专利名称：还原含氧化铁的固体的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及还原含氧化铁的固体，尤其铁矿石的方法与装置，其中在预热和/或焙烧段中加热并至少部分地焙烧精细粒化的固体，在预热和/或焙烧段下游的第一流化床反应器内初步还原，在第二流化床反应器内还原，并在第二反应器下游的压块段中在高于500℃的温度下压块。
根据DE4410093C1，已知直接还原铁矿石获得海绵铁(DRI)的方法，其中在具有循环流化床的第一反应器内，在介于550至650℃的温度下进行初步还原。在下游的具有经典流化床的第二反应器内，其中含有氢气的加热的气体作为用于流化目的还原剂引入所述第二反应器内，进一步还原固体，以便例如产物具有大于90％的金属化度。
在海绵铁(DRI)的运输过程中，由于安全原因，例如由于着火的危险和由于更好地处理(形成粉尘)的原因，铁通常被压块。在铁还原之后进行这种压块，仍然炽热的海绵铁大多数冷却，同时被供应到压块装置中。然而，为了增加坯块的强度，希望在例如约700℃的相当高的温度下发生压块。但在这一温度下，精细粒化的海绵铁具有非常差的流动性，这使得更加难以压块。为了改进海绵铁的流动性并确保良好的可加工性，在压块之前，通过压块装置上游的压力进料器，将约0.5wt％的氧化镁(MgO)加入到海绵铁中，氧化镁对海绵铁坯块的强度或稳定性不具有可度量的负面影响，但由于加工步骤成本高，因此它昂贵，结果海绵铁坯块的制造成本也升高。另外，氧化镁吸湿且被非常精细地粒化，通常粒度低于100微米，因此它难以储存和使用。
根据DE-OS1458756，由氧化铁矿石生产海绵铁的方法也是已知的，其中应当在相当高温下进行还原。为了避免被称为bogging或结垢的效果，其中所述效果在这样的高温下还原的过程中发生且固体粘附或焊接在一起形成聚集体，结果流化床下沉到还原反应器内，提出添加约0.05wt％非常精细粉碎的镁的氧化物或碳酸盐。这些添加剂应当相当精细地粒化，和优选粒度显著小于297微米，尤其小于44微米。然而，这还导致在储存或使用添加剂的过程中以上所述的问题。另外，在这一方法中，必须在还原段之前，藉助例如压力进料器将添加剂加入到铁矿石中。对于进行该方法的装置来说，这导致投资成本的升高。由于在还原段温度较低，因此当镁的碳酸盐加入到还原段中时，在这一已知方法中实现相当差的焙烧。这仅仅可通过较长的保留时间来弥补，然而，这同样是非所需的。另一方面，当将氧化镁，而不是镁的碳酸盐加入到还原段中时，不出现这些问题。然而，这牵涉以上所述的高成本且氧化镁的难以处理性能的缺点。
因此，本发明的目的是提供还原含氧化铁的固体的方法与装置，其特征在于产物改进的流动性和较低的能耗。
根据本发明，通过以上提及的方法解决这一目的，其中将菱镁矿(MgCO3)与含氧化铁的固体一起加入到预热和/或焙烧段中，其中菱镁矿在预热和/或焙烧段中至少部分焙烧，获得氧化镁。与氧化镁相比，菱镁矿以明显较低的成本获得，结果可降低由海绵铁生产坯块的成本。由于菱镁矿至少部分焙烧获得氧化镁，因此在压块之前海绵铁的流动性得到改进。因此也可在高温下发生压块，其中在高温下，海绵铁的流动性通常劣化。藉助这一炽热的压块，与在较低温度下的冷压块相比，坯块的强度增加。
由于在预热和/或焙烧段中一起加热菱镁矿和含氧化铁的固体，因此不需要通过强热还原剂，例如氢气，来确保还原含氧化铁的固体的两个反应器的供热。因此，吸热还原方法的能量效率可增加，因为含氧化铁的固体和菱镁矿已经在预热和/或焙烧段中加热到还原所要求的温度下。
由于共同供应含氧化铁的固体和菱镁矿到预热和/或焙烧段，因此不必在反应器上游的压力进料器之前添加额外的氧化镁到该固体中。按照这一方式，还省去了常用的独立地供应氧化镁的投资成本。菱镁矿常常含有杂质，例如氧化铁和/或石灰石，这些杂质不干扰进一步的加工步骤，但对于铁的进一步的加工来说，部分地甚至是所需的。
