专利名称：直接使用粉煤或块煤及铁粉矿制造铁水的设备、方法、采用它们的联合钢厂及方法
背景技术：
(a)发明领域本发明涉及一种制造铁水的设备、方法、采用它们的联合钢厂以及方法。更具体地说，本发明涉及一种直接使用粉煤或块煤及含铁粉矿制造铁水的设备、方法、采用它们的联合钢厂及方法。
(b)相关技术描述钢铁工业是为建筑和汽车、船舶和家用器具等的制造提供所需原材料的核心工业。另外，它也是人类有史以来已经取得进展的工业。炼铁厂在钢铁工业中起着关键的作用，它使用铁矿石和煤作为原料制造铁水(也就是，熔融状态的生铁)，然后由铁水生产出钢，随后供应给消费者。
目前，世界上大约60％的铁产量是通过采用自14世纪发展起来的鼓风炉熔炼法生产的。根据该鼓风炉熔炼法，将已经经历烧结过程、采用铁矿石和烟煤作为原材料生产出的焦炭装载到鼓风熔炉中，并向熔炉提供氧气以将铁矿石还原为铁，由此制造铁水。考虑到反应特性，大部分铁水生产所采用的鼓风炉熔炼法，都要求原料具有至少一定水平的硬度和可以保证原料在熔炉中的通气性的粒度。由于该原因，需要以通过加工特定原煤所获得的焦炭作为用作燃料和还原剂的碳源。而且，需要已经经历过连续聚结(agglomerating)过程的烧结矿作为铁源。因而，现代的鼓风炉熔炼法需要原材料初始加工设备，例如焦炭制造设备和烧结设备。此外，除了鼓风熔炉之外，还必须配备辅助设施以及防止和使由辅助设施生成的污染最小化的设备。因此，附加的设施和设备的巨大投资导致生产成本增加。
为了解决鼓风炉熔炼法中的这些问题，全世界的铸铁厂都做出了很大努力，以开发一种熔融还原方法，使得能够通过直接使用原煤作为燃料和还原剂并且直接使用占世界矿石产量超过80％的粉矿作为铁源来制造铁水。
作为这种熔融还原方法的实例，美国专利第5,534,064号公开了一种使用铁粉矿和块煤制造铁水的方法。在该专利中，该整套设备由多级流化床型反应器和连接至多级流化床反应器单元的最后一级的填充床型熔炉-气化器组成，这样由于流化床型反应器单元的流化床特性可直接使用铁粉源。然而，由于需要在熔炉-气化器的填充床内部保证预定的空间，所以直接输入熔炉-气化器的煤的粒度范围会受到限制。此外，在多级流化床反应器单元中被还原的煤粉源必须连续地输入到熔炉-气化器。因此，需要一种特殊的装载方法。具体而言，由于用作燃料和还原剂的煤的可允许的粒度范围受到限制，所以在采煤、运煤和露天存储的过程中所产生的大量煤粉不能使用。此外，在填充床型反应器单元运行的过程中，大量铁粉源不能用作铁源。而且，在流化床型反应器单元运行的过程中，需要提供额外的设备，以将流化床型反应器单元排出的还原铁粉连续装载进熔炉-气化器中。
美国专利第5,961,690号公开了一种用于制造生铁水或钢水完整产品(whole product)的方法以及实施该方法的成套装置。在该专利中，公开了一种通过连接多级流化床反应器单元和熔炉-气化器来制造铁水同时防止粘结的设备及其方法。在该专利中，从终反应器流到预还原反应器的还原气流的一部分被分开(divided)，冷却到室温并压缩。接着，在除去已分出的还原气体中所含的CO2之后，将分出的还原气体重新供应给终反应器以增加还原气体的量并由此还原铁矿石。此时，在气体提供给终还原器之前，通过额外的加热器将待提供给终还原器的气体的温度升高到预定温度，从而保持终还原器内的温度。
此外，作为一种升高室温还原气体温度的方法，考虑通过与额外提供的高温气体接触以升高温度的热交换方案或自升温方案。在自升温方案中，一部分室温还原气体燃烧，其燃烧热用于升高还原气体的温度。然而，在热交换方案中，需要额外的气体以产生高温气体。在自升温方案中，由于一部分室温气体燃烧，存在于待提供给终反应器的还原气体中的还原气体组分，例如CO，H2等的量减少。此外，在两种方案中，室温气体的温度都必须直接升高，这样在升温时间内，热效率降低，从而在该过程中增加能量消耗量。
在美国专利第5,961,690号中，还公开了一种将熔炉-气化器排放的废气冷却到适于将其提供给终反应器的温度的方法。该方法中，部分待重新供应给终反应器的还原气体先分出然后再加热并随后与来自熔炉-气化器的废气混合。
另一方面，在实际运行过程中，加热煤和除去煤中的挥发性物质的过程在熔炉-气化器的上部产生焦油和粉尘，这些焦油和粉尘与熔炉-气化器排放的还原气体一起依次通过多级流化床反应器单元。这种情况下，焦油在还原气体中逐渐热解并消失。粉尘在各反应器中穿过还原气体时，被引入依次通过多级流化床反应器单元的粉矿流中，并再次循环进熔炉-气化器。因此，当还原气体中所含的粉尘和焦油通过多级流化床反应器单元时，它们的量将降低。
然而，在美国专利第5,961,690号所公开的设备和方法中，由于从终反应器中分出的还原气流只通过一个流化床，所以还原气体中含有大量焦油和粉尘。因此，在冷却分出的还原气体并从中除去CO2且对其进行压缩时，还原气体中所含的焦油也在用于冷却还原气体并除去CO2且使其冷凝的装置上冷凝，从而在运行中引起机械问题。此外，在美国专利第5,961,690号所公开的设备和方法中，由于除了需要用水冷却最终从多级流化床反应器单元中排出的高温还原气体的冷却设备之外，还需要提供使用水冷却分出的高温还原气体的冷却设备，由此增加所使用的冷却水的量，并对所有处理过程都造成过多负担。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种制造铁水的设备和方法，所述设备使用粉煤或块煤以及含铁粉矿，并能在气体还原含铁矿的过程中，使用由煤产生的还原煤气，极好地保持含铁矿的还原率。
此外，本发明的另一个目的在于提供一个联合钢厂及一种联合钢生产方法，所述联合钢厂使用上述制造铁水的设备和方法，从而可在紧凑安排所有设备及工艺的情况下，提供具有优良质量的热轧钢板。
为实现上述目的，本发明一方面提供一种制造铁水的方法，包括如下步骤将含铁粉矿与辅助原料混合，并干燥所得到的混合物，以生产含铁混合物；在该含铁混合物通过其中各反应器相互串连的多级流化床反应器单元时，进行还原和烧结以将含铁混合物转化为还原材料；在高温下压制该还原材料以制造团矿；将块煤和压制粉煤制得的煤压块装入熔炉-气化器中以形成煤填充床作为熔化团矿的热源；将团矿装入与多级流化床反应器单元相连的熔炉-气化器中，并向熔炉-气化器输送氧气，以制造铁水；并且将熔炉-气化器排放的还原煤气提供至多级流化床反应器单元中。
此外，制造铁水的方法还可包括如下步骤分出(divide)由多级流化床反应器单元排放的废气流，并除去废气中的CO2；将已除去CO2的重整(reformed)废气与熔炉-气化器排放的还原煤气混合；加热与重整废气相混合的还原煤气，然后将其提供至多级流化床反应器单元中以将还原煤气的温度调节至在多级流化床反应器单元中还原含铁混合物所需的温度。
在将与重整废气相混合的还原煤气提供至多级流化床反应器单元之前，可在加热步骤中使用氧气燃烧器加热重整废气。
在分出由多级流化床反应器单元排放的废气流并除去废气中的CO2时，分出的废气的量优选为多级流化床反应器单元排放的废气总量的60体积％。
重整废气的量可保持在1050Nm3～1400Nm3/吨含铁粉矿之间。
在将已除去CO2的重整废气与由熔炉-气化器排放的还原煤气相混合的步骤中，重整废气中所含的CO2的量优选为3.0体积％或以下。
