鐵水制造設(shè)備及鐵水制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵水制造設(shè)備及鐵水制造方法。本發(fā)明的鐵水制造設(shè)備，包括：干燥裝置，利用鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣對(duì)含碳材料進(jìn)行干燥；氣化爐，通過與所述干燥裝置連接的導(dǎo)管裝入經(jīng)干燥的所述含碳材料后，使其在高溫?zé)犸L(fēng)或氧氣下燃燒，以生產(chǎn)還原氣體；以及鐵水爐，通過導(dǎo)管與所述氣化爐連接，爐內(nèi)裝入鐵礦石或還原鐵后通過風(fēng)口噴入所述還原氣體，以制造鐵水。
【專利說明】鐵水制造設(shè)備及鐵水制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵水制造設(shè)備及鐵水制造方法，更具體地涉及一種在鐵水爐外燃燒含碳材料而制成還原氣體并噴入爐內(nèi)，以還原鐵礦石或還原鐵的鐵水制造設(shè)備及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在利用高爐的煉鐵工藝中，將高價(jià)煉焦煤通過煉焦工序制成塊狀焦炭并裝入高爐，以起到還原鐵礦石的還原劑、熱源及骨架(spacer)作用。
[0003]如上所述的焦炭其加工費(fèi)及原料煤的價(jià)格很高，因此將加工費(fèi)低廉且無粘結(jié)性也能制造鐵水的廉價(jià)粉煤噴入高爐內(nèi)，以降低鐵水的制造成本。
[0004]將粉煤(pulverized coal)噴入高爐時(shí),大量噴入固體燃料會(huì)降低燃燒性,導(dǎo)致未燃半焦(char)在回旋區(qū)外圍沉積而形成的鳥巢區(qū)(bird, nest)加強(qiáng)，因而會(huì)發(fā)生爐芯失活的問題。
[0005]在通過多級(jí)流化床還原反應(yīng)器和熔融氣化爐來進(jìn)行的FINEX熔融還原工藝中，也向熔融氣化爐噴入粉煤，但是直接噴入固體燃料粉煤，不如將燃燒粉煤而產(chǎn)生的還原氣體直接噴入熔融氣化爐，后者更有利于還原鐵的最終還原。
[0006]此外，粉煤中的灰份(ash)主要由氧化鋁(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)組成，而這些灰份的熔點(diǎn)極高會(huì)降低爐渣的流動(dòng)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于，提供一種將煉鐵工藝所用的粉煤不直接噴入高爐、FINEX爐、COREX爐，而是在外燃燒制造還原氣體，并將該還原氣體噴入爐內(nèi)，使鐵礦石或還原鐵還原的技術(shù)，以解決如上所述的問題。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的鐵水制造設(shè)備，包括:干燥裝置，利用鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣對(duì)含碳材料進(jìn)行干燥；氣化爐，通過與所述干燥裝置連接的導(dǎo)管裝入經(jīng)干燥的所述含碳材料后，使其在高溫?zé)犸L(fēng)或氧氣下燃燒，以生產(chǎn)還原氣體；以及鐵水爐，通過導(dǎo)管與所述氣化爐連接，爐內(nèi)裝入鐵礦石或還原鐵后通過風(fēng)口噴入所述還原氣體，以制造鐵水。
[0009]所述鐵水制造設(shè)備還包括:熱風(fēng)爐，用于向所述氣化爐供應(yīng)高溫?zé)犸L(fēng)。
[0010]所述鐵水制造設(shè)備還包括:廢氣供應(yīng)裝置，用于向所述氣化爐供應(yīng)所述鐵水爐中排出的廢氣。
[0011]所述干燥裝置通過使所述鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣部分燃燒，去除或減少所述含碳材料中的水分或揮發(fā)性物質(zhì)(volatile material)。
[0012]所述鐵水爐為高爐、FINEX熔融氣化爐及COREX熔融氣化爐中的任何一種。
[0013]所述還原氣體的氫氣(H2)含量為30%以下。
[0014]所述氣化爐的壓力為5bar~20bar。[0015]所述氣化爐中生產(chǎn)的所述還原氣體的溫度為1000°C以上。
[0016]所述含碳材料選自煤炭、粉煤、發(fā)電用煤、RDF、RPF及生物質(zhì)燃料中的至少一種。
