專(zhuān)利名稱(chēng)：含油和鐵氧化物的殘余物的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含油和鐵氧化物的殘余物的熱處理方法，所述的殘余物以油性泥渣的形式存在，如來(lái)自鋼廠的泥渣。
在鋼鐵工業(yè)的軋鋼廠中，存在大量的含車(chē)間鐵氧化物的泥渣，這些泥渣是在凈化來(lái)自連續(xù)鑄造車(chē)間和軋機(jī)機(jī)組的冷卻水期間產(chǎn)生的。這些泥渣受油或油脂的污染程度取決于鐵成分的粒度。鐵成分的粒度越細(xì)，油或脂含量越高。最細(xì)的部分(＜40μm)可能含油14％，是顯著含油的。由于高含油量，難于將這些泥渣返回現(xiàn)有的的生產(chǎn)線。于是，就嘗試在燒結(jié)廠利用這些泥渣。但是，在燃燒這些泥渣的過(guò)程中所測(cè)得的二氧芑(dioxin)的濃度如此之高，以致于這種類(lèi)型的處理既不經(jīng)濟(jì)也不合乎生態(tài)學(xué)的要求。因此，這些泥渣就被堆積在人工湖中，從而給環(huán)境帶來(lái)潛在的危險(xiǎn)，因?yàn)橛秃推渌鼩堄辔飼?huì)進(jìn)入地下水中。
這些泥渣的典型成分如下表所示。
表1
本文中，“油”一般應(yīng)理解成主要是指軋制鋼鐵時(shí)所使用的潤(rùn)滑劑和油脂。因此，它們主要是烴類(lèi)，并含有這些潤(rùn)滑劑所具有的各種常規(guī)添加劑。
所以，本發(fā)明的任務(wù)是提出這種含油和鐵氧化物的殘余物的熱處理方法。
根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)問(wèn)題可以在多膛爐中通過(guò)熱處理含油和鐵氧化物的殘余物的方法來(lái)解決，所述的多膛爐具有若干一個(gè)比一個(gè)高的爐膛。將含油和鐵氧化物的殘余物與固體還原劑混合并連續(xù)供給多膛爐，先置于頂層爐膛然后逐步轉(zhuǎn)移至下面的爐膛，含油和氧化鐵的殘余物在頂層爐膛被干燥，然后油蒸發(fā)并熱解，而所述的還原劑則與鐵氧化物反應(yīng)直接生成還原鐵，后者與還原劑的殘余物一起在多膛爐的底爐膛處出料。
本發(fā)明的重要優(yōu)勢(shì)是，可以從含油和鐵氧化物殘余物的重要成分中獲得副產(chǎn)品。通過(guò)處理之后，鐵可以返回鋼鐵廠的生產(chǎn)作業(yè)中；油被熱解，而且所產(chǎn)生的熱解氣體被燒掉。因而，油貢獻(xiàn)給了所需處理熱的產(chǎn)生?；曳只旧嫌啥栊圆牧先鏢iO2、Al2O3、MgO等組成，還可能剩下過(guò)量的還原劑。
在本方法中，可以通過(guò)選擇性的過(guò)程控制和連續(xù)的循環(huán)，供給泥渣型含油和鐵氧化物的殘余物，避免顆粒的結(jié)塊。無(wú)論原料的密實(shí)度如何，本方法均提供細(xì)粒的最終產(chǎn)品。
如果使用成灰還原劑，將是特別有利的。由于固態(tài)的最終產(chǎn)品是細(xì)粒狀的，因此可以容易地從鐵中分離出灰分。例如，這種分離可以在熱狀態(tài)通過(guò)篩分來(lái)進(jìn)行。
另一方面，冷卻至700℃以下之后，可以通過(guò)磁性分離器從灰分和過(guò)量的還原劑中分離出還原鐵。按這種辦法得到的直接還原鐵的質(zhì)量實(shí)際上與還原劑的殘余量無(wú)關(guān)。
然后，所得到的鐵可以加工成團(tuán)塊，或直接導(dǎo)入熔化爐(電爐等)并進(jìn)一步處理。
所產(chǎn)生的還原劑殘余物可以與任何未使用過(guò)的還原劑一起用于獨(dú)立的氣化反應(yīng)器，成灰成分作為液體爐渣被方便地分離，而所生成的原煤氣作為燃燒氣或還原氣被用于多膛爐。因此，也可以使用灰分含量較高的廉價(jià)還原劑和/或使用過(guò)量較多的還原劑，以防止殘余物的結(jié)塊。