在分出由多级流化床反应器单元排放的废气流并除去废气中的CO2时，可对分出的废气进行压缩。
优选地，本发明方法进一步包括如下步骤即在分出由多级流化床反应器单元排放的废气流并除去废气中的CO2之前，分出由多级流化床反应器单元排放的废气流并除去废气中的焦油。
在将已除去CO2的重整废气与由熔炉-气化器排放的还原煤气相混合的步骤中，重整废气在旋风除尘器的前端混合，所述旋风除尘器将熔炉-气化器排放的粉尘装入熔炉-气化器中。
对于已除去CO2的重整废气流，可分出并用作将在旋风除尘器中分离的粉尘装入熔炉-气化器的载气。
本发明的制造铁水的方法可进一步包括如下步骤即在关闭熔炉-气化器的过程中或在运行熔炉-气化器之前，分流(bypass)由多级流化床反应器单元排放的全部废气，并将所有废气供至多级流化床反应器单元。
本发明的生产铁水的方法可进一步包括如下步骤分出由多级流化床反应器单元排放的废气流并除去废气中的CO2；分出已除去CO2的重整废气流，并将重整废气供应至各流化床反应器，以清洗多级流化床反应器单元。
优选地，还原煤气中所含的氮气的量为10.0体积％或以下。
本发明的制造铁水的方法可进一步包括如下步骤分出由多级流化床反应器单元排放的废气流，并除去废气中的CO2；分出已除去CO2的重整废气流，并在向熔炉-气化器供应氧气的同时，将已除去CO2的重整废气流与氧气一起供应至熔炉-气化器中。
将含铁混合物转化为还原材料的步骤可包括第一步，在400～500℃预热含铁混合物；第二步，在600～700℃再预热已预热的含铁混合物；第三步，在700～800℃初还原已再预热的含铁混合物；第四步，在770～850℃终还原已初还原的含铁混合物。
第一步和第二步中的氧化度可为25％或以下，第三步的氧化度可为35～50％，第四步的氧化度可为45％或以上。此处，氧化度通过以下等式得到(CO2体积％+H2O体积％)/(CO体积％+H2体积％+CO2体积％+H2O体积％)×100；CO、CO2、H2O和H2均为气体，并且均包含在还原气体中。
第二步和第三步可包括供应氧气的步骤。
在高温下制造团矿的步骤中，团矿的粒度优选为3mm至30mm范围。
在形成煤填充床的步骤中，煤压块的粒度优选为30mm至50mm范围。
本发明的联合钢制造方法包括如下步骤通过上述制造铁水的方法制造铁水；通过除去铁水中所含的杂质和碳制造钢水；将铁水连续浇注至薄板坯中；热轧该薄板坯以生产热轧钢板。
在将铁水连续浇注至薄板坯的步骤中，钢水可连续浇注至厚度为40mm至100mm的薄板坯。
在热轧所述薄板坯以生产热轧钢板的步骤中，热轧钢板的厚度可为0.8mm至2.0mm。
生产钢水的步骤可包括如下步骤对铁水进行预处理以除去铁水中所含的磷和硫；通过向铁水供应氧气以除去铁水中所含的碳和杂质；并且通过对铁水进行二次精炼除去杂质和所溶解的气体以生产钢水。
联合钢制造方法还可进一步包括如下步骤在含铁粉矿通过相互串连的多级流化床反应器单元时，通过还原含铁粉矿将含铁粉矿转化为还原铁；在高温下通过压制还原铁生产还原铁团矿。在除去铁水中所含的碳和杂质的步骤中，可对还原铁团矿和铁水进行混合，除去其中的碳和杂质。
将含铁粉矿转化为还原铁的步骤可包括如下步骤在600～700℃预热含铁粉矿；在700～800℃初还原已预热的含铁粉矿；在770～850℃终还原已初还原的含铁粉矿，转化为还原铁。
本发明的制造铁水的设备包括用于将混合并干燥的含铁粉矿与辅助原料转化为还原材料的多级流化床反应器单元；与多级流化床反应器单元相连，并通过在高温下压制还原材料以制造团矿的团矿制造设备；通过压制粉煤生产用作热源的煤压块的制团机；其中装有块煤和由制团机生产的煤压块，并在其中形成煤填充床，且其中装有由团矿制造设备装入的还原材料并供入氧气用于生产钢水的熔炉-气化器；以及用于将由熔炉-气化器排放的还原煤气供应至多级流化床反应器单元的还原煤气供应管道。
本发明的制造铁水的设备可进一步包括重整废气供应管道，该管道用于分出由多级流化床反应器单元排放的废气流，并提供已除去CO2的重整废气流。氧气燃烧器可安装在还原煤气供应管道上，以在将还原煤气供应至多级流化床反应器单元以前，加热与重整废气相混合的还原煤气。
重整废气供应管道优选包括气体重整器(gas reformer)，以除去由多级流化床反应器单元排放并已分出的废气中的CO2。
重整废气供应管道优选包括焦油去除器(remover)，以除去由多级流化床反应器单元排放并已分出的废气中的焦油。
重整废气供应管道优选包括压缩机，以压缩由多级流化床反应器单元排放并已分出的废气，且焦油去除器安装在压缩机的前端。
可向熔炉-气化器提供旋风除尘器，该旋风除尘器将熔炉-气化器排放的粉尘装入熔炉-气化器中。重整废气供应管道可与旋风除尘器的前端相连。
输气管道可与旋风除尘器的后端相连，已除去CO2的重整废气通过该管道分出，并经由该管道供应至熔炉-气化器中作为输送旋风除尘器中分离的粉尘的载气。
多级流化床反应器单元可包括第一预热反应器、第二预热反应器、初还原反应器和终还原反应器，所述第一预热反应器在400～500℃预热含铁混合物；所述第二预热反应器与第一预热反应器相连，并在600～700℃再预热已预热的含铁混合物；所述初还原反应器与第二预热反应器相连，并在700～800℃初还原已再预热的含铁混合物；所述终还原反应器与初还原反应器相连，并在770～850℃终还原已初还原的含铁混合物。
氧气燃烧器可布置在第二预热炉和初还原反应器之间，以及初还原炉和终还原炉之间，并在还原煤气加热后，将还原煤气各供应至第二预热反应器和初还原反应器。
还原煤气供应管道可优选与终还原反应器相连。
本发明制造铁水的设备可进一步包括清洗煤气供应管道，该管道通过分出已除去CO2的重整废气流和将重整废气输送至各流化床反应器中而清洗多级流化床反应器单元。
本发明制造铁水的设备可进一步包括废气分流循环管道，该管道与多级流化床反应器单元相连，并将由多级流化床反应器单元排放的废气全部供应至多级流化床反应器单元。
本发明生产钢水的设备可进一步包括煤气再供应管道，该管道分出已除去CO2的重整废气流，并在向熔炉-气化器供应氧气的过程中，将其与氧气一起供应至熔炉-气化器中。
本发明的联合钢厂包括上述制造铁水的设备、生产钢的设备、薄板坯浇注机以及热轧机，所述生产钢的设备与制造钢水的设备相连，并通过除去铁水中的杂质和碳来生产钢水；所述薄板坯浇注机与生产钢的设备相连，并将由该设备供应的钢水连续浇注成薄板坯；所述热轧机与薄板坯浇注机相连，并通过对由薄板坯浇注机供应的薄板坯进行热轧来生产热轧板。
生产钢的设备可包括铁水预处理装置、脱碳装置和钢水包，所述铁水预处理装置与制造铁水的装置相连，并除去该装置中排出的铁水中所含的磷和硫；所述脱碳装置与铁水预处理装置相连，并除去由铁水预处理装置排出的铁水中所含的碳和杂质；所述钢水包与脱碳装置相连，并通过对由脱碳装置排出的铁水进行再次精炼生产钢水。
本发明的联合钢厂可进一步包括第二多级流化床反应器单元和第二团矿制造设备，所述第二多级流化床反应器单元分出已除去CO2的重整废气并将含铁粉矿转化为还原材料；所述第二团矿制造设备与第一多级流化床反应器单元相连并通过在高温下压制还原材料制造团矿。第二团矿制造设备可向脱碳装置供应已还原的铁团矿。
