专利名称：：生产熔融生铁或熔融钢预产品和海绵铁的方法及其设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及由含有最好是块状的和/或球状的铁矿石和需要时加助熔剂的原料生产熔融生铁或熔融钢预产品或海绵铁的方法及其设备。其中原料在第一还原区直接还原成海绵铁，海绵铁在有碳载体及含氧气体输入的情况下。在熔化气体带熔化，并生成含CO和H2的还原气体，该气体供入还原区，在此反应并以输出气体输出，并且其中该输出气体经CO2消除后。为生产海绵铁该气体与熔化气化带(8)产生的部分还原气体一起作为大量除去CO2的还原气体仅输送到至少一个下一还原区(21)直接还原铁矿石。由AT-B-396,255已知了这类方法，其中熔化气化带产生的作为剩余气体并输送到另外的还原区的那部还原气体在洗涤塔中洗涤后，与输出气体混合，最后与输出气体一起经CO2去除，这样，在CO2去除之前，这部分还原气体中就加入了输出气体，因此，两个还原过程(每个各有一个系统波动)在这一点上互相连接，如从气流的方面看，这一点在第一还原过程后面很近的位置而离第二过程很远。因此可以使得两个系统之间传递的波动在气体流量，气体组成和气体温度方面的共振与回复，由均匀或缓冲偏离特定的理想值的偏差而使之最小或避免之。例如，为生产质量稳定的还原气体，产生气体体积与流量的波动以保持熔炉燃气发生器恒定的系统压力。一旦熔炉燃气发生器中的压力太高，可通过把还原气体更多地输送到输出气体管来释放压力。依据其他标准CO2去除装置的尺寸，大体与输入该设备的流量有关，由此根据AT-B-396,255，理想的还原气体最大流量必须被考虑。因为CO2去除装置是开始所述的方法的设备的有关投资中的主要部分。根据AT-B-396,255，该设备的投资非常高。本发明的目的是在大量节约投资方面进一步发展由AT-B-396,255已知的方法及设备。尤其是，它能降低生产所需的能量。根据开始所述的方法，本发明的目的由部分熔化气体带产生的还原气体的分支输出和将其未经CO2消除就供入下一还原区来实现。因此，根据本发明，CO2消除设备容量尺寸可以显著降低，因而可以显著降低其投资。意外的是，把两个还原过程的连接点移到更靠近下一还原区对整个过程不产生负面影响。若气体体积与流量具有大的波动可以用安全的方法缓冲这些波动，如用缓冲器，因此即使在这种情况下本发明的优点也充分有效。享有较早优先权的奥地利专利申请A1958/94所公开的方法中，块状的矿石在固定床直接还原区还原成海绵铁，海绵铁在有碳载体和含氧气体的供入的情况下，在熔化气化带熔化，并产生含CO和H2的还原气体，该气体供入固定床直接还原区，在此反应并作为顶部气体输出。并且，精矿以流化床方式在流化床直接还原区还原成海绵铁。其中经CO2去除和加热后的固定床直接还原区的顶部元件和/或熔化气化带产生的还原气体及流化床直接还原区产生的废气供入流化床直接还原区并以废气输出。其中熔化气化带产生的还原气体可以不经CO2去除就供入流化床直接还原区。根据本发明优选的实施例其特征在于最好是块状的和/或球状的铁矿石，以固定床方式，在下一还原区生成海绵铁。根据本发明，分支输出的还原气体部分输入下一步固定床直接还原区之前与经CO2消除后的输出气体混合形成混合的还原气体是有利的。供入固定床直接还原区的还原气体须经特别除尘很重要，分支输出的部分还原气体经过除尘和洗涤，并且混合的还原气体被有加热是有利的。可以通过只加热除去CO2后的部分输出气体并在其加热后与未经除去CO2和加热的分支输出的部分还原气体混合来更进一步大量节约生产生铁的和/或钢预产品的投资与能耗，其中分支输出的部分还原气体只经除尘而不洗涤更有利。