專利名稱:鐵礦石熔融-還原煉鐵法的制作方法
〔工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域〕本發(fā)明闡述了一種用鐵礦煉鐵的方法。該方法是通過將氧化鐵原料如鐵礦與由熔融—還原爐(后面偶爾稱作“熔爐”)通入的還原氣體進(jìn)行固體還原。再將原料放入熔爐進(jìn)行熔融還原。特別是該方法可以通過對(duì)反應(yīng)中使用的釋放氣體進(jìn)行各種控制，得到只使用低級(jí)燃料并保持和改進(jìn)反應(yīng)產(chǎn)率的效果?！脖尘凹夹g(shù)〕做為不用高爐生產(chǎn)生鐵的技術(shù)，一種所謂直接煉鐵工藝引人矚目。KR方法，COIN方法，Kawa-Tetsu方法和Sumi-Kin方法都已作為小批量生產(chǎn)鐵的技術(shù)得到了發(fā)展。這些方法都要求有預(yù)還原爐和熔爐。預(yù)還原爐例如有豎爐和流化床爐。
直接煉鐵工藝的原理如圖2所示。圖中，當(dāng)生鐵預(yù)先放入熔爐1并在熔爐甲呈熔態(tài)的同時(shí)，在熔爐1中釋放的高溫氣體“a”，其主要成份為CO(也含CO2，H2和H2O)，做為熱源和還原劑通入預(yù)還原爐3，再加入碳料和通入氧氣(或空氣)，使其作用于熱源和還原氣體，在預(yù)還原爐3中部分還原的鐵礦P加到熔爐3中，在熔爐中完全還原，取出產(chǎn)品生鐵F。從熔鐵生產(chǎn)中看到上述工藝從成本角度考慮是相當(dāng)先進(jìn)的，因?yàn)槭褂妹罕仁褂锰烊粴獗阋恕Ｈ欢F(xiàn)在，既使這樣的工藝也包含著嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)缺陷。它的一系列嚴(yán)重的缺點(diǎn)是因?yàn)闉榱巳刍€原的鐵，必須為熔爐提供足夠的能量，要用大量這樣貴的燃料例如減少了灰份含量的無煙煤或褐煤焦，且釋放的還原氣體大大超過了預(yù)還原爐所需氣體的量。因而，對(duì)有效利用趨于過剩的還原氣體進(jìn)行了研究。在日本專利公開號(hào)為NO.222508/84的專利申請(qǐng)中，闡述了轉(zhuǎn)化熔爐放出的氣體的方法和將此轉(zhuǎn)化的還原氣體通入預(yù)還原爐的方法。然而，這些方法仍要以使用貴燃料為前提，上述缺點(diǎn)并未解決。除此之外，由二次燃燒引起的熱負(fù)荷是如此之高，以致于必須在熔爐內(nèi)部和出口處用高級(jí)耐火材料。從以上所述的情況和以下所進(jìn)行的描述不難理解，那些傳統(tǒng)的方法與本發(fā)明的要求有根本的不同?！脖景l(fā)明解決的問題〕本發(fā)明人為了能經(jīng)濟(jì)地使用直接煉鐵工藝進(jìn)行了研究，找到了一種能使用廉價(jià)燃料，如含低能量的劣質(zhì)煤或含有高揮發(fā)份的煤來煉鐵的方法。用這種方法，可以減少前述的由二次燃燒引起的熱負(fù)荷。但是，由于使用這樣的燃料放出的還原氣體的量不足，要求可以根據(jù)礦石還原所要求的量，在預(yù)還原爐中控制一定量的煤并濃縮從熔爐中放出的還原氣體，使氣體的成份和溫度適于礦石還原?！步鉀Q問題的方案〕本發(fā)明的目的是提供一種直接熔融—還原煉鐵的方法。其中包括一個(gè)可克服上述直接熔融—還原煉鐵方法中所包含問題的新的還原氣體產(chǎn)生系統(tǒng)。
本發(fā)明成功地解決了上述問題。本發(fā)明提出的直接熔融—還原煉鐵方法的要點(diǎn)在于氣體氧化劑可在熔爐中與釋放的還原氣體反應(yīng)，使還原氣體在鄰近熔態(tài)鐵上表面處燃燒，高溫氣體還原劑與在高溫下從熔融—還原爐放出的還原氣體反應(yīng)使其發(fā)生部分轉(zhuǎn)化反應(yīng)，得到的轉(zhuǎn)化氣體通入預(yù)還原爐。
