生铁水或钢水预产品的生产方法及设备

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本发明涉及一种由铁矿石和助熔剂以及至少部分碎料所组成 的炉料生产生铁水或钢水预产品的方法，以及实现上述方法的设 备。\n从AT-B390622就已知道这种方法。按照AT-B390622 生产粒径大都各不相同的炉料，将炉料还原并通过风筛将其分离 成不同粒径的部分，然后以单独的步骤进行完全还原。然而，这 种已知的一步法仅能达到还原气体的低热利用，势必增加还原气 体的消耗。也不可能最佳利用还原气体中的化学结合能。\n本发明的目的是提供一种由铁矿石和助熔剂以及至少部分碎 料所组成的炉料生产生铁水或钢水预产品的方法及实现该方法的 设备，它能以一种利用未处理的煤作为碳载体的廉价方式使用至 少含有碎料的铁矿石和助熔剂，该方法能够利用仍然包含在还原 气体中的化学结合能(CO、H2含量)。\n按照本发明，通过以下定义的方法可以达到上述目的：\n一种由铁矿石和助熔剂以及至少部分碎料所组成的炉料生产 生铁水或液态钢预产品的方法，该方法包括以下步骤：\n(a)对所述炉料进行预热，以得到经过预热的炉料；\n(b)在还原区内还原所述经过预热的炉料，以得到海绵铁；\n(c)在有碳和含氧气体存在条件下，在熔化-气化区熔炼所述 海绵铁，以生产含有CO和H2的还原气体；\n(d)使所述还原气体同步骤(b)中所述经过预热的炉料进行反 应，以得到输出气体；以及\n(e)回收所述输出气体；\n其特征在于：将所述还原气体分为第一部分和第二部分；将 所述第一部分通入用于形成流化床的所述还原区内；通过去除进 入其中的颗粒对所述第二部分进行净化；以及将一部分已经净化 的第二部分通入流化床区下部床区内的所述还原区中，并且通过 强制输送工具，至少将较细颗粒的炉料加入熔化-气化区(I- IV)的流化床(II、III)和/或固定床(I)内，并在那里进行 熔炼。\n按照AT-B387 403，含菱铁矿和/或水合的炉料在位于固定 床直接还原区前的固定床加热区内进行煅烧，然而，其中只有能 在固定床内被处理的粗块含铁矿石的炉料才可用于装料。\n炉料不是在如同已知固定床法(AT-B387 403)情况下的 材料逆流中而是在稳定的或循环流化床中，即(例如)斜流中进 行处理，这对本发明来说是十分重要的，因而由于改进了高能气 体利用而能对碎矿石和矿粉廉价地进行处理。这是很重要的，因 为目前世界生产的约75％的矿石都是碎矿石，它比粗块或团块矿 石便宜。按照本发明，不仅通过流化床法进行还原而且还进行预 热。按照本发明的多步流化床法，就可能以最佳方式利用还原气 体而无须供给附加的能量。\n从US-A5,082,251已经知道一种直接还原法，按照该方法， 使用重整天然气或石油，在一种级联排列的流化床反应器的系统 中，对经干燥、筛分和破碎而制得的复合矿石后的富铁碎矿石进 行还原，这样就可得到一种极细的粒径组成。随后，将铁粉冷压 或热压成块。将烟气用作预热阶段的流化气体，该烟气是燃烧空 气和天然气而产生的；因此必须输入外部能量，只有旋转气体的 显热是可利用的。相反，通过固体碳载体(例如煤)进行本发明 的还原，此后，按照本发明，CO还原占优势，而按照US-A 5,082,251，主要用H2进行矿石的直接还原。\n从使用来自最终还原阶段的还原气体的方法而不是按照US -A5,082,251那样供给导致高成本的外部气体来预热矿石，就可 看出本发明的主要优点。本发明的另一个气体调节的优点在于， 除了可作预热之用以外，还能用作还原气氛进行预还原，从而确 保还原气体特别有效的利用。\n为了冷却在熔化气化区内生成的还原气体，按照本发明，将 部分还原气体直接加进用于形成流化床的还原区内，而另一部分 还原气体在热旋风器和涤气器内进行净化后，作为冷却气体同加 进还原区内的第一部分还原气体进行混合。\n为了控制还原区内炉料的流化状态。最好将一部分还原气体 加进流化床附近的还原区内，而供给热旋风器的那部分还原气体 被部分地加进还原区内在其底部形成的流化床中。\n为了有效地预热炉料，最好把离开还原区的还原气体加进预 热区，由于部分燃烧还原气体而导致温度上升。\n为了有效地利用在还原中产生的粉尘和碎粒，最好是用一个 还原旋风分离器来除去从还原区抽出的还原气体中的碎料，在分 离期间还原旋风器内分离出来的碎料被还原到较完全的程度，并 借助于喷射器被供入熔化气化区内含氧气体的供气点附近。