这样，分支输出的部分还原气体只经粗净化和在很热的状态与加热后的输出气体混合。因此，加热装置的尺寸能小许多，因为需加热的气体流量大大降低。而且，由于分支输出的还原气体仍是热的，输出气体只需加热到较低温度。通过与加热后的输出气体混合，仍留在分支输出的还原气体中的剩余烟尘含量被稀释到对在固定床直接还原区进行的还原反应根据不产生影响的程度。优选的变型，其特征在于分支输出的部分还原气体经过除尘和洗涤，并且消除CO2后的输出气体加热到比下一还原区的还原气体的理想温度略高些的温度。因此，该分支输出的部分还原气体可以在很纯但比较冷的状态与除去CO2后的输出气体混合，这样，与已有的技术相比，在加热装置上的投资就比较低。而且，由于分支输出的还原气体在较冷的状态更容易处理，本方法就容易操作，这样设备所需的投资也小。有利的是，为了保持不同系统压力和流量的恒定，鉴于可能的超量输送，分支输出的部分还原气体在输送到下一步还原区之前先储备。为了使由一还原过程传递到另一过程的波动最小，最好通过熔化气化带产生的部分还原气体与还原区产生的CO2消除前的输出气体混合来平衡熔化气化带的压力偏差。在下一还原区矿粉最好以流化床方式还原，并且，分支输出的还原气体输送到该下一还原区而不加热输出气体，其中流化床方式的直接还原适合分两步或几步进行。实现该方法的设备包括还原最好是块状和/或球状的铁矿石的还原炉，熔炉燃气发生器，连接熔炉燃气发生器和还原炉的还原气体供入管，连接还原炉与熔炉燃气发生器用于还原炉中产生的还原产物的输送管，还原炉输出气体排放管，进入熔炉燃气发生器的含氧气体和碳载体的输送管，排放熔炉燃气发生器产生的生铁和渣的排出口，以及至少一个用以接受铁矿石的另外的还原反应器，一通向该还原反应器的还原气体供入管，一该还原反应器的废气排放管和还原反应器中产生的还原产物的排放装置，其特征在于还原炉的输出气体排放管进入CO2消除装置，从CO2消除装置引出另外的还原反应器的还原气体供入管，该管道经加热除去CO2后的输出气体的加热装置后进入另外的还原反应器，由连接熔炉燃气发生器和还原炉的还原气体供入管分出一支管，该支管不经过CO2消除装置，而接入另外的还原反应器的还原气体供入管。另外的还原反应器适合设计成固定床反应器，尤其是竖炉。根据优选的实施例，支管不经过CO2消除装置和最好包括复燃器的加热装置，而接入另外的还原反应器的还原气体供入管。根据优选的实施例，另外的还原反应器设计成流化床反应器，其中两个或几个流化床反应器最好依次连接。有利的是在支管上有一个补偿器，该补偿器也可由旁路管绕过。为使两个还原过程间传递的波动尽可能最小，支管在其进入CO2消除装置之前宜经补偿器与输出气体排放管连接。本发明还涉及一种由按本发明方法制成的生铁或钢预产品制造的商品如轧制材料。下面通过图示的三个实施例来更详细解释本发明，其中图1至图3分别表示一个本发明的实施例的流程。块状的和/或球状的铁矿石，可能与助熔剂一起经图中未显示的闸门阀系统由输送装置2从顶部装入作为固定床反应器的第一还原竖炉1。该竖炉1与熔炉燃气发生器(Einschmelzvergaser)3连接，其中由煤和含氧气体生成还原气体，该还原气体由输入管4输入竖炉1，也可以在输入管4中设有干燥除尘用的气体洗涤装置4’。熔炉燃气发生器3包括固体碳载体输送管5，含氧气体输入管6，假如需要的话，还有输送室温下液态或气态的碳载体如碳氢化合物和助燃剂的管道7；在熔炉燃气发生器3熔化气化带8下部收集熔融的生铁9和液态渣10并将其通过排出口11排出。