[0017]本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的鐵水制造方法，包括:利用鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣對(duì)含碳材料進(jìn)行干燥；將干燥后的所述含碳材料裝入氣化爐并燃燒，以生產(chǎn)還原氣體；以及向爐內(nèi)裝入鐵礦石或還原鐵并噴入所述還原氣體，以進(jìn)行還原。
[0018]所述鐵水制造方法還包括:向所述氣化爐噴入所述鐵礦石或還原鐵被還原后排出的廢氣。
[0019]所述含碳材料的干燥采用以下方式:使所述鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣部分燃燒，以去除或減少所述含碳材料中所含的水分或揮發(fā)性物質(zhì)。
[0020]所述還原氣體的生產(chǎn)是通過向所述氣化爐噴入高溫?zé)犸L(fēng)或氧氣來進(jìn)行的。
[0021]所述鐵水爐為高爐、FINEX熔融氣化爐及COREX熔融氣化爐中的任何一種。
[0022]所述還原氣體的氫氣(H2)含量為30%以下。
[0023]所述氣化爐的壓力為 5bar~20bar。
[0024]所述氣化爐中生產(chǎn)的所述還原氣體的溫度為1000°C以上。
[0025]所述含碳材料選自煤炭、粉煤、發(fā)電用煤、RDF、RPF及生物質(zhì)燃料中的至少一種。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，高爐、FINEX爐、COREX爐內(nèi)不會(huì)流入包含在粉煤中的灰份，因此可由脈石成分高的低品位礦石制造鐵水。
[0027]此外，向高爐、FINEX爐、COREX爐內(nèi)噴入灰份含量高的燃料燃燒而生產(chǎn)的還原氣體而非粉煤，因此可以大幅降低鐵水制造時(shí)的燃料費(fèi)。
[0028]另外，由于不噴入粉煤，可以解決在高爐內(nèi)形成鳥巢區(qū)(bird, s nest)以及由此而產(chǎn)生的爐芯失活問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的鐵水制造設(shè)備的示意圖，顯示出將通過氣化爐產(chǎn)生的還原氣體噴入高爐而制造鐵水的設(shè)備。
[0030]圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例的鐵水制造設(shè)備的示意圖，顯示出將通過氣化爐產(chǎn)生的還原氣體噴入FINEX熔融氣化爐或者多級(jí)流化床還原反應(yīng)器而制造鐵水的設(shè)備。
[0031]圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的鐵水制造設(shè)備的示意圖，顯示出將通過氣化爐產(chǎn)生的還原氣體噴入COREX熔融氣化爐或者豎爐(shaft furnace)而制造鐵水的設(shè)備。
[0032]圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例的鐵水制造方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]參照附圖和詳細(xì)描述的下列實(shí)施例，就可以清楚地理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)的方法。然而，本發(fā)明能夠以各種不同方式實(shí)施，并不局限于下列實(shí)施例。提供下列實(shí)施例的目的在于，充分公開本發(fā)明以使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)
【發(fā)明內(nèi)容】
有整體和充分的了解，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。在通篇說明書中，對(duì)相同構(gòu)件采用了相同的附圖標(biāo)記。
[0034]下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的鐵水制造設(shè)備進(jìn)行描述。
[0035]請(qǐng)參見圖1至圖3，本發(fā)明的鐵水制造設(shè)備，包括:干燥裝置10，利用鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣對(duì)含碳材料進(jìn)行干燥；氣化爐20，裝入經(jīng)干燥的所述含碳材料后，使其在高溫?zé)犸L(fēng)或氧氣下燃燒，以生產(chǎn)還原氣體；以及鐵水爐50、60、70，爐內(nèi)裝入鐵礦石或還原鐵后噴入所述還原氣體，以制造鐵水。