使用過(guò)量的還原劑，便于殘余物的處理，以分離和再使用未使用過(guò)的還原劑。例如，如果未使用過(guò)的還原劑以足夠粗的粒狀存在，這可以通過(guò)篩選殘余物來(lái)完成。可以將未使用過(guò)的還原劑直接引入多膛爐。
但是，部分所需的還原劑也可能沉積在爐子中較低的一個(gè)或多個(gè)爐膛上。
這樣，可以將粗粒還原劑(1-3mm)導(dǎo)入多膛爐中較高的爐膛而將細(xì)粒還原劑(＜1mm)導(dǎo)入多膛爐中較低的爐膛。因此，可以很大程度上避免粉塵與廢氣一起出爐，并通過(guò)在更低的爐膛引入細(xì)還原劑顆粒而加速反應(yīng)的進(jìn)行。
通過(guò)加入粗粒的還原劑，降低了還原劑的消耗，因?yàn)樵谳^高的爐膛中，小顆粒的還原劑通過(guò)與來(lái)自的廢氣中的H2O和CO2的反應(yīng)很快地消耗掉。在較高的爐膛上，氧化氣氛占優(yōu)勢(shì)。通過(guò)在較低爐膛選擇性地供給還原劑，可以調(diào)整爐中的還原氣氛至最佳濃度，從而獲得較高的金屬化度。
將處理空間細(xì)分成不同的區(qū)域，固態(tài)物從頂部連續(xù)地向下移動(dòng)，而氣態(tài)物從爐底沿爐子向上傳導(dǎo)。通過(guò)將處理空間細(xì)分成不同的區(qū)域，可以對(duì)不同區(qū)域甚至每個(gè)爐膛的處理?xiàng)l件進(jìn)行測(cè)量，而且如果需要可以選擇性地改變。
通過(guò)安裝于每個(gè)爐膛的耙子，使含油和鐵氧化物的殘余物連續(xù)地循環(huán)并逐步地轉(zhuǎn)移至下面的爐膛。
通過(guò)連續(xù)的循環(huán)，可以防止還原劑和含油和鐵氧化物的殘余物結(jié)塊。循環(huán)速率取決于很多因素，如耙子的幾何形狀、各層的厚度等。爐膛上的含油和鐵氧化物的殘余物、還原劑和任何還原鐵宜每1-3分鐘至少循環(huán)一次，其結(jié)果是很大程度上防止了結(jié)塊。
可以將含氧的氣體注入爐膛，所需要的熱量必須通過(guò)燃燒過(guò)量的生產(chǎn)氣體來(lái)提供。
使用至少250℃的含氧氣體是有利的。
另外，可以在多膛爐的最低爐膛上注入氣態(tài)還原劑。這確保了氧化物的還原更徹底。
根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案，用燃燒器加熱爐子中的一個(gè)或多個(gè)爐膛。
為了不至于因加熱系統(tǒng)的廢氣降低爐子較低部分的還原氣體的濃度，這種情況下也可以間接地即通過(guò)輻射供給能量。
根據(jù)另一優(yōu)選的實(shí)施方案，氣體于一個(gè)或多個(gè)爐膛從多膛爐中排出。隨后，可以讓這些熱氣體通過(guò)CO2洗滌塔，以減少氣體的量并增加氣體的還原電勢(shì)，或者讓這些熱氣體通過(guò)其中存在碳的附加反應(yīng)器，以便熱氣體中存在的二氧化碳依據(jù)Boudouard平衡與碳反應(yīng)形成一氧化碳，從而增加氣體的還原電勢(shì)。之后，使富含一氧化碳的氣體返回多膛爐。
如果需要，可以在爐子的較低部分的一個(gè)或多個(gè)爐膛中加入添加劑。
這種情況下，在加入添加劑爐膛的上面的爐膛排出氣體是有利的。
根據(jù)一優(yōu)選的實(shí)施方案，氣體在一特定的爐膛下面從多膛爐中排出，然后在該爐膛上面再注入多膛爐中。
可以將含碳和金屬的鐵氧化物粉塵或泥渣于該爐膛導(dǎo)入爐中。一旦它們達(dá)到一定的溫度(約900℃)，重金屬氧化物就開(kāi)始與還原劑反應(yīng)，由此，所生成的重金屬蒸發(fā)并與廢氣一起從多膛爐中出料。
