专利名称：由铁化合物生产铁的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁的生产方法，具体涉及由铁化合物通过两级流程生产生铁的方法，两级流程的第一级是在具有旋转对称壁和垂直轴的第一中预还原铁化合物，第二级是在位于第一室下面的第二室进一步还原铁化合物。随着燃料和氧气送入第二室产生还原气体，在第二室铁化合物发生进一步还原，还原气体向上进入第一室，在那里产生预还原作用。为了维持在第一室中还原气氛的燃烧，而提供氧气，以便铁化合物至少部分地熔化并向下进入第二室。本发明也涉及实现这一方法的装置。
这种类型的方法和装置可由NL申请书257,692(相应于FR—A—1314435)得知。类似的公开是在Steel Times International，GB，1993，March No.2，第24页。第一室即上室已知为熔化旋流器或旋流预还原器。另外的两级预还原铁化合物流程也是公知的，例如，流化床反应器流程。然而，在这种流程中由流化床预还原的铁化合物是以固态引入冶金吹炉，所谓的熔化反应器中。这对在熔化反应器中反应气体的后燃烧寄托高要求，需要在熔化器中产生所需的热量。利用在熔化物上面释放的这种热量只是部分地有助于熔化。然而在本发明类型的流程中，后燃烧可在第一室内发生并且由此这释放的热量直接传送给铁化合物。
本发明者研究了这类流程并对这种技术得到了新的和深刻的见解。
本发明的目的是提供一个改进的和容易实施的由铁化合物生产铁的方法和装置，特别是对于在熔化旋流器中预还原铁化合物的方法和装置。
按照本发明提供的由铁化合物生产铁的方法包括两个阶段(a)在第一室预还原铁化合物，该室的壁绕轴基本上是旋转对称的；(b)在位于第一室下面的第二室中进一步还原铁化合物，向第二室供应燃料和氧气，以便在其内产生还原气体，此气体向上进入第一室产生预还原作用。
此处所述的铁化合物和氧气被引入第一室，以便氧气维持在所述第一室的燃烧，由于这种效应，铁化合物在第一室至少部分地熔化并沿所述第一室的所述室壁向下流入第二室。
这个流程的特点是(i)由载气输送一个或多个铁化合物的喷气流进入第一室而将铁化合物以颗粒形式引进第一室；(ii)至少部分地以一个或多个喷射流形式将氧气引进第一，这种氧气喷射流与铁化合物一个或多个喷射流隔开。
(iii)以一个或多个喷射流引进氧气的速度比铁化合物的速度大；(iv)氧气的一个或多个喷射流的方向有切线方向分量，以使还原气能围绕第一室的轴进行旋转运动；(v)铁化合物的引进速度应使所述颗粒至少部分地呈熔融状态到达第一室壁。
这些措施的结合对方法是重要的。铁化合物和氧气必须分开引进第一室以便它们具有不同的速度。氧气的引进速度最好至少在50m/s，更好至少在100m/s。相对照，铁化合物的速度最好在5—40m/范围内。铁化合物在低速下，大部分铁化合物达不到第一室壁，而铁化合物在高速下，室壁的寿命可能过分缩短。然而，氧的速度必须高并有切线分量以使还原气体通过动量传递能旋转运动。同样地，旋转运动对所有铁化合物颗粒也不是同等重要的。较大和最大的颗粒简单地在自身重量作用下达到第一室壁。然而较小和最小的颗粒趋向于一道被还原气体沿轴向向上载带。在气体中旋转运动使这些颗粒离心向外，使它们保持在第一室中。这保证铁化合物被有效捕集。
为使此流程最佳运行，铁化合物和氧气最好各自以许多喷射流的形式引进第一室，该喷射流在第一室的遍及整个高度上。这保证充分利用了第一室的容积。
