生铁水的生产方法及设备

1、一种通过熔融还原各种粒度铁矿石而生产生铁水的方法，所用铁矿石具有粉尘部分(A)，铁矿石由还原气体预还原，在一熔炼气化器(1)中将被预还原的材料完全还原并熔化成生铁水，其特征在于：被预还原的铁矿石中的粉尘部分(A)的粒度为直径小于0.2mm，借助还原气体将部分(A)与粒度为0.2-20mm的部分(B)分离，在分离过程中这两部分(A和B)矿石在一定程度上受到还原气体预还原，再将这两部分(A和B)分别进一步预还原，并送入熔炼气化器(1)。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：使所述部分（A）在一还原旋风分离器（12）中接近于被完全还原。
3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述部分（B）包括当于0.2mm至2mm直径的粒度，在重力作用下通过一还原气体形成的流化床，并在流化床中接近于被完全还原。
4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：两个被进一步预还原的部分被送入熔炼气化器（1）的吹氧平面的区域或者高于这个平面的焦炭床（Ⅱ）的区域。
5、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述部分（B）包括当于0.2mm至5mm直径的粒度，在重力的作用下经过还原气体形成的流化床，在那里具有相当于2mm以下直径粒度的部分（B1）被分离，具有相当于至少2mm直径粒度的部分（B2）又在重力作用下经过还原气体吹过的一固定床而接近于被完全还原。
6、按照权利要求5所述的方法，其特征在于：所述部分（B1）在接近于被完全还原后被送往熔炼气化器（1）的吹氧平面区域或者高于该平面的焦炭床（Ⅱ）的区域，所述部分（B2）在接近于被完全还原后在高于风口平面被送入熔炼气化器。
7、按照权利6所述的方法，其特征在于：所述部分（B）包括0.2-20mm的粒度，其中粒度范围为2mm至20mm的部分被送入熔炼气化器（1）的平稳区（Ⅳ）。
8、按照权利要求6所述的方法，其特征在于：所述部分（B）包括0.2-10mm的粒度，其中粒度范围为2mm至10mm的部分被送入熔炼气化器（1）的平稳区（Ⅳ）。
9、一种通过熔融还原各种粒度铁矿石生产生铁水的设备，其特征在于：它包括一熔炼气化器（1）和一还原旋风分离器（12），该还原旋风分离器（12）在其送料侧通过一被还原铁矿（14′）的输送装置（5，5′）和一条从所述熔炼气化器（1）的平稳区（Ⅳ）通向还原旋风分离器（12）的还原气体导管（9）与所述熔炼气化器（1）的下部相连通，在所述熔炼气化器（1）和所述旋风分离器（12）之间的还原气体导管（9）中设置一还原反应器（21），该还原反应器（21）具有由还原气体形成的一流化床（Ⅴ）。
10、按照权利要求9所述的设备，其特征在于：所述设备还具有一固定床（Ⅶ），而且在其送料侧通过至少一个被还原的铁矿的输送装置（25、5、24′、25）与所述熔炼气化器（1）相连。