[0036]所述含碳材料可包括低級(jí)煤(低品位煤)、粉煤、發(fā)電用煤、廢棄物衍生燃料(RDF)/廢塑料衍生燃料(RPF)、生物質(zhì)燃料(biomass)等，但并不局限于此，用于生產(chǎn)(制造)鐵礦石還原用還原氣體的燃料均可使用。
[0037]RDF(Refuse Derived Fuel)是由可燃性生活廢棄物制成的固體燃料,RDF的原料可以是聚氯乙烯塑料、廢紙、塑料產(chǎn)品、木材、纖維、食物等。
[0038]RPF(Refuse Plastic Fuel)是指廢塑料固體燃料。
[0039]所謂鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣不僅指高爐廢氣(BFG)、COREXu工藝的豎爐廢
氣、從FINEXk工藝的流化床還原反應(yīng)器排出的廢氣、從焦?fàn)t排出的廢氣(COG)、從煉鋼工
藝的轉(zhuǎn)爐等排出的廢氣(LDG)等，還可包括煉鐵廠的所有形式的廢氣。
[0040]氣化爐20是一種利用氧氣或熱風(fēng)(空氣)使含碳材料部分燃燒，借此由固體含碳材料生產(chǎn)所需氣體的裝置。本發(fā)明的氣化爐20是用于生產(chǎn)鐵礦石還原所需的一氧化碳(CO)、氫氣(H2)的裝置。
[0041]所述鐵水制造設(shè)備還包括熱風(fēng)爐30，用于向所述氣化爐20供應(yīng)高溫?zé)犸L(fēng)。作為使含碳材料裝入所述氣化爐20后燃燒的熱源，可提供以噴入的方式供應(yīng)的在熱風(fēng)爐30中升溫至1000°C~1200°C的熱風(fēng)(空氣)或氧氣。
[0042]熱風(fēng)爐30是鐵板制成的圓筒形狀，圓筒的外皮內(nèi)側(cè)以格子狀砌筑有耐火磚。使鐵水爐中產(chǎn)生的廢氣(即，高爐煤氣、COREX工藝的豎爐廢氣、FINEX流化床還原反應(yīng)器的廢氣或焦?fàn)t(coke oven)中產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣(coke oven gas ；C0G))在熱風(fēng)爐30內(nèi)的耐火磚層之間燃燒，以進(jìn)行預(yù)熱，然后向這些磚層之間輸送冷風(fēng)(空氣)使其變成熱風(fēng)。這種熱風(fēng)的溫度為1000°C以上。如此，被預(yù)熱的熱風(fēng)送入氣化爐20。
[0043]所述氣化爐20中產(chǎn)生的還原氣體中不僅含有用于還原鐵礦石或還原鐵的一氧化碳(CO)、氫氣(H2)，還可能含有甲烷(CH4)等揮發(fā)性物質(zhì)，因此優(yōu)選將所述還原氣體的溫度保持在可使甲烷等分解的1000°C以上。
[0044]為了將氣化爐中產(chǎn)生的氣體溫度保持在1000°C以上，需要對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱并噴入，而在高爐作業(yè)中通常使用熱風(fēng)爐30，因此無需另建熱風(fēng)爐30，可以直接利用高爐作業(yè)中的熱風(fēng)爐30。
[0045]所述鐵水制造設(shè)備還包括廢氣供應(yīng)裝置40，用于向所述氣化爐20供應(yīng)從所述鐵水爐中排出的廢氣。
[0046]所述鐵水爐可包括高爐50、FINEX工藝的熔融氣化爐60、COREX工藝的熔融氣化爐70。
[0047]FINEX工藝(FINEXk PROCESS)是指將粉鐵礦和石灰石、白云石等輔助原料裝入
多級(jí)流化床還原反應(yīng)器，并在還原爐中依次進(jìn)行流化還原，之后將所排出的還原鐵與煤炭一起裝入熔融氣化爐60中，并從爐底通過風(fēng)口噴入氧氣，以制造鐵水的工藝。
[0048]所述熔融氣化爐60中裝入煤炭和還原鐵并噴入氧氣，從而通過煤炭的燃燒產(chǎn)生一氧化碳、氫氣等還原氣體，同時(shí)通過含碳材料產(chǎn)生的熱將還原鐵制成鐵水。[0049]圖2示意性地示出了 FINEX工藝的多級(jí)流化床還原反應(yīng)器和熔融氣化爐。
[0050]所述氣化爐20中產(chǎn)生的還原氣體可以噴入到所述FINEX熔融氣化爐60或所述多級(jí)流化床還原反應(yīng)器65。
[0051]也就是說，所述還原氣體不僅可以噴入到熔融氣化爐60，還可以噴入到所述多級(jí)流化床還原反應(yīng)器65,從而用于鐵礦石的還原。