第二多级流化床反应器单元可包括预热反应器、初还原反应器和终还原反应器，所述预热反应器在600～700℃预热含铁粉矿；所述初还原反应器与预热反应器相连并在700～800℃初还原已预热的含铁粉矿；所述终还原反应器与初还原反应器相连，并在770～850℃终还原已初还原的含铁粉矿。
通过结合附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述的方式，本发明的上述及其它特征和优点将变得更加清楚。
图1是说明根据本发明一个实施方案的用于制造铁水的设备的示意图；图2是说明适量的高温还原气与熔炉-气化器中生成的高温还原气的量的关系图；图3是说明根据本发明一个实施方案的用于制造铁水的设备中的循环还原煤气的循环过程的示意图；图4是说明在根据本发明一个实施方案的用于制造铁水的设备中，关闭熔炉-气化器以后的循环还原煤气循环过程的示意图；图5是说明清洗根据本发明一个实施方案的用于制造铁水的设备的清洗过程的示意图；图6说明在本发明实施方案制造铁水的设备中，多级流化床反应器单元中，随温度而变的氧化度与Fe混合物的关系；图7是说明采用根据本发明的实施方案的用于制造铁水的设备的联合钢厂的一个实施方案的视图；图8是说明采用根据本发明的实施方案的用于制造铁水的设备的联合钢厂的另一个实施方案的视图。
具体实施例方式
现在，将结合附图描述本发明的示例性实施方案。但是，本发明可以各种变型方案实施，因此并不限于下述实施方案。
图1示意性地说明了根据本发明的一个实施方案的用于制造铁水的设备100，该设备直接使用粉煤或块煤以及含铁粉矿。
根据本发明的实施方案的用于制造铁水的设备100包括作为主要部件的熔炉-气化器10、多级流化床反应器单元20、用于制造团矿的团矿制造设备30、制造团矿的制团机40以及还原煤气供应管道L50。设备100可包括其它所需的辅助设施。
如图1所示，在根据本发明的实施方案的制造铁水的设备100中，粒度为8mm或不足8mm的含铁室温粉矿和辅助原料临时被储存在料仓21中，然后将其混合以产生含铁混合物。得到的混合物在干燥器22中干燥，然后被装入多级流化床反应器单元20的第一预热反应器24中。在干燥器22和第一预热反应器24之间，设有等压装料设备23，以使常压下的混合物可装入多级流化床反应器单元20中，其中多级流化床反应器单元20的压力保持在1.5～3个大气压。
含铁化合物与从熔炉-气化器10排放出来的还原气流接触，并还原至约90％的目标还原率，同时依次通过第一预热反应器24、第二预热反应器25、初还原反应器26和终还原反应器27，上述反应器也是以所述顺序相连的。将含铁混合物的温度升至800℃，同时通过与还原煤气流接触而还原，并且含铁混合物转化为高温还原材料，而含铁混合物中30％以上的辅助原料被烧结。多级流化床反应器单元20示例为4级。但是，流化床反应器的数目仅为示例性的，而不拟限制本发明。因此，流化床反应器单元20仅需体现为多级即可。
通过上述方法还原的还原材料，其平均粒度为约2.0mm。将还原材料直接装入熔炉-气化器10中会引起很大的分散损失，并导致熔炉-气化器10中煤填充床的通气性变差。因此，最终反应器27排出的还原材料转被移至与终还原反应器27相连的团矿制造装置30中。在此，由于终还原反应器27中的压力保持在3个大气压，并且团矿制造装置30中的压力保持为常压，因此，还原材料由于压差而从终还原反应器27转移至团矿制造装置30。
在团矿制造装置30中，通过终还原反应器27的高温还原材料被临时储存在装料仓31中，并在高温下通过一对轧辊时被机械地压制成条形团矿。然后，条形团矿通过破碎机35压碎为适于装入熔炉-气化器10中的尺寸，并且被压碎的团矿储存在储料仓37中。团矿直接被在高温下压制以具有预定的强度和尺寸。优选地，团矿的粒度为3～30mm，密度为约3.5～4.2吨/m3。当团矿的粒度小于3mm时，其装入熔炉-气化器10时的通气性变差。当团矿的粒度大于30mm时，难以生产团矿并且其热强度变差。临时储存在储料仓37中的团矿通过高温等压装料设备12连续装入熔炉-气化器10中，所述高温等压装料设备12使得团矿能在常压下装入熔炉-气化器10，熔炉-气化器10保持在3.0～3.5个大气压。
另一方面，煤填充床在熔炉-气化器10中形成，作为熔化团矿的热源。用于在熔炉-气化器10中形成煤填充床的原煤，其粒度需为10～50mm。具有该粒度的块煤直接装入熔炉-气化器10中。另一方面，对剩余的粉煤进行粒度分选。制团机40将储存在储料仓41中的粒度为10mm或不足10mm的煤粉压碎为粒度为4mm或以下的粉煤。被压碎的粉煤通过混合机43与适宜量的粘合剂以及添加剂(addictive)混合。得到的混合物运至制团机45，并被机械地压制为煤压块。在这种情况下优选地，煤压块的粒度为约30～50mm，并且其密度为0.8吨/m3。当煤压块的粒度小于30mm时，其在熔炉-气化器10中的通气性下降。当煤压块的粒度大于50mm时，难以生产煤压块并且其热强度下降。压制的煤压块储存在储料仓47中。
将储存在储料仓47中的煤压块与块煤一起装入熔炉-气化器10中，以形成煤填充床。装入熔炉-气化器10中的煤压块通过热解反应和燃烧反应气化，所述热解反应发生在煤填充床的上侧，所述燃烧反应采用氧气且发生在煤填充床的下侧。在熔炉-气化器10中通过气化反应生成的高温还原气通过还原煤气供应管道L50输送至多级流化床反应器单元20中，所述还原煤气供应管道L50与终还原反应器27的后端相连。高温还原气用作还原剂及流化气体。当还原煤气依次流过终还原反应器27、初还原反应器26、第二预热反应器25和第一预热反应器24时，其对含铁混合物进行还原并使其烧结。还原煤气从第一预热反应器24中排放出来，并在流过集尘器51时用水对其除尘并冷却。
在熔炉-气化器10的煤填充床的上面形成圆顶形空区间，以降低气体流速。从而，可防止煤压块中所含的粉煤以及装入熔炉-气化器10中的煤突然升温而产生的粉煤大量从熔炉-气化器10中排出。并且，圆顶形空区间吸收缓解熔炉-气化器10中压力的变化，该压力的变化是由于直接使用煤导致气体量的不规则变化而引起的。煤气化并且挥发物质随着煤落至煤填充床底部而被除去，煤最终通过熔炉-气化器底部的风口供应的氧气燃烧。所产生的燃烧气在上升通过煤填充床时，转化为高温还原气，并从熔炉-气化器10中排出。一部分的燃烧气在通过集尘器53时使用水对其进行除尘和冷却，以使施加在熔炉-气化器10上的压力保持在3.0～3.5个大气压。并且，通过还原气以及煤气化和燃烧所产生的燃烧热，还原铁最终在和煤一起在煤填充床中下降时被还原并熔化，生成的铁水排出至外界。
旋风除尘器14安装在熔炉-气化器10上以采集排出的粉尘。旋风除尘器14采集熔炉-气化器中生成的废气，并将所采集的粉尘再次输送至熔炉-气化器10。并且，旋风除尘器14将所采集的废气作为还原煤气供应至流化床还原反应器单元20。载气被供应至旋风除尘器14的后端以将旋风除尘器14分离的粉尘供应至熔炉-气化器10。
另一个方面，如果与必须供应至多级流化床反应器单元20的适量高温还原气相比，由于操作条件和煤质量的变化，引起由熔炉-气化器10产生的高温还原煤气的量不足时，根据本发明的实施方案的用于制造铁水的设备100包括补充还原煤气的装置。补充还原煤气的方法将结合图2详细描述。
