专利名称：直接还原矿粉的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明的独立权利要求涉及一种在流化床槽中用氢作还原剂直接还原具有宽粒度分布的矿粉的方法。本发明还涉及实施独立权利要求所述方法的设备。
从DE 4326562C2已知一种内带气流板的卧式反应器以及运转这种反应器所必需的各种装置。
DE 4326562C2的卧式流化床反应器的缺点在于，该反应器只能处理给定粒度范围的物料，该粒度范围是由流化床的气流速度(流化速度)所确定的。另一种粒度范围的物料则要求另外气流速度。此外，在进入流化床反应器之前需要进行筛分。
本发明之目的在于改进上述专利中的方法，使其能在一种卧式流化床槽中对宽粒度分布的矿粉达到最佳还原。本发明的目的还在于，对已知的卧式流化床槽进行改进，使其能实施所要达到的方法。本发明的目的还在于保证还原装置的工作方式在热耗方面达到最佳化。
通过权利要求的特征部分可达到这些目的。
有关设备的描述参考了DE4326562C2描述资料。
本发明利用了DE4326562C2所描述的反应器的基本原理。
本发明的方法和设备能处理粒度分布为＜6.3mm-0.02mm的矿粉，优选粒度为＜3.0mm-0.02mm。
缓冲缶中贮存的矿粉送入位于其下的压力缶中。该压力缶作为压力卸料口将矿粉送入预热器。这种预热器，例如是流化床反应器或沸腾床反应器，与后置的卧式流化床槽一样处于加压下。
当一个压力缶从处于大气压的缓冲缶进料时，另一压力缶向预热器卸料。
预热器利用从卧式流化床槽，即还原反应器来的所谓顶部气体预热矿粉。
预热器的气流速度的选择，应使粒度小于约0.5mm的矿粉基本上从预热器夹带出。该矿粉经热气旋风分离器沉降，并同从预热器出来的已预热的矿粉一道送入卧式流化床槽，即还原反应器的第一室。
置于卧式流化床槽之前的预热器经固体颗粒导管将粒度级分为＜3mm-0.5mm的矿粉卸入卧式还原反应器的第一室。该室内配置有换热器，后者能将矿粉加热到流化床需要的温度。优选的流化床温度约在680-700℃范围内。优选氢气作流化介质和还原介质。氢气预先在还原气加热器中加热到约710℃。气流速度的选择应使矿粉基本上不被夹带出去。
本发明的特殊优点在于，利用高温还原气使换热器加热，并使从各个换热器流出的还原气流进入卧式流化床槽作流化剂和还原剂。进入第一个换热器的还原气可加热至约850℃，流出这个换热器时其温度降到例如720℃。
利用这种布置就可通过一个或多个换热器能完全传递Fe2O3还原到FeO以及矿粉加热所需的热量。
FeO还原成Fe的反应所需的热量亦可仅靠该还原气供给。由此还原就变成特别有效。相应的实验对此作出了证明。
通过适宜的市售装置将流化床槽第一室的流化速度调到最高，即例如在装料粒度分布约为＜3.0mm-0.02mm时，其流化速度高到能使实例中粒度约为＜0.5mm-0.02mm的矿粉能随气流夹带经过沉降器，例如热气旋风分离器。
剩余的粒度约为3.0mm-0.5mm的其余的矿粉滞留在这个室中，并在该室中还原。
从配置给第一室的旋风分离器沉降出的粒度小于0.5mm的矿粉被送入第二室，在第二室中流化速度调到低于第一室的流化速度，即例如其流化速度可使粒度约为0.5mm-0.1mm的部分滞留在第二室，并在该室中还原，同时粒度小于0.1mm的颗粒则随气流夹带通过第二室的旋风分离器。从该旋风分离器沉降出来的粒度小于0.1mm的矿粉被送入流化床槽的第三室，粒度小于0.1mm的矿粉在第三室中滞留并还原。
从配置给第三室的旋风分离器沉降出来的固体再返回该室。
从配置给各室的旋风分离器出来的气体经总管送入预热器。
还原过的矿粉，例中为所有三个室的矿料，通过压力缶送去后续加工。
当然，本发明的流化床槽不是绝对的只有三个室，更确切地说，它亦可分成两室或多于三室。
根据设备从属权利要求的特征部分，各个室之间的隔板可沿流化床槽的长度方向移动，使其能达到增加某一室的气流面积或减小另一室气流面积之目的是有利的。当待还原的矿粉粒度分布发生改变时，例如在粒度小于0.1mm的份额增加的情况下，需要采取这种措施。那时可通过隔板的移动使含粒度小于0.1mm的室增大，而使另外的室变小。
如果待还原的矿物细粒份额增加更多，则可插入插件使流化床槽的长度增加，从而使气流面积变大。
第一室可由两段组成，即加热段和预还原段(将Fe2O3转化为FeO)，其中还设置换热器以及实际上的还原段，在该段中还原进行到约98％的金属化(FeO转化为Fe)。这里换热器不是绝对需要的，因为还原所需的热可由还原气带入。