[0052]在所述鐵水爐中，從高爐50排出的廢氣溫度低，約為200°C左右，將此廢氣噴入所述氣化爐20中，使得所述氣化爐20中排出的還原氣體的溫度保持在1100°C左右，以使甲烷等揮發(fā)性物質(zhì)分解，同時(shí)可以解決還原氣體的溫度超過1200°C時(shí)會(huì)發(fā)生的熱損失、管道問題、以及體積增加等技術(shù)問題。
[0053]所述干燥裝置10用于含碳材料的儲(chǔ)存及干燥等預(yù)處理，其特征在于通過使所述鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣部分燃燒，去除或減少所述含碳材料中的水分或揮發(fā)性物質(zhì)(volatile material ；VM)。
[0054]所述含碳材料中的水分為水(H2O)的形態(tài)，而揮發(fā)性物質(zhì)大部分以碳?xì)?hydrocarbon)化合物的形式存在，當(dāng)未經(jīng)預(yù)處理工序流入煉鐵工藝的還原反應(yīng)時(shí)，可能會(huì)造成氫成分的流入增加。
[0055]為了進(jìn)行從含碳材料中去除水分、揮發(fā)性物質(zhì)的預(yù)處理，可采用冷凍干燥、真空干燥、強(qiáng)制循環(huán)方式的(熱風(fēng))干燥、使用吸收劑的干燥、利用換熱器等的間接干燥方法。
[0056]此外，在本發(fā)明中，可使用高溫對(duì)流方式的直接干燥法，該方法利用煉鐵廠的副產(chǎn)氣體，即廢氣(爐頂煤氣)。
[0057]煉鐵工藝中產(chǎn)生的爐頂煤氣具有200°C以下的潛熱，并且爐頂煤氣中含有在還原工序未參與還原反應(yīng)的部分一氧化碳(CO)、氫氣(H2),利用這種特征本發(fā)明可有效地進(jìn)行預(yù)處理，從含碳材料中去除水分和揮發(fā)性物質(zhì)。
[0058]更具體地，揮發(fā)性物質(zhì)的含量較低或者如RDF/RPF等氣化點(diǎn)低的情況下，僅使所附水分蒸發(fā)時(shí)，為了干燥而使用的廢氣(爐頂煤氣)可直接用于干燥或者通過微量部分燃燒使溫度達(dá)到200°C以下后再用于干燥。
[0059]如果是揮發(fā)性物質(zhì)的含量高且燃點(diǎn)較高的煤炭，則在廢氣(爐頂煤氣)中加入氧氣或空氣，并通過部分燃燒提高溫度后再用于干燥。
[0060]此時(shí)，為了干燥效率，可將部分燃燒的爐頂煤氣的溫度保持在燃點(diǎn)以上。這是因?yàn)橥ㄟ^部分燃燒溫度提高的爐頂煤氣中不存在氧氣成分，所以在燃點(diǎn)以上進(jìn)行干燥也不會(huì)被點(diǎn)燃。因此，為了干燥及去除揮發(fā)性物質(zhì)的效率，可用高溫進(jìn)行預(yù)處理。
[0061]然而，如果以過高的溫度(例如700°C以上)進(jìn)行加熱，爐頂煤氣中的二氧化碳(CO2)或水分(H2O)與含碳材料中的碳(C)進(jìn)行反應(yīng)而產(chǎn)生一氧化碳(CO)的速度就會(huì)加快，從而造成含碳材料中的碳成分的損失，因此不宜用過高的溫度進(jìn)行加熱。
[0062]預(yù)處理方法可以是利用容易形成熱交換和氣體對(duì)流的流化床的方法。作為利用流化床的干燥方式，可通過將部分燃燒的廢氣噴入填充有含碳材料的腔室(容器)來進(jìn)行，且優(yōu)選根據(jù)干燥速度或含碳材料的粒度來控制廢氣的溫度和速度。
[0063]所述鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣包含鐵水爐中產(chǎn)生的廢氣(即，從高爐中排出的高爐廢氣、FINEX工藝的流化床還原反應(yīng)器中產(chǎn)生的FINEX廢氣、COREX工藝的豎爐中產(chǎn)生的COREX廢氣)。[0064]此外，所述鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣可包括焦?fàn)t中產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐煤氣(converter gas)等。
[0065]通過使廢氣部分燃燒，將含碳材料加熱至溫度達(dá)到100°C~700°C，以便在裝入氣化爐20之前，預(yù)先蒸發(fā)掉水分、揮發(fā)性物質(zhì)，進(jìn)而在氣化爐20中燃燒含碳材料以產(chǎn)生還原氣體時(shí)，可將包含于最終還原氣體中的氫氣含量維持在一定比例以下。