〔工藝過程〕本發(fā)明的第一個(gè)發(fā)明點(diǎn)在于從熔爐釋放出的還原氣體可以與氣體氧化劑如加入到熔爐中的氧發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生的燃燒熱有效地輸送到熔鐵池中。發(fā)明的第二個(gè)發(fā)明點(diǎn)在于在熔爐中釋放并從熔爐中放出的高溫還原氣體與在熔爐爐身的出口或在出口管道中的氣體還原劑如主要成份為甲烷的天然氣或液化石油氣相接觸，因而產(chǎn)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)以得到轉(zhuǎn)化氣體，該轉(zhuǎn)化氣體輸入預(yù)還原爐中。在此結(jié)構(gòu)中，不僅在熔爐中釋放的高溫還原氣體的顯熱可以有效地利用，而且可以冷卻所說的還原氣體，改善還原度，因而減少或避免了熱量的損失。本發(fā)明的構(gòu)成還可防止損壞用在熔爐爐身出口部和出口管道中的耐火材料。此外，由于使用的是劣質(zhì)燃料，在熔爐中釋放的高溫還原氣體少，因而可減少由二次燃燒引起的熱負(fù)荷。
在通向預(yù)還原爐的途中，利用顯熱發(fā)生的部分轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，既使從反應(yīng)速度的角度考慮，甲烷(在氣體還原劑如含甲烷的天然氣或液化石油氣中以甲烷為代表成份)也并非充分反應(yīng)達(dá)到平衡組分。隨著溫度降低，起反應(yīng)的甲烷的量變少。象這樣沒反應(yīng)的甲烷在下列步驟中能得到期望的效果。特別是在伴隨煤氣成份的預(yù)還原中，因?yàn)闅怏w中含有較多的CO，部分還原反應(yīng)在預(yù)還原爐如豎爐中發(fā)生，有時(shí)是由于產(chǎn)生的熱造成熔化現(xiàn)象，使鐵礦或還原了的鐵塊相互凝結(jié)。而如果甲烷混在還原氣體中引入預(yù)還原爐，通過甲烷的熱分解，還原了的鐵等物質(zhì)可形成碳的覆蓋層，因而防止凝塊形成。大約占還原氣體2％到13％的甲烷可滿足形成上述碳覆蓋層的需要。還原氣體可以包括其它氣體碳?xì)浠衔锛肮腆w碳源。
因此，在通入還原爐的還原氣體中混入甲烷是相當(dāng)先進(jìn)的。因而，把熱甲烷通入到留在熔爐中的高溫還原氣體中進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)時(shí)，無須轉(zhuǎn)化全部甲烷，部分反應(yīng)就足夠了。保留象上面提到的大約2％到13％的未反應(yīng)甲烷的濃度對(duì)效果是很有影響的。上述轉(zhuǎn)化反應(yīng)是通過利用氣體混合物自身具有的熱進(jìn)行的，也就是說，是在沒有外界熱系統(tǒng)的情況下進(jìn)行的。此外，由于氣體混合物本身有1,200℃到1,550℃的高溫，所以不需要采用催化系統(tǒng)，無催化系統(tǒng)就足夠了。在這種情況下，人們期望從熔爐中撒出的細(xì)鐵粉能做催化劑。進(jìn)而，首先注意到，可在通向預(yù)還原爐的途中裝一個(gè)特殊的反應(yīng)容器以便使反應(yīng)迅速進(jìn)行。
在熔爐中釋放的高溫還原氣體的氣體混合物和被加熱的甲烷，如上所述，自身溫度是1,200℃到1,550℃。這潛熱可以使吸熱的轉(zhuǎn)化反應(yīng)進(jìn)行而使氣體混合物自身的溫度下降50℃到300℃。因而，將這樣的氣體通入熔爐的爐身，可減少爐身的熱負(fù)載。
進(jìn)而，如果使部分預(yù)還原爐來的頂部氣體(放出的氣體)循環(huán)并在循環(huán)氣體中除去可氧化成份后，使該氣體混入上述轉(zhuǎn)化還原氣體中，就可得到冷卻的，調(diào)節(jié)到適當(dāng)溫度和還原度的還原氣體。
這樣得到的還原氣體可以單獨(dú)通入預(yù)還原爐，也可在它注入預(yù)還原爐如豎爐之前，通過按適當(dāng)比例往里混入預(yù)熱的甲烷，使其冷卻并調(diào)節(jié)到上述氣體注入所需的溫度和還原度。加熱器和冷卻器可附設(shè)在通往預(yù)還原爐的途中，使氣體注入溫度可更精確地調(diào)節(jié)。以上所述的方法，即在混合一種氣體還原劑如預(yù)熱甲烷后再輸入還原氣體的方法是先進(jìn)的方法，它可通過甲烷的分解形成鐵礦的碳覆蓋層，防止結(jié)塊。