此外，最好是铁化合物的喷射流和氧气的喷射流在第一室紧密交叉或彼此横切，这样在氧气和铁化合物喷射流交叉点或横切点上，存在一个铁化合物喷射流在还原气中的燃烧热点，这里的燃烧热至少部分传送给铁化合物，所以铁化合物至少部分地熔化。通过铁化合物的化学还原和可能的热分解二者的共同作用加强了铁化合物的预还原。
还原气向上通过第一室的平均轴向速度最好至少在5m/s。第一室的压力(绝对压力)最好是1—6巴(0.1—0.6MPa)。这强化了在第一室的作用。
最好没有过量的燃料供给第一室。已发现尽管在还原气体之外供应第一室的过量燃料在第一室燃烧，但从第二室出来的废气的燃烧度趋于下降。因此，总的结果是过量的燃料对预还原过程没有做出有益贡献。
最好铁化合物的平均粒度在0.05—5mm范围内。其优点是可以使用矿山供应的天然矿石精而不需特殊的富精矿。
铁化合物的载气最好是氧气。这可以强化预还原处理。
最好在第一室的低下部引进铁化合物，例如，可使从第一室的下半部引进的铁化合物比顶半部多。这可保持高的捕集效率。
本发明也提供了生产铁的装置，特别是提供了使用供实施上述方法用的装置，该装置有(i)第一室，具有壁，该壁围绕大体上垂直轴基本上是旋转对称的；(ii)向第一室提供铁化合物的氧气的装置；(iii)从第一室排放废气的管道；(iv)第二室，安装在第一室的下面，并与第一室相通，以便废气向上流入第一室和熔化的铁化合物从第一室壁向下进入第二室；(v)向第二室提供燃料和氧气的装置。
这个生产铁的装置的特点是向第一室提供铁化合物和氧气的装置包括多个第一喷嘴和多个第二喷嘴，该第一喷嘴利用载气输送粒子的形式形成铁化合物喷射流；该第二喷咀用于提供与所述铁合物喷射流分开的氧气喷射流，第一和第二喷嘴均位于所述第一室的壁上，并且至少第二喷嘴中的一个相对于第一室轴线提供具有切线分量的氧气喷射流。
这种结构确保高效使用第一室最好第一室基本上是圆桶状的，其高与直径比至少是1，最好是2。已发现特别当第一室中还原气的的轴向速度高时，较大的高对直径的比导致较好的捕集效率。
最好用于提供铁化合物的第一喷嘴位于第一室壁的不同高度。在每一高度的水平面上最好有由两个位于第一室壁的直径上相对的位置上的第一喷嘴组成的组，并且这一组提供的喷射流的方向大体上是水平的，相对于第一室的轴位于相同的旋转方向，并且与想像的圆周是相切的，想像的圆周的直径范围是第一室直径的0.25—0.75倍。这样第一喷嘴可沿多个想像的位于第一室壁的螺旋线排列。每一组第一喷嘴最好在圆周上相对于每一相邻的第一喷嘴组成120°交错地绕轴排列。
铁化合物的这种喷嘴模式意谓着大量的铁化合物可以引进第一室，喷射流间不干扰，因此可取得高生产效率的预还原。
供应氧气的第二喷嘴最好也同样分布在第一室壁的不同高度上。第二喷嘴最好在多个高度水平面上以组排列并各自与上述的第一喷嘴组配合，每一组第二喷嘴以相同高度水平或稍低于相配合的第一喷嘴位于第一室壁上。同样，每一组第二喷嘴最好也由两个第二喷嘴组成，两个喷嘴位于第一室壁直径方向上相对的位置，它们提供的喷射流的方向大体上是水平的，而且相对于第一室的轴位于相同的旋转方向，并相切于想像的圆周上，想像圆周的直径范围是第一直径的0.25—0.75倍。
第二喷嘴的想像的圆周最好小于第一喷嘴的想像的圆周。
由于以这种方式协调氧气的供应模式与铁化合物的供应模式，所以能充分地向铁化合物传送热量，可以改进预还原度和好的捕集效率。
废气的排放最好通过大体上与第一室同轴的排放管道排行。这样可防止堵塞。
第一室和第二室最好大体上是同轴的，这样能使装置的结构简单。
颗粒状的常规铁精矿可做为铁化合物使用。也可加入其他含铁物质，如钢铁工业产生的粉尘。
