專(zhuān)利名稱(chēng)：將金屬載體加于熔融氣化區(qū)中的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將金屬載體特別是海綿鐵、及碳載體加于熔融氣化器中的方法，所述金屬載體含有部分細(xì)粉，并至少經(jīng)部分還原，在該熔融氣化器中保持著一個(gè)熔融氣化區(qū)，其中將金屬載體和碳載體加在熔融氣化器的熔融氣化區(qū)上方，然后它們下降到熔融氣化區(qū)中，并經(jīng)過(guò)該區(qū)而形成金屬熔體、特別是生鐵水，并通過(guò)煤的氣化而產(chǎn)生還原氣體，本發(fā)明還涉及實(shí)施該方法的設(shè)備。
將粒狀的含鐵物料、如經(jīng)預(yù)還原的海綿鐵，經(jīng)設(shè)置在熔融氣化器的爐殼中心的加料口從上方加入，該顆粒因重力的作用而下降，然后存在于此熔融氣化器中的流化床內(nèi)減速，可從EP-B-0010627中得知。也是在重力的影響下，經(jīng)過(guò)設(shè)置在熔融氣化器爐殼側(cè)面中的、或設(shè)在向頂部延伸而構(gòu)成此熔融氣化器的圓拱中的加料孔加入塊煤。通過(guò)設(shè)置在中心的、含鐵物料的加料口，將在此熔融氣化器中形成的還原氣體抽出。
這種方法不適于處理細(xì)顆粒的金屬載體、尤其是細(xì)顆粒的海綿鐵，因?yàn)?，在此熔融氣化區(qū)中形成的、然后經(jīng)設(shè)在爐殼中心或設(shè)在熔融氣化器圓拱中的加料口抽出的還原氣體的大量氣流會(huì)把細(xì)粒金屬載體立即帶出此熔融氣化器。這種細(xì)粒金屬載體的帶出被熔融氣化器上部區(qū)域、即在熔融氣化區(qū)上方區(qū)域中的占主要地位的溫度所加強(qiáng)，該溫度過(guò)低，以致于不能保證熔化，即，使細(xì)顆粒在加料口處結(jié)團(tuán)，從而形成較大的顆粒，盡管有上升氣流，但它們?nèi)钥沙寥肴廴跉饣瘏^(qū)中。
從EP-A-0217331得知，將經(jīng)預(yù)還原的細(xì)礦石加入熔融氣化器、并借助等離子燒嘴使之完全還原和熔化，同時(shí)供入含碳還原劑。將經(jīng)預(yù)還原的細(xì)礦石或海綿鐵細(xì)粉末供入設(shè)在熔融氣化器下部的等離子燒嘴中。這種方法的缺點(diǎn)是由于將經(jīng)預(yù)還原的細(xì)礦石直接供入下熔融區(qū)、即熔體集聚區(qū)，所以不再能夠保證完全還原，而且進(jìn)一步處理該生鐵時(shí)所必需的化學(xué)成份不能借助任何手段達(dá)到。此外，由于在熔融氣化器下部區(qū)域由煤所形成的流化床或固定床不可能從等離子燒嘴的高溫區(qū)帶走足夠量的熔化產(chǎn)物，所以加入大量預(yù)還原的細(xì)礦石是不可行的。加入大量預(yù)還原細(xì)礦石會(huì)導(dǎo)致等離子燒嘴瞬時(shí)的熱故障和機(jī)械故障。
經(jīng)過(guò)從熔融氣化器頭部伸入煤流化床近旁的下流管將海綿鐵顆粒中的細(xì)粒部分加于熔融氣化器中的技術(shù)可從EP-B-0111176得知。在下流管的端部設(shè)有擋板，以便將該細(xì)粒部分的速度減至最小，從而使出自該下流管的細(xì)粒部分的出口速度非常低。在加料處，在熔融氣化器中占主要地位的溫度很低，因而阻止了供入的細(xì)粒部分的立即熔化。這種低溫和下流管的很低的出口速度使得大部分供入的細(xì)粒部分又與熔融氣化器中所產(chǎn)生的還原氣體被一起從該熔融氣化器中帶走。按這種方法，加入含細(xì)粉部份的海綿鐵顆?；騼H加細(xì)粒部分都是行不通的。
借助輸送氣體，將海綿鐵細(xì)粒部分加入由熔融氣化器中的熔融氣化區(qū)，從而形成的流化床的技術(shù)可從EP-A-0594 557得知。這是不利的，結(jié)果是發(fā)生流化床堵塞，從而導(dǎo)致氣體環(huán)流不足及可能地使氣體被堵塞，結(jié)果使氣體噴發(fā)，借此沖破被堵塞的流化床。因此使碳載體的氣化過(guò)程和被還原的鐵礦石的熔化過(guò)程明顯受阻。