在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，如前所述，轉(zhuǎn)化的還原氣體由該爐預(yù)定的水平面，單獨(dú)或在加入部分循環(huán)氣體后通入預(yù)還原爐。所說的循環(huán)氣體是預(yù)還原爐放出的，除去了可氧化成份的氣體。在這個(gè)過程中，如果采用了所謂兩級(jí)注入法，即將還原氣體分別由預(yù)還原爐的上部和下部注入，可以得到更有效的預(yù)還原效果。兩級(jí)注入法主要可以分為以下兩種方法。
根據(jù)第一種兩級(jí)注入法，部分從預(yù)還原爐來的頂部氣體(放出的氣體)循環(huán)，在從循環(huán)氣體中去除了可氧化成份后，該氣體被混入上述轉(zhuǎn)化還原氣體。因而可以得到冷卻的并調(diào)節(jié)到適當(dāng)溫度和還原度的還原氣體。
這樣得到的還原氣體分為兩部分，一部分單獨(dú)地或以適當(dāng)?shù)谋壤烊爰淄楹?，冷卻到適于從預(yù)還原爐如豎爐的上部注入所需的溫度和還原度，再從爐子的上部輸入爐子。
剩下的一部分還原氣體按適當(dāng)比例與氣體還原劑如甲烷及預(yù)還原爐放出的循環(huán)氣體(可除去其中的可氧化成份)相混合，氣體冷卻到注入溫度并調(diào)節(jié)氧化度使兩者都能既適于在預(yù)還原爐下部進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)又適于在爐子下部將得到的混合氣體輸入爐子。
根據(jù)第二種兩級(jí)注入法，使一部分從預(yù)還原爐放出的氣體循環(huán)，在除去循環(huán)氣體中所含的可氧化成份后，將氣體與一部分上面所提到的轉(zhuǎn)化的還原氣體相混合，使這樣混合了循環(huán)氣體的還原氣體冷卻并調(diào)節(jié)溫度和還原度，使其適合于單獨(dú)地或按適當(dāng)比例與甲烷混合后從預(yù)還原爐如豎爐的上部注入，再從上部輸入預(yù)還原爐。
另一方面，所剩的一部分轉(zhuǎn)化還原氣體冷卻且調(diào)節(jié)到注入溫度和氧化度，使之既適合于在預(yù)還原爐的下部進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，又適合于將得到的氣體混合物由下部輸入預(yù)還原爐。所述在預(yù)還原爐下面進(jìn)行的轉(zhuǎn)化反應(yīng)是通過按適當(dāng)比例混入一種氣體還原劑如甲烷和從預(yù)還原爐中放出的一部分循環(huán)氣體(可除去其中的可氧化成份)而進(jìn)行的。再將得到的氣體混合物從下部輸入預(yù)還原爐。
根據(jù)本發(fā)明的二級(jí)注入法，利用被還原鐵礦石的轉(zhuǎn)化反應(yīng)在預(yù)還原爐的下部進(jìn)行，因而還原氣體升到爐子的上部，還原度得到了改善，且還原氣體與從爐子上部輸入的還原氣體相混合。這種混合的氣體有一定氣體組分，或說有一定還原度，它適合于鐵礦石等的還原。
對(duì)于預(yù)還原反應(yīng)，要使用傳統(tǒng)豎爐(立式)或流化床爐，它們要使用精礦為原料。一般推薦在豎爐(立式)中預(yù)還原的金屬化率在70％～96％之間，平均值最好不低于85％。在流化床型爐中預(yù)還原的金屬化率要在50％到80％之間，平均值最好不小于70％。
做為去除由豎爐中放出的循環(huán)氣體中可氧化成份的方法，可采用任何已知方法如CO2吸收法或吸附法。