本发明方法的能量效率可进一步增加，因为在预热和/或焙烧段中，在400-1250℃的温度下，尤其在540-1000℃下一起焙烧菱镁矿以及含氧化铁的固体。根据本发明，焙烧的温度范围也可介于1000至约1250℃。由于与已知方法相比，在预热和/或焙烧段中尤其高的温度，因此不需要通过强热常常用作还原剂的氢气来进行藉助氢气吸热还原氧化铁的供热。
根据本发明的优选的实施方案，与含氧化铁的固体一起加入到预热和/或焙烧段中的大于50％，优选约90％菱镁矿的粒度介于300微米至3毫米，尤其介于400微米至1毫米。对于本发明的方法来说，也可使用粒度介于1.25至3毫米的菱镁矿。菱镁矿的储存和处理性能因此得到改进，且没有劣化海绵铁的流动性。在本发明方法中，相对粗糙粒化的菱镁矿或氧化镁在预热和/或焙烧段中或者在其下游提供的反应器内粉碎。在压块中使用氧化镁的合适度增加，且没有劣化添加剂的处理性能。
当介于0.1至5wt％，尤其约0.5wt％的菱镁矿在供入到预热和/或焙烧段中之前和/或期间被加入到含氧化铁的固体中时，根据本发明将实现尤其在压块段中，海绵铁的改进的流动性和良好的可加工性。从第二反应器供应到压块段中的固体，例如含有介于0.1至5wt％，尤其约0.5wt％的氧化镁，所述氧化镁通过在预热和/或焙烧段中焙烧菱镁矿而获得。为了进一步改进在压块段中在第二反应器内被还原的固体的可加工性，可将该固体与氧化镁一起在压块段上游的加热段中加热到高于600℃的温度，尤其约700℃的温度，且可将其在炽热的条件下引入到压块段中。这便于进一步降低在压块段内成形所要求的能耗。
为了大大地避免在还原过程中在反应器内形成聚集体，含氧化铁的固体在第一和第二反应器内，优选在低于700℃下，尤其在约630℃下被还原。在这些温度下，不会发生现有技术称为bogging的现象。结果，供应到预热和/或焙烧段中的菱镁矿不要求已经在形成氧化镁的还原段中，但会确保在供应到压块装置中时海绵铁的流动性。因此在还原过程中，含氧化铁的固体在第一和第二反应器内的流化度尤其高，结果可出现良好的传热和与还原剂的良好反应。含氧化铁的固体在第一和第二反应器内被还原，获得金属化度大于75％，尤其大于90％的金属铁。
采用还原含氧化铁的固体的装置进一步解决本发明的目的，其中所述装置包括预热和/或焙烧段，各自构成流化床反应器的第一和第二反应器，和压块段，其特征在于预热段包括同时连续或不连续引入含氧化铁的固体和菱镁矿的设备，和在压块段的上游提供加热段。由于含氧化铁的固体和菱镁矿被一起引入，因此它们在预热和/或焙烧段中加热，结果不需要通过强热还原剂来确保随后氧化铁的吸热还原所要求的热量。在压块段上游的加热段还使得从还原反应器中引出的海绵铁与由菱镁矿获得的氧化镁一起可加热到例如约700℃的温度，这一温度对于压块来说是最佳的。可在相对低温下进行还原，以便氧化铁焙烧形成聚集体大大地受到抑制。
在其内发生还原的两个串联连接的反应器可例如是具有固定流化床的流化床反应器。然而，为了在还原过程中提供改进的传质与传热，两个反应器中的至少一个应当优选是具有循环流化床或环形流化床的流化床反应器。
根据本发明的一个优选实施方案，第一和/或第二反应器具有多个喷嘴或入口开口以供应加热的气态还原剂，例如氢气。还原剂也可用于流化在反应器内还原的固体。
根据本发明的装置的能量效率可得到改进，因为预热和/或焙烧段包括具有下游的第一旋风分离器的第一预热器，例如文丘里(Venturi)预热器，和具有下游的第二旋风分离器的第二预热器(焙烧段)，第一和/或第二旋风分离器藉助用于循环从废气中分离的粉尘的导管与第一文丘里预热器相连。在预热和/或焙烧段中加热的粉尘因此用于预热含氧化铁的固体和菱镁矿。
根据本发明实施方案和附图
的随后说明，也可看出本发明的进一步的改进、优点和可能的应用。附图中所述和/或所示的所有特征本身或其任何结合形成本发明的主题，而与它们是否包括在权利要求或其补充附注(backreference)中无关。