图2说明了适量高温还原气和熔炉-气化器所产生的高温还原气的量的关系，其中示出了在90％的还原率基础上，高温还原气所不足的量。
由于熔炉-气化器10中(如图1所示)操作条件的改变以及煤性能的变化，与必须供应至多级流化床反应器单元20(如图1所示)的适量高温还原气相比，由熔炉-气化器10所产生的高温还原煤气的量可能不足。此时，调整多级流化床反应器单元20的操作条件以防止通过多级流化床反应器单元20的还原粉铁的还原率下降，并防止熔炉-气化器10中的热由于还原铁以低还原率熔化而不足。
在图2中，曲线D表示还原率和气体基本单位之间的关系。曲线A至C表示还原率和熔炉-气化器10中所产生的气体的量之间的关系，所述气体的量已转化为气体基本单位，并取决于煤中所含的挥发物质的量。
例如，在曲线D中，当目标还原率为90％时，每吨含铁粉矿所需的还原煤气的量为1400Nm3。相反地，当煤中所含的挥发物质的量分别为23％、26％和30％时，每吨含铁粉矿所需还原煤气的量分别为850Nm3、950Nm3和1050Nm3，因此在各例中还需要550Nm3、450Nm3和350Nm3。当含铁混合物在多级流化床反应器单元20中以还原煤气不足的状态还原时，无法获得具有所需性能的铁水。因此，通过补充一定量的还原煤气可获得还原材料所需的还原率。
图1所示的制造铁水的设备100还包括重整废气供应管道L51，它分出多级流化床反应器单元20排放的废气流并供应已除去CO2的重整废气。重整废气供应管道L51设有压缩机76以及气体重整器77，以除去第一预热反应器24所排放的废气中的CO2。此外，在压缩机76的前端设置焦油去除器，以除去供应至压缩机76的气体中所含的少量焦油，从而防止焦油在压缩机76中凝结。
在制造铁水的设备100中，一部分由第一预热反应器24排放并通过使用水的集尘器51的废气流被分出，并使其通过焦油去除器75。然后，废气通过压缩机76压缩并通过气体重整器77重整。重整废气最后通过阀V772供应至多级流化床反应器单元20以补充还原煤气所不足的量。在这种情况下，重整废气与还原煤气混合后被供应至多级流化床反应器单元20。由于还原煤气的温度在与废气混合后降低，因此混合气体在被供应至多级流化床反应器单元20以前，采用还原煤气供应管道L50所安装的氧气燃烧器70使其升至还原所需的温度。以下各效果可通过上述方法获得。
首先，重整废气供应管道L51与旋风除尘器14的前端相连，室温重整废气被供应至旋风除尘器14，从而防止旋风除尘器14过热。因此，旋风除尘器14有效地采集熔炉-气化器10排放的粉尘，从而避免粉尘分散。
由于熔炉-气化器10排放的高温还原煤气与室温的重整的废气混合，因此还原煤气的温度低于供应至多级流化床反应器单元20所需的温度。从而，难以获得还原材料所需的还原率。因此，通过使用氧气燃烧器将与重整废气相混合的还原煤气的温度调节至还原所需的温度，来提高还原材料的还原率。具体而言，对于制造铁水的设备100，由于通过多级流化床反应器单元20的废气的温度，即最终通过第一预热反应器24的废气的温度较低，因此在通过使用水的集尘器51冷却废气的过程中所消耗的水量少。因此，节约了生产成本。
此外，对于熔炉-气化器10上侧所存在的粉尘和焦油而言，由于还原煤气从多级流化床反应器单元20通过后作为重整废气循环，因此充分保障了粉尘和焦油随还原煤气循环的通道，从而除去了大量粉尘和焦油。因此，有可能避免由于焦油在使用水的集尘器51上凝结而导致使用水的集尘器51的运行受到干扰。此外，当在压缩机76的前端装有小型焦油去除器75时，也有可能防止压缩机76和气体重整器77由于焦油凝结而受到损害。
在通过使用水的集尘器51的废气中，废气包括35体积％的CO、20体积％的H2和40体积％的CO2。因此，优选采用气体重整器77除去CO2以提高还原率。分出的废气的量被调节为流化床反应器单元20所排放的废气总量的60体积％或以下。因此，即使待供应至多级流化床反应器20的还原煤气的量不足，也可补充不足量的还原煤气。当分出废气的量大于60体积％时，与还原煤气混合后供应至多级流化床反应器单元20的重整废气的量增大，从而多级流化床反应器单元20中气体的流速变快。结果，大量的含铁混合物分散到多级流化床反应器单元20的外面而损失。
此外，将供应至多级流化床反应器单元20的还原气的量调节在1吨待装入多级流化床反应器单元20中的含铁粉矿为1050～1400Nm3，从而有效减少供应至多级流化床反应器单元20的含铁粉矿。具体而言，当供应至多级流化床反应器单元20的还原气的量低于1050Nm3时，难以达到所需的还原率。当供应至多级流化床反应器单元20的还原气的量大于1400Nm3时，粉矿还原，但由于还原气过量而相互粘附。因此，难以创造流化还原条件。
当使用气体重整器77除去CO2时，通过重整器77的重整废气中所含的CO2的量优选为3.0体积％或以下。当CO2的量超过3.0体积％时，重整废气的还原能力下降，并且重整废气变得不适于使用。
如图1所示，在根据本发明的实施方案的制造铁水的设备100中，分出通过使用水的除尘器51的一部分废气流，并使其通过焦油去除器75。废气通过压缩机76压缩，并通过气体重整器77重整。然后，当安装在载气管道L52上的阀V771打开后，重整废气可用作将旋风除尘器14所分离的粉尘装入熔炉-气化器10的载气。当重整废气用作载气时，用作载气的氮气的量可降低，并且燃烧率可提高。
通过打开安装在还原气再供应管道L53上的阀V773，已除去CO2的分出的重整废气流可在向熔炉-气化器10供应氧气时被供应到熔炉-气化器10。因此，可通过向熔炉-气化器10供应重整废气减少所使用的煤压块的量，并使焦炭床(char bed)中气流的分布得到改善。
图3是说明在根据本发明的实施方案的制造铁水的设备100中的循环还原煤气的循环过程的示意图。在图3中，粗实线表示循环还原煤气所通过的循环管道。与循环管道无关的其它管道用虚线表示。在阀闭合的情况下，当还原煤气循环时，还原煤气实际充满至阀的前端。因此，需要在图中示出，但为方便起见，在图3中省略了。
如图3所示，已压缩并重整的废气可通过使用安装在管道上的阀加以控制。具体而言，当在多级流化床反应器单元20中，还原所需的还原煤气的量不足时，在根据本发明实施方案的制造铁水的设备100中，阀V51～V53、V27、V762和V772打开，而其它的阀闭合，从而为多级流化床反应器单元20补充还原煤气。图3所示的补充还原气的方法仅为示例性的，而不拟限制本发明。
图4是一个示意图，说明在根据本发明实施方案的制造铁水的设备100中，关闭从熔炉-气化器10向多级流化床反应器单元20的还原煤气供应后，循环还原煤气的循环过程。粗实线表示还原煤气循环所通过的循环管道。与循环管道无关的其它管道用虚线表示。在阀闭合的情况下，当还原煤气循环时，还原煤气实际充满至阀的前端。因此，需要在图中示出，但为方便起见，在图4中省略了。
该方法涉及熔炉-气化器10断开(tripped)且无法向多级流化床反应器单元20供应还原气的情况。在该情况下，由多级流化床反应器单元20排放的全部废气通过废气分流循环管道L54分流并供应至多级流化床反应器单元20。