進(jìn)而，通過向熔爐中加入造渣劑，特別是石灰，調(diào)節(jié)爐中爐渣的堿度在大約1.6到3.1之間，可以得到最佳脫硫效果。如果熔爐中的操作壓力調(diào)整到1.5到5.5Kg/m2og的范圍，它可能大大超過在系統(tǒng)中增長(zhǎng)的流阻，這樣就可以不用還原氣體壓縮機(jī)這樣的特殊措施了。實(shí)施例1圖1是本發(fā)明方法的一個(gè)工藝流程的例子。數(shù)字1代表熔融-還原爐；數(shù)字2代表熔融-還原爐爐身出口部的管道；數(shù)字3代表預(yù)還原爐(豎爐)；數(shù)字3a代表一轉(zhuǎn)化部；數(shù)字3b代表還原部；數(shù)字4代表熱交換器；數(shù)字5代表CO2清除器；數(shù)字6代表壓縮機(jī)。在熔融—還原爐1中釋放的高溫還原氣體“a”與在熔爐出口管道2中的甲烷“b”相混合以產(chǎn)生一種被控制的還原氣體“C”?！癈”通過轉(zhuǎn)化反應(yīng)被冷卻和控制。另一方面，從豎爐3放出的一部分還原氣體“h”用熱交換器4冷卻再當(dāng)作冷卻氣體“1”輸入CO2清除器5，在5中CO2被除去。冷卻的氣體在輸入CO2清除器5之前可被壓縮。凈化后的氣體被壓縮機(jī)6壓縮再作為壓縮氣體“d”與氣體“c”混合得到混合氣體“e”輸入豎爐3?；旌蠚怏w“e”在冷卻條件下達(dá)到適合注入豎爐3的溫度。為了提高前述的抗結(jié)塊的效果，建議將甲烷“g”按適當(dāng)比例(在此例中用12.7％)加入到混合還原氣體“e”中并將得到的氣體混合物“f”輸入到豎爐3中去。
表1是根據(jù)本發(fā)明方法的工藝流程作出的一個(gè)平衡表的例子。其中所示的數(shù)字是根據(jù)熔爐中熔鐵的生產(chǎn)計(jì)算出來的。生產(chǎn)量為400,000-500,000噸/年。
表1
在高溫下從熔爐放出的還原氣體(1,609℃，2,876公斤·摩爾/小時(shí))與甲烷(339公斤·摩爾/小時(shí))在熔爐出口部和出口管中接觸，發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)。其結(jié)果，有效地利用了在熔爐中的釋放的高溫還原氣體的顯熱，冷卻了高溫還原氣體(1,609℃→1,054℃)并增加了H2/CO的比率(0.26→0.43)這樣可以減少或防止熱量的損失，防止熔爐出口部和出口管中耐火材料的損壞并防止在預(yù)還原爐中結(jié)塊。這里要給出關(guān)于防止結(jié)塊的補(bǔ)充解釋。防止結(jié)塊是通過改善輸入豎爐的還原氣體H2/CO的比例和通過用加入的甲烷形成還原鐵的碳覆蓋層來實(shí)現(xiàn)的。在本例中，防止結(jié)塊所需甲烷的量是還原氣體的12.7％。
如上所述，甲烷應(yīng)在還原氣體中輸入豎爐，因此由留在熔爐中的高溫還原氣體“a”和被加熱的甲烷“b”混合進(jìn)行的轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，并不需要在轉(zhuǎn)化過程中消耗全部甲烷，部分反應(yīng)更理想。很清楚，在本例中，甲烷的濃度已由10.5％(反應(yīng)前)降至6.7％(轉(zhuǎn)化后)。這個(gè)轉(zhuǎn)化反應(yīng)是利用混合氣體自身具有的熱進(jìn)行的。在這個(gè)例子中，加熱到557℃的甲烷與從熔爐放出的1,609℃的高溫還原氣體相混合，得到的氣體混合物的溫度在吸熱的轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中是1,063℃。
還原氣體溫度在氣體混合和進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)雙重作用下降到546℃。接著，通過從豎爐放出的循環(huán)氣體以1,435公斤·摩爾/小時(shí)的速率混入還原氣體，可控制注入溫度(777℃)以適合鐵礦石的還原。