[0066]本發(fā)明的特征在于，所述還原氣體的氫氣(H2)含量為30%以下。為了鐵礦石或還原鐵的還原而噴入鐵水爐的還原氣體中，當(dāng)氫氣含量超過30%時(shí)，被氫氣還原的鐵礦石的還原反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)，如下面的鐵礦石還原反應(yīng)式所示。因此，在煉鐵工藝的爐頂部可能出現(xiàn)熱不足的現(xiàn)象，所以氫氣含量不宜超過30%。
[0067]也就是說，如果還原氣體的氫氣含量超過30%，就會(huì)導(dǎo)致在煉鐵工藝的爐頂部出現(xiàn)熱不足，頂部溫度下降，其結(jié)果在爐頂部不會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)，而且爐頂煤氣的溫度會(huì)降至露點(diǎn)以下，進(jìn)而出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，因此會(huì)發(fā)生爐腐蝕、設(shè)備堵塞等。
[0068]鐵礦石被氫氣、一氧化碳還原時(shí)，反應(yīng)式如下。
[0069]Fe203+3H2->2Fe+3H20 -22.8kcal/mol (吸熱反應(yīng))
[0070]Fe203+3C0->2Fe+3C02 +6.7kcal/mol (放熱反應(yīng))
[0071]本發(fā)明的特征在于,所述氣化爐20的壓力為5bar~20bar。
[0072]將所述氣化 爐20中產(chǎn)生的還原氣體噴入高爐50 (blast furnace)、FINEX熔融還原爐(melter-gasifier)、⑶REX熔融還原爐時(shí)，高爐50底部的壓力通常為四個(gè)大氣壓以上，而FINEX熔融還原爐或者COREX熔融還原爐底部的壓力通常為五個(gè)大氣壓以上。因此，優(yōu)選將所述氣化爐20的壓力保持在5bar以上，而且如果超過20bar，則為了耐壓設(shè)計(jì)需要增設(shè)防止氣化爐20發(fā)生爆炸的設(shè)備以及增加鐵皮厚度等，這會(huì)導(dǎo)致材料費(fèi)成本過高，因此不宜超過20bar。
[0073]本發(fā)明的特征在于，所述氣化爐20中產(chǎn)生的所述還原氣體的溫度為1000°C以上。
[0074]還原氣體優(yōu)選包含甲烷等碳?xì)浠衔锓纸舛a(chǎn)生的一氧化碳、氫氣等，因此優(yōu)選保持在1000°c以上，即甲烷的分解溫度以上。
[0075]圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的鐵水制造設(shè)備的示意圖，顯示出在COREX熔融還原工藝中，從外部噴入燃燒含碳材料而制成的還原氣體，從而制造鐵水的設(shè)備。
[0076]如圖2的FINEX工藝，COREX工藝(COREXk PROCESS)是直接使用煤炭和礦石
來制造鐵水的煉鐵工藝，所使用的鐵礦石是粒度為8~30mm的球團(tuán)礦、塊礦，并且使用的煤炭是粒度為8~50mm的塊狀燃料，與FINEX工藝的區(qū)別在于，還原反應(yīng)器是豎爐(shaftfurnace)而非流化床還原反應(yīng)器。
[0077]根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)，在煉鐵操作中無需直接噴入粉煤，而是在外部對(duì)低級(jí)煤進(jìn)行預(yù)處理(氣化)，并將由此產(chǎn)生的還原氣體直接噴入鐵水爐，即高爐50、FINEX熔融還原爐、COREX熔融還原爐，從而可以防止煤炭燃燒而產(chǎn)生的灰份(A1203、SiO2等)流入鐵水爐。
[0078]此外，高爐50作業(yè)時(shí),大量噴入粉煤(pulverized coal)等固體燃料會(huì)降低燃燒性，進(jìn)而在回旋區(qū)外圍沉積形成鳥巢區(qū)(bird, s nest)以及由此產(chǎn)生爐芯失活等問題，而本發(fā)明可以解決這些問題。
[0079]圖4是本發(fā)明另一實(shí)施例的鐵水制造方法的工藝流程圖。
[0080]本發(fā)明另一實(shí)施例的鐵水制造方法，包括:利用鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣對(duì)含碳材料進(jìn)行干燥(Sio);將干燥后的所述含碳材料裝入氣化爐20并燃燒，以生產(chǎn)還原氣體(S20);以及向爐內(nèi)裝入鐵礦石或還原鐵后噴入所述還原氣體，以進(jìn)行還原(S30)。
[0081]所述鐵水制造方法還包括，向所述氣化爐20噴入所述鐵礦石或還原鐵被還原后排出的廢氣。