從EP-A-0576414得知經(jīng)粉塵燒嘴將細(xì)粒金屬載體供入熔融氣化區(qū)。與此工藝相關(guān)的一個(gè)缺點(diǎn)是在熔融氣化區(qū)中會(huì)形成帶有過(guò)量金屬的區(qū)域和帶有過(guò)量碳的區(qū)域。
按照AT-B-390622，將細(xì)粒部分吹入熔融氣化器中的固定床內(nèi)，其中固定床起著類(lèi)似過(guò)濾器的作用。因而氣體穿透性下降，其結(jié)果是會(huì)發(fā)生氣體噴發(fā)。
本發(fā)明者在避免這些缺點(diǎn)和困難，且其目的在于提供一種開(kāi)始時(shí)所述類(lèi)型的方法及實(shí)施此方法的設(shè)備，用所述的方法和設(shè)備毋需造塊就可以處理細(xì)粒金屬載體，而且其中，一方面，可以可靠地避免在熔融氣化器中產(chǎn)生的還原氣體將供入的細(xì)顆粒、可能是預(yù)還原或完全還原態(tài)的細(xì)顆粒帶走，而另一方面，若需要，保證細(xì)顆粒的最終還原。本發(fā)明要達(dá)到的另一目的是，使金屬載體和碳載體在熔融氣化區(qū)的流化床中達(dá)到盡可能均勻的分布。
按照本發(fā)明，在將碳載體和金屬載體二者引入熔融氣化器的熔融氣化區(qū)中心部位上方、最好是利用重力的方式可達(dá)到此目的，其中金屬載體形成一股中心流，而其周邊圍繞著由碳載體構(gòu)成的外周物流。
由于圍繞著金屬載體的中心物流，由碳載體形成了致密的外周物流，從而防止了金屬細(xì)粉部分的粉塵損失，即防止了隨產(chǎn)生于熔融氣化器中的還原氣體排走的所述細(xì)粉部分的損失。
按一較佳實(shí)施方案，該碳載體構(gòu)成的外周物流是由若干緊密相鄰的碳載體物流構(gòu)成的。此時(shí)，通過(guò)適當(dāng)安排由碳載體組成的外周物流、從而影響熔融氣化器中的流化床的結(jié)構(gòu)是可行的，即，有選擇地將大量碳載體加入到流化床的中心區(qū)，或加在其周邊區(qū)域中是可行的。
最好，改變單位時(shí)間內(nèi)所加入的碳載體和/或金屬載體的量，其中有益的是·進(jìn)行單位時(shí)間所加金屬載體和碳載體量的改變，從而減少所加入的金屬載體量，同時(shí)大致保持所加的碳載量不變，或使之增加，或·相反地，減少所加的碳載體量，同時(shí)大致保持所加的金屬載體量不變，或使之增加，或·大致保持所加入的金屬載體量不變，而且增加碳載體的量，或·相反，大致保持碳載體量不變，而且增加金屬載體量。
借此，逐層地影響氣化區(qū)的結(jié)構(gòu)是可行的。
實(shí)施例方法的設(shè)備設(shè)有一個(gè)熔融氣化器，它具有輸送含氧體、碳載體及至少經(jīng)部分還原的金屬載體的管道，而且從向上形成熔融氣化器頂端的圓拱區(qū)開(kāi)始，一根還原氣體的氣體排放管與上述管道分離，該熔融氣化器還設(shè)有金屬熔體、尤其是生鐵水和渣的排出口，該設(shè)備的特征在于，在熔融氣化器圓拱的中心內(nèi)部設(shè)有碳載體和金屬載體的加料裝置，它具有輸送金屬載體的中心管及形成包圍中心管的外圍物流的碳載體輸送管。
碳載體輸送管最好由圍在中心管周邊而又留有環(huán)形間隙的外圍管構(gòu)成。
一較佳實(shí)施方案的特征在于，碳載體輸送管由數(shù)個(gè)圍在中心管周邊、與之相距一個(gè)近的距離的輸送管構(gòu)成，其中各輸送管間的自由距離及各輸送管與中心管間的自由距離小于輸送器的直徑、最好小于其半徑是有益的。
為形成非?？拷貒@由金屬載體形成中心物流的、特別致密的外圍物流，各碳載體輸送管相互集中并沿碳載體流動(dòng)方向向中心管集中是有益的。
中心管的出口開(kāi)孔設(shè)在高于碳載體出口孔的水平面之上是適宜的。
另一較佳實(shí)施方案的特征在于，碳載體輸送管(33)和中心管均由設(shè)有內(nèi)冷卻的管子構(gòu)成。
下面參照幾個(gè)示于附圖的舉例性的實(shí)施方案詳細(xì)敘述本發(fā)明，其中，

圖1示意性地展示了用于從細(xì)礦石生產(chǎn)生鐵水或液體鋼的預(yù)產(chǎn)物的整個(gè)設(shè)備。圖2和3展示了垂直截面中的熔融氣化器的細(xì)節(jié)及沿圖2中的箭頭Ⅲ的方向所見(jiàn)的視圖；圖4和5展示了本發(fā)明的另一實(shí)施方案，它們描繪了與圖2和3相似的視圖。