為防止在豎爐中結(jié)塊，在557℃以167公斤·摩爾/小時(shí)的速率加入甲烷，使豎爐風(fēng)口的溫度和氣體成份調(diào)整到適于鐵礦石還原的值，既分別為763℃，還原值R＝7.0，〔CH4/(CO2+H2O)〕＝1.2。至此，可以使還原反應(yīng)進(jìn)行到滿意的程度且不出現(xiàn)結(jié)塊。實(shí)施例2參考圖2，圖2描述了一個(gè)本發(fā)明兩級(jí)注入法的工藝流程的例子。其中，在熔融—還原爐1中釋放的高溫還原氣體“a”與在熔融—還原爐出口管2中的甲烷“b”混合，產(chǎn)生被控制的還原氣體“c”?！癱”已被冷卻并由轉(zhuǎn)化反應(yīng)控制。此外，豎爐3放出的一部分還原氣體“j”用熱交換器4冷卻，再作為冷卻的氣體“k”進(jìn)入CO2清除器5以去除CO2。冷卻的氣體在它輸入CO2清除器5之前被壓縮。凈化后的氣體再由壓縮機(jī)6壓縮，作為壓縮氣體“d”與氣體“c”混合以得到要輸入豎爐3的混合氣體“e”?；旌蠚怏w“e”在冷卻條件下達(dá)到適于注入豎爐3的溫度。然后，混合的還原氣體“e”分為兩部分，將甲烷“g”以適當(dāng)比例加入其中一部分e1，從而得到還原氣體“f”?！癴”被冷卻并被控制在某一溫度和某一還原度，使二者都適于從豎爐的上部風(fēng)口注入。將剩余的一部分氣體e2以適當(dāng)比例加入甲烷“h”，得到還原氣體“i”，“i”已被冷卻并被控制在某一注入溫度和某一還原度，使二者都適于在豎爐的下部進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。至于氣體e1，在某種情況下，它不與甲烷混合，就作為還原氣體“f”從上部單獨(dú)輸入還原爐。
如最初提到的，由于氣體組分富CO，熱量會(huì)在豎爐中通過發(fā)生部分還原反應(yīng)而引起結(jié)塊。在本例中，為防止這種不利情況，在還原氣體中混入甲烷并用沉積的碳包覆還原的鐵。
表2是根據(jù)本發(fā)明所述方法的工藝流程所作的一個(gè)平衡表的例子。其中的數(shù)值是經(jīng)過熔爐的熔鐵生產(chǎn)計(jì)算出來的，生產(chǎn)規(guī)模為400,000-500,000噸/年。
表2
在高溫下從熔爐中放出的還原氣體(1,596℃，2,876公斤·摩爾/小時(shí))與在熔爐出口部和出口管里的甲烷(339公斤·摩爾/小時(shí))相接觸，從而發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)。結(jié)果，有效地利用了在熔爐中的釋放的高溫還原氣體的顯熱，從而冷卻了高溫還原氣體(1,596℃→1,061℃)并增加了H2/CO的比率(0.26→0.43)，這可以減少或防止熱量的損失，防止熔爐出口部和出口管中耐火材料的損壞并防止預(yù)還原爐中結(jié)塊。這里要給出關(guān)于防止結(jié)塊的補(bǔ)充解釋。防止結(jié)塊可通過改善輸入豎爐的還原氣體中H2/CO的比率并通過用加入的甲烷形成還原鐵的碳覆蓋層來實(shí)現(xiàn)。在此例中用來防止結(jié)塊的甲烷需用量為還原氣體的10％。
如上所述，輸入豎爐的還原氣體中應(yīng)加入甲烷，因而用留在熔爐中的高溫還原氣體“a”與被加熱的甲烷“b”混合進(jìn)行的轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，不必在轉(zhuǎn)化過程中消耗所有的甲烷，進(jìn)行部分反應(yīng)更理想。很清楚，在此例中甲烷濃度已由10.5％(反應(yīng)前)降低到6.7％(轉(zhuǎn)化后)。這種轉(zhuǎn)化反應(yīng)是利用混合氣體本身具有的熱進(jìn)行的。在此例中，加熟到541℃的甲烷(339公斤·摩爾/小時(shí))和從熔爐放出的1,596℃的高溫還原氣體(2,876公斤·摩爾/小時(shí))相混合，得到的氣體混合物在進(jìn)行吸熱的轉(zhuǎn)化反應(yīng)時(shí)的溫度是1,061℃。
在氣體混合和轉(zhuǎn)化反應(yīng)的雙重作用下，還原氣體溫度降至535℃。再以1,417公斤·摩爾/小時(shí)的速率將從豎爐放出的循環(huán)氣體混入還原氣體，可控制注入溫度(755℃)使之適于鐵礦石的還原。