上述两段可用隔板分开。从第一段出来的矿粉必须流经隔板以到达第二段。隔板的高度由流化床的高度确定。为了避免流化床的“死区”(分凝区)，该室和后续室的隔板要在下部开孔。
完成还原的矿粉经高置的喇叭口流出第二段，还原后的微粒物料经卸料容器用气流排出。
卧式流化床槽的第二室由配置给第一室的旋风分离器供给矿粉，该室亦包括换热器，其作用是将流化床加热到所需温度。例中的第三室亦是如此。
从FeO还原到Fe的吸热还原只需较少的用于还原的热量。此热量可由流出的还原气带入。
第二室的流化速度(气流速度)的选择应有利于使粒度优选小于0.1mm的所有矿粉随气流夹带出，同时使粒度为0.5mm-0.1mm的矿粉滞留于第二室，并在该室中完成还原。
从第二室流出的气体主要载带有粒度小于0.1mm的矿粉，该气体送入室-热气旋风分离器，其中大部分粒度小于0.1mm的矿粉从气流中沉降出来。
从这个室-热气旋风分离器沉降出来的粒度小于0.1mm的矿粉进入卧式流化床槽的第三室。在该室中气流速度的调节应使粒度为0.1mm-0.02mm的颗粒滞留在此第三室中，并完成还原。因为到达第三室的矿粉已经受到足够的加热和预还原，所以第三室可能无需任何换热器。还原所需的热量完全可通过气体载入，该室的流化床温度在680℃-700℃的范围内。
从配置给第三室的室-热气旋风分离器沉降出来的矿粉再返回到第三室进行最终还原。
从配置给所有三个室的热气旋风分离器流出的气体汇入总管作为“净化”后的顶部气体(Top-Gas)并送入立式预热器作加热剂。
卧式流化床槽第一室后续的其它室与第一室相似用隔板分段，其目的在于以此防止颗粒的返混和交叉混合。各段的尺寸可按需要确定。
卧式流化床槽的各个室除主要出口(一个高置出口)外还包括一个设置在各最后段底部的出口。该出口通过叶轮闸门控制，经过这个出口可将分凝的矿粉排出。该排出口只作为应急出口。
所叙述的各个室由于不同气流面积而大小不等，因此在设计流化床槽时应确知粒度分布为3-0.5mm、0.5-0.1mm和小于0.1mm的各级分的可能最大份额。亦可通过前面提到的插入反应器插件(筒管部件)以及通过室间隔板的移动等可能的措施来考虑矿粉颗粒组成的持续变化。
当要提高卧式流化床槽的处理能力或由于矿物的较低处理温度(结块)而需要延长停留时间的情况下，亦可插入插件。
被还原的矿粉从流化床槽的各室经一个或若干卸料口(压力容器)排出去进行后续处理。后续处理可理解为压块装置或电弧炉。
本发明的一个实施例将在下面按照附图
于以详细说明。
待还原的矿粉从缓冲缶(16)经可调节的出料装置(12)进入压力缶(1)。缓冲缶是未加压的。然后矿粉交替地从一个或另一个压力缶(1)卸入预热器(11)，例如是流化床反应器或沸腾床反应器。
在预热器(11)中采用所谓的顶部气体对矿粉进行预热，该气体是从配置给卧式流化床槽各室(2)的热气旋风分离器(6)经总管(9)导入。
预热器(11)串联有热气旋风分离器(13)，其中对从预热器(11)中被气体夹带出的小于约0.5mm的矿粉进行沉降，沉降出来的矿粉级分经固体颗粒排料管(14)进入位于预热器(11)下面的固体颗粒导管(15)。从热气旋风分离器(13)流出的顶部气体经排气管(18)送出后续处理(例如气体洗涤)。
为了卸出经预热的粒度分布＜6.3mm-0.5mm，优选是＜3mm-0.5mm的矿粉级分，在预热器(11)下面装有固体颗粒导管(15)。经该管(15)上述矿粉级分进入卧式流化床槽的第一室(2)，在该室内矿粉开始还原。
在各个室(2)内，装有可调节流化介质气流速度的装置(5)。
在第一室(2)中完成还原的矿粉排入压力缶(10)。从第一室(2)流出的气体及其所含的矿粉进入配置给此室的热气旋风分离器(6)。
由卧式流化床槽的第二室(2)和第三室(2)出来的完成还原的矿粉进入置于其后的压力缶(10)。当然，附图所示的三个压力缶(10)也可用一个压力缶(10)代替，在这种情况下，所有室(2)的矿粉出料都进入此压力缶内。
还原后的矿粉从压力缶(10)在加压下送入后续处理装置。该装置可能是矿粉的压块装置或者例如是电弧炉。
从卧式流化床槽的第二室(2)随气体夹带出的矿粉进入热气旋风分离器(6)，其中气体和矿粉分离，矿粉进入第三室(2)，而气体经总管(9)进入导热器(11)作预热剂。