\n从还原区流化床适当地部分排出在还原区内已经事先被完全 还原的碎料，并经过闸门(Sluice)在含氧气体供应点附近用喷射器 供入熔化气化区内，同时，从还原区的旋转层排出的部分炉料同 还原旋风器内分离出来的物料一起被适当地供入熔化气化区内。\n此时，用喷射器和氧气粉尘燃烧器经过闸门系统，将已在热 旋风器内分离出来的粉尘在细焦流化床和粗焦流化床之间范围附 近供入熔化气化区内。\n通过将一部分熔炼过程所需的助熔剂同煤一起直接加入熔化 气化区内，并将一部分助熔剂同碎矿石一起加入预热区来适当地 添加助熔剂，其中，最好以粒径在4mm-12.7mm范围内的粗颗 粒输入同煤一起加入的助熔剂，并最好以粒径在2mm-6.3mm 范围内的细颗粒输入同碎矿石一起加入的助熔剂。\n通过设置2个就地分开的连续排列的还原区可达到特别有效 的还原，离开第一还原区的还原气体进入在碎矿石流动方向意义 上位于第一还原区前的第二还原区内，并在压缩状态下从该处加 入预热区内。\n为了利用在工艺过程中产生的过量气体，按照最佳实施方 案，如果要求的话，根据离开还原区的一部分还原气体的混合物 情况，在CO2净化后，离开预热区的输出气体被用于生产热压团 块铁，其中，碎矿石在预热区内进行预热，随后在至少一个还原 区内进行完全还原，并被供入压缩和制团设备内；根据加热情况， 输出气体被输入至少一个形成流化床的还原区内，在流过 该处之后，从该处被抽出来并在部分燃烧状态下被加进预热区 内，目的在于升高温度以形成流化床。\n还提供一种实现本发明方法的设备，该设备用于将由铁矿石 和助熔剂以及至少部分碎料组成的炉料直接还原成海绵铁、在有 碳和含氧气体存在条件下熔炼所述海绵铁以得到还原气体、使该 炉料同所述还原气体反应以得到输出气体来生产生铁水或钢水预 产品，该设备包括：\n至少一个流化床还原反应器；\n将炉料输送到所述还原反应器的第一输送机；\n将还原气体输送到所述还原反应器的第一气体输送器；\n将还原产品从所述还原反应器运出的第二输送机；\n将顶部气体从所述还原反应器排出的第二气体输送器；\n具有流化床和固定床的熔炉燃气发生器，所述熔炉燃气发生 器接受所述第二输送机、含氧气体和碳输送器以及所述第一气体 输送器；\n设置在所述流化床还原反应器上游并接受所述第二气体输送 器的流化床预热反应器；以及\n将在所述还原反应器内形成的海绵铁输送到所述流化床和所 述固定床中至少一个床内的气动输送机；\n其特征在于，借助于第一支管，气体管道17经由热旋风器25 接入还原反应器8的下部；在热旋风器25之前的地方，第二支管 脱离气体管道17、并在较高的地方进入还原反应器8。\n通过主要在还原反应器(也在预热反应器)内的流化程度可以 控制还原过程，其中流化床还原反应器包括一个直径较小的下部和 一个位于下部之上直径较大的上部，从下部到上部的过渡段被设 计成圆锥形，还原气体的供气管进入圆锥形过渡段，其中流化床预 热反应器相应地有一个圆锥形底端，还原气体的供气管通到该圆锥 形底端内。\n为了能从流化床还原反应器内排出已完全还原的碎料，在流化 床的水平面上，流化床还原反应器上设置有一个碎料排放装置，有 一个输送设备从该碎料排放装置通向在熔炉燃气发生器内形成的固 定床或流化床的水平面处进入熔炉燃气发生器内的气动输送设备。\n按照最佳实施方案，在炉料流向上连续设置2个流化床还原反 应器。\n如果按照以下工艺流程就可以特别有效地利用生成的过量气 体，所说工艺流程是在CO2涤气器和加热设备的中间装置以后，输 出气体的气管通入至少一个用于生产热压团块铁的还原反应器内， 有一根气管从该还原反应器引出并通入流化床预热反应器，其中碎 矿石装料管进入流化床预热反应器和离开流化床预热反应器的输送 管将已预热的碎矿石输入还原反应器，而且，在碎矿石流动方向上， 压缩和制团设备被设置在还原反应器后面。\n以下通过在附图中图解说明的三个实施方案来详细地解释本 发明，其中，图1-3各自描述了在图解说明中本发明设备的较佳实 施方案。\n用1表示预热反应器，它被设计成流化床预热反应器，含有铁 矿石和助熔剂的炉料可通过横向进入流化床区2(预热区)水平面的 装料管3加入旋转层预热反应器内。在设计成塔形的流化床预热反 应器1的上端处，通过配置有气体净化旋风器4和气体涤气器5(例 如文丘里管涤气器)的气体排放管6，排出在反应器1内生成的并 流过该处的气体。