此外，在熔炉-气化器10中，断开(trip)有时是由于实验故障而发生。在这种情况下，由于在熔炉-气化器10中未产生气体，因此需要使废气在与熔炉-气化器10相连的多级流化床反应器单元20中循环，以维持鼓泡流化床。在这种情况下，停止装入团矿、块煤和煤压块，并且熔炉-气化器10也停止排放还原气以关闭熔炉-气化器10。然后，闭合阀V762。由多级流化床反应器单元20排放的全部废气通过阀V51，并通过压缩机76压缩。同时，安装在废气分流循环管道L54上的阀V761打开，并将废气供应至多级流化床反应器单元20。这样，废气得以连续循环。阀V27、V53、V771、V772和V773在该过程中全部闭合以防止废气泄漏至熔炉-气化器10。因此，废气可连续循环并防止废气漏到熔炉-气化器10中。从而，可防止鼓泡流化床崩溃。
图5是说明清洗根据本发明实施方案的制造铁水的设备的清洗过程的示意图。一部分压缩并重整的废气所循环通过以清洗多级流化床反应器单元20的管道用粗实线表示。在阀闭合的情况下，当还原煤气循环时，还原煤气实际充满至阀的前端。因此，需要在图中示出，但为方便起见，在图5中省略了。
当在运行中需进行清洗时，用于清洗的重整废气通过一个清洗煤气供应管道L55供应至多级流化床反应器单元20。由于在进行上述清洗时，整个操作是连续进行的，因此一部分重整废气与熔炉-气化器10通过重整废气供应管道L51排放的废气混合，并供应至多级流化床反应器单元20，并且一部分重整废气与以普通操作中相同的方式通过载气管道L52和还原气再供应管道L53被供应至熔炉-气化器10的风口或粉尘燃烧器。这样的重整废气流用粗的实线表示。
多级流化床反应器单元20包括安装在其中的内部装置，例如旋风除尘器、竖管、上升管和排料管。需使内部装置内保持为流化状态，以使还原煤气和含铁混合物可连续流化。因此，需提供清洗管道以防止内部装置堵塞。清洗通常使用氮气进行。然而，当将还原煤气用于清洗时，不再需要额外的氮气，从而大大降低了氮气的消耗量。
当使用氮气进行清洗时，由于多级流化床反应器单元20排放的废气流被分出并重整，然后再循环回多级流化床反应器单元20中，因此氮气在重整废气中累积，从而最终提高了氮气在提供至多级流化床反应器单元的全部还原煤气中的浓度。结果，当氮气这种惰性气体的浓度超过全部还原煤气的10.0体积％时，多级流化床反应器单元20中矿石的还原率下降。因此，如上所述，通过将重整废气用作清洗气体，将还原煤气中氮气浓度减至10.0体积％或以下。从而，可防止氮气在待供应至多级流化床反应器单元20的还原煤气中累积。
分出通过多级流化床反应器单元20排放的废气流并除去废气中的CO2。重整废气被供应至各流化床反应器20。虽然未在图5中示出，但与各流化床反应器20相连的煤气供应管道L55再次分出以将重整废气输送至各流化床反应器20的内部装置，并且根据需要可清洗内部装置。具体而言，作为清洗气体供应的重整废气的量可通过安装在清洗煤气供应管道L 55上的阀V24控制。
以下，将详细描述在根据本发明的制造铁水的方法中的多级流化床反应器单元20的操作条件。具体而言，在本发明中，最佳控制条件的确定考虑了对使用还原煤气还原含铁混合物非常重要的事实。
图6说明在根据本发明实施方案的制造铁水的设备中，氧化度与Fe混合物的关系取决于多级流化床反应器单元20的温度，其中示出了铁混合物相在各流化床反应器中的稳定区域。
在本说明书中，氧化度通过使用还原气中所含的各种气体，例如CO、CO2、H2和H2O的量进行计算。氧化度表示还原能力的度量标准。氧化度定义为(CO2体积％+H2O体积％)/(CO体积％+H2体积％+CO2体积％+H2O体积％)×100。在图6中，为方便起见，将100-氧化度作为Y轴的值，它表示与氧化度概念相反的还原度。因此，当其靠近Y轴上方时，容易发生还原反应。相反地，当其靠近Y轴下方时，容易发生氧化反应。
在根据本发明实施方案的制造铁水的方法中，多级流化床反应器单元20(如图1所示)直接使用煤气作为还原气。因此，与直接使用天然气的其它流化床还原法，例如FINMET、FIOR、IRON CARBIDE等相比，各流化床反应器可在较低的气体基本单位(1400Nm3/吨)和较短的停留时间(最多60分钟)下操作。因此，在流化还原法中，如图6所示，对于为含铁混合物进行第一步预热的第一预热反应器来说，流化还原优选发生在Fe3O4相稳定区域。对于为含铁混合物进行第二步再预热的第二预热反应器来说，流化还原优选发生在FeO相稳定区域。对于为预热的含铁混合物进行第三步初还原的初还原反应器以及为已初还原的含铁混合物进行第四步终还原的终反应器来说，流化还原优选发生在Fe相稳定区域。通过保持上述区域，可在含铁混合物通过第一预热反应器和第二预热反应器时，将稳定为Fe3O4相的含铁混合物的量降至最低，在该相中反应速度非常慢。此外，可使含铁混合物在通过形成Fe相稳定区域的初还原反应器和终反应器时充分还原。
在以较低的气体基本单位进行操作的多级流化床反应器单元20中，调整各流化反应器的温度和还原煤气的组成非常重要，以确保各流化床反应器中的Fe相稳定区域。
为了在各流化床反应器中创造流化还原条件，优选的是，第一预热反应器的鼓泡流化床的温度维持在400～500℃，第二预热反应器的鼓泡流化床的温度维持在600～700℃，初还原反应器的鼓泡流化床的温度维持在700～800℃，终还原反应器的鼓泡流化床的温度维持在770～850℃。此外，优选保持供应至各流化床反应器的还原煤气的组成，以确保各流化床反应器中一定的氧化度，具体而言，在第一预热反应器中为45％或以上，在第二预热反应器中为35％～50％，在初还原反应器和终还原反应器中为25％或以下。
关于用来保持上述条件的各反应器中还原煤气的适宜温度和组成，由熔炉-气化器排放并被供应至终反应器的鼓泡流化床的还原煤气的温度过高，即温度为约1000℃。因此，当还原煤气照原样供应至终反应器时，终反应器中的含铁混合物过热并在矿石之间发生粘附。因此需要将供应至终反应器的还原煤气冷却。通过将室温的重整废气以及由熔炉-气化器排放的还原煤气混合可使终反应器冷却。此外，根据终反应器所需的还原气的量调整室温的重整废气的供应量。从而，在混合过程中供应至终反应器的还原煤气可被过冷至低于适宜温度。因此，在室温的重整废气与还原煤气混合后，通过向还原煤气供应氧气以及部分燃烧还原煤气，可将还原煤气的温度保持在适宜温度。
此外，燃烧器72安装在第二预热反应器25和初还原反应器26之间，而燃烧器71安装在初还原反应器26和终反应器27之间，以向从反应器20中排出的还原煤气供应氧气并部分燃烧还原煤气。通过该方法，在初还原反应器26的鼓泡流化床中，还原煤气的氧化度保持在35％或以下。另外，在第二预热反应器的鼓泡流化床中，还原煤气的氧化度保持在40％～60％。此外，由第二预热反应器25排放的还原煤气照原样被供应至第一预热反应器24的鼓泡流化床中。从而，调整了多级流化床反应器单元20的氧化度。
因此，根据本发明，在上述实际过程中，当还原煤气的量不足时，可对不足的量进行补充并满足多级流化床反应器单元20的理想操作条件。
表1示出了在四级流化床反应器单元20中，各反应器流化床的温度和其还原气的氧化度，以及在各级中从各流化床反应器中排出的矿石所含的Fe-O相。