下面参照附图叙述，本发明作为非限定性例子的一个实施例。
图1示意示出本发明生产生铁的带熔化旋流器的装置。
图2详细示出图1中的熔化旋流器。
图3是图2中熔化旋流器的图2上的III—III′平面的横断面图。
图4是图2中IV—IV′平面的横断面图。
图5是图2中V—′面的横断面图。
图6示出带有熔化旋流器的试验装置，在该装置中，模仿本发明的流程试验了熔化旋流器的运转情况。
在图1的熔化旋流器中铁化合物经喷嘴2以颗粒形状被作为载气的氧气引进。铁化合物在熔化旋流器1中被预还原，然后沿熔化旋流器1的壁3流下，落入下面的冶金吹炉4中，吹炉4例如是转炉。在吹炉4中氧气由喷枪5供给和燃料例如煤经开口6供给，铁化合进一步被还原为生铁，生铁经开口7与形成的渣一起流出。在冶金吹炉4中铁化合物进一步还原过程中产生含CO(和H2)的热气，此热气通入熔化旋流器1中。在熔化旋流器中，铁化合物与经喷嘴8供应的氧气发生燃烧作用而预还原。废气然后经熔化旋流器顶部的管道9排出。小部分铁化合物不可避免地随此气被载带出。图1也表明在冶金吹炉4底部的熔化物被经炉底部开口10引进的惰性气体例如氩气的鼓泡而搅动的可能性。
图2表明熔化旋流器的高与直径比大于2。熔化旋流器有圆筒状小室，它与冶金吹炉4垂直并同轴取向。熔化旋流器有形成排放管道9的同轴出口11，有水冷套12，内部有耐火衬13。冶金吹炉4也有耐火衬14。熔化旋流器的冷却水由喷嘴15和16注入和排出。熔化旋流器被看作分成几部分，其中17，18和19部分装上喷嘴以便供应铁化合物和氧气。
提供铁化合物的第一喷嘴20位于熔化旋流器的如图3平面III的17部分的壁上。在稍低于平面III的平面III′中，提供氧气的第二喷嘴21位于熔化旋流器壁上，也示于图3。在平面III—III′的下面，另外的提供铁化合物和氧气的喷嘴20和21分别位于平面IV—IV′和V—V′上，分别显示于图4和图5。18和19部分的铁化合物和氧气的输入喷嘴模式与17部分相同。
图3表明也可以叫一组的两个提供铁化合物的第一嘴20位于壁上直径方向上相对的位置，并对准有切线分量的方向上相对的位置，并对准有切线分量的方向和位于相同的旋转方向，二者都相切于想像的与熔化旋流器同轴的圆筒22上。这种模式重现在图4和图5上，应领会图4和图5的喷嘴相对于相邻的上或下水平面的喷嘴错开120°围绕轴排列。按这种方法，提供铁化合物的第一喷嘴可以看成是绕熔化旋流器的壁螺旋向上。
供应氧气的第二喷嘴21的模式相应于此。然而，喷嘴21比喷嘴20稍低一点放置，因为由于熔化旋流器中还原气的轴向速度的影响氧气比铁化合物更易上升。喷嘴21同样地也对准与想像的同轴圆筒23相切的方向，然而23比想像的圆筒22大。
出自喷嘴20的铁化合物喷射流24和出自喷嘴21的氧喷射流25在点26处彼此交叉或交错，在26处氧气引起还原气体燃烧，结果燃烧热给铁化合物，因而铁化合物在到达吹炉炉壁前被预还原并至少部分熔化。
试验例图6的试验装置由上述的熔化旋流器1，燃烧室27和收集被还原的铁29的桶28组成。在此试验配置中没有第二冶金炉4，此装置被用于模拟本发明的两级还原流程的条件。在燃烧室27中经开口30引进的天然气和氧气燃烧产生温度接近1500℃，并且生成的组分与实际流程中在第二冶金吹炉中产生的还原气类似。在熔化旋流器中铁化合物和氧气是经喷嘴2和8被引进。饱含粉尘的废气按箭头31排出。废气在燃烧室22中燃尽，然后用水和冷却器33冷却并按箭头34排出至气体洗涤器中。