為防止在豎爐中結(jié)塊，甲烷以67公斤·摩爾/小時(shí)的速率加入到溫度控制在755℃的還原氣體“e”的一部分中，也就是加入到要從上部風(fēng)口輸入豎爐的還原氣體e1(2,058公斤·摩爾/小時(shí))中。從而在豎爐風(fēng)口的氣體溫度和成份被調(diào)節(jié)到適于鐵礦石還原的值，即743℃，還原度R值〔(CO+H2)/(CO2+H2O)〕＝7.6。至此，可以在沒有結(jié)塊產(chǎn)生的條件下將還原反應(yīng)進(jìn)行到滿意的程度。
甲烷也加入(100公斤·摩爾/小時(shí))到剩下的那部分氣體e2中去，得到的混合物輸入豎爐下部的風(fēng)口。注入氣體的溫度為743℃，適于注入。它的成份為〔CH4/(CO2+H2O)＝1.0 〕，適于在豎爐中引起部分轉(zhuǎn)化反應(yīng)。當(dāng)這部分氣體從豎爐的下風(fēng)口輸入并升到上部時(shí)，發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)。根據(jù)此例，很清楚，在豎爐的上風(fēng)口附近，甲烷濃度由10.4％降至6.5％。所以還原度R值可由7.6改善為13.4，并可在豎爐上部得到還原鐵礦石的有效氣體組分。這部分轉(zhuǎn)化氣體上升經(jīng)過豎爐的中部，與從上風(fēng)口輸入的R值為7.6的氣體“ f”混合，氣體的R值由此成為10.5并且組分適宜于還原鐵礦石。這樣，在上部也可在不結(jié)塊的條件下得到正常的被還原的鐵礦石。實(shí)施例3參考圖3，圖3是使用本發(fā)明兩級(jí)注入法的工藝流程的另一個(gè)例子。其中，在熔融一還原爐1中釋放的高溫還原氣體“a”與在熔融一還原爐出口管2中的甲烷“b”混合并產(chǎn)生被控制的還原氣體(相當(dāng)于轉(zhuǎn)化氣體)。它已通過轉(zhuǎn)化反應(yīng)被冷卻和被控制。另外，從豎爐3放出的一部分還原氣體“i”用熱交換器4冷卻，再作為冷卻的氣體“j”輸入CO2清除器5以去除CO2。冷卻的氣體在被輸入CO2清除器5之前被壓縮。凈化后的氣體用壓縮機(jī)6壓縮，再作為壓縮氣體“d”與一部分氣體“c”混合得到要輸入豎爐3的混合氣體“e”?；旌蠚怏w“e”在冷卻條件下達(dá)到它適于輸入豎爐3的溫度。如果必要，可另外在混合氣體中混合甲烷g1。用這種方法可得到還原氣體“f”?！癴”已被冷卻和控制到某一溫度和一定還原度，使二者都適宜從豎爐的上部風(fēng)口注入。另一方面，甲烷“g”也以適當(dāng)比例加入到被控制的還原氣體“c”的所剩部分“h”中，再加入一部分循環(huán)氣體“i”，從而得到還原氣體“j”。“j”被冷卻和控制到某一注入溫度和某一還原度，使二者都適于在豎爐的下部進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。如最初提到的，由于氣體組分富CO，可以通過在豎爐中進(jìn)行部分還原反應(yīng)而產(chǎn)生熱，并因而結(jié)塊。在此例中，為了防止這樣的不利情況，在還原氣體中混入甲烷并且在還原的鐵上包覆沉積碳。
表3是根據(jù)本發(fā)明方法的工藝流程繪制的平衡表的例子。其中的數(shù)值是通過對(duì)從熔爐中熔鐵的生產(chǎn)計(jì)算得到的。生產(chǎn)規(guī)模為400,000-500,000噸/年。
表3
在高溫下從熔爐放出的還原氣體1,596℃，2,876公斤·摩爾/小時(shí))與熔爐出口部和出口管中的甲烷(339公斤·摩爾/小時(shí))相接觸從而發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，其結(jié)果，有效地利用了在熔爐中的釋放的高溫還原氣體，從而使高溫還原氣體冷卻(1,596℃→1,062℃)并提高H2/CO的比率(0.26→0.43)，它可減少或防止熱量的損失，防止熔爐出口部和出口管中耐火材料的損壞并防止在預(yù)還原爐中結(jié)塊。這里要對(duì)防止結(jié)塊做補(bǔ)充解釋。防止結(jié)塊是通過改善通入豎爐的還原氣體中H2/CO的比率和通過加入的甲烷形成被還原鐵的碳覆蓋層來實(shí)現(xiàn)的。在本例中用于防止結(jié)塊的甲烷需要量大約為還原氣體的6.6％。