这些气体可作为高质量的输出气体(它们约有 8000KJ/Nm3的热值)用于各种作途，例如，用于生产含氧或不含氧 的气流。\n在流化床预热反应器1内已被预热的全部炉料都可通过输送管 7进入也被设计成流化床反应器的还原反应器(8)内，并在该处还原 到较完全的程度。\n借助于气动海绵铁输送管9(包括N2喷射器)一可以用任何其 它的强制输送工具来代替一可以将在流化床还原反应器8内生成 的海绵铁输入到熔炉燃气发生器10内，并输送到安装在其中的流化 床III、II的同样高度和/或位于III、II以下的固定床I的相同高 度上。熔炉燃气发生器包括至少一个煤和助熔剂的供料管11和排列 在若干水平面上的含氧气体的供气喷口12。\n在位于由固定床I形成的熔化气化区以下的熔炉燃气发生器 内收集生铁水13和液态炉渣14，粗焦流化床II位于固定床I之 上，细焦流化床III又位于流化床II之上，脱氧腔IV位于顶部，生 铁和炉渣分别通过出铁放渣口15、16出铁和放渣。在熔炉燃气发生 器10内，由碳载体和含氧气体生产还原气体，在流化床III以上的 脱氧腔IV内收集该还原气体，并通过气管17经基本上是塔形的流 化床还原反应器8的平截头圆锥体缩颈将其加入流化床还原反应器 8内，反应器8的平截头圆锥体缩颈组成一个气体分配底19，而该 圆锥体缩颈是为形成流化床18或旋转床18(还原区)而设置的，还 原气体是通过环形管20沿着缩颈的圆柱表面而供入的。\n在流化床内不能保持漂浮状态的大固体颗粒由于重力影响而沿 中心下降，并通过中心固体排放管21被排出。该中心固体排放管21 是这样配置的，经径向气体供气管22，固定床流入具有圆锥形底24 并位于平截头圆锥形气体分配底19以下的圆锥槽部分23，以致即 使大颗粒的还原也能达到满意的程度。\n由于气体分配底19的平截头圆锥形状，管内净速度随高度变化。 因此，在气体分配底19的整个高度都能调节到特定的径粒分布。在 气体分配底19内适当地配置风嘴，从而能形成内部循环的流化床， 在该处中心的气体速度高于周边气体速度。这类流化床的形成既可 用于还原反应器8又可用于预热反应器1。\n离开熔炉燃气发生器10的一部分还原气体在热旋风器25内进 行净化，在连续排列的涤气器26内进行冷却，并通过压缩机27和经 气管28再次同离开熔炉燃气发生器10的还原气体混合。在热旋风 器25内分离出来的粉尘通过N2喷射器29返回到熔炉燃气发生器 10内。一部分离开热旋风器25的仍未冷却的还原气体通过圆柱槽 23经环形管组成的气体供气设备22进入流化床还原反应器8。\n从流化床还原反应器8排出的气体通过气管30被加进还原旋 风器31内，仍然包含在还原气体中的碎料在31内被分离和完全还 原。这些碎料通过输送管32和N2喷射器33在接近固定床I的上端 水平面处被输入熔炉燃气发生器10内。\n从还原旋风器8排出的已部分氧化的还原气体通过气管30进 入流化床预热反应器内，然而，其中部分上述还原气体被燃烧以加热 燃烧室34内的还原气体，含氧气体供气管35进入燃烧室34内。\n在流化床18的水平面处借助于螺旋输送机36从流化床还原反 应器8内推出一部分已完全还原的炉料，通过输送管37经N2喷 射器33在接近固定床I的上端的水平处将上述炉料同来自还原旋 风器31的碎料一起输入熔炉燃气发生器10内。\n经包括闸门39(在用于部分或完全还原物料的其它输送管 32、37内也设置了闸门39)的输送管38通过供给还原气体的环 形管20，将在输出气体排放管6的旋风器4内分离出来的细粒料加 入旋转层还原反应器8内。\n图1设备的详细功能如下：\n借助于气动急剧升降传送带或垂直输送机，将经过筛选和干燥 处理的粒径分布为\n0.04mm＝约20％\n0.04-6.3mm＝约70％\n6.3-12.7mm＝约10％ 和水分含量约为20％的碎矿石加入预热反应器1内。在该处，碎矿 石在流化床区2内被预热到约850℃温度，并由于还原气氛而任选 地被预还原到接近于方铁矿的程度。\n对于这种预还原过程而言，还原气体含有至少25％的(CO+ H2)，以使其具有足够的还原能力。\n随后，已预热和任选预还原的碎矿石流入还原反应器8(最好是 通过重力作用)，在反应器8的流化床或流化床18内，该碎石大部分 被还原成温度约为850℃的Fe相。对于这种还原过程而言，气体含 有至少68％(CO+H2)的含量。