在竖炉1中的固定床直接还原区12中即以固定床方法，使待还原成海绵铁的铁矿石与在直径还原区12中燃烧的助熔剂一起经连接竖炉1与熔炉燃气发生器3的输送管13送入(例如以传送螺杆或类似的方式)。排放直接还原区12中的还原气体形成的顶部气体的输出气体排放管14与竖炉的顶部连接。由输出气体排放管14输出的顶部气体先经洗涤塔15净化，以尽可能彻底地除去烟尘颗粒并降低其水蒸汽含量，以使作为输出气体进一步利用。然后，经压缩机16，该输出气体输送至CO2消除或去除装置(例如CO2洗涤塔或压力变动吸附装置)在其中尽可能彻底地除去CO2。离开CO2去除装置17的废气可输送至脱硫装置18。除去CO2后的输出气体经还原气体供入管19输送到设计成还原竖炉20的第二固定床反应器。该还原竖炉与第一还原竖炉一样，以逆流原则工作。在该第二竖炉20中，块状的和/或球状的铁矿石也在固定床还原区21直接还原。矿石供入管为20’，海绵铁排放装置为20”。因为输出气体在净化时冷却了，所以在供入第二还原竖炉20这前须先加热。加热分两步进行首先第一步，净化后的还原气体被间接加热，用作此目的的加热装置22设计成热交换器。热交换器22(再生加热器(Rekuperator))输入有第二还原竖炉20产生的经管道23的净化后的输出气体。另外，含氧气体(氧气以分子形式存在)，例如空气，经管道24供入热交换器22的燃烧器。然后，加热后的输出气体在复燃装置25中复燃，其中部分净化后的输出气体在有由管道26输入氧气的情况下燃烧。这样，净化后的输出气体达到第二还原竖炉20中还原所需的温度，其温度为600至900℃。由第二还原竖炉20输出的顶部气体也在输出气体洗涤塔27中净化和冷却，以除去烟尘颗粒与降低水蒸汽含量。因此能作为输出气体进一步利用。部分输出气体经管道23供入热交换器22。另一部分由第二还原竖炉20产生的输出气体也经压缩机28输送到CO2去除装置17，即直接地或，根据图示实施例，经进入输出气体排放管道14的输送管道29送入然后经CO2去除后用作第二还原竖炉20的还原气体。部分由第二还原竖炉20出来的输出气体经输出气体管30可用作其他目的。根据图1，部分熔炉燃气发生器3产生的还原气体经供入管4分出的支管31输入湿法洗涤塔32，净化后与经支管31离开CO2去除装置17的除去CO2后的输出气体混合，进入还原气体输入管19。因为在还原气体输入管19进入热交换器22之前气体混合，所以，熔炉燃气发生器3产生的、在洗涤塔32中冷却了的那部分还原气体也输送到热交换器22中，然后在复燃器25中加热到直接还原所需的温度。在支管31上设有补偿器31’，通过它，流经支管31和混有除去CO2的输出气体的还原气体(与循环还原气体一起)能保持大致恒定的流量。补偿器31’可以设计成高压或低压储存器，补偿器31’能通过支管31”绕开。部分洗涤塔32产生的还原气体经带有压缩机34的管道33循环进入输入管4，以在进入气体净化装置4’之前调整离开熔炉燃气发生器、处于很热的状态的还原气体，尤其是将其冷却到在竖炉1中直接还原过程所需的理想温度范围。必要时，还原气体也可经图中以虚线表示的平衡管35与竖炉1产生的输出气体混合，以通过分配管道35和31中的压力动量保持恒定的系统压力。因为根据本发明，大部分供入第二还原竖炉20-的还原气体流量不输送到CO2去除装置17，而是(在还原气体的流动方向)仅与由CO2去除装置17排出的那部分还原气体混合由此可以大大减小CO2去除装置的尺寸。根据本发明，可以节省CO2去除装置17的约30％的投资(特殊情况下甚至更多)。本发明更重要的优点是它也能降低CO2去除装置17排出的废气量，这节约了脱硫装置18必要的投资。