本發(fā)明的設(shè)備設(shè)有順序串聯(lián)的三個(gè)流化床反應(yīng)器1-3，其中含氧化鐵的物料如礦粉經(jīng)礦石輸關(guān)管4供入第一流化床反應(yīng)器1，于其中的預(yù)熱階段5內(nèi)發(fā)生礦粉的預(yù)熱及可能有的預(yù)還原，接著從流化床反應(yīng)器1經(jīng)輸送管6將其導(dǎo)入流化床反應(yīng)器2，3。在流化床反應(yīng)器2的內(nèi)部，于預(yù)還原階段7內(nèi)進(jìn)行預(yù)還原，在流化床反應(yīng)器3中，于終還原階段8內(nèi)進(jìn)行細(xì)礦石的終還原或完全還原成海綿鐵。
經(jīng)完全還原的物料，此處指海綿鐵，經(jīng)輸送管9，供入熔融氣化器10，其特定的供料方式將于下文陳述。在熔融氣化器10內(nèi)的熔融氣化區(qū)11-它由固定床和/或流化床構(gòu)成-中，由煤和含氧氣體產(chǎn)生了含CO和H2的還原氣體，它經(jīng)還原氣體輸送管12供入在細(xì)礦石流動(dòng)方向最后設(shè)置的流化床反應(yīng)器3中。最好，熔融氣化區(qū)11由在熔融氣化區(qū)的主要部分上延伸的并被高度較低的流化床覆蓋的固定床構(gòu)成。然后使還原氣體以與礦石流相反的方向從流化床反應(yīng)器3導(dǎo)向流化床反應(yīng)器2，再導(dǎo)向反應(yīng)器1，即經(jīng)連接導(dǎo)管13引導(dǎo)，然后經(jīng)頂部氣體排放管14作為頂部氣體導(dǎo)出流化床反應(yīng)器1，接著被冷卻及在濕式除塵器15中洗滌除塵。
熔融氣化器10設(shè)有輸送固體碳載體的輸送管16，輸送含氧氣體的輸送管17，以及任選地設(shè)有輸送諸如在室溫下為液體或氣體的碳?xì)浠镏?lèi)的碳載體和輸送經(jīng)煅燒的熔劑的輸送管。在熔融氣化器10內(nèi)部，在熔融氣化區(qū)11下方，聚集著生鐵水或熔融的鋼的預(yù)產(chǎn)物和熔渣，它們經(jīng)排放口18排出。
在離開(kāi)熔融氣化器10并進(jìn)入流化床反應(yīng)器3的還原氣體輸送管12中設(shè)有除塵裝置19，如熱氣體旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器中被分離的粉塵顆粒經(jīng)返折導(dǎo)管20被供往熔融氣化器10，這些顆粒與作為輸送工具的氮?dú)庖黄鹪诖笛鯐r(shí)經(jīng)過(guò)燒嘴21被供入氣化器10。
其中發(fā)生細(xì)礦石預(yù)還原的流化床反應(yīng)器2被供以少量的還原氣體，該氣體有較低的還原勢(shì)，但對(duì)于預(yù)還原目的而言是足夠了。當(dāng)欲被還原的材料所達(dá)到的還原程度低于終還原階段8中的還原程度時(shí)，此處則不出現(xiàn)“粘附”。離開(kāi)流化床反應(yīng)器2的、反應(yīng)后的還原氣體經(jīng)管道13供往除法器22。一部分經(jīng)除塵的還原氣體經(jīng)出口氣體排放管23抽出；另一部分經(jīng)管13經(jīng)壓縮機(jī)24被供往預(yù)熱階段5，即流化床反應(yīng)器1。
調(diào)節(jié)還原氣體溫度的可能性歸因于氣體再循環(huán)管25，設(shè)置該管是可取的，它離開(kāi)還原氣體輸送管12，并將部分還原氣體經(jīng)除塵器26和壓縮機(jī)27回輸至所述的還原氣體輸送管12中，即在熱氣體旋風(fēng)分離器19之前輸至管12中。
為調(diào)節(jié)細(xì)礦石的預(yù)熱溫度，將含氧氣體如空氣或O2經(jīng)管道28輸往預(yù)熱階段5，此處稱(chēng)之為流化床反應(yīng)器1，從而使供往預(yù)熱階段5的還原氣體發(fā)生部分燃燒是可行的。
按本發(fā)明，經(jīng)單獨(dú)的加料裝置29加入了海綿鐵和碳載體，該裝置在圖2-5中以2種變通形式作了詳細(xì)說(shuō)明。