本发明涉及生铁水的生产方法和设备，这种方法是使用还原气体将包含粒度相当于直径0.2mm以下的部分A的各种粒度的铁矿石预还原，然后在一熔炼气化器中把预还原的矿料完全还原并熔化成生铁水。\n生产粒度小于0.1mm的矿石颗粒的方法已为公众所知（例如，《World    Steel    and    Metalworking》84/85第6卷第19页），在DE-A-2521038中阐明，颗粒直径小于0.5mm的细矿石可以在循环流化床中被还原。但是，这些已知方法都不适于处理粒度范围宽的铁矿石，例如，未筛选的细矿石，或从粗矿石颗粒中筛选出来的细矿石。这样的矿石未经在炉中进行预处理或者未经其它熔融-还原工序不能大规模地生产出生铁。对于含有粉尘部分的细矿石，也就是含有直径小于0.2mm的矿石颗粒（部分A）的细矿石来说尤其是这样。这样的矿石在熔炼前必须预先碾磨并烧结成均匀一致的粒度。\nDE-C-3535372中公开了一种熔融-还原细矿石的方法和设备，按照该文献，经两次预还原（未详述）后，将厂石送入吹氧平面高度上的熔炼气化器中。但是这种设备不适于处理粒度范围宽的细矿 石，因为在装入第一次预还原装置的过程中，至少矿石的粉尘部分被逆流的还原气体带走，进而被排出。在DE-C-3535372中没有提到粉尘部分的再送料。\n上述方法的另一个缺点是细矿石以预还原态被输送到熔炼气化器的熔化区附近，因此需要进一步加热，这就必须装备等离子燃烧器。\n在《The    Tex    Report》（1987年第19卷，4，414，418号第5至9页）中公开了另一种细矿石熔融-还原的方法，按照这种方法，细矿石的预还原是在与熔炼气化器配套的预还原反应器的流化床内进行的。然而按照这种方法，后步还原只在熔炼气化器中进行，这将使耗能量增大，不可避免地使温度下降。同样，粉尘部分被还原气体带走并从预还原反应器中排出的问题仍未解决。\n本发明的目的是在冶炼各种粒度，尤其是含有粉尘部分（部分A）的铁故石，消除上述种种缺点，它提供的方法和设备可以把粒度范围宽的矿石熔炼成生铁，这是在一熔炼气化器中按照熔融-还原法进行的，无需预先研磨和烧结。\n按照本发明，实现上述目的方法是：利用还原气体分选经过预还原的矿石，把粒度小于0.2mm的矿石部分A与粒度为0.2-20mm的矿石部分（B）分离，在分离过程中这两部分（A和B）在一定程度上受到还原气体还原，再将这两部分（A和B）分别进一步预还原，并送入熔炼气化器。\n使部分A接近于完全还原最好在一还原旋风分离器中进行，携带着经过预还原的部分A的还原气体被送入该还原旋风分离器。由于部分A中矿石颗粒的直径小，只用在旋风分离器中通常分离固体所需要的那么短的时间就足以使其接近于完全还原。\n在部分A的分出过程中，其余的部分B在一定程度上也受到还原气体的预还原，矿石颗粒越大，预还原的程度自然也越低。直径0.2-2mm的矿物颗粒可以通过简单的方式接近于完全还原，这就是在重力作用下通过由还原气体吹过的流化床，使其接近于完全还原。经过这样的处理后，这样大小的矿物颗粒实际上与还原旋风分离器中分离的部分A具有相同的金属化程度，这是因为这此颗粒在流化床中与还原气体接触的时间较长的缘故。与在直接还原工艺中通常使用的竖炉相比，流化床可以使还原更迅速，因而更有效地进行。\n两个被接近于完全还原的部分A和B可送入熔炼气化器的吹氧平面的区域或者高于该平面的焦炭床区域以便熔化成生铁水。由于已还原部分A和B的高度金属化，在熔炼气化器中生产生铁水时需要的热量较少。\n如果部分B含有0.2-5mm的粒度，部分B最好也通过还原气体吹过的流化床，使粒度相当于2mm直径以下的部分B1分出，使粒度至少相当于2mm直径的部分B2另外在重力作用下通过还原气体吹过的一个固定床，以便得到进一步还原。\n这样可以保证，即使最小直径2mm最大直径5mm的矿石颗粒 也可以获得很高的金属化程度，因此，被还原部分B1可以被送入熔炼气化器的吹氧平面区域或者高于该平面的焦炭床区域。而还原部分B2可以高于风口平面送到熔炼气化器，从而获得生铁水。