而且，按本发明装置能增加输送至第二竖炉20的还原气体中的还原剂，因为输送到竖炉20的还原气体不经过CO2去除装置17，没有还原剂随CO2去除装置17的废气一起排放掉。这也使得经CO2去除后的输出气体中CO2剩余气体含量比较高，因此更加节约了在CO2去除装置17的设备与操作上的投入。以及能较大范围承受除去CO2后的输出气体中CO2含量的波动。这能简化操作与控制技术。总之，按本发明装置提高了供入第二竖炉20的还原气体的质量，并因此增加了产量。根据图2所示的实施例，部分熔炉燃气发生器产生的还原气体经除尘旋分器4’，在未洗涤(即未过洗涤塔)时在热的状态经支管31与循环还原气体和除去CO2后的输出气体的混合气体经过热交换器22和复燃器25之后混合。除了图1所示的实施例的优点外，它能够把熔炉燃气发生器3产生的还原气体的显热传递给下一还原竖炉20中的直接还原过程并以有效方式利用。这不仅能在CO2消除装置及在热交换器22和复燃器25的尺寸方面产生节约，而且能在操作中节约能量。虽然热的分支输出的还原气体经除尘旋分器4’后仍有一定量的剩余含量被大量稀释。因此第二还原竖炉20中的直接还原过程的不利效应不需考虑。根据图3所述的本发明的实施例，两个依次顺序排列的流化床反应器36，37相应地作下一个或另外的还原反应器。矿粉由矿粉输送管38输送到第一流化床反应器36并由此经输送管39进入依次排列的流化床反应器37。原料(海绵铁)在每个流化床反应器36，37的流化床直接还原区40还原，彻底还原后，离开第二流化床反应器37进入压块室41，在这里热或冷压成型。矿粉进入第一流化床反应器36之前先经矿石预处理如干燥，该部分未详述。经还原气体输送管19输入流化床反应器37的还原气体在与矿石流成逆流的方向流经气体管42，由流化床反应器37输送到流化床反应器36，即到流化床反应器36、37的流化床直接还原区40，并以顶部气体在矿石流的方向或净化后作为输出气体经输出气体排放管30离开第一流化床反应器36。本发明不仅局限于图示的实施例，还可以在不同的方面改动。例如可以用流化床方式代替以固定床方式操作的竖炉1还原矿粉，即用一个或几个硫化床反应器代替竖炉1。而且，本发明中可以使熔炉燃气发生器的分支输出的部分还原气体不仅经干燥除尘，而且经过洗涤，并在冷的状态下经加热装置22，25之后与竖炉1产生的除去CO2并加热后的输出气体混合。这种情况下，上述输出气体被加热到稍高些的温度以便和分支输出的冷的那部分还原气体的混合物相平衡。但是，以这种方式，加热装置也必须根据输出气体的流量被加工成所需尺寸因此与已有技术相比这也能节约投资。假如用天然气体，可以使用CO2去除装置17的改良装置，这种情况下，不必要分开加热装置22，25。下面通过两个实施例，与根据现有技术的方法对比，更详细地解释本发明的方法根据现有技术的例子(所列数据已四舍五入)根据AT-B-396,255为实例安装的设备输出竖炉1的气体洗涤后可利用的流量为167,411Nm2/h，其化学组成如表I所列根据AT-B-396,255为实例安装的设备输出竖炉1的气体洗涤后可利用的流量为167,411Nm2/h，其化学组成如表I所列表I该气体经压缩机压缩后，进入CO2去除装置除去CO2离开CO2去除装置的含CO2废气的流量为50,811Nm2/h，其化学组成如表II所列，该气体须处理。表II大量除去CO2并作为还原气体用于下一直接还原过程的输出气体的流量为115,643Nm3/h，其化学组成如表III所列。表III</tables>现在，该还原气体必须加热到直接还原所需的温度，加热后该气体的流量为116,585Nm3/h，其化学组成如表IV所列。