\n在还原反应器8内，对碎矿石进行筛分，0.2mm以下的那部分 碎石被还原气体夹带进入还原旋风器31内。在该处，通过旋风效应 使固体分离期间，0.2mm以下的碎矿石被完全还原。\n通过排放螺旋输送机36从还原反应器8的流化床18内排出的 较细固体部分，借助于N2喷射器33，经过闸门39，在鼓入含氧气 体的水平面附近，将其同还原旋风器31内分离出来的碎矿石一起 供入熔炉燃气发生器10内。\n通过N2喷射器9或重力排放将来自还原反应器8下部的较粗 固体部分经闸门39在细焦流化床III区域鼓入或加入熔炉燃气 发生器10内。\n借助于N2喷射器29和氧气粉尘燃烧器将在热旋风器25(主 要含有Fe和C)内分离出来的粉尘经Sleuce39在细焦流化床III 和粗焦流化床II之间的区域加入熔炉燃气发生器10内。\n为预热和煅烧起见，工艺过程所需的助熔剂，作为一种粗粒料 (最好粒径在4-12.7mm之间)经煤通道(11)加入，而作为一种细 粒料(最好粒径在2-6.3mm之间)经碎矿石通道(3)加入。\n对于需要较长还原时间的碎矿石，如图2所说明的那样，以串 连或连接于第一级还原反应器8的方式设置包括辅助还原旋风器 31′的第二级(如果要求的话，以及第三级)流化床还原反应器8′。碎 矿石在第二级还原反应器8′内被还原成方铁矿程度，而在第一级还 原反应器8内被还原成Fe相。\n在这种情况下，通过排放螺旋输送机36′从第二级还原反应器 的流化床18′排出的固体部分，由于重力作用同来自第二级还原反 应器8′下部的较粗固体一起被加入第一级还原反应器8内。通过N2喷射器33，将在第二级还原旋风器31′内分离出来的碎矿石同在第 一级还原旋风器31内分离出来的碎矿石一起在含氧气体鼓入平面 附近供入熔炉燃气发生器10内。\n如果使用2级流化床还原反应器8、8′和2级还原旋风器31、 31′，工作压力不够补偿系统内的压力损失时，则可按照本发明，借 助于压缩机40来使预热反应器1所需的混合气体达到必要的压力。 在这种情况下，来自第二级还原旋风器31′的气体在涤气器41内被 净化。然而，以后仅有一部分气流被压缩(一部分通过管42被抽出来 作为输出气体)，并在混合室43内适当地同通过管44输入的含氧气 体混合，以致随后能在预热反应器1内使一部分还原气体燃烧以便 使碎矿石达到所需的预热温度。\n如上所述，来自生铁生产的高质量输出气体可用于生产含氧或 不含氧的气流。按照本发明的最佳实施方案，它在图3中表示，在 CO2洗涤45和预热到约850℃的46以后，输出气体按以下方式被重 新用作还原气体：\n为了生产热压团块铁，用如同在生产生铁时所用同样团块的还 原气体，来预热和还原如同在生产生铁时所用同样技术要求的碎矿 石。借助于N2喷射器33将来自至少一个还原反应器8和来自还原 旋风器31的已完全还原的粒料部分鼓风送入装料料斗47。另一方 面，较粗的粒料部分能从还原反应器8的下部通过重力排放被加入 装料料斗47。\n此后，具有约92％金属化程度和至少750℃温度的已完全还原 的碎矿石，由于重力作用经过包括可控马达的预压缩螺旋输送机48 而进入对辊压制机49。\n在以下实施例中，概述了在操作图1-3中所示方案的设备中所 得的本发明方法的典型特性数据。\n实施例 煤分析值(干份分析值)\n     C                        77％\n     H                        4.5％\n     N                        1.8％\n     O                        2.6％\n     S                        0.5％\n     粉尘                     9.1％\n     C固定                   61,5％ 矿石分析值(湿份分析值)\n     Fe                      62.84％\n     Fe2O3                87.7％\n     CaO                     0.73％\n     MgO                     0.44％\n     SiO2                   6.53％\n     Al2O3                 0.49％\n     MnO                      