用于提高組合重整/還原豎式爐中爐料均勻性的裝置和方法
【專利說明】用于提高組合重整/還原豎式爐中爐料均勻性的裝置和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本專利申請/專利要求2012年10月I日提交的題目為“用于提高組合重整/還原豎式爐中爐料均勻性的裝置和方法”的美國臨時專利申請?zhí)?1/708，368的優(yōu)先權的權益，其內容通過引用全部結合在本文中。
發(fā)明領域
[0003]本發(fā)明總體上涉及用于鐵的直接還原的系統(tǒng)，如使用Midrex或HYL工藝等的那些。更具體地，本發(fā)明涉及用于提高組合重整/還原豎式爐中爐料均勻性的裝置和方法，如在豎式爐中鐵的直接還原前在沒有或最小的還原氣體的外部重整的情況下使用的裝置和方法。
[0004]發(fā)明背景
[0005]通常，在用于鐵的直接還原的豎式爐中使用的還原氣體首先在豎式爐的外部(例如在重整器中)進行重整。然而，更近些時候，已經使用了零重整器、沒有重整器、或無重整器的過程的趨勢，這消除或本質上減少了對外部重整的需要，替代地選擇了與直接還原過程結合在豎式爐本身中重整。然而，一些量的外部重整可以在豎式爐外部進行，但是這種外部重整通常是最小的并且僅用于補充對重整氣體的需求。
[0006]關于這種方法的一個固有問題是在以下方面效率低:在利用外部重整構建時在豎式爐或反應器內構建均勻的爐料均勻性，從而使重整最大化并且均勻地進行直接還原。例如，通常在豎式爐中，爐料的重力提供的向下流動比其沿著側面更快地通過豎式爐的中心。這造成了不希望的并且不一致的重整和直接還原梯度。這種問題隨著豎式爐直徑增加而復雜化。
[0007]在常規(guī)的直接還原系統(tǒng)中，使用外部重整器、獨特的氧化鐵進料至豎式爐頂部、多個旋轉混合桿等、和/或固定流動輔助件用于豎式爐中，以消除不希望的直接還原梯度，使爐料凝集最小化等，即促進合乎需要的物理和化學特性。然而，迄今為止，此類機制還未用于重整和/或直接還原區(qū)中的零重整器、沒有重整器、無重整器、或最小重整器的過程。這些機制是本發(fā)明的主題。
[0008]發(fā)明概述
[0009]在多個示例性實施方案中，本發(fā)明提供用于生產直接還原鐵的組合重整/還原豎式爐，其使用一個或多個爐料均勻性提高器，如一個或多個旋轉/往復式混合桿、一個或多個固定流動輔助件、一個或多個壁結構/變體、一個或多個攪拌器等，用于確保:橫跨所述豎式爐中的所述爐料的寬度和遍及所述爐料的深度，所述豎式爐中的重整和還原均勻地進行。除了其他應用，本發(fā)明在高壓(即大于5atm)直接還原過程中發(fā)現(xiàn)了最廣泛的適用性。
[0010]在一個示例性實施方案中，本發(fā)明提供一種用于生產直接還原鐵的組合高壓重整/還原豎式爐，所述豎式爐包括:設置在所述豎式爐的內部中的一個或多個爐料均勻性提高裝置；其中所述一個或多個爐料均勻性提高裝置設置在所述豎式爐的內部的重整區(qū)和還原區(qū)中的一個或多個內，并且其中所述一個或多個爐料均勻性提高裝置可操作用于攪動所述爐料，以使重整和還原中的一個或多個在整個所述爐料中均勻地進行。所述一個或多個爐料均勻性提高裝置包括一個或多個旋轉/往復式混合桿、一個或多個固定流動輔助件、一個或多個壁結構、或一個或多個攪拌器。所述一個或多個旋轉/往復式混合桿包括多個當旋轉時將所述爐料混合的突出結構。任選地，所述一個或多個旋轉/往復式混合桿橫跨所述豎式爐的寬度。所述一個或多個固定流動輔助件阻塞所述爐料的中心部經由所述豎式爐的流動，從而將其減慢。所述一個或多個爐料均勻性提高裝置確保:橫跨所述豎式爐中的所述爐料的寬度和遍及所述爐料的深度，所述豎式爐中的重整和還原均勻地進行。