唯一的附图示出了根据本发明实施方案的方法和装置的工艺流程图。在该附图所示的还原含氧化铁的固体的方法中，例如潮湿的铁矿石与菱镁矿(MgCO3)藉助供应导管1引入到文丘里预热器2中，在此干燥并加热含氧化铁的固体和菱镁矿。藉助导管3，含氧化铁的固体与菱镁矿一起被引入到旋风分离器4中，充满了粉尘的废气在此与固体相分离。
充满粉尘的废气藉助导管5供应到过滤器6，例如静电沉淀器或涤气器中，粉尘由此经导管7循环到预热段中。
在旋风分离器4内从废气中分离的固体经导管8供应到其中燃烧器9a连接到其上的焙烧段9或第二预热器中，藉助所述焙烧段9或第二预热器，将大部分的能量供应到该工艺过程中。在焙烧段9中，将固体和菱镁矿预热到例如约850℃的温度。由于在焙烧段9内的这一高温，因此菱镁矿被焙烧以获得氧化镁，将其与含氧化铁的固体一起经导管10供应到第二旋风分离器11中。在此从充满了粉尘的废气中分离固体，所述废气经导管12供应到第一文丘里预热器2中。结果，藉助第二旋风分离器11中的废气，文丘里预热器2中加热并干燥含氧化铁的固体和菱镁矿。
在第二旋风分离器11中分离的固体经具有压力进料器的导管13供应到第一反应器14中，所述第一反应器14包括例如循环流化床。通过供应氢气，加热的含氧化铁的矿石在第一反应器14内被初步还原并经导管15引入到第二反应器16内，所述第二反应器16可以是固定流化床反应器。作为还原剂的加热的氢气也被引入到第二反应器16内，结果氧化铁在第二反应器16内被还原。
具有高度金属化的海绵铁与氧化镁一起从第二反应器16中引出并经导管17引入到加热段18内，在此加热固体到约700℃的温度并在炽热的条件下经导管19引入到压块段20内。
可在反应器14和16的下游提供循环旋风分离器，在此粉尘状固体从离开反应器的气体中分离。在废气处理段21中，这些废气可在加热器22内清洗并加热，之后循环到反应器14、16内。
实施例(还原铁矿石)在对应于附图的装置中，将具有7.8％湿气的61.2t/h的潮湿铁矿石和300kg/h粒度小于1mm的菱镁矿经导管1供应到文丘里预热器2中。在文丘里预热器2中干燥并加热铁矿石与菱镁矿，并经旋风分离器4引入到焙烧段9内，在此加热铁矿石和菱镁矿到850℃的温度。
在过滤器6中分离2.6t/h粉尘，其来自在旋风分离器4内分离的充满粉尘的废气，所述粉尘含有25kg/h的氧化镁。将这一粉尘经导管7循环到预热段中。
在预热器9内加热到850℃的54.2t/h的铁矿石与150kg/h焙烧成氧化镁的菱镁矿一起经具有压力进料器的导管13引入到反应器14和反应器14下游提供的反应器16内。在约630℃的温度下，在反应器14和16内还原提供37t/h金属化度为91％的产物。含有约34t/h的金属铁和150kg/h的氧化镁的产物经导管17引入到进一步的加热段18内。在该段内加热金属铁和氧化镁到700℃，并在炽热的条件下经导管19引入到压块段20内。
附图标记列表1 导管2 (第一)文丘里预热器3 导管4 (第一)旋风分离器5 导管6 过滤器7 导管8 导管9 焙烧段(第二预热器)9a 燃烧器
10 导管11 (第二)旋风分离器12 导管13 具有压力进料器的导管14 (第一)反应器15 导管16 (第二)反应器17 导管18 加热段19 导管20 压块段21 废气处理段22 加热器
权利要求
1.还原含氧化铁的固体，尤其铁矿石的方法，其中将精细粒化的固体在预热和/或焙烧段(2，9)中加热并至少部分地焙烧，在预热和/或焙烧段(2，9)下游的第一流化床反应器(14)内预还原，在第二流化床反应器(16)内还原，并在高于500℃的温度下在第二反应器(16)下游的压块段(20)中压块，其特征在于，将菱镁矿与含氧化铁的固体一起加入到预热和/或焙烧段(2，9)中，其中将菱镁矿在预热和/或焙烧段(2，9)中至少部分焙烧以获得氧化镁。