0.15％\n     烧损                     0.08％\n     水份                     2％ 碎矿石的粒径分布\n            +10mm            0％\n           10-6mm            5.8％\n           6-2mm             44.0％\n           2-0.63mm          29.6％\n           0.63-0.125mm      13.0％\n           -0.125mm          7.6％ 助熔剂(干份分析值)\n           CaO              45.2％\n           MgO              9.3％\n           SiO2            1.2％\n           Al2O3          0.7％\n           MnO               0.6％\n           Fe2O3          2.3％\n           烧损              39.1％\n为了在图1的设备内生产42吨生铁/小时，42吨煤/小时供气 29,000Nm3 O2/小时。矿石消耗总计64吨/小时而助熔剂消耗为14 吨/小时。\n除了铁以外，所生产的生铁还具有以下组分：\n                   C                 4.2％\n                   Si                0.4％\n                   P                 0.07％\n                   Mn                0.22％\n                   S                 0.04％\n来自生铁设备的输出气体产生87,000Nm3/小时，具有以下分 析植：\n                   CO                36.1％\n                   CO2              26.9％\n                   H2               16.4％\n                   H2O              1.5％\n                   N2+Ar            18.1％\n                   CH4              1％\n                   H2S              0.02％\n                   热值              6780KJ/Nm3\n当按照图3将来自生铁设备的输出气体进一步用于生产热压团 块铁时，能生产29吨热压团块铁/小时。其所需再循环气体的数量 为36,000Nm3/小时。热压团块海绵铁具有以下分析值：\n           金属化率       92％\n              C           1％\n              S           0.01％\n              P           0.03％\n用于生产热压团块铁的来自设备的输出气体数量为79, 000Nm3/小时，该气体具有以下组分：\n              CO            21.6％\n              CO2          44.1％\n              H2           10.6％\n              H2O          2.8％\n              N2+Ar        19.9％\n              CH4          1％\n              热值          4200KJ/Nm3\n生铁设备和用于生产热压团块铁的设备所必需的耗电量为 23MW。从用于生产热压团块铁的设备输出的气体相当于145MW 的热功率。

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