[0082]熱風(fēng)(空氣)在熱風(fēng)爐30中溫度升至1000°C~1200°C，在氣化爐20中通過燃燒所產(chǎn)生的還原氣體的溫度比熱風(fēng)溫度高，因此可能發(fā)生熱損失、管道問題、以及體積增加等諸多技術(shù)問題。
[0083]在鐵水爐之一的高爐50中產(chǎn)生的廢氣溫度為200°C以下，而且高爐50的廢氣中大量含有二氧化碳(CO2)，因此向氣化爐20噴入高爐50的廢氣時(shí)，會(huì)引起C02+C = 2C0反應(yīng)，由于這種反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，可將氣化爐20中排出的還原氣體的溫度控制在一定溫度范圍內(nèi)。
[0084]另外，相對(duì)于2C+02 = 2C0反應(yīng)中燃燒2mole的碳而生成2mole的CO，而通過再利用排放到外部的CO2,就能以Imole的碳生成2mole的一氧化碳(CO),因此通過將鐵礦石還原而產(chǎn)生的廢氣提供給氣化爐20，不僅能夠控制最終還原氣體的溫度，還能夠擴(kuò)大二氧化碳的再利用及CO氣體量。
[0085]所述含碳材料的干燥其特征在于，通過使鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣部分燃燒，去除包含于所述含碳材料中的水分或揮發(fā)性物質(zhì)。
[0086]像低級(jí)煤這樣的含碳材料,水分和揮發(fā)性物質(zhì)(volatile material ；VM)的含量高于普通煤。其中 ，揮發(fā)性物質(zhì)大部分為氫氣、甲烷等。
[0087]如果含碳材料中上述揮發(fā)性物質(zhì)過多，含碳材料燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的氫氣、甲烷等，最終提高還原氣體中的氫氣含量。如果還原氣體中氫氣含量高，在煉鐵工藝中可能會(huì)出現(xiàn)熱不足的現(xiàn)象，優(yōu)選將氫氣含量保持在一定比例以下。
[0088]鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣包括高爐廢氣(Blast Furnace Gas ；BFG)、FINEX工藝中產(chǎn)生的廢氣(FINEX? Off-Gas ；F0G)、COREX工藝中產(chǎn)生的廢氣。
[0089]此外，作為所述廢氣可使用焦?fàn)t煤氣(Coke Oven Gas ；C0G)、煉鋼工藝中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐煤氣。
[0090]使包含于所述廢氣中的一氧化碳(CO)部分燃燒，廢氣溫度就會(huì)上升，將此通入所述含碳材料中，就能使含碳材料的溫度上升至燃點(diǎn)以下(煤炭的情況下為400°C左右，根據(jù)材料有所不同)，從而去除包含在含碳材料中的水分或揮發(fā)性物質(zhì)(volatile matter ；VM)。
[0091]也就是說，揮發(fā)性物質(zhì)的主要成分甲烷(CH4)、氫氣(H2)等物質(zhì)消失，從而具有將含碳材料裝入氣化爐20后燃燒而產(chǎn)生的最終還原氣體中的氫氣含量可降低至一定比例以下的效果。
[0092]尤其，高爐廢氣中不僅含有二氧化碳而且含有約25%的一氧化碳，通過使其部分燃燒，可以對(duì)含碳材料進(jìn)行預(yù)處理。其結(jié)果，通過再利用因熱量低基本上被扔掉的高爐廢氣，可以控制還原氣體的組分。
[0093]對(duì)于所述還原氣體的生產(chǎn)，其特征在于，通過向所述氣化爐20噴入高溫?zé)犸L(fēng)或氧氣來進(jìn)行。
[0094]所述氣化爐20裝入煤炭、粉煤、發(fā)電用煤、RDF/RPF、生物質(zhì)燃料等后，通過將約1000°C以上的熱風(fēng)或氧氣噴入并燃燒，可以生產(chǎn)還原氣體。[0095]如上所述，在鐵水爐(即，高爐、FINEX熔融氣化爐、COREX熔融氣化爐等)的爐外燃燒含碳材料而生成還原氣體，借此還可以解決直接噴入粉煤而發(fā)生的包含于煤炭中的灰份(A1203、SiO2等)流入鐵水爐內(nèi)以及灰份多的低級(jí)燃料噴入的技術(shù)問題。
[0096]尤其，對(duì)于高爐煉鐵操作，不用向高爐內(nèi)直接噴入粉煤，可在外部氣化爐中通過燃燒去除灰份，并且只噴入還原氣體，從而可以減少在回旋區(qū)內(nèi)未燃半焦所形成鳥巢區(qū)(bird' s nest)及其導(dǎo)致的爐芯失活問題。
[0097]本發(fā)明的特征在于，所述鐵水爐是高爐50、FINEX熔融氣化爐60、COREX熔融氣化爐70中的任何一種。