2.权利要求1的方法，其特征在于将菱镁矿与含氧化铁的固体一起在预热和/或焙烧段(2，9)中，在400-1250℃的温度下，尤其在540-1000℃的温度下焙烧。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于大于50％，尤其约90％的与含氧化铁的固体一起加入到预热和/或焙烧段(2，9)中的菱镁矿的粒度介于300微米至3毫米，尤其介于400微米至1毫米。
4.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于介于0.1至5wt％，尤其约0.5wt％的菱镁矿在供入到预热和/或焙烧段(2，9)中之前和/或期间被加入到含氧化铁的固体中。
5.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于从第二反应器(16)供应到压块段(20)中的固体含有介于0.1至5wt％，尤其约0.5wt％的氧化镁。
6.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于在压块段(20)上游的加热段(18)中，在第二反应器(16)内被还原的固体与氧化镁一起被加热到高于约600℃的温度，尤其约700℃的温度，并在炽热的条件下被引入到压块段(20)内。
7.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于含氧化铁的固体在第一和第二反应器(14，16)内在低于700℃的温度下，尤其在约630℃下被还原，以获得金属化度大于75％，尤其大于90％的金属铁。
8.菱镁矿作为助熔剂材料的用途，其中在生产海绵铁坯块的方法中，尤其在前述任何一项权利要求的方法中，将菱镁矿与含氧化铁的固体一起进料，以便在从还原段供应到压块段的过程中增加炽热海绵铁的流动性。
9.用于还原含氧化铁的固体，尤其进行权利要求1-7任何一项的方法的装置，该装置包括预热和/或焙烧段(2，9)，各自构成流化床反应器的第一和第二反应器(14，16)，和压块段(20)，其特征在于，预热和/或焙烧段(2，9)包括用于同时连续或不连续引入含氧化铁的固体和菱镁矿的设备(1)，和在压块段(20)的上游提供加热段(18)。
10.权利要求9的装置，其特征在于两个反应器(14，16)中的至少一个是具有循环流化床和/或环形流化床的流化床反应器。
11.权利要求10的装置，其特征在于第一和第二反应器(14，16)具有多个供应加热的气态还原剂如氢气的喷嘴或入口开口。
12.权利要求9-11任何一项的装置，其特征在于，预热和/或焙烧段(2，9)包括具有下游的第一旋风分离器(4)的第一文丘里预热器(2)和具有下游的第二旋风分离器(11)的第二预热器(9)，第一和/或第二旋风分离器(4，11)藉助用于循环从废气中分离的粉尘的导管(5，7)与第一文丘里预热器(2)相连。
全文摘要
本发明涉及还原含氧化铁的固体，例如铁矿石的方法，其中在预热段(2，9)内加热并至少部分地焙烧精细粒化的固体。在预热段(2，9)下游的第一流化床反应器(14)内，初步还原该固体，并在第二流化床反应器(16)内进一步还原。在第二反应器(16)的下游提供压块段(20)，在此固体在高于500℃的温度下压块。为了增加该方法的能量效率和改进在压块段(20)内固体的流动性，将菱镁矿与含氧化铁的固体一起加入到预热段(2，9)中，在预热段(2，9)中至少部分焙烧菱镁矿，获得氧化镁。此外，本发明涉及相应的装置。
文档编号C21B13/00GK1826416SQ200480020832
公开日2006年8月30日 申请日期2004年7月16日 优先权日2003年8月9日
发明者S·斯耐德, M·希尔什, D·纳博 申请人:奥托昆普技术公司