[0011]在另一示例性實施方案中，本發(fā)明提供一種用于提供用于生產直接還原鐵的組合高壓重整/還原豎式爐的方法，所述方法包括:提供設置在所述豎式爐內部的一個或多個爐料均勻性提高裝置；其中所述一個或多個爐料均勻性提高裝置設置在所述豎式爐的內部的重整區(qū)和還原區(qū)中的一個或多個內，并且其中所述一個或多個爐料均勻性提高裝置可操作用于攪動所述爐料，以使重整和還原中的一個或多個在整個所述爐料中均勻地進行。所述一個或多個爐料均勻性提高裝置包括一個或多個旋轉/往復式混合桿、一個或多個固定流動輔助件、一個或多個壁結構、或一個或多個攪拌器。所述一個或多個旋轉/往復式混合桿包括多個當旋轉時將所述爐料混合的突出結構。任選地，所述一個或多個旋轉/往復式混合桿橫跨所述豎式爐的寬度。所述一個或多個固定流動輔助件阻塞所述爐料的中心部經由所述豎式爐的流動，從而將其減慢。所述一個或多個爐料均勻性提高裝置確保:橫跨所述豎式爐中的所述爐料的寬度和遍及所述爐料的深度，所述豎式爐中的重整和還原均勻地進行。
[0012]附圖簡述
[0013]在本文中，通過參照多個【附圖說明】并且描述了本發(fā)明，其中，根據(jù)需要，相似的附圖標記用于指代相似的系統(tǒng)部件/方法步驟，并且其中:
[0014]圖1是說明本發(fā)明的包括一個或多個爐料均勻性提高器的組合重整/還原豎式爐的一個示例性實施方案的示意圖。
[0015]發(fā)明詳述
[0016]再一次，在多個示例性實施方案中，本發(fā)明提供用于生產直接還原鐵的組合重整/還原豎式爐，其使用一個或多個爐料均勻性提高器，如一個或多個旋轉/往復式混合桿、一個或多個固定流動輔助件、一個或多個壁結構/變體、一個或多個攪拌器等，用于確保:橫跨所述豎式爐中的所述爐料的寬度和遍及所述爐料的深度，所述豎式爐中的重整和還原均勾地進行。
[0017]現(xiàn)在具體參照圖1，在一個示例性實施方案中，本發(fā)明的豎式爐10包括選擇性地引入待直接還原的鐵礦石粒料或團塊的多個粒料或團塊入口管12，以及選擇性地引入待重整并且直接還原鐵礦石粒料的促動氣體(bustle gas)的一個或多個促動氣體入口管14。此類結構對于本領域普通技術人員來說是公知的。所使用的還原氣體可以來源于天然氣、焦爐氣、合成氣等。鐵礦石粒料或團塊在豎式爐10中形成床或爐料16。如以上提及的，在沒有本發(fā)明的教導的情況下，爐料16的向下流動可以比其沿著側面更快地通過豎式爐10的中心，例如，產生了還原氣體和直接還原鐵的物理和化學特性大的差異。
[0018]優(yōu)選地，為了解決這種問題，豎式爐10包括一個或多個旋轉/往復式混合桿18。這些混合桿18可以包括，例如，橫跨豎式爐10的全部或一部分的桿并且包括多個突出結構、凸輪等，其全部被設計為攪動爐料16。例如，豎式爐10還可以包括一個或多個支持、轉向、并控制爐料16的一部分的固定流動輔助件20，從而使在其中心的流動減慢，并且作為結果，例如，在其邊緣的相對流動加速。這些固定流動輔助件20可以位于整個豎式爐10中，或者集中在豎式爐10的特定部分中。基本上，固定流動輔助件20包括一個或多個任何所需幾何形狀的流動中斷結構。豎式爐10還可以包括一個或多個促進爐料16的均勻性的壁結構(未示出)。例如，可以使用加速壁附近爐料的流動的壁幾何形狀，尤其是當與固定流動輔助件20 —起使用時。豎式爐10還可以包括一個或多個通過將其攪拌并且引起攪動來促進爐料16的均勻性的攪拌器(未示出)。
[0019]通常，本發(fā)明的爐料均勻性裝置確保:橫跨豎式爐10中的爐料的16寬度和遍及爐料16的深度，豎式爐中的重整和還原均勻地進行。這在豎式爐10的重整和直接還原區(qū)中尤其重要，這些區(qū)包括豎式爐10的上部、豎式爐10的下部、以及設置在其之間的過渡區(qū)。
[0020]應該指出的是，多個參考文獻已經發(fā)表了流動輔助件和多個壁構造(參見例如US6，200, 363和US 4，886，097)，但是從未在高壓、最小外部重整、直接還原系統(tǒng)的特定背景中，這種特定的背景帶來了不同的考慮。如對于常規(guī)的直接還原系統(tǒng)已經指出的，實現(xiàn)來自料倉、加料斗、貯倉、以及其他貯藏或容納容器的令人滿意的流動的問題已經是多個研宄的主題。通常，當待處理的粒子的體積大時，依賴重力使粒子從儲存物中流出。盡管已經以不同