重金屬在其生成的爐膛上排出是有利的，并單獨(dú)處理而不同于其它廢氣。
然后將廢氣氧化，例如在后燃燒室氧化，重金屬轉(zhuǎn)化成重金屬氧化物，之后該重金屬氧化物可以用過(guò)濾設(shè)備從廢氣中分離出來(lái)。來(lái)自電爐或轉(zhuǎn)爐鋼廠的含重金屬的粉塵和泥渣的典型成分如下表所示。
表2
多膛爐可以在特定的過(guò)壓下操作，以獲得進(jìn)一步增加的產(chǎn)率。與直徑約50m的水封的轉(zhuǎn)爐相比，這種操作在多膛爐上可以很容易地實(shí)現(xiàn)，多膛爐僅在驅(qū)動(dòng)軸上有小的密封。這種情況下，必須提供進(jìn)料和出料的氣壓閥。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了多膛爐在含油和鐵氧化物殘余物的熱處理方面的用途。
進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案列于從屬權(quán)利要求中。
下面將借助于附圖，描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。


圖1是用于熱處理含油和鐵氧化物殘余物的多膛爐的剖面圖。
圖1示出了多膛爐10的剖面圖，所述的多膛爐帶有若干個(gè)(此處為12個(gè))上下排列的爐膛12。這些自立的爐膛12以及爐殼14、爐蓋16和爐底18均由耐火材料制成。
在爐子10的爐蓋16上，提供了出口20和開(kāi)口22。通過(guò)出口20可以排出爐中的氣體，通過(guò)開(kāi)口22可以將含油和鐵氧化物的殘余物與還原劑的混合物裝填至頂爐膛上。
軸24安裝于爐子的中央，在所述的軸24上裝有遍布每個(gè)爐膛的耙子26。
所述的耙子26按這樣的方式設(shè)計(jì)，以使它們?cè)谝粋€(gè)爐膛上先由外向里移動(dòng)材料，然后在下面的爐膛上由里向外移動(dòng)材料，以便從頂部向下傳送材料通過(guò)爐子10。
將含油和鐵氧化物的殘余物與固體還原劑如褐煤焦炭、石油焦炭或煤在爐子10的外面混合，然后將含油和鐵氧化物的殘余物與還原劑的混合物裝填于頂爐膛。由于該混合物粘稠方面的一致性，因此用泵(未示出)將其導(dǎo)入多膛爐中。
含油和鐵氧化物的殘余物也可以在與固體還原劑混合之前或之后于爐子之外進(jìn)行預(yù)干燥。
將含油和鐵氧化物的殘余物與還原劑的混合物裝填于爐子10的第一爐膛之后，用耙子26來(lái)散布該混合物并將其傳送至該爐膛的邊緣，在此邊緣處，該混合物通過(guò)為此而設(shè)計(jì)的幾個(gè)開(kāi)口28落入下面的爐膛。含油和鐵氧化物的殘余物與還原劑的混合物又從這里向爐膛的中央傳輸，然后再落入下面的爐膛。含油和鐵氧化物的殘余物以及還原劑在傳輸過(guò)程中逐步地被加熱。
軸24和耙子26是風(fēng)冷的并在耙子上提供開(kāi)口，空氣通過(guò)此開(kāi)口可流入爐子內(nèi)部，并用于那里的復(fù)燃。
此間，水分通過(guò)與爐膛12和上升的熱氣體接觸，而從混有還原劑的含油和鐵氧化物的殘余物中分離出來(lái)。因此爐子10的頂爐膛屬于干燥和預(yù)加熱區(qū)。當(dāng)大部分水蒸發(fā)之后，油和烴類(lèi)開(kāi)始蒸發(fā)并被熱的上升氣體帶走。另外，由于高溫和氧的存在，一些油和導(dǎo)入的還原劑在爐子的上部燃燒。燃燒過(guò)程產(chǎn)生的二氧化碳反過(guò)來(lái)與還原劑中過(guò)量的碳反應(yīng)并轉(zhuǎn)化成一氧化碳。該一氧化碳與含鐵氧化物的殘余物反應(yīng)并將鐵氧化物還原成鐵。