图6中的试验配置被用于测试图2中熔化旋流器的运行。熔化旋流器的尺寸是净内径2,000mm，高4,000mm左右。在熔化旋流器中还原气的轴向速度是5m/s。(卡洛尔湖)铁精矿铁含量的重量是66％，颗粒大小是50—500μm，以10m/s的速度供料，氧气速度100—200m/s。还原度确定为 是10—30％。捕集效率确定为 是90—95％。熔化旋流器的产量接近20吨/小时。
权利要求
1.一种由铁化合物生产铁的方法包括(a)在第一室预还原铁化合物，该室的壁大体上围绕所述第一室的轴是旋转对称的；(b)在位于所述第一室下面的第二室中进一步还原铁化合物，燃料和氧气提供给所述的第二室，以使在所述的第二室中产生还原气体，此还原气向上进入所述的第一室中，在那里产生预还原作用；其中所述的铁化合物和氧气引进所述的第一室以便氧气在所述的第一室内保持燃烧，由于这种作用，在第一室的铁化合物至少部分地熔化，然后沿所述第一室的所述室壁向下流入所述的第二室，方法的特征是(i)依靠载气将所述的颗粒状铁化合物引进所述的第一室，该载气使一个或多个所述的铁化合物的喷射流进入所述的第一室；(ii)至少部分地以一个或多个与所述铁化合物的所述一个或多个喷射流分隔开的喷射流形式将所述氧气引进所述的第一室中；(iii)以所述一个或多个喷射引进所述氧气的速度大于以所述一个或多个喷射流引进所述铁化合物的速度；(iv)氧气的所述一个或多个喷射流的方向有沿切线方向的分量，以便所述还原气能围绕所述的第一室的轴进行旋转运动；(v)所述的铁化合物的所述引进速度使得所述颗粒至少处于部分熔化状态时到达所述第一室的所述壁。
2.按照权利要求1的方法，在该方法中有多个所述铁化合物的所述铁化合物的所述的喷射流和多个所述的氧气的喷射流进入所述的第一室。
3.按照权利要求1或2中方法，其特征在于，所述铁化合物的喷射流和所述氧气的喷射被定向，以便彼此在所述第一室的某处密集或交叉通过，这样在所述某处氧气和所述还原气燃烧对所述铁化合物形成热点，在此热点所述铁化合物至少部分地熔化。
4.按照权利要求1或3中任何一个所述的方法，其特征在于，所述还原气通过所述第一室的平均轴向速度至少为5m/s。
5.按照权利要求1或4中任何一个所述的方法，其特征在于，在所述第一室中压力范围是1—6巴(0.1—0.6MPa)。
6.按照权利要求1或5中任何一个所述的方法，其特征在于，没有另外的燃料供给所述的第一室。
7.按照权利要求1或6中任何一个所述的方法，其特征在于，所述氧气的引进速度至少为50m/s。
8.按照权利要求7中方法，所述氧乙的引进速度至少100m/s。
9.按照权利要求1至8中任何一个所述的方法，其特征在于，所述铁化合物的所述引进速度范围至少在5—40m/s。
10.按照权利要求1至9中任何一个所述的方法，其特征在于，所述铁化合物的所述颗粒的平均粒度范围是0.05—5mm。
11.按照权利要求1至10中任何一个所述的方法，其特征在于，所述铁化合物所述载气是氧气。
12.按照权利要求1至11中任何一个所述的方法，其特征在于，至少所述铁化合物的一半引进所述第一室的下半部。
13.用于由铁化合物生产铁的装置，该装置有(i)有室壁(3)的第一室(1)，室壁围绕所述第一室的大体上垂直的轴基本上是旋转对称的；(ii)装置(2，8，20，21)，用于输送铁化合物和氧气进入所述的第一室；(iii)从所述第一室排放废气的排放管道(9，11)；(iv)第二室(4)，该室排列在所述第一室(1)的下面并与该第一室相通，以便废气向上流入所述第一室，并且熔化的铁化合物从所述第一室的所述室壁向下流入第二室；(v)装置(5，6)，用于供应燃料和氧气进入所述的第二室，上述由铁化合物生产铁的装置的特征在于，供应铁化合物和氧气进入所述第一室的所述装置包括多个第一喷咀(20)和多个第二喷咀(21)，该第一喷咀用以提供所述铁化合物喷流，铁化合物是以颗粒状被载气传送，上述第二喷嘴(21)提供氧气喷射流，氧气喷射流与所述铁化合物射流是分隔开的，所述第一和第二喷嘴位于所述第一室的所述室壁上，并且至少一个所述第二喷嘴(21)在一个方向提供的氧气喷射流对于所述第一室的所述轴有切线分量。