\n如果部分B还含有0.2-20mm，最好是0.2-10mm的粒度，在这种情况下，直径2mm至20mm最好为2mm至10mm的颗粒，适于送入熔炼气化器的平稳区，该区位于熔炼气化器的流化床上方。\n实施本发明方法的设备包括一熔炼气化器和一旋风分离器，旋风分离器在其送料侧通过一个被还原铁矿石的输送装置和一条从熔炼气化器的平稳区至还原旋风区分离器的还原气体导管与熔炼气化器的下部相连通。\n这套设备特别适于以经济的方式处理粒度相当于0.5mm以下坟径的粉矿或细矿。与现有的直接还原铁矿的设备相比较，本发明设备的结构更为紧凑。\n本发明设备的一个推荐实施例的特征在于：一还原反应器设置在熔炼气化器和还原旋风分离器之间的还原气体导管中，该还原反应器具有一还原气体形成的流化床，如需要还可具有一固定床，在其送料侧通过至少一个被还原铁矿石的输送装置与熔炼气化器相连，通过这套设备就可以十分简单且经济的方式处理颗粒直径20mm以下的各种颗粒的混合物。\n现在对照附图更详细地描述本发明，图1-4分别为本发明设备 一具体实施例的示意图。\n在图1所示实施例中，熔炼气化器1包括一下部1′，一中部1″和一加宽的上部1′″。下部1′用来安装熔池，包括送氧管3的风口2通入中部1″。另外，碳质材料输送管4和被接近于完全还原的矿石的输送管5通入紧靠风口平面的区域。或者管5也可以在风口平面上方焦炭床Ⅱ的上部区域内通入熔炼气化器1，如图1中虚线5′所示。\n在加宽的上部1′″中，熔炼气化器具有粒度相当于40mm以下直径的块煤的装料装置6，矿石的装料装置7以及熔剂的装料装置8。另外，在上部1′″中有还原气体导管9以便排出在熔炼气化器中产生的还原气体。\n在中部1″，较粗的焦炭颗粒形成了固定床Ⅰ和Ⅱ（固定床区域）。在其下的熔池收集熔融的金属10和炉渣11，熔融金属10和炉渣11各有一排出孔。固定床1没有供气，无气体从中通过。固定床Ⅱ在固定床Ⅰ上方，输送管3中吹出的含氧气体通过其中的焦炭颗粒，形成一氧化碳。流化床Ⅲ在固定床Ⅱ上方，固定床Ⅱ中生成的还原气体总是使流化床Ⅲ处于运动中。较小的煤粒或焦炭颗粒仍留在流化床Ⅲ中。对于较大的煤粒或焦炭颗粒，气流吹动使其产生的离管速度（clear    tube    velocity）低于相应颗粒床的流化点，所以它们将下落通过流化床并沉积而形成固定床Ⅱ和Ⅲ。\n在流动床Ⅲ之上有一平稳区Ⅳ。铁矿石（未画）就装入这一平稳区。\n还原气体导管9和一熔剂装料装置13通入一还原旋风分离器12。在还原旋风分离器12的下部有一被接近于完全还原的粉矿14′的排放装置14，粉矿14′送入管5。\n没有悬浮的被还原的粉矿的顶部气体通过顶部气体导管15从还原旋风分离器的上部排出，在冷却器16中冷却，受冷却风机17压缩并通过一回管18送入还原气体导管9以便冷却来自熔炼气化器的悬浮有粉矿的气体，或者通过一排放管19借助一喷射器20送入管5。上述顶部气体也可能通过一支管15′排离本设备以便用于其它目的。\n图1所示本发明设备的实施例适于处理粒度相当于直径0.5mm以下细铁矿，尤其是颗粒直径小于0.2mm（部分A）的粉矿。这种矿装入熔炼气化器1的平稳区Ⅳ，该区上部的温度大约为1000℃，在该区这种矿被熔炼气化器下边产生的逆流的还原气体预还原。\n被预还原的部分A几乎全部被还原气体带走，通过还原气体导管9送入还原旋风分离器12，此时悬浮有粉矿的气体被冷却到大约800℃。\n在还原旋风分离器12中，还原气体使部分A接近于完全还原并被旋风分离器所分出。