至少提供一個(gè)入口30于爐子10的側(cè)壁上(通常在上面的第三個(gè)爐膛)，通過(guò)所述的入口可以將額外的還原劑導(dǎo)入爐中。這些還原劑既可以是氣態(tài)的也可以是液態(tài)的或固態(tài)的。這些額外的還原劑為例如一氧化碳、氫、天然氣、石油和石油衍生物或固態(tài)的碳載體如褐煤焦炭、石油焦炭、高爐灰、煤等。
以導(dǎo)入爐子10中更下面的爐膛的煤作還原劑時(shí)，還原劑在那里通過(guò)耙子26與經(jīng)加熱的含油和鐵氧化物的殘余物混合。存在于含油和鐵氧化物的殘余物中的鐵氧化物，在通過(guò)多膛爐10的傳輸過(guò)程中，被高溫和存在的一氧化碳逐步地還原成金屬鐵。
位于多膛爐10各點(diǎn)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的還原劑以及含氧氣體的進(jìn)料是受控的，而且在臨界點(diǎn)時(shí)可以排放過(guò)量的氣體。這使得可以精確地控制含油和鐵氧化物殘余物的還原，并實(shí)現(xiàn)處理?xiàng)l件的最佳化。
在側(cè)壁上提供用于注入含氧熱(250-500℃)氣體的噴嘴30，通過(guò)噴嘴30空氣或另外的含氧氣體可以進(jìn)料至爐子10中。由于高溫和氧的存在，部分碳燃燒成二氧化碳，所述的二氧化碳反過(guò)來(lái)又與存在的過(guò)量的碳反應(yīng)并轉(zhuǎn)化成一氧化碳。一氧化碳最終將金屬氧化物還原。
由于該反應(yīng)主要是吸熱的，因此，在爐子的較低部分安裝燃燒器32以確保爐子的底爐膛中均勻的高溫是合乎邏輯的。燃?xì)饣蚍勖喝紵骺梢杂糜谶@種情況。
這些燃燒器32可以用燃?xì)饣蛴梅勖号c空氣一起點(diǎn)燃，用于預(yù)熱和/或額外的加熱。額外的還原氣體可以通過(guò)氧與燃燒材料之間的定量比例來(lái)產(chǎn)生，或在過(guò)量空氣的情況下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)氣體的復(fù)燃。當(dāng)燃燒粉煤時(shí)，燃燒器中會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的一氧化碳。在外燃燒室的情況下，可以防止燃燒過(guò)的煤灰進(jìn)入爐子并與鐵混合。燃燒室的溫度按這種方式選擇，以使所產(chǎn)生的爐渣能夠以液體的形式排放并且以玻璃體的形式處置。通過(guò)產(chǎn)生一氧化碳，爐子10中固態(tài)碳載體的消耗降低了，并因此降低了最終產(chǎn)品中的灰分含量。
最后的爐膛或最后的兩個(gè)爐膛中，用特殊噴嘴44供給氣態(tài)還原劑如一氧化碳或氫氣。鐵氧化物的還原可以在這種還原電勢(shì)增加了的氣氛中完成。
隨后，所產(chǎn)生的鐵通過(guò)爐子10的爐底18中的出口46與灰分一起出爐。
在出口46出爐的鐵與灰分和任何還原劑(可以進(jìn)一步使用)一起在冷卻器48中冷卻。隨后，通過(guò)磁性分離器50，將還原鐵從還原劑的灰分和任何還原劑(可以進(jìn)一步使用)中分離出來(lái)。
然后，可以進(jìn)一步使用的還原劑52在外燃燒室34中燃燒。將由還原劑燃燒所產(chǎn)生的氣體引入爐子10中，同時(shí)將還原劑的殘余物以灰分或液體爐渣的形式通過(guò)出口除去。
從爐子出來(lái)的氣體混合物經(jīng)出口20進(jìn)入后燃燒器54，在此燃燒氣體混合物中可燃燒的氣體。隨后將氣體混合物導(dǎo)入供有冷卻介質(zhì)的冷卻器56中冷卻。接下來(lái)，借助于旋風(fēng)過(guò)濾器58凈化經(jīng)冷卻的氣體混合物，之后再將其向外排放。
除了可以使用含油和鐵氧化物的廢棄物之外，該爐子10允許使用具有不同問(wèn)題的廢棄物，如受污染的含鐵氧化物的粉塵。