加料裝置29設(shè)有輸送海綿鐵的中心管31，海綿鐵在重力的作用下，落入熔融氣化器10中，從而形成物流32，所述的中心管31設(shè)在熔融氣化器10的拱頂30的中心，拱頂30構(gòu)成熔融氣化器10的頂部。按照?qǐng)D2所示的實(shí)施方案，中心管31被碳載體輸送管33包圍，它是由外套管35構(gòu)成的，管35包圍中心管31但留有一環(huán)形間隙34。借助于徑向拉桿36將中心管31支撐在連接在拱頂30上的外套管35上。
借助環(huán)狀間隙31輸送碳載體，然后它又以緊密的方式形成包圍中心海綿鐵物流32的外圍物流37。
由碳載體形成的外圍物流37構(gòu)成了對(duì)由海綿鐵形成的中心物流的保護(hù)，前者將后者封住，從而避免了海綿鐵的粉塵損失。碳載體和海綿鐵一直下降到熔融氣化區(qū)11為止，然后穿過(guò)該區(qū)，在此期間，海綿鐵的熔化、任選地在終還原后的熔化及碳載體的氣化就發(fā)生了。
按照?qǐng)D4和5中所示的實(shí)施方案，外圍部份37由幾個(gè)緊密相鄰的碳載體物流38構(gòu)成。按此實(shí)施方案，由幾個(gè)輸送管40構(gòu)成碳載體輸送管33，它們以近的距離39圍住中心管31。輸送管40彼此間的距離41和它與中心管31間的距離39比輸送管40的直徑42的測(cè)量值稍小，更好是，距離39、40小于輸送管40的直徑42的一半。
若按此實(shí)施方案，欲在海綿鐵的中心物流32周?chē)纬商驾d體的特別致密的外圍物流，就適當(dāng)?shù)貙⑤斔凸?0的軸線43定向，以使之向中心管31傾斜，即輸送管40沿碳載體流動(dòng)的方向相互集中，并還向中心管31集中，比如在圖4中以表示輸送管40的一根管的虛線所示。
按圖2，中心管31的出口孔44的位置高于外圍管35出口孔45的位置，而且按圖4也高于輸送管40的出口孔46的位置。最好管31、35、40都設(shè)有內(nèi)部的液體冷卻，但這不作詳細(xì)說(shuō)明。
海綿鐵輸送管9和固體碳載體輸送管16都設(shè)有調(diào)量裝置47，48，從而可調(diào)整單位時(shí)間的加入量。因此使碳載體和海綿鐵在熔融氣化區(qū)11中的固定床內(nèi)的形成層狀結(jié)構(gòu)或均勻分布是可能的。
本發(fā)明不限于附圖中所示的示例性實(shí)施方案，而是在各個(gè)方面可作改進(jìn)。比如，以類(lèi)似于圖2所示的方式，用外圍管35圍繞中心管31，經(jīng)過(guò)設(shè)在外圍管35的正側(cè)底部開(kāi)口，碳載體離開(kāi)外圍管35，并形成外圍物流。而且無(wú)論預(yù)還原和/或終還原的方式如何，都能實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1．將含有細(xì)粉并至少經(jīng)部分還原的金屬載體尤其是海綿鐵、及碳載體加于熔融氣化器(10)中的方法，在熔融氣化器(10)中有熔融氣化區(qū)(11)，在該方法中，金屬載體和碳載體被供入熔融氣化器(10)的熔融氣化區(qū)(11)的上方，然后降落至熔融氣化區(qū)(11)中并經(jīng)過(guò)該區(qū)，從而形成金屬熔體、特別是生鐵水，并且通過(guò)煤的氣化產(chǎn)生還原氣體，其特征在于，將碳載體和金屬載體，最好通過(guò)重力作用，加在熔融氣化器的熔融氣化區(qū)(11)中心的上方，形成金屬載體的中心物流(32)，其周邊圍繞著由碳載體構(gòu)成的外圍物流(37)。
2．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，碳載體所形成的外圍物流(37)由幾個(gè)緊密相鄰的碳載體物流(38)構(gòu)成(圖4)。
3．權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，改變單位時(shí)間內(nèi)所加的碳載體和/或金屬載體的量。
