专利名称：块状海绵铁的加热和熔化方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种块状海绵的加热和熔化方法及设备。
在一种所述类型的已知方法中，金属铁载体在一个设置在熔化炉上方的加料预热器中被加热，然后送向熔化炉。一种经济的运转方式只有在这种情况下才有可能，即当材料作为铁载体使用时，它相对于氧具有不太大的反应性，因为只有以后通过来自熔化炉的废气再燃烧，该废气的能量才能用于预热。应当预热块状直接还原材料，即块状海绵铁时，它具有的高反应性要求一种还原气氛，尤其是在高于500℃时，以防止海绵铁在加热时的较大氧化损失。为此目的，将海绵铁与焦炭混合并在预热器中预热。可是这样一种方法以剩余大量富有能量的废气为前提，并且要预先在靠近设备外设置气体消耗装置。
本发明任务是基于在权利要求1的前序部分所述类型的方法中，使高反应性的海绵铁在约850℃的温度预热而基本上无氧化损失的方法成为可能，并同时避免剩余富含能量的废气。还提供为实施方法的设备。
本发明的方法是通过权利要求的特征表明的。由权利要求2-9可得知该方法的有利安排。通过权利要求10的特征表明了本发明的设备。在其他权利要求中描述这种设备的有利布置。
在按照本发明的方法中，因为在不同的高度下利用不同的反应性，所以海绵铁的预热以多级进行，每个预热级规定一定的温度和一定的气氛，而在800℃至900℃的高温只能用还原气体加热，在较低温度，如250℃或500℃，海绵铁可以在中性气氛中预热。在各个预热级通过合适的特殊控制温度和气氛，能够达到显著提高经济性。用按照本发明的设备可以从特别简单的结构方式达到划分成不同的预热级，并且在这些预热级中实现温度和气氛控制。
借助一个附图
来详细解释本发明，该附图表示概要地描述本发明的一种实施例的各个预热级。在该图中示意地描述一种海绵铁10的熔化方法，该方法是用四个上下相互设置的内衬耐火材料的预热室11-14，一个在第四预热室14下方设置的构成可运输的化铁炉15，一个带有通向向化铁炉15的输入管的焦炭贮存器16，一台换热器18，一台气体净化装置19和一台煤贮存器20。
第一预热室11构成矩形，并且具有一个经过管道22与气体净化装置19相连的气体排出口21和一个装料口23，经过该装料口可以将海绵铁10和石灰石24送入第一预热室11中。第一预热室11的底部设置成可移动的，并且为了该预热室11打开和关闭作为闸板构成，以使预定量的海绵铁10和石灰石24直接进入位于下方的预热室12。
此外，预热室12在上部区域分段并也同样构成矩形。
通过分段结构在预热室12中形成一个气体室26，即一个无固体材料区。
第三和第四预热室13和14的结构相当于第二预热室12，即也分段构成，并且也用一个闸板28或29作为室12/13或13/14之间的中间底部。闸板25、28或29最大可移动的(距离)是位于各自下方的预热级上方宽度，以便通过闸板25、28或29的移动借助所形成的开口，海绵铁10和石灰石24可以落入或送入位于各自下方的预热室12、13或14。因此通过闸板25、28或29可以控制从第一预热室11进入第四预热14的料流。
第四预热室14没有闸板。相反地在下部区形成锥形，并且经过一个配料挡板33与化铁炉相连。预热室12、13或14各自有一个烧嘴30、31或32，这些烧嘴通向所述预热室的所属气体室26、27或50。此外，第四预热室14在下半部还具有一个附加烧嘴34。
预热室11至14是直接上下彼此交错排列。在这种情况下，第三预热室13安置在第四预室14的下段，第二预热室12安置在第二预热室12的下段。预热室11至13各自具有气体进口35、36和37，这些气体进口各个直接布置在各自的闸板25、28和29的上方并位于各自相邻的分级预热室12、13或14的相邻倒壁上方。
在化铁炉15中涉及一种带有焦床48的已知结构，该焦床经过输送管道17用来自焦炭贮存器16的焦炭38补充。
此外，化铁炉15具有一个出铁口39、燃烧器40和一个废气出口41。该废气出口经过一根管道42然后与换热器18和烧嘴30至32和34连接，化铁炉15的废气可以一可控比例部分地送向换热器18和部分地送向燃烧器30至32和34。约40%至80%的废气为了将燃烧空气预热到815℃被送入换热器18，剩余部分送入烧嘴。
此外，煤贮存器20和氧源经过管道44各自与燃烧器30至32、34和40连接。空气45可以经过一根管道46送向烧嘴30至32、34。