因此，可以將來(lái)自電爐或轉(zhuǎn)爐鋼廠的含有鐵氧化物的粉塵或泥渣(其中幾乎不含碳)，或來(lái)自高爐廢氣凈化的粉塵通過(guò)一特殊的開(kāi)口30導(dǎo)入爐子10中。通過(guò)固體和氣體還原劑以及含氧氣體于多膛爐的不同點(diǎn)的受控進(jìn)料，以及臨界點(diǎn)處可以排出過(guò)量的氣體，可以精確地控制殘余物的還原，并在最佳的條件下進(jìn)行處理。
由于這些含鐵氧化物的粉塵或泥渣經(jīng)常受重金屬氧化物的污染，爐子中大部分向上流動(dòng)的氣體，可以在爐膛下面(含重金屬氧化物的粉塵或泥渣裝填于該爐膛上)通過(guò)側(cè)壁上的排氣連接部件60從爐子10中排出并通過(guò)該爐膛上面的入口62重新注入爐子10中。因此，該爐膛上的氣體數(shù)量很少，含重金屬氧化物的粉塵或泥渣導(dǎo)入于該爐膛上。導(dǎo)入爐子之后，存在于粉塵或泥渣中的重金屬氧化物被還原并氣化。然后，在該爐膛上通過(guò)側(cè)壁上出口64將之以相對(duì)較少的氣體數(shù)量從爐子10中除去。
然后將少量體積的重金屬含量相對(duì)較高的氣體單獨(dú)凈化。由于廢氣數(shù)量較少，相應(yīng)爐膛上的氣流速率也就低，因而僅少量的粉塵隨廢氣一起排出。因此，廢氣中的重金屬濃度很高。
將排出的氣體混合物中的可燃?xì)怏w在后燃室66中燃燒。將該氣體混合物的殘余部分在冷卻器68中冷卻，并借助于旋風(fēng)過(guò)濾器70凈化，然后再排放至大氣。
伴隨含油和鐵氧化物的廢棄物一起進(jìn)料于爐子中，存在于粉塵中的鐵氧化物被還原成鐵。
所有上升的氣體，包括還原劑的揮發(fā)性成分，均可以在含重金屬和鐵氧化物和還原劑(如果需要)用多膛爐外面的烘干設(shè)備中完全燃燒，因此可以以最佳的方式利用爐子廢氣的余熱。
權(quán)利要求
1．含油和鐵氧化物的殘余物于多膛爐中的熱處理方法，所述的多膛爐具有若干互為上下的爐膛，將該含油和鐵氧化物的殘余物與固體還原劑混合并連續(xù)導(dǎo)入多膛爐，先于頂爐膛展開(kāi)然后逐步轉(zhuǎn)移至較低的爐膛，該含油和鐵氧化物的殘余物在頂爐膛干燥，然后所含的油蒸發(fā)并熱解，而所述的還原劑則與鐵氧化物反應(yīng)生成直接還原鐵，后者與還原劑的殘余物一起在多膛爐的底爐膛處出料。
2．權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的還原鐵從多膛爐中出料之后，先被冷卻至700℃以下，再通過(guò)磁性分離器從還原劑殘余物中分離出來(lái)。
3．權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所述的直接還原鐵從多膛爐中出料之后，是通過(guò)篩選在熱狀態(tài)下與還原劑殘余物分離的。
4．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于所述的直接還原鐵被進(jìn)一步加工成團(tuán)塊。
5．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于所述的直接還原鐵熔化時(shí)伴有或不伴有殘余物。
6．權(quán)利要求2或3之一的方法，其特征在于從多膛爐中出料之后，將任何未使用過(guò)的還原劑從殘余物中分離出來(lái)。
7．權(quán)利要求2-6之一的方法，其特征在于將所述的還原劑殘余物在氣化反應(yīng)器中燃燒，成灰成分以液體爐渣的形式分離，而所形成的粗煤氣作為燃?xì)饣蜻€原氣進(jìn)料于多膛爐。
8．權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的還原劑可以以固體、液體和/或氣體的方式導(dǎo)入多膛爐。