在表1中，气体基本单位为1200Nm3/吨矿石。如表1所示，在多级流化床反应器单元20中，对于各流化床反应器，通过将流化床的温度和氧化度控制在上述范围内，可使第一预热反应器中形成的Fe3O4的量最小化，并且在第二预热反应器中不再形成Fe3O4。从而，通过将FeO还原为Fe，可在终反应器中，使含铁粉矿的还原率达到80％或以上。
在上述制造铁水的设备100中，可直接使用粉煤或块煤以及含铁粉矿，并且设备100整体上安排紧凑，因此通过与联合钢厂结合，设备100适宜用于联合钢厂中。因此，通过在小型钢厂生产法，即联合钢生产法中采用根据本发明实施方案的制造铁水的设备100，可直接由粉煤或块煤以及含铁粉矿生产热轧钢板。
以下，将详细描述采用根据本发明实施方案的制造铁水的设备100的联合钢厂。这一联合钢厂仅仅用于示例目的，而不拟限制本发明。
图7是说明采用根据本发明实施方案的制造铁水的设备的联合钢厂1000的一个实施方案的视图。图7中，示例性地示出了由粉煤或块煤和含铁粉矿直接生产热轧钢板的联合钢厂1000。图7所示的制造铁水的设备100与上述根据本发明实施方案的制造铁水的设备100具有相同的结构，因此，为方便起见，省略了其描述。以下，将描述除制造铁水的设备100以外的其它设备。
图7所示的联合钢厂包括制造铁水的设备100、制造钢的设备200、薄板坯浇注机300以及热轧机400，所述制造钢的设备200与制造铁水的设备100相连，并通过除去铁水中的杂质和碳来生产钢水；所述薄板坯浇注机300与制造钢的设备相连，并将由该设备供应的钢水连续浇注成薄板坯；所述热轧机400与薄板坯浇注机300相连并通过对由薄板坯浇注机输出的薄板坯进行热轧生产热轧板。此外，联合钢厂100可根据需要包括其它设备。
图7详细说明了采用上述设备的钢制造方法的一个实例。制造钢的设备200包括铁水预处理装置61、脱碳装置64和钢水包67，所述铁水预处理装置61除去铁水中所含的磷和硫；所述脱碳装置64与铁水预处理装置61相连，并除去由铁水预处理装置61排出的铁水中所含的碳和杂质；所述钢水包67与脱碳装置64相连，并通过对由脱碳装置64排出的铁水进行再次精炼来制造钢水。
熔炉-气化器10排出的铁水定期输出至带有耐火容器的铁水预处理装置61中，并运到下游工艺过程。通过将作为脱硫剂的熔剂(flux)吹入铁水预处理装置61所含的铁水中并除去铁水中所含的硫组分和磷组分，而在运输过程中进行铁水的预处理。从而，将铁水中的硫组分调节至0.006％或以下。在铁水预处理过程中，优选采用CaO或CaCO3作为脱硫剂。
此外，铁水预处理装置中的铁水，经铁水预处理以后，排出至转炉式的脱碳装置64中。在排出过程中，优选地，不使在铁水预处理过程中产生并漂浮在铁水上的熔渣混入脱碳装置64中。在将铁水供应至脱碳装置64后，通过将氧气以高速吹入铁水中进行氧化精炼。在氧化精炼过程中，熔解在铁水中的杂质，例如碳、硅、磷和锰通过氧化除去，并且铁水转化为钢水。氧化的杂质通过供应至转炉的CaO、CaF2和白云石等溶解为铁水上的熔渣，并从铁水中分离出来。氧化精炼完成后，钢水从脱碳装置64排出至为耐火容器的钢水包67中，然后被运到下游工艺过程。通过上述生产钢的方法，钢水中碳的量调节至2.0wt％或以下。
在钢水包67中，对钢水进行二次精炼。钢水通过由电极棒传导的高电压在钢水上产生的电弧被加热，并通过由钢水包67底部吹出的惰性气体进行搅拌，从而使温度和组分均匀分布，并对钢水中混入的非金属材料进行浮选分离(floatation separation)。并且，可根据需要通过向钢水中吹入Ca-Si粉而有力地除去钢水中少量的硫组分。此外，上述过程结束后，对铁水进行除气处理，其中真空浴与耐火容器的上侧相连以产生真空态，并除去诸如碳、N2和H2等气体组分，从而提高钢水纯度。优选地，在除气过程中通过吹入氧气并使排放的气体组分燃烧，以使用其产生的燃烧热防止钢水温度降低。
上述二次精炼过程完成后，将钢水包67运至薄板坯浇注机300。将钢水从钢水包67输出至位于薄板坯浇注机300上方的中间包71中，并将其从中间包71中提供至薄板坯浇注机73，以浇注厚度为40mm至100mm的薄板坯。将浇注的薄板坯通过与浇注机73直接相连的粗轧机75压制成厚度为20～30mm的条形。然后，压制的薄板坯通过加热器77加热并缠绕在卷曲机79上。当薄板坯的厚度小于40mm时，易于折断。当薄板坯的厚度大于100mm时，可能使粗轧机75过载。
将卷曲条再次展开，并使其通过除锈器83以除去条表面上所产生的锈。然后，将钢条运至最终的轧钢机并轧制成厚度为0.8～2.0mm的轧制钢板。轧制钢板通过冷却器87冷却，并卷89成为最终的轧制钢板。厚度为0.8～2.0mm的热轧钢板适宜于消费者使用。
在采用根据本发明实施方案的制造铁水的设备100的联合钢厂1000中，其优点在于热轧钢板可通过直接使用粉煤或块煤以及含铁粉矿由上述方法生产。因此，在制造铁水时，原料不受限制，并且可使用小型设备生产热轧钢板。
图8是采用根据本发明实施方案的制造铁水的设备100的联合钢厂2000的另一个实施方案的视图。图8说明了通过在联合钢厂2000中配备的一个第二多级流化床反应器单元90和一个第二团矿生产装35将还原铁供应至制造钢的设备的一个元件，即脱碳装置的过程。除某些部分外，图8所示的联合钢厂2000具有与联合钢厂1000相同的结构。因此，为方便起见，省略了相同部分的描述，而对其它部分进行详细描述。
并且，在拟描述的联合钢厂2000中，上述与熔炉-气化器10相连的多级流化床反应器单元20称为第一流化床反应器单元，而另一个多级流化床反应器单元称为第二多级流化床反应器单元。此外，与第一流化床反应器单元20的尾部相连的团矿制造装置30称为第一团矿制造装置，而与第二流化床反应器单元90的尾部相连的另一个团矿制造装置35称为第二团矿制造装置。
如图8所示，联合钢厂2000包括第二多级流化床反应器单元90和第二团矿制造装置35。第二多级流化床反应器单元90是一个用于还原含铁粉矿的装置，所述含铁粉矿由含铁粉矿料仓91提供至第二多级流化床反应器单元90中。多级流化床反应器单元90由三级流化床反应器单元组成，包括第一预热反应器93、初还原反应器95和终还原反应器97。在各反应器93、95和97中，都形成有鼓泡流化床。
在第二多级流化床反应器单元90中，第一预热反应器93在600～700℃对含铁粉矿进行预热，与预热反应器93相连的初还原反应器95在700～800℃对已预热的含铁矿进行初还原，而与初还原反应器95相连的终反应器97在770～850℃对已初还原的含铁矿进行终还原。
通过与终反应器97连接的其它还原气循环管道向第二多级流化床反应器单元90供应从第一流化床反应器单元20排放的部分废气，并将粒度为8mm或以下的干燥的混合的含铁矿还原为铁，还原率大于92％，同时将废气依次循环通过各反应器93、95和97。在图8中，第二多级流化床反应器单元90表示为三级流化床反应器单元，但这仅是示例性的，而不拟限制本发明。流化床反应器单元90的实施形式可为多种级数。
此外，第二团矿制造装置35将高温还原的铁临时储存在装料仓36中，并在还原铁通过一对轧辊37时，通过压制成型对还原铁进行压制。然后，通过破碎机38压碎团矿，并将其储存在团矿供料仓39中。