如上所述，甲烷應(yīng)與通入豎爐的還原氣體相混合，因而，在通過留在熔爐中的高溫還原氣體“a”與被加熱的甲烷“b”相混合而進(jìn)行的轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，轉(zhuǎn)化過程不必消耗全部甲烷，反應(yīng)只部分進(jìn)行更為理想。這個(gè)轉(zhuǎn)化反應(yīng)是利用混合氣體自身具有的熱進(jìn)行的。在此例中，被加熱到580℃的甲烷(339公斤·摩爾/小時(shí))和從熔爐放出的1,596℃的高溫還原氣體(2,876公斤·摩爾/小時(shí))相混合，在吸熱的轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，所得的氣體混合物的溫度為1,062℃。
在氣體混合和轉(zhuǎn)化反應(yīng)雙重作用下，還原氣體溫度降至534℃。再通過將從豎爐中放出的循環(huán)氣體“d”以1,101公斤·摩爾/小時(shí)的速率混入用此法得到的氣體“c”的一部分中，可以控制注入溫度(743℃)和還原度R值〔(CO+H2)/(CO2+H2O)〕＝7.6，使兩者都適于鐵礦石的還原。此還原氣體“f”為進(jìn)行還原反應(yīng)輸入轉(zhuǎn)爐3的上部3b。
剩余的一部分(1,374公斤·摩爾/小時(shí))被控制的還原氣體C1(1,062℃)與從豎爐3放出的氣體“i”(936公斤·摩爾/小時(shí))相混合，再加入預(yù)熱到580℃的甲烷(167公斤·摩爾/小時(shí))，得到的氣體混合物引到豎爐下部3a的風(fēng)口。這個(gè)注入氣體“j”的溫度為830℃(2,504公斤·摩爾/小時(shí))適于注入并且它的成份為〔CH4/(CO2+H2O)＝0.67〕適于在豎爐中引起部分轉(zhuǎn)化的還原反應(yīng)。當(dāng)這部分氣體從豎爐的下部風(fēng)口輸入并升到上部時(shí)，在那里發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)，在豎爐上部的風(fēng)口附近，還原度R值與甲烷濃度分別為9.0和4.3％。接著，該氣體混入從上部風(fēng)口輸入的R值為7.6的氣體“f”，結(jié)果，氣體的R值和甲烷濃度分別變?yōu)?.2和5.5％。由此得到適于還原鐵礦石的氣體組分。這樣，在上部也可以在沒有結(jié)塊的情況下得到被正常還原的鐵礦石?！脖景l(fā)明的效果〕由于本發(fā)明有如上所述的發(fā)明結(jié)構(gòu)，使得在用廉價(jià)燃料情況下釋放的還原氣體可以改進(jìn)成具有適于預(yù)還原溫度和組分的氣體，可以減少直接煉鐵工藝的操作費(fèi)用和穩(wěn)定，有效地進(jìn)行還原反應(yīng)。附圖的簡(jiǎn)要說明圖1到圖3是本發(fā)明方法的工藝流程舉例圖4是直接煉鐵工藝的過程原理說明1…熔融—還原爐2…在熔融—還原爐出口部的管道3…熔融—還原爐(豎爐)4…熱交換器
5…CO2清除器6…壓縮機(jī)
權(quán)利要求
1.一種將鐵礦石熔融-還原的煉鐵方法，該方法是用由熔融—還原爐引入的還原氣體，在預(yù)還原爐中，對(duì)固態(tài)的氧化鐵原料進(jìn)行預(yù)還原，在預(yù)還原后，再將氧化鐵原料送入熔融—還原爐，在有還原劑的情況下進(jìn)行熔融—還原，其特征在于，在熔融—還原爐中釋放的還原氣體在熔鐵上表面附近與氣體氧化劑反應(yīng)以發(fā)生轉(zhuǎn)變，在高溫下從熔融—還原爐放出的還原氣體與在高溫下的氣體還原劑反應(yīng)，以發(fā)生部分轉(zhuǎn)化反應(yīng)，得到的轉(zhuǎn)化氣體被輸入預(yù)還原爐。