在换热器18中预热的空气经过一根管道47引向烧嘴40，为了减少焦炭消耗，预热过的空气与来自煤贮存器20的煤一起吹入化铁炉。
经过烧嘴30至32、34和40，石灰石和/或预热过的空气或煤可以以所需要的量送入。为了代替或补充煤，但也可以将其他地下开采的燃料，如天燃气，石油，或合成燃料送入预热室12至14或化铁炉15。
此外，可以借助烧嘴30至32、34和管道42将来自铁炉15的废气引向预热室12至14。
为了借助地下开采的燃料加热和熔化与氧剧烈反应的海绵铁10选定所描述和解释的设备，以便得到碳含量超过3%的铁水和达到高于1400℃的温度。
在此情况下，例如得到1000kg铁需要1075kg海绵铁10。海绵铁10的典型组成是85-90%的金属铁、0.5%的碳和10%的氧化铁。海绵铁10与石灰石24一起经过装料口23送入第一预热室11。此时每生产一吨尤其要供给115kg石灰石。
通过上下相互设置的化铁炉15和预热室11至14，由海绵铁10和石灰石24组成的混合料可以借助打开各自的闸板25、28或29落入各个位于下方的预热室12、13和14。此时应进入下一个预热室12、13和14的量，通过闸板25、28或29的路径和闸板25、28或29在打开位置停留时间来控制。
然后通过打开配料挡板33预热过的海绵铁10和石灰石以预定的重量从第四预热室14到达化铁炉15。
在第一预热室11中存在着中性条件，即既不是氧化又不是还原的条件，海绵铁10和石灰石24在此被来自预热室12并由气体进口35流入的热气体加热至250℃。此时气体流过送入第一预热室11的块状海绵铁10和块状石灰石24，并向海绵铁10和石灰石放出热量。经过气体出口21和管道22气体被引向气体净化装置，在那里进行净化。
在此通过图中未表明的测温仪器和气体分析仪器来测定在各个预热室11至14中的气体组成，温度和气氛。借助烧嘴30至32、34可以在各个预热器11至12中调控和保持或改变中性/还原性条件。这种调节可以公知方法进行。
通过烧嘴30至32、34，相应于在各个预热室11至14的要求，将直接来自化铁炉15的废气或经换热器冷却后吹入预热室12、13或14。此外，为了附加加热预热室12、13和14，烧嘴30至32、34可以使煤与空气45和/或氧气一起燃烧。
海绵铁10和石灰石24在第一预热室11中加热至约250℃，在第二预热室12中加热至约500℃，在第三预热室13中加热至约800℃，在第四预热室14中加热至约850℃。
用来自化铁炉15的相应废气送进预热室12和13，在第三和第四预热室13和14中则在还原条件下进行加热。此时一氧化碳份数在CO2+CO混合气体中超过25%。
直至第四预热室14石灰石24转换成石灰，并且随后在化铁炉15中作为熔剂用于熔融的海绵铁10。
然后借助于配料挡板33，将已预热的海绵铁10和石灰石送入化铁炉15中。化铁炉15备有焦床48，其中碳38的大小是直至约20cm。
在化铁炉15中，由换热器加热至850℃的热空气经过烧嘴40吹入焦床48。基于由此放出的能量熔化海绵铁和石灰，并且共同流过焦床48。随着熔体向下穿过焦床48，熔体的温度继续升高，并且碳溶入铁中。然后熔体汇集在化铁炉15的底部，该熔体的成分具有高于3%的碳和高于95%的纯铁。然后熔体经过出铁口39从化铁炉15流出并送向进一步处理。
该方法所需要的炭量是每得到一吨铁约175kg。当或者在化铁炉15中或者在预热室12至14中使用附加煤加热时，可以减少所需的焦炭38的数量。
当在燃烧过程中用氧和附加燃料，如煤、天燃气、油或合成燃料补助时，焦炭量可进一步减少至每吨80-100kg。
权利要求
1.加热和熔化块状海绵铁的方法，在该方法中，海绵铁装入一个预热器中。在此通过引入经过热交换器中填料的热气体进行加热，然后从预热器送到一熔化炉的借助氧或热空气加热的焦床上，并在此熔化，以及熔体在穿过焦床后汇集在熔化炉的底部，其中，用于预热器的热气体至少部分从熔化炉的废气获得，其特征在于，海绵铁在预热器中的加热至少在两个分开的具有不同温度的预热级中进行，海绵铁依次送向预热级，并且在预热级中温度和气氛各自这样进行特殊调控，即送入预热级的热气体的温度和组成在具有较低温度的第一预热级调节成化学中性气氛，在具有最高温度的最后预热级调节成还原气氛。