优选地，供应至第二多级流化床反应器单元90的还原煤气的量为第一多级流化床反应器单元20排放的废气总量的40体积％或以上；另一方面，在将部分由第一多级流化床反应器20排放的废气供应至第二多级流化床反应器单元90的过程中，通过焦油去除器75除去废气中的焦油。优选地，重整废气中所含的CO2的量为3.0体积％或以下。对通过第二多级流化床反应器单元90的还原煤气，通过使用水的集尘器进行除尘并冷却，然后排出至外界。
虽然未在图8中示出，但优选通过供应氧气使重整废气部分燃烧，以通过使用燃烧热提高废气的温度，并将温度提高到800～850℃。
由于还原铁通过使用含铁矿和纯化的还原气制造，因此90％或以上的还原铁由纯铁构成，并且所含硫的浓度非常低，从而提高了钢水的纯度，所述钢水在还原铁装入脱碳装置64中时，在脱碳装置64中生产。
以下，将结合实施例对本发明进行详细描述。但是，所述实施例仅以说明为目的，而不拟限制本发明。
实施例通过上述根据本发明的实施方案的制造铁水的设备制造铁水和矿渣。
根据本发明的实施方案，在实施例中，熔炉-气化器10保持在3.2个大气压，并且供应至熔炉-气化器10中的用于燃烧煤的氧气的量调节至550Nm3每吨铁水。此外，粉矿和辅助原料的量分别被调节为1.5吨和0.35吨。将供应至熔炉-气化器20的煤的量调节为生产1吨铁水用0.9～1.0吨。在上述操作条件下，制造铁水的设备的生产能力确定为85吨/小时。
根据本发明的实施方案进行实验操作，得到的铁水和从熔炉-气化器中排出的矿渣的组成如下所示。表2示出了根据本发明实施方案的铁水的组成，表3示出了根据本发明实施方案的矿渣的组成。
表2
如表2所示，通过根据本发明的实施例制造的铁水的温度为约1500℃，铁水中除铁以外的杂质的量如上所述。
表3
如表3所示，通过根据本发明的实施例生产的铁水的温度为约1520℃，而碱度为1.15。
从表2中可以看出，根据本发明制造的铁水的温度适当地为1500℃，并且Si、P和S的量非常小，可以满足一般钢制造中铁水的质量标准。此外，从表3中可以看出，矿渣的温度适当地为1520℃，并且矿渣的碱度(一种矿渣质量的度量标准)适当地为1.15。因此，在根据本发明实施方案的制造铁水的方法中，虽然粉煤或块煤及含铁粉矿的使用不同于常规发明，但铁水的质量与常规方法中铁水的质量相似。
根据以上描述的本发明，由于可通过直接使用粉煤或块煤及含铁粉矿连续制造满足钢制造中铁水质量标准的高质量铁水，因此有可能替代联合钢厂中使用的高炉法。因而，有可能使用低价原料并省去烧结和焦化过程，从而提高联合钢厂的经济效率，并防止在烧结和焦化过程中产生污染物质。
并且，在根据本发明的制造铁水的设备中，由多级流化床反应器单元排放的废气流被分出并重整。重整废气被供应至多级流化床反应器单元。因此，有可能对不足量的还原煤气进行补充，从而确保操作的灵活性。
此外，冷却下来的室温重整废气可被供应至旋风除尘器的前端，从而防止旋风除尘器过热。
根据本发明，将多级流化床反应器单元排放的废气用作载气，从而减少了用作载气的氮气的量。
并且，根据本发明重整的重整废气可与氧气一起再次供应至熔炉-气化器中，从而降低煤的消耗率并改善气流在炭床中的分布。
虽然结合示例性实施方案对本发明进行了具体说明和描述，但应理解的是，本领域的技术人员可在不偏离所附权利要求定义的本发明主旨和范围的情况下，对其形式和细节进行各种改变。
权利要求
1.一种制造铁水的方法，包括以下步骤将含铁粉矿与辅助原料混合，并干燥所得到的混合物，以生产含铁混合物；在该含铁混合物通过其中流化床反应器相互串连的多级流化床反应器单元时，进行还原和烧结以将含铁混合物转化为还原材料；在高温下压制该还原材料以制造团矿；将块煤和压制粉煤制得的煤压块装入熔炉-气化器中以形成煤填充床作为熔化团矿的热源；将团矿装入与多级流化床反应器单元相连的熔炉-气化器中，并向熔炉-气化器输送氧气，以制造铁水；并且将熔炉-气化器排放的还原煤气提供至多级流化床反应器单元。
2.权利要求1的方法，还包括如下步骤分出由多级流化床反应器单元排放的废气流，并除去废气中的CO2；将已除去CO2的重整废气与熔炉-气化器排放的还原煤气混合；和加热与重整废气相混合的还原煤气，然后将其提供至多级流化床反应器单元中以将还原煤气的温度调节至在多级流化床反应器单元中还原含铁混合物所需的温度。
3.权利要求2的方法，其中在将与重整废气相混合的还原煤气供应至多级流化床反应器单元之前，在加热步骤中使用氧气燃烧器加热重整废气。
4.权利要求2的方法，其中在分出由多级流化床反应器单元排放的废气流并除去废气中的CO2的步骤中，分出的废气的量优选为流化床反应器排放的废气总量的60体积％。
5.权利要求2的方法，其中重整废气的量保持在1050Nm3～1400Nm3/吨含铁粉矿之间。
6.权利要求2的方法，其中在将已除去CO2的重整废气与由熔炉-气化器排放的还原煤气相混合的步骤中，重整废气中所含的CO2的量优选为3.0体积％或以下。
7.权利要求2的方法，其中在分出由多级流化床反应器单元排放的废气流并除去废气中的CO2的步骤中，对分出的废气进行压缩。
8.权利要求2的方法，进一步包括在分出由多级流化床反应器单元排放的废气流并除去废气中的CO2的步骤之前，分出由多级流化床反应器单元排放的废气流并除去废气中的焦油的步骤。
9.权利要求2的方法，其中在将已除去CO2的重整废气与由熔炉-气化器排放的还原煤气相混合的步骤中，重整废气在旋风除尘器的前端混合，所述旋风除尘器将熔炉-气化器排放的粉尘装入熔炉-气化器中。
10.权利要求9的方法，其中已除去CO2的重整废气流被分出，并用作将在旋风除尘器中分离的粉尘装入熔炉-气化器的载气。
11.权利要求1的方法，进一步包括在关闭熔炉-气化器的过程中或在运行熔炉-气化器之前，分流由多级流化床反应器单元排放的全部废气并供应至多级流化床反应器单元的步骤。
12.权利要求1的方法，进一步包括如下步骤分出由多级流化床反应器单元排放的废气流并除去废气流中的CO2；分出已除去CO2的重整废气流，并将重整废气供应至各流化床反应器，以清洗多级流化床反应器单元。
13.权利要求12的方法，其中还原煤气中所含的氮气的量为10.0体积％或以下。
14.权利要求1的方法，进一步包括如下步骤分出由多级流化床反应器单元排放的废气流，并除去废气流中所含的CO2；分出已除去CO2的重整废气流，并在向熔炉-气化器供应氧气的同时，将其与氧气一起供应至熔炉-气化器中。
15.权利要求1的方法，将含铁混合物转化为还原材料的步骤包括第一步，在400～500℃预热含铁混合物；第二步，在600～700℃再预热已预热的含铁混合物；第三步，在700～800℃初还原已再预热的含铁混合物；第四步，在770～850℃终还原已初还原的含铁混合物。
16.权利要求15的方法，其中第一步和第二步中的氧化度为25％或以下；第三步的氧化度为35～50％；第四步的氧化度为45％或以上，此处，氧化度通过下式得到(CO2体积％+H2O体积％)/(CO体积％+H2体积％+CO2体积％+H2O体积％)×100；CO、CO2、H2O和H2均为气体，并且均包含在还原气体中。