9．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于所述的還原劑可以導(dǎo)入多膛爐中的不同爐膛。
10．權(quán)利要求9的方法，其特征在于粗粒還原劑可以導(dǎo)入多膛爐中較高的爐膛，而細(xì)粒還原劑可以導(dǎo)入多膛爐中較低的爐膛。
11．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于將過(guò)量的還原劑導(dǎo)入多膛爐。
12．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于將含氧氣體有選擇性地注入不同的爐膛。
13．權(quán)利要求12的方法，其特征在于所述的含氧氣體的溫度至少為250℃。
14．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于所述的氣態(tài)還原劑注入多膛爐的底爐膛。
15．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于爐子中的一個(gè)或多個(gè)爐膛是直接或間接加熱的。
16．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于氣體在一個(gè)或多個(gè)爐膛上從多膛爐中排出。
17．權(quán)利要求16的方法，其特征在于所排出的氣體的還原電勢(shì)增加了，以及該氣體隨后被導(dǎo)入多膛爐。
18．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于氣體是在一特定爐膛的下面從多膛爐中排出的。
19．權(quán)利要求18的方法，其特征在于所排出的氣體的還原電勢(shì)增加了，以及該氣體隨后被導(dǎo)入多膛爐。
20．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于含重金屬和鐵氧化物的粉塵或泥渣被導(dǎo)入一爐膛并在該爐膛爐上還原，而且所產(chǎn)生的重金屬在該爐膛上氣化。
21．權(quán)利要求20的方法，其特征在于所述的含重金屬的氣體在其形成的爐膛上單獨(dú)排出。
22．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于該方法是在過(guò)壓下進(jìn)行的。
23．多膛爐在根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，生產(chǎn)鐵的用途。
24．多膛爐在根據(jù)權(quán)利要求1-22之一的方法，處理含油和鐵氧化物殘余物的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及用多膛爐熱處理含油和鐵氧化物的再循環(huán)物的方法。所述的爐子具有若干重疊的層。將含油和鐵氧化物的再循環(huán)物與固體還原劑混合并連續(xù)供給多膛爐,先置于頂層然后逐步轉(zhuǎn)移至下面的層。再循環(huán)物在最上層被干燥。然后,油蒸發(fā)并熱解,而所述的還原劑則與鐵氧化物反應(yīng)直接生成還原鐵。之后,該直接還原的鐵與還原劑的殘余物一起在多膛爐的最低層處出料。
文檔編號(hào)C22B7/00GK1312863SQ99809734
公開(kāi)日2001年9月12日 申請(qǐng)日期1999年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月2日
發(fā)明者托馬斯·漢斯曼, 羅曼·弗里登, 馬克·索爾維 申請(qǐng)人:保爾·沃特公司