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其中與從熔融—還原爐放出的高溫還原氣體作用以引起部分轉(zhuǎn)化反應(yīng)的高溫氣體還原劑是甲烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其中的高溫氣體還原劑與從熔融—還原爐放出的高溫還原氣體在爐子的出口部作用以引起部分轉(zhuǎn)化反應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其中從熔融—還原爐放出的高溫還原氣體與高溫氣體還原劑的氣體混合物的溫度被調(diào)節(jié)到1,200℃到1,550℃，使高溫氣體還原劑與高溫還原氣體作用，利用氣體混合物的潛熱發(fā)生部分轉(zhuǎn)化作用，使得到的轉(zhuǎn)化氣體的溫度較轉(zhuǎn)化前的氣體混合物的溫度降低50℃到300℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的方法，其中在甲烷作用下，通過部分轉(zhuǎn)化反應(yīng)所得的轉(zhuǎn)化氣體中，未反應(yīng)的甲烷濃度控制在2％到13％的范圍中。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其中高溫氣體還原劑與從熔融—還原爐放出的高溫還原氣體作用，發(fā)生部分轉(zhuǎn)化反應(yīng)以得到轉(zhuǎn)化氣體，而從預(yù)還原爐放出的一部分氣體被輸入循環(huán)支管并在去除可氧化成份后，將其混入轉(zhuǎn)化氣體，再將與所述放出氣體混合的高溫還原氣體輸入預(yù)還原爐。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其中高溫氣體還原劑與從熔融—還原爐放出的高溫還原氣體作用，發(fā)生部分轉(zhuǎn)化反應(yīng)以得到轉(zhuǎn)化氣體，而從預(yù)還原爐放出的一部分氣體被輸入循環(huán)支管，在去除可氧化成份后，混入轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的氣體中，然后，一部分與放出氣體混合的高溫還原氣體從預(yù)還原爐的上部引入，而氣體還原劑被加入到高溫還原氣體的剩余部分以得到適于在預(yù)還原爐的下部進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的氣體，且得到的氣體從下部輸入預(yù)還原爐。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其中氣體氧化劑與在熔融—還原爐中釋放的還原氣體反應(yīng)，使還原氣體在熔鐵的上表面附近燃燒并且高溫氣體還原劑與從熔融—還原爐放出的高溫還原氣體作用，發(fā)生部分轉(zhuǎn)化反應(yīng)以得到轉(zhuǎn)化氣體，而從預(yù)還原爐放出的一部分氣體被輸入循環(huán)支管，在去除可氧化成份后，與一部分轉(zhuǎn)化氣體混合，然后與所說的放出氣體混合的高溫還原氣體從預(yù)還原爐的上部輸入，進(jìn)而氣體還原劑和一部分從預(yù)還原爐放出的氣體被加入到剩余部分的轉(zhuǎn)化氣體中，以得到適于在預(yù)還原爐下部進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的氣體，并且將這樣得到的氣體從預(yù)還原爐的下部輸入。
專利摘要
本發(fā)明是有關(guān)將鐵礦石熔融-還原的煉鐵方法。該方法是通過將氧化鐵原料如鐵礦與由熔融-還原爐通入的還原氣體進(jìn)行固體還原。再將原料放入熔爐進(jìn)行熔融還原。該方法的特點(diǎn)是可通過對(duì)反應(yīng)中使用的釋放氣體進(jìn)行各種控制，得到只使用低級(jí)燃料并保持和改進(jìn)反應(yīng)產(chǎn)率的效果。
文檔編號(hào)C21B13/14GK86105271SQ86105271
公開日1987年4月1日 申請(qǐng)日期1986年7月18日
發(fā)明者青木守 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan