴槍反應(yīng)器系統(tǒng)10的剖視圖。
系統(tǒng)10包括含有熔浴14的反應(yīng)器12，熔浴包含金屬鐵下層16和礦渣上層18。反應(yīng)器12一端具有能夠連續(xù)排放出鐵產(chǎn)品的堰20。在另一端，反應(yīng)器12具有連續(xù)排放礦渣的堰22。對(duì)于堰22，礦渣能夠沿著流槽24，到達(dá)礦渣處理系統(tǒng)(未顯示)，例如造粒機(jī)。
雖然在此表示出使用堰20、22的情況，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明可以使用其它的排放設(shè)施。
系統(tǒng)10包括沿著反應(yīng)器12的中心線串聯(lián)放置的多個(gè)噴槍裝置26，此處也可采用其它排布方式。裝置26向下延伸通過反應(yīng)器12的頂12a，并且它們能夠通過位于反應(yīng)器12上方的支撐機(jī)構(gòu)(未顯示)獨(dú)立地升高和降低。裝置26是我們的國際專利申請(qǐng)PCT/AU90/00466(WO91/05214)和相應(yīng)授予Floyd的美國專利5251879中公開的類型。因此，每個(gè)裝置26包含進(jìn)行所需熔煉操作的頂部浸沒噴槍28，以及噴槍28在其內(nèi)延伸的套管(shroud)30。由于噴槍下部的排放端和浸沒在渣層中那端上的燃燒火焰，每個(gè)噴槍28能夠在渣層注入含氧氣體和燃料/還原劑(如上所述)。但是，每個(gè)套管30比其噴槍28要短。因此，由于噴槍28被降低以進(jìn)行浸沒注入，各個(gè)套管30的下端在渣層上間隔分布。通過在每個(gè)套管30及其噴槍28之間形成的通道，能夠?qū)⑵渌鯕怏w送入反應(yīng)器12中的熔浴14上方，并從套管下端排出。
系統(tǒng)10還包括多個(gè)進(jìn)料口32，每個(gè)安裝有進(jìn)料控制裝置34。一個(gè)進(jìn)料口32位于反應(yīng)器12裝有堰20的端與最接近堰20的噴槍裝置26之間。其它每個(gè)進(jìn)料口32位于每對(duì)相鄰的噴槍裝置26之間。另一個(gè)進(jìn)料口32位于反應(yīng)器12裝有堰22的另一端和最接近堰22的噴槍裝置26之間。
對(duì)于本發(fā)明的使用，至少首先形成渣層18。所述渣層可以是先前操作循環(huán)留下的。可選地，通過在反應(yīng)器中熔化包含或包括氧化物的含鐵源材料以及助熔劑可以形成渣層18，優(yōu)選使用顆粒狀礦渣形成渣層。為此，至少開啟一個(gè)噴槍28，并且使用燃料燃燒所產(chǎn)生的火焰來加熱并熔化原料。
一旦至少形成了渣層18，就能夠進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的熔煉。在優(yōu)選的方法中，粉煤用作燃料/還原劑，通過每個(gè)噴槍28注入空氣和氧氣。在每個(gè)噴槍都開啟并且仍在高位時(shí)，使用上述注入形式在礦渣中產(chǎn)生湍流，這會(huì)引起礦渣飛濺并且在每個(gè)噴槍28的暴露部分和每個(gè)套管30的向下延伸部分上形成礦渣涂層。該涂層被通過每個(gè)裝置26循環(huán)的冷卻劑流體固化。然后，降低裝置26，將每個(gè)噴槍28的下端及其火焰浸沒入礦渣中，然后在礦渣內(nèi)繼續(xù)注入。盡管每個(gè)噴槍的下端被浸沒，但是循環(huán)的冷卻劑能夠維持礦渣保護(hù)涂層。
在頂部浸沒注入的同時(shí)，通過進(jìn)料口32加入含鐵源材料、其它還原劑和助熔劑。其它還原劑優(yōu)選是塊煤。另外，將氧氣排放入反應(yīng)器內(nèi)的渣層上方空間中，以對(duì)熔煉期間產(chǎn)生并從熔浴14釋放出的氣體進(jìn)行后燃處理。
控制含氧氣體和燃料/還原劑通過噴槍的注入比例，以提供超過60重量％的燃料/還原劑燃燒度。也就是說，氧氣消耗了超過60重量％的作為燃料組分的燃料/還原劑。因此，當(dāng)通過每個(gè)噴槍在礦渣中產(chǎn)生的燃燒區(qū)減少時(shí)，由于燃料/還原劑的殘留組分，與使用上述專利AU-B-25725/92(656228)的方法相比，燃燒區(qū)并沒有顯著減少。但是，通過注入的燃料/還原劑和包含塊煤的其它還原劑的還原劑組分可以維持充分全面的還原條件。
通過在渣相中由碳還原將氧化鐵還原成鐵來進(jìn)行熔煉過程。通過控制燃燒區(qū)中注入的氧氣與燃料/還原劑的化學(xué)計(jì)量比有助于還原反應(yīng)。另外，注入和漂洗氣體產(chǎn)生的湍流產(chǎn)生如36所示的渣滴瀑布。漂洗氣體包括CO和H2以及裹入的含碳粉塵。通過使用經(jīng)過每個(gè)噴槍裝置26的套管30在渣層上排放的氧氣對(duì)析出的氣體和粉塵進(jìn)行后燃處理，可以進(jìn)一步便于還原。后燃處理產(chǎn)生大量的熱能，其中大部分被瀑布狀的礦渣吸收。