然后，接近于被完全的部分A被排放装置14送入管5，并且被顶部气体送入熔炼气化器的吹氧平面区域或者送入吹氧平面上方的焦炭固定床Ⅱ的区域。\n颗粒直径至少0.2mm（至多0.5mm）的细矿石部分仍留在熔炼气化器1的平稳区Ⅳ，也被预还原，但是不能被还原气流排出，在重力的作用下经过流化床Ⅲ而到达固定床Ⅱ和Ⅰ，从而被完全还原并熔化。\n颗粒直径大于0.5mm的矿石部分不能用图1所示设备处理，因为这些部分在熔炼气化器中不能被完全还原到令人满意的程度。\n这种矿石在图2所示的本发明设备中可以进行处理。图2所示设备与图1所示设备的主要区别在于：在熔炼气化器1和还原旋风分离器12之间的导管9中设有一还原反应器2，它具有熔剂的装料装置13′，矿石的装料装置7′和接近于被完全还原的细矿石的排放装置22。\n在还原反应器21内部，来自熔炼气化器1的还原气体由还原气体导管9从风口23的平面吹入以形成一个矿石的流化床Ⅴ。在流化床Ⅴ上方有一平稳区Ⅳ。排放装置22下方接有一接近于被完全还原的细矿石的导管24通入管5。\n图2所示设备的其余部件与上述图1所示设备相同。\n图2所示本发明设备的实施例特别适于处理颗粒直径不超过1mm的细矿石。这样的细矿石由装料装置7′装入还原反应器21的平稳区Ⅳ，并被熔炼气化器1产生的还原气体部分地预还原，上述还原气体是从还原反应器21下部吹入以形成流化床Ⅴ的。与图1所示熔炼气化器1的平稳区Ⅳ中发生的过程相似，还原气体携带着被 预还原的部分A通过从还原反应器21上部引出的还原气体导管9送入还原旋风分离器。部分A在还原旋风分离器中被接近于完全还原，并以参照图1描述的方式输送到熔炼气化器1。\n留在平稳区Ⅳ的被预还原的细矿石部分，其粒度相当于直径0.2mm至1mm，不能被还原气流带出。因而在重力的作用下通过流化床Ⅴ接近于被完全还原，在还原反应器的下端被排出，送入管5，并与接近于被完全还原的部分A一起送往熔炼气化器。\n还原反应器21最好起码在其下部是圆锥形的，这使还原气流具有不同的速度，因而促进两部分矿石的分离。尽管部分B的颗粒直径较大，但是由于它们在流化床中与还原气体接触了足够长的时间，所以在从还原反应器中排放后具有与在还原旋风分离器12中接近于被完全还原的部分A一样高的金属化程度。\n在一种与图2所示实施例相似的设备中可以处理粒度更宽的矿石，但是这种设备的不同之处在于：在还原反应器21中流化床Ⅴ之下还有一固定床Ⅶ。在图3和4中分别表示了按照本发明的这样两种实施例。\n图3所示实施例适于处理的矿石其颗粒直径可达5mm。它们工作过程与图2所示实施例相同。矿石通过装料装置7′送入还原反应器21的平稳区Ⅳ，在那里以上面描述过的方式被预还原，分离出部分A并使其接近于被完全还原。在这里，部分B包括直径0.2mm至5mm的颗粒，直径小于2mm的颗粒接近于被完全还原，因而可以 通过排放装置25′从流化床Ⅴ的下部排出，通过管25送入管5，与接近于被完全还原的部分A一道送往熔炼气化器1。\n留在流化床Ⅴ的被预还原的矿石，其颗粒直径为2mm至5mm，它们在重力作用下到达固定床Ⅶ，在通过固定床Ⅶ时被进一步预还原，最后，被排放装置22′送入管24′，与来自管19′的顶部气体一道，通过喷射器20′吹入熔炼气化器1的介于流化床Ⅲ和上部固定床Ⅱ之间的边界区域（熔炼气化器的还原区），被完全还原并熔化成生铁水。\n当处理粒度相当于直径1mm以上的矿石时，需要按照矿石的组成部分对还原反应器作特殊调整。因而图3所示反应器21不仅下部为圆锥形，而且还设有两个还原气体的吹送装置23和23′，通过这两个吹送装置，可以控制气流的强度，因而控制各颗粒部分的上升和下降。