最后，从第三室(2)随气体夹带出的矿粉在配置给该室(2)的热气旋风分离器(6)中沉降，并再返回到卧式流化床槽的第三室(2)以进行最终还原。
从该热气旋风分离器(6)出来的气体同样送到立式预热器(11)的气体底板作为预热气。
为了提高还原装置的经济效益，拟采用高温还原气(优选氢气)去加热置于卧式流化床槽各室(2)的内置换热器(4)。从换热器(4)出来的还原气接着进入卧式流化床槽各室(2)的气流底板作为还原剂。
本实施例子中全部室(2)都包括换热器(4)。根据还原装置的设计，在全部室(2)中涉及换热器(4)的设备均可略去。
图中标号说明1压力缶2卧式流化床槽的室3隔板4换热器5气流速度调节装置6热气旋风分离器8最后一个旋风分离器(6)的固体颗粒排料管9从6到11的总管10 已还原矿粉的压力缶11 矿粉预热器12 1的卸料装置13 11的热气旋风分离器14 13的固体颗粒排料管15 11的固体颗粒导管16 矿粉缓冲缶17 11的排气管18 13的排气管19 4的进气管20 4的排气管
权利要求
1．一种直接还原矿粉的方法，该方法是在卧式流化床槽中，优选以氢气作为还原气对宽粒度分布的矿粉进行还原，其特征在于，使矿粉在加压的预热器中受控预热，预热过的矿粉进入用隔板分隔成若干室的、并用高温还原气间接加热的卧式流化床槽中；矿粉在这些室中经加热和还原；气体的流化速度在第一室中最高，并逐室下降，从而使给定粒度级分的矿粉随气体从各室夹带出，然后分离为矿粉和气体，分离出的矿粉总是进入下一室，但在最后一个分离过程中，分离出的矿粉是再返回到该最后的室，并且较粗粒度级分的矿粉皆分别滞留在各室内；来自所有室的从矿粉中分离出的热气均进入预热器；从预热器流出的含有固体颗粒的热气经旋流，旋流分离出的固体颗粒(矿粉)进入卧式流化床槽的第一室，而气体则送入后续处理；来自所有室的与矿粉分离的气体均经最终的矿粉-气体分离；分离出的气体进入预热器作加热剂；在各室中滞留的矿粉在还原过程结束之后在加压下送入后续处理。
2．一种实施按照权利要求1的在卧式流化床槽中用氢气作还原气直接还原宽粒度分布的矿粉的方法的设备，其特征在于，矿粉缓冲缶(16)置于其下带可调卸料装置(12)的压力缶(1)；置于其下的预热器(11)，例如是流化床反应器或沸腾床反应器，对矿粉进行预热；置于预热器(11)之后的热气旋风分离器，其排气管(18)将顶部气体送入后续处理；固体颗粒排料管(14)，该管与来自预热器(11)的经预热过的矿粉的排料管(15)相联，而且预热过的矿粉(粒度级分为＜6.3mm-0.5mm，优选＜3.0mm-0.5mm)的排料管(15)与用隔板(3)分隔成若干室(2)的卧式流化床槽的第一室相联；置于室(2)内的换热器(4)；调节各室(2)流化速度的装置(5)，且流化速度逐室降低；置于各室之后的室-热气旋风分离器(6)以沉降给定粒度级分的矿粉，而且沉降出的粒度级分的矿粉总是进入下一室，或最后一室(2)；总管(9)，该总管汇聚所有室-旋风分离器(6)的气体并送入立式预热器(11)作加热剂；置于各室(2)下面的压力缶(10)，将还原后的矿粉排出和送入后续处理。
3．权利要求2的设备，其特征在于，进气管(19)与换热器(4)相联，后者置于室(2)内所产生的流化床之中，高温还原气流过换热器(4)使其加热，并且排气管(20)将流过换热器(4)的还原气引入室(2)的气流底板作流化剂和还原剂。
4．权利要求2和3的设备，其特征在于，各室(2)的隔板是可移动的，可使卧式流化床槽各室(2)的气流面积增大或减小。
5．权利要求4的设备，其特征在于，总是采用室-插件来增大卧式流化床槽的气流面积。
全文摘要
本发明涉及一种在带若干串联室(2)的卧式流化床槽中用氢作还原剂来直接还原宽粒度分布的矿粉的方法和设备,其中气流底板上的气流速度应调节到使在各个室(2)中滞留所给定的粒度分布的物料,并在那里进行还原,而从各个室(2)中导出的更细粒度的矿粉,并在室－热气旋风分离器(6)中分离为固体(矿粉)和气体。从相应的旋风分离器(6)沉降出来的矿粉进入下一个室(2)。从所有室－热气旋风分离器(6)流出的气体通过总管(9)进入预热器(11)。在各室(2)中经还原的矿粉从压力缶(10)送入后续处理。
文档编号C22B5/12GK1216070SQ98800111
公开日1999年5月5日 申请日期1998年1月17日 优先权日1997年2月7日
发明者P·海恩里希, K·克诺普 申请人:费罗斯达尔公开股份有限公司