雖然燃料/還原劑優(yōu)選是粉煤，也可以使用其它的材料，例如本發(fā)明前面詳述的材料。另外，雖然附加還原劑優(yōu)選是塊煤，也可以使用其它的還原劑。適當(dāng)?shù)闹蹌┤缜懊嬖斒觥Ａ硗?，注入的含氧氣體和用于后燃燒的含氧氣體的含氧量也如本發(fā)明前面詳述。
本發(fā)明不依賴于使用預(yù)還原材料，所述預(yù)還原材料來自獨(dú)立的工廠或者來自本發(fā)明的廢氣。這種預(yù)還原將抵消本發(fā)明的更好的成本效益或者操作效率。相反，通過進(jìn)行后燃處理獲得約0.95至1.0的氧化度，可以使從后燃處理向熔浴的熱能輸入最大化。
如本文前面所述，通過控制氧氣和燃料/還原劑的注入比例來提供超過60重量％的燃料/還原劑燃燒度，就生產(chǎn)每單位鐵產(chǎn)品的能量消耗而言，這使得鐵的生產(chǎn)更加高效。部分地，這種高效主要來自于通過礦渣內(nèi)的浸沒燃燒得到的更高水平的燃料效率而不是在礦渣上方的后燃處理。因此，對(duì)于給定水平的燃料和總還原劑消耗，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的熔煉溫度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的熔煉反應(yīng)速率，或者在較低的燃料水平和總還原劑消耗下可以實(shí)現(xiàn)給定水平的鐵生產(chǎn)率。
沿著反應(yīng)器12，通過每個(gè)進(jìn)料口和通過每個(gè)噴槍的注入可以均勻地進(jìn)料。但是，在從安置堰22的一端至安置堰20的另一端的方向上，從一個(gè)進(jìn)料口32到下一個(gè)進(jìn)料口，含鐵源材料與其它還原劑的比例可以降低。另外，雖然設(shè)定注入的氧氣與燃料/還原劑體的整體比例以提供超過60％的燃料/還原劑燃燒度，但是可以在向著堰20的方向上使燃燒度由一個(gè)噴槍28到另一個(gè)噴槍逐漸降低，從而使得在向著堰20的方向上連續(xù)燃燒區(qū)的還原性逐漸增強(qiáng)。
最后，應(yīng)當(dāng)理解可以向前面描述的各組件的結(jié)構(gòu)和配置中引入各種改變、修改和/或增加，而不會(huì)背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種通過在包含含有或具有渣相的熔浴的反應(yīng)器中，熔煉其中鐵以氧化物形式存在和/或處于部分金屬化狀態(tài)的含鐵源材料來生產(chǎn)鐵金屬和礦渣的方法，其中所述方法包括下列步驟(a)通過至少一個(gè)頂部浸沒的噴槍將燃料/還原劑和含氧氣體注入礦渣中，從而在熔浴的至少一個(gè)還原區(qū)中產(chǎn)生加熱和還原條件；(b)在至少一個(gè)還原區(qū)或其附近，將源材料與附加還原劑和助熔劑一起加入所述反應(yīng)器中，從而使源材料接受熔煉還原，產(chǎn)生包含CO和H2的燃燒氣體；(c)通過所述至少一個(gè)噴槍控制含氧氣體和燃料/還原劑的注入比例，實(shí)現(xiàn)所需的充分還原條件；及(d)在熔浴上方的反應(yīng)器中，對(duì)通過熔煉產(chǎn)生的燃燒氣體進(jìn)行后燃處理；其中，進(jìn)行步驟(c)的控制，以使得所注入的含氧氣體的含氧量在約40體積％至約100體積％之間，并且足以使通過至少一個(gè)噴槍注入的燃料/還原劑的燃燒度超過60重量％。
2.權(quán)利要求1的方法，其中進(jìn)行步驟(c)的控制以使得通過至少一個(gè)噴槍注入的燃料/還原劑的燃燒度超過65重量％。
3.權(quán)利要求1的方法，其中進(jìn)行步驟(c)的控制以使得通過至少一個(gè)噴槍注入的燃料/還原劑的燃燒度在65重量％至90重量％之間。
4.權(quán)利要求1的方法，其中進(jìn)行步驟(c)的控制以使得通過至少一個(gè)噴槍注入的燃料/還原劑的燃燒度在65重量％至85重量％之間。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所用燃料/還原劑和包含煤的附加還原劑是低級(jí)燃料，并且進(jìn)行步驟(c)的控制以使得通過至少一個(gè)噴槍注入的燃料/還原劑的燃燒度在60重量％至75重量％之間。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所用燃料/還原劑和包含煤的附加還原劑是低級(jí)燃料，并且進(jìn)行步驟(c)的控制以使得通過至少一個(gè)噴槍注入的燃料/還原劑的燃燒度至少為70重量％。