[0098]作為所述鐵水爐可使用裝入焦炭、燒結(jié)礦等后噴入熱風(fēng)，以制造鐵水的高爐50 ；利用多級(jí)流化床還原反應(yīng)器65和熔融氣化爐60制造鐵水的FINEXli工藝的熔融還原爐(melter-gasifier);利用豎爐75和熔融氣化爐70的COREX工藝的熔融氣化爐。
[0099]本發(fā)明的特征在于，所述還原氣體的氫氣(H2)含量為30%以下。
[0100]通過氫氣來進(jìn)行的鐵礦石還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以會(huì)出現(xiàn)煉鐵爐頂部熱不足的現(xiàn)象。因此，優(yōu)選將煉鐵工藝中所用的還原氣體的氫氣含量保持在30%以下。
[0101]本發(fā)明的特征在于，所述氣化爐20的壓力為5bar~20bar。將所述氣化爐20中產(chǎn)生的還原氣體噴入高爐50或FINEX熔融還原爐時(shí)，高爐50的底部的壓力通常為四個(gè)大氣壓以上，而FINEX熔融還原爐底部的壓力通常為五個(gè)大氣壓以上，因此優(yōu)先將所述氣化爐20的壓力保持在5b ar以上，但不宜超過20bar，因?yàn)榇嬖跉饣癄t20的安全問題和設(shè)備成本過高的問題。
[0102]本發(fā)明的特征在于，所述氣化爐20中生成的所述還原氣體的溫度為1000°C以上。還原氣體優(yōu)選包含甲烷等碳?xì)浠衔锓纸舛a(chǎn)生的一氧化碳、氫氣等，因此優(yōu)選保持在10000C以上，即甲烷的分解溫度以上。
[0103]根據(jù)本發(fā)明，包含在直接噴入的粉煤中的灰份不會(huì)流入鐵水爐內(nèi)，因此可以避免爐渣中由于粉煤而流入的氧化鋁成分中的約10~20%，二氧化硅成分中的約20~30%流入鐵水爐內(nèi)。
[0104]其結(jié)果，可使用鐵礦石中的氧化鋁、二氧化硅含量與上述差異一樣高的低品位礦石，因此即使原料質(zhì)量降低，在煉鐵工藝中也可以生產(chǎn)鐵水。
[0105]此外，目前高爐作業(yè)鑒于粉煤中灰份等的限制以及發(fā)熱量，在噴入粉煤時(shí)多使用半無煙煤類，但根據(jù)本發(fā)明向高爐內(nèi)部噴入還原氣體而不是粉煤，因此可使用廉價(jià)且灰份含量高的褐煤、發(fā)電用煤、或者韓國產(chǎn)無煙煤類，甚至可使用生物質(zhì)燃料(biomass)和RDF/RPF。
[0106]結(jié)果，與噴入粉煤時(shí)相比，可大大降低鐵水制造所用的燃料成本，而且根據(jù)燃料的種類可大幅減少二氧化碳。
[0107]此外，代替粉煤噴入還原氣體，使得粉煤的未燃半焦或灰份減少，從而可以改善在回旋區(qū)形成鳥巢區(qū)(bird, s nest)以及由此導(dǎo)致的爐芯失活問題。
[0108]以上，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了說明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，在不改變技術(shù)思想或必要特征的情況下，本發(fā)明能夠以其他方式實(shí)施。
[0109]因此，上述的實(shí)施例只是示例性的并非限制性的。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)而非上述說明，由權(quán)利要求書的含義、范圍及等效概念導(dǎo)出的所有變更或變更的形式，均屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵水制造設(shè)備，包括: 干燥裝置，利用鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣對(duì)含碳材料進(jìn)行干燥； 氣化爐，通過與所述干燥裝置連接的導(dǎo)管裝入經(jīng)干燥的所述含碳材料后，使其在高溫?zé)犸L(fēng)或氧氣下燃燒，以生產(chǎn)還原氣體；以及 鐵水爐，通過導(dǎo)管與所述氣化爐連接，爐內(nèi)裝入鐵礦石或還原鐵后通過風(fēng)口噴入所述還原氣體，以制造鐵水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵水制造設(shè)備，還包括: 熱風(fēng)爐，用于向所述氣化爐供應(yīng)高溫?zé)犸L(fēng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鐵水制造設(shè)備，還包括: 