为了达到最佳的分离效果，固定床Ⅶ和流化床Ⅴ之间的边界应设置在两吹送装置23和23′之间的圆锥形区域。\n借助于上部的吹送装置23所提供的还原气体，首先对较小的矿石颗粒进行了流化，分离和还原，而借助下部的吹送装置23′所提供的还原气体主要是还原较粗的矿石颗粒部分。\n按照图4所示的设备可以熔炼的矿石粒度范围，相当于直径达20mm，最好达10mm的颗粒，这种设备与图3所示设备基本相似，但在这种设备中，矿石的较粗部分（相当于颗粒直径大于2mm）被直接由装料装置26送入熔炼气化器5的平稳区Ⅳ。\n在图4所示的设备中，在还原气体导管9，即在熔炼气化器1和还原反应器21之间设有一旋风分离器27，以便分离可能携带的煤粉，通过排放装置28将其送入管29，通过冷却气体吹入熔炼气化器，吹入其流化床Ⅲ或其平稳区Ⅳ。风口30还包括吹氧装置31。冷却气体是来自熔炼气化器1的不含煤粉的还原气体，它经过还原气体导管9，由冷却器32冷却，输送至冷却风机34，经冷却导管33被压缩最后送至管29。或者，冷却气体也可以经过回管35循环送入还原气体导管9，也可以不用冷却气体，而在管29的任意位置用氮气来吹入煤粉。\n当还原气体经过冷却器32之后，也可以通过导管36送往顶部气体导管37。\n图4所示设备与图3所示设备的工作方式相同。矿石被装入还原反应器21，部分A被还原气体排出，在还原旋风分离器12中被接近于完全还原，并以前述方式送往熔炼气化器，被接近于完全还原的部分是被顶部气体，氮气或任何其它惰性的气体吹入的。留在还原反应器21的平稳区中的矿石，在重力的作用下，进入流化床Ⅴ，在流化床Ⅴ中，那些直径小于2mm矿石颗粒被部分还原并从流化床Ⅴ排出。剩下的矿石又经过固定床Ⅶ（如图4所示实施例中的固定床Ⅶ伸过还原气体的吹入装置23的平面）因而进一步被还原，然后被装入熔炼气化器1的平稳区Ⅳ，经过流化床Ⅲ，固定床Ⅱ和焦炭床Ⅰ而被完全还原并熔化成生铁水。\n在下面的实施例中给出了本发明方法的典型数据，这些数据是用图4所示设备来获得的。\n实例\n用煤的分析（无水分析材料的数据）：\nC    81.4%\nH    4.8%\nN    1.4%\nO    5.8%\nS    0.5%\n灰分    6.2%\nFe    （灰分的）6.2%\nCfix    62.9%\n所用铁矿石的分析：\nFe    66.9%\nFeO    0.58%\nFe2O295.0%\nCaO    0.025%\nMgO    0.13%\nSiO20.6%\nAl2O31.31%\nMnO    0.38%\n烧炼损失    1.6%\n所用铁矿石的粒度分布（筛选分析）：\n5%    10mm\n10%    6.3-10mm\n18%    3.15-6.3mm\n42%    1.0-3.13mm\n25%    小于1mm\n为了生产还原气体，在图4所示设备中每小时将7吨上述成分的煤气化，每吨生铁消耗4，580m3氧气。氧气的纯度是95至98%。每小时获得下述成分的还原气体14，000m3：\nO    66.2%\nCO24.5%\nN20.5%\nH228.5%\nCH40.3%\n熔炼气化器1中和还原反应器21中的离管速度在0.3和0.5m/s之间，而还原反应器两风口平面之间的离管速度为1.5和3m/s之间。\n每小时熔炼12.85吨铁矿石，熔炼能力达每小时8.1吨生铁。所 得生铁中除铁以外还具有以下成分：\nC    4%\nSi    0.6%\n磷    0.01%\n锰    0.1%\n硫    0.04%