7.權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的方法，其中進(jìn)行步驟(d)的后燃處理以實(shí)現(xiàn)超過0.2的燃燒度，對(duì)于所得反應(yīng)器廢氣，所述燃燒度由(CO2+H2O)與(CO2+H2+O2+H2O)的比例來確定。
8.權(quán)利要求7的方法，其中控制氧化程度約為0.95-1.0。
9.權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述燃料/還原劑包括至少一種選自顆粒碳、燃油、天然氣和LPG的含碳還原劑。
10.權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述燃料/還原劑包括借助載氣注入的顆粒碳。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述載氣包含至少部分燃燒所述由燃料/還原劑組成的燃料所需的氧氣。
12.權(quán)利要求10的方法，其中所述載氣選自氮?dú)?、氧氣、空氣和富氧空氣?br> 13.權(quán)利要求1至12中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述附加還原劑是煤。
14.權(quán)利要求1至12中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述附加還原劑是以源材料重量的約20％至60％的比例供應(yīng)的煤。
15.權(quán)利要求1至14中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述助熔劑包括石灰石、白云石、生石灰、煅燒白云石和硅石中的至少一種。
16.權(quán)利要求1至15中任何一項(xiàng)所述的方法，其中熔煉在從約1350℃至約1500℃的反應(yīng)器溫度下進(jìn)行。
17.權(quán)利要求1至16中任何一項(xiàng)所述的方法，其中通過將選自空氣和富氧空氣的含氧氣體吹入熔浴上方的反應(yīng)器空間來進(jìn)行所述后燃處理。
18.權(quán)利要求1至17中任何一項(xiàng)所述的方法，其中在非常接近熔浴表面的后燃區(qū)中進(jìn)行后燃處理，從而通過向礦渣中注入而產(chǎn)生的湍流導(dǎo)致礦渣液滴從熔浴中飛濺出來，并且所述飛濺出來的礦渣液滴通過后燃區(qū)并吸收后燃區(qū)中的熱能。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述后燃區(qū)與至少一個(gè)還原區(qū)相鄰。
20.權(quán)利要求1至19中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述含鐵源材料包括塊或者結(jié)塊的細(xì)粒材料。
21.權(quán)利要求1至20中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述含鐵源材料是至少一種選自如下的材料鐵礦石塊、鐵礦石顆粒材料、球團(tuán)礦、球團(tuán)碎末、鐵砂、鐵渣、鐵屑、煉鋼廠粉塵、含鐵碎片、部分金屬化的材料和高鐵爐渣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過在包含含有或具有渣相的熔浴的反應(yīng)器中，熔煉其中鐵以氧化物形式存在和/或處于部分金屬化狀態(tài)的含鐵源材料來生產(chǎn)鐵金屬和礦渣的方法，其中所述方法包括下列步驟(a)通過至少一個(gè)頂部浸沒的噴槍將燃料/還原劑和含氧氣體注入礦渣中，從而在熔浴的至少一個(gè)還原區(qū)中產(chǎn)生加熱和還原條件；(b)在至少一個(gè)還原區(qū)或其附近，將源材料與附加還原劑和助熔劑一起加入所述反應(yīng)器中，從而使源材料接受熔煉還原，產(chǎn)生包含CO和H
文檔編號(hào)C22B7/04GK1742102SQ200480002824
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
發(fā)明者科莉特·瑪麗亞·額, 布賴恩·羅斯·鮑多克, 朱塞佩·索弗拉, 斯蒂芬·彼得·休斯, 羅伯特·沃爾特·馬圖斯韋茨, 羅斯·亞歷山大·麥克萊蘭, 戴維·馬修·謝林頓 申請(qǐng)人:奧斯梅爾特有限公司