廢氣供應(yīng)裝置，用于向所述氣化爐供應(yīng)所述鐵水爐中排出的廢氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵水制造設(shè)備，其中， 所述干燥裝置通過使所述鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣部分燃燒，去除或減少所述含碳材料中的水分或揮發(fā)性物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵水制造設(shè)備，其中， 所述鐵水爐為高爐、FI NEX熔融氣化爐及COREX熔融氣化爐中的任何一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵水制造設(shè)備，其中 所述鐵水爐為FINEX熔融氣化爐時(shí)，所述氣化爐中生成的還原氣體噴入所述FINEX熔融氣化爐或多級(jí)流化床還原反應(yīng)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵水制造設(shè)備，其中， 所述鐵水爐為COREX熔融氣化爐時(shí)，所述氣化爐中生成的還原氣體噴入所述COREX熔融氣化爐或豎爐。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵水制造設(shè)備，其中， 所述還原氣體的氫氣含量為30%以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵水制造設(shè)備，其中， 所述氣化爐的壓力為5bar~20bar。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵水制造設(shè)備，其中， 所述氣化爐中生產(chǎn)的所述還原氣體的溫度為1000°c以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵水制造設(shè)備，其中， 所述含碳材料選自煤炭、粉煤、發(fā)電用煤、RDF、RPF及生物質(zhì)燃料中的至少一種。
12.—種鐵水制造方法，包括: 利用鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣對(duì)含碳材料進(jìn)行干燥； 將干燥后的所述含碳材料裝入氣化爐并燃燒，以生產(chǎn)還原氣體；以及 向爐內(nèi)裝入鐵礦石或還原鐵并噴入所述還原氣體，以進(jìn)行還原。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鐵水制造方法，還包括: 向所述氣化爐噴入所述鐵礦石或還原鐵被還原后排出的廢氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的鐵水制造方法，其中， 所述含碳材料的干燥采用以下方式:使所述鋼鐵生產(chǎn)工藝中排出的廢氣部分燃燒，以去除或減少所述含碳材料中的水分或揮發(fā)性物質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鐵水制造方法，其中，所述還原氣體的生產(chǎn)是通過向所述氣化爐噴入高溫?zé)犸L(fēng)或氧氣來進(jìn)行的。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鐵水制造方法，其中，所述鐵水爐為高爐、FINEX熔融氣化爐及COREX熔融氣化爐中的任何一種。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鐵水制造方法，其中，所述還原氣體的氫氣含量為30%以下。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鐵水制造方法，其中，所述氣化爐的壓力為5bar~20bar。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鐵水制造方法，其中，所述氣化爐中生產(chǎn)的所述還原氣體的溫度為1000°C以上。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鐵水制造方法，其中， 所述含碳材料選自煤炭、粉煤、發(fā)電用煤、RDF、RPF及生物質(zhì)燃料中的至少一種。
【文檔編號(hào)】C21B11/00GK104024442SQ201280063743
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】金正鎰 申請(qǐng)人:Posco公司