17.权利要求15的方法，其中第二步和第三步包括供应氧气的步骤。
18.权利要求1的方法，其中在高温下制造团矿的步骤中，团矿的粒度为3mm至30mm。
19.权利要求1的方法，其中在形成煤填充床的步骤中，煤压块的粒度为30mm至50mm。
20.一种联合钢制造方法，包括如下步骤通过使用权利要求1的铁水制造方法制造铁水；通过除去铁水中所含的杂质和碳制造钢水；将铁水连续浇注成薄板坯；热轧该薄板坯以生产热轧钢板。
21.权利要求20的联合钢制造方法，其中在将铁水连续浇注成薄板坯的步骤中，钢水连续浇注成厚度为40mm至100mm的薄板坯。
22.权利要求20的联合钢制造方法，其中在热轧所述薄板坯以生产热轧钢板的步骤中，热轧钢板的厚度为0.8mm至2.0mm。
23.权利要求20的联合钢制造方法，其中生产钢水的步骤包括如下步骤对铁水进行预处理以除去铁水中所含的磷和硫；通过向铁水供应氧气以除去铁水中所含的碳和杂质；并且通过对铁水进行二次精炼除去杂质和所溶解的气体以生产钢水。
24.权利要求23的联合钢制造方法，进一步包括如下步骤在含铁粉矿通过其中反应器相互串连的多级流化床反应器单元时，通过还原含铁粉矿将含铁粉矿转化为还原铁；在高温下通过压制还原铁生产还原铁团矿，其中，在除去铁水中所含的碳和杂质的步骤中，对还原铁团矿和铁水进行混合，除去其中的碳和杂质。
25.权利要求24的联合钢制造方法，其中将含铁粉矿转化为还原铁的步骤包括如下步骤在600～700℃预热含铁粉矿；在700～800℃初还原已预热的含铁粉矿；在770～850℃终还原已初还原的含铁粉矿以将其转化为还原铁。
26.一种制造铁水的设备，包括多级流化床反应器单元，用于将混合的干燥的含铁粉矿与辅助原料转化为还原材料；团矿制造设备，与多级流化床反应器单元相连，并通过在高温下压制还原材料以制造团矿；制团机，通过压制粉煤生产用作热源的煤压块；熔炉-气化器，用于制造铁水，装有块煤和由制团机生产的煤压块，并在其中形成煤填充床，且向其中提供由团矿制造设备装入的还原材料以及氧气；以及还原煤气供应管道，用于将由熔炉-气化器排放的还原煤气供应至多级流化床反应器单元。
27.权利要求26的制造铁水的设备，进一步包括重整废气供应管道，该管道分出由多级流化床反应器单元排放的废气流，并提供已除去CO2的重整废气流，其中在还原煤气供应管道上安装有氧气燃烧器，以在将还原煤气供应至多级流化床反应器单元以前，加热与重整废气相混合的还原煤气。
28.权利要求27的制造铁水的设备，其中重整废气供应管道包括气体重整器，以除去由多级流化床反应器单元排放并分出的废气中的CO2。
29.权利要求27的制造铁水的设备，其中重整废气供应管道包括焦油去除器，以除去由多级流化床反应器单元排放的并已分出的废气中的焦油。
30.权利要求29的制造铁水的设备，其中重整废气供应管道包括压缩机，以压缩由多级流化床反应器单元排放并已分出的废气，且在压缩机的前端安装有焦油去除器。
31.权利要求27的制造铁水的设备，其中熔炉-气化器安装有旋风除尘器，该旋风除尘器将熔炉-气化器排放的粉尘装入熔炉-气化器中，并且旋风除尘器的前端连有重整废气供应管道。
32.权利要求31的制造钢水的设备，其中旋风除尘器的后端连有输气管道，已除去CO2的重整废气通过该管道分出，并经由该管道提供至熔炉-气化器中作为输送旋风除尘器中分离的粉尘的载气。
33.权利要求27的制造钢水的设备，其中多级流化床反应器单元包括第一预热反应器，在400～500℃预热含铁混合物；第二预热反应器，与第一预热反应器相连，并在600～700℃再预热已预热的含铁混合物；初还原反应器，与第二预热反应器相连，并在700～800℃初还原已再预热的含铁混合物；以及终还原反应器，与初还原反应器相连，并在770～850℃终还原已初还原的含铁混合物。
34.权利要求33的制造钢水的设备，其中在第二预热炉和初还原反应器之间以及在初还原炉和终还原反应器之间布置有氧气燃烧器，用于在还原煤气加热后，将还原煤气各供应至第二预热反应器和初还原反应器。
35.权利要求33的制造钢水的设备，其中还原煤气供应管道与终还原反应器相连。
36.权利要求26的制造钢水的设备，进一步包括清洗煤气供应管道，该管道通过分出已除去CO2的重整废气流和将重整废气供应至各流化床反应器而清洗多级流化床反应器单元。
37.权利要求26的制造钢水的设备，进一步包括废气分流循环管道，该管道与多级流化床反应器单元相连，并将由多级流化床反应器单元排放的废气全部供应至多级流化床反应器单元。
38.权利要求26的制造钢水的设备，进一步包括煤气再供应管道，该管道分出已除去CO2的重整废气，并在向熔炉-气化器供应氧气的过程中，将其与氧气一起供应至熔炉-气化器中。
39.一种联合钢厂，包括权利要求1的制造铁水的设备；生产钢的设备，与制造铁水的设备相连，并通过除去铁水中的杂质和碳来生产钢水；薄板坯浇注机，与生产钢的设备相连，并将由该设备供应的钢水连续浇注成薄板坯；热轧机，与薄板坯浇注机相连，并通过对由薄板坯浇注机供应的薄板坯进行热轧来生产热轧板。
40.权利要求39的联合钢厂，其中生产钢的设备包括铁水预处理装置，与制造铁水的装置相连，并除去该装置中排出的铁水中所含的磷和硫；脱碳装置，与铁水预处理装置相连，并除去由铁水预处理装置排出的铁水中所含的碳和杂质；钢水包，与脱碳装置相连，并通过对由脱碳装置排出的铁水进行再次精炼生产钢水。
41.权利要求40的联合钢厂，进一步包括一个第二多级流化床反应器单元，该单元分出已除去CO2的重整废气并将含铁粉矿转化为还原材料；和第二团矿制造设备，该设备与第一多级流化床反应器单元相连并通过在高温下压制还原材料制造团矿；其中第二团矿制造设备向脱碳装置供应已还原的铁团矿。
42.权利要求41的联合钢厂，其中第二多级流化床反应器单元包括预热反应器，该预热反应器在600～700℃预热含铁粉矿；初还原反应器，该初还原反应器与预热反应器相连并在700～800℃初还原已预热的含铁粉矿；终还原反应器，该终还原反应器与初还原反应器相连，并在770～850℃终还原已初还原的含铁粉矿。
全文摘要
本发明提供一种直接使用粉煤或块煤及含铁粉矿制造铁水的设备、方法、联合钢厂及联合钢生产方法。该铁水生产方法包括如下步骤将含铁粉矿与辅助原料混合，并干燥所得到的混合物，以生产含铁混合物；在该含铁混合物通过相互串连的多级流化床反应器单元时，进行还原和烧结以将含铁混合物转化为还原材料；在高温下压制该还原材料以制造团矿；将块煤和压制粉煤制得的煤压块装入熔炉－气化器中以形成煤填充床作为熔化团矿的热源；将团矿装入与多级流化床反应器单元相连的熔炉－气化器中，并向熔炉－气化器输送氧气，以制造铁水；并且将熔炉－气化器排放的还原煤气供应至多级流化床反应器单元中。
文档编号C21B13/00GK1852995SQ200480026483
公开日2006年10月25日 申请日期2004年12月6日 优先权日2003年12月5日
发明者姜昌五, 金得彩, 李后根, 周相勳, 申明均, 金晋泰, 李 九, 金常铉, 金完基, T·埃德, F·豪泽伯格, R·米尔纳, J·申克, M·施密特, K·威德, J·沃姆, K·曾特鲍尔 申请人:Posco公司, 沃斯特-阿尔派因工业设备制造股份有限公司