2.根据权利要求1的所述的方法，其特征在于，在还原气氛中CO与CO2+CO的比例大于25%。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当有两个以上具有不同分级温度值的预热级时，CO与CO2+CO的比调节到一个随温度值上升的数值。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，装有四个预热级，在这些预热级中温度大约控制为级1250℃级2500℃级3800℃级4850℃
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，一个较高温度的预热级的热气体至少部分地引入一个较低温度的预热级中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，为了控制上述预热级的温度和气氛，热气体和附加气体在引入预热级之前进行混合。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，来自熔化器的废气引入各个预热级，通过混合在的热器中冷却的来自熔化器的废气和部分燃烧这种废气或一种具有含氧气体，尤其是空气的附加燃料，来调节各个预热级中的温度和气氛。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，空气在换热器中预热，该空气作为热空气被送向熔化炉焦床的燃烧区。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，块状海绵铁和石灰石一起在预热器中加热，然后送向熔化炉。
10.块状海绵铁的加热和熔化设备，它有具一个设置在熔化炉(15)上方的预热器，在该预热器上部具有一个海绵铁(10)的装料装置(23)和一个气体出口(21)，在下部具有一个用于将加热的海绵铁从预热器送进熔化炉(15)的排料装置(33)，此外，至少在一个侧壁上具有用于将热气体引入预热器喷嘴和/或烧嘴(30、31、32、34)，其特征在于，预热器至少包括两个预热室(11、12、13、14)，这些预热室总是上下相互交错设置，并且最上面的室(11)在上部区包括气体出口(21)和海绵铁(10)的装料装置(23)，而在最下面的室(14)在底部区包括排料装置(33)，此外在两个相邻室之间的中间底部区设置一个用于将海绵铁从上面的室排入下面的室的排料装置(25、28、29)，以及设置一个将气体引入上面室的气体进口(35、36、37)，此时气体进口(35、36、37)各与下面的室(12、13、14)相连接，并且各与一个气体室(26、27、50)相连接，至少一个喷嘴和/或一个燃烧嘴(30、31、32)进入气体室。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，预热器的预热室(11、12、13、14)具有一个矩形截面，并且在形成一个气体室(26、27、50)时，相互向一边交错排列设置。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，中间底部作为闸板(25、28、29)形成。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的设备，其特征在于，中间底部(25、28、29)区域中的气体进口(35、36、37)由所述中间底部和一个向上连接的室壁之间的一个缝隙构成。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备，其特征在于，最下面的室(14)的排料装置作为配料挡板(33)形成。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的设备，其特征在于，每个预热室(11、12、13、14)至少附加一个用于分别控制所述预热室中的温度和气氛的温度传感器和气体传感器。
全文摘要
为了将海绵铁加热到约850℃而基本上没有氧化损失，至少设置两个分开的具有不同温度的预热级，海绵铁依次送入预热级中，并且在预热级中温度和气氛总是分别进行控制，即在具有最低温度的第一预热级中控制成化学中性气氛，在具有最高温度的最后预热级中控制成还原气氛。用于预热的热气体至少部分地由熔化炉废气获得，并引向预热的海绵铁。
文档编号C21B13/00GK1084568SQ93107328
公开日1994年3月30日 申请日期1993年5月21日 优先权日1992年5月21日
发明者威廉姆·威尔斯 申请人:科蒂克股份公司