14.按权利要求13中的装置，其特征在于，所述第一室(1)的所述室壁(3)大体上是圆筒形状的并且高对直径的比值至少为1。
15.按权利要求14中的装置，其特征在于，所述高对直径的比值至少为2。
16.按权利要求13至15中任一个所述的的装置，其特征在于，所述的第一喷嘴(20)分布在所述第一室的多个不同高度的水平面上。
17.按权利要求16中的装置，其特征在于，在每一个所述高度水平面上有一组由两个所述第一喷嘴(20)组成喷嘴组，两个喷嘴位于所述第一室的所述室壁的直径方向上相对的地方，并且提供的喷射流，该喷射流的方向大体上是水平的，相对于所述第一室的所述轴处于相同的旋转方向，并且与想像的直径范围是所述第一室直径的0.25至0.75倍的圆周(23)相切。
18.按权利要求17中的装置，其特征在于，所述第一喷嘴(20)沿多个在所述第一室的所述室壁上的螺旋线排列。
19.按权利要求17或18的装置，其特征在于，每一所述组的所述第一喷嘴(20)在圆周上与所述第一喷嘴的每一相邻所述组的第一喷嘴以120°交错地绕轴排列。
20.按权利要求13至19中任何一个所述的装置，其特征在于，所述第二喷嘴(21)分布在所述第一室的多个不同高度的水平面上。
21.按权利要求17至19中任何一个所述的装置，其特征在于，所述第二喷嘴(21)以组排列在多个高度的水平面上，并各自与所述第一喷嘴(20)组配合，所述第二喷嘴(21)的每一组和与其配合的第一喷嘴(20)组位于相同高度水平面上或稍低于该第一喷咀组，定位于所述第一室的所述壁上。
22.按权利要求21的装置，其特征在于，每一所述第二喷嘴(21)组由位于所述第一室的所述壁的直径方向上相对位置的两个第二喷嘴组成，该第二喷咀组提供的喷射流方向大体上是水平的，相对于所述第一室的所述轴位于相同的旋转方向，并与直径为所述第一室直径0.25—0.75倍的想像圆(22)相切。
23.按权利要求22的装置，其特征在于，所述第二喷嘴的所述的想像圆(22)小于所述第一喷嘴的所述的想像圆(23)。
24.按权利要求13至23中任一个所述的装置，其特征在于，所述第一室的所述排放管道(9，11)与所述第一室(1)大体上是同轴的。
25.按权利要求13至24中任一个所述的装置，其特征在于，所述的第二室(4)大体上与所述第一室(1)是同轴的。
全文摘要
由铁化合物生产铁的方法和装置。具有旋转对称壁(3)的第一室(1)中铁化合物进行第一级预还原，在第一室下面的第二室(4)中铁化合物进行第二级还原，燃料和氧气供给第二室。还原气向上通入第一室，在那里完成预还原。氧气供给第一室。铁化合物在第一室部分地熔化然后向下沿室壁流入第二室。颗粒形状的铁化合物利用形成一个或多个喷射流的载气引入第一室。氧气部分地以有切线方向分量的喷射流形式供入第一室。
文档编号C21B13/00GK1123840SQ9510775
公开日1996年6月5日 申请日期1995年6月30日 优先权日1994年7月1日
发明者约翰尼斯·G·伯纳德, 康尼利斯·P·梯尔胡伊斯, 汉德里古斯·K·A·梅杰 申请人:和格文斯·格罗普公司