4．權(quán)利要求3的方法，其特征在于，·改變每單位時(shí)間所加的金屬載體和碳載體的量，以便減少所加的金屬載體量，同時(shí)大致保持所加的碳載體量不變或使之增加，或·相反地，減少所加的碳載體量，同時(shí)大致保持所加的金屬載體量不變或使之增加，或·大致保持所加的金屬載體量不變，并增加碳載體量，或·大致保持碳載體量不變，并增加金屬載體量。
5．用于實(shí)施權(quán)利要求1-4中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法的設(shè)備，它具有熔融氣化器(10)，熔融氣化器(10)具有輸送含氧氣體、碳載體及至少被部分還原的金屬載體的輸送管(17、16、9)，而且還原氣體的氣體排放管(12)從形成熔融氣化(10)頂部的圓拱(30)區(qū)伸出，而且熔融氣化器(10)還設(shè)有金屬熔體、特別是生鐵水和渣的排放口(18)，其特征在于，熔融氣化器(10)的圓拱(30)的中心內(nèi)部設(shè)有碳載體及金屬載體的加料裝置(29)，它具有一根輸送金屬載體的中心管(31)及用于形成圍繞中心管(31)的外圍物流(37)的碳載體輸送管(33)。
6．權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，碳載體輸送管(33)由周?chē)鷩@中心管(31)、同時(shí)又留有環(huán)形間隙(34)的外圍管(35)構(gòu)成(圖2,3)。
7．權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，碳載體輸送管由數(shù)個(gè)設(shè)置在中心管(31)的周邊、與之有相距很近的距離(39)的輸送管(40)構(gòu)成(圖4,5)。
8．權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，各輸送管間的自由距離(41)及中心管(31)離輸送管(40)的自由距離(39)小于輸送管(40)的直徑(42)，更好是小于輸送管(40)的直徑(42)的一半。
9．權(quán)利要求7或8的設(shè)備，其特征在于，各碳載體輸送管(40)相互集中，并沿碳載體流經(jīng)的方向向中心管(31)集中。
10．權(quán)利要求5-9中一項(xiàng)或多項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，中心管(31)的出口開(kāi)孔(44)設(shè)置在高于碳載體輸送管(33)的出口開(kāi)孔(46)的水平面上。
11．權(quán)利要求5-10中一項(xiàng)或多項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，碳載體輸送管(33)和中心管(31)由設(shè)有內(nèi)冷卻的管構(gòu)成。
全文摘要
將含部分細(xì)粉并至少經(jīng)部分還原的金屬載體及碳載體加入其內(nèi)有處于熔融氣化區(qū)(11)中的熔融氣化器(10)的方法,金屬載體和碳載體被加在熔融氣化器(11)的熔融氣化區(qū)水平面上方,然后下降至熔融氣化區(qū)(11)中并穿過(guò)該區(qū),從而形成金屬熔體,并因煤的氣化而產(chǎn)生還原氣體。為防止在將金屬載體加入時(shí)熔融氣化器(10)中時(shí)金屬載體被從中部分帶出,并使之能達(dá)到金屬載體和碳載體均勻分布,將碳載體和金屬載體,最好借助重力作用,引入熔融氣化器(10)的熔融氣化區(qū)(11)中心上方,形成金屬載體的中心物流(32),其周邊圍繞著由碳載體構(gòu)成的外圍物流(37)。
文檔編號(hào)C22B5/12GK1221457SQ97195409
公開(kāi)日1999年6月30日 申請(qǐng)日期1997年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月10日
發(fā)明者L·W·凱普林格, F·瓦爾納, J－L·申克 申請(qǐng)人:奧地利鋼鐵聯(lián)合企業(yè)阿爾帕工業(yè)設(shè)備制造公司, 浦項(xiàng)綜合制鐵株式會(huì)社, 工業(yè)科學(xué)與技術(shù)研究所,財(cái)團(tuán)