表IV</tables>本实例中，下一还原过程产生的输出气体不再循环，即不再输送到CO2去除装置以便再作为还原气体用于下一直接还原过程。根据本发明的实例(所列数据已四舍五入)中竖炉1产生的输出气体洗涤后可作下一步使用的流量为127,458Nm3/h，其化学组成如表V所列。表V</tables>洗涤后的输出气体经过压缩机16压缩和CO2消除如在CO2去除装置17中进行CO2压力变动吸附。由CO2去除装置17中的输出的废气的流量为47,011Nm3/h，其化学组成如表VI所列。表VI离开CO2去除装置，由管道19供入下一直接还原过程的还原区21的输出气体的流量为79,718Nm3/h，其化学组成如表VII所列。表VII</tables>根据本发明，由熔炉燃气发生器8产生，经管道31分支输出的还原气体的流量为39,952Nm3/h，其化学组成如表VIII所列。表VIII</tables>该分支输出的还原气体与离开CO2去除装置17、大量除去CO2后的输出气体混合，因此形成下一直接还原区21的还原气体，其流量为119670Nm3/h，化学组成如表IX所列。表IX</tables>混合后的混和气体在加热装置22或复燃器25中加热，加热后将其以流量120622Nm3/h送入第二竖炉20，其化学成份在表X中列出，将其充分用于在还原区21的直接还原。表X</tables>在本发明的这个实施例中，输送到下一还原区21的还原气体也不掺杂循环还原气体，即下一还原区21产生的输出气体不如图1和图2所示经管道29供入CO2去除装置17，而是排放出去以作他用。由两个实例的比较可以看出，本发明的方法比已有的技术有下列优点·输出气体压缩机16能加工成原来容量的·分开输送竖炉1产生的输出气体与由熔炉燃气发生器3分支输出的还原气体使得由控制技术产生的波动降低，这样使得·压缩机16的操作更平稳；·压缩机16的储备保留量(Reserve)少；·压缩机16的控制简化；·由于必须处理的体积波动降低，经CO2去除装置17的压降更容易保持恒定，并且·CO2去除装置17更平稳，因此使得设备更易于管理。·每吨产品的电能消耗下降约15％，因为·压缩机16的电机尺寸能减小25％多，并且载荷更均匀。·经管道31输送的还原气体中还原剂的产率为100％，这使得产量提高3％到4％。·输送到第二还原区21的还原气体储备器能使气体更有效地输送到加热装置22，25。·CO2去除装置17的尺寸能小许多。·CO2去除装置17能使供入的输出气体CO2分压比较高。·不必严格控制除去CO2后的输出气体中剩余CO2的含量波动被“稀释”即由经管道供入的还原气体补偿了。·CO2去除装置17排出的废气的H2S含量更低，并且·废气更少。权利要求1.由最好是块状的和/或球状的铁矿石和必要时的助熔剂的原料生产熔融生铁或熔融钢预产品和海绵铁的方法，其中原料在还原区(12)直接还原成海绵铁，海绵铁在有碳载体及含氧气体输入的情况下在熔化气化带(8)熔化并生成含CO和H2的还原气体，该气体供入还原区(12)，在那儿反应并以输出气体形式输出，其中该输出气体经CO2消除后，为生产海绵铁，它与熔化气化带(8)产生的部分还原气体作为大量除去CO2的还原气体输入到下一还原区(21)直接还原铁矿石，其特征在于熔化气化带(8)产生的部分还原气体分支输出并不经CO2消除供入下一还原区(21)。2.据权利要求1所述的方法，其特征在于在下一还原区(21)，最好用块状的和/或球状的铁矿石，以固定床方式生产海绵铁。3.据权利要求2所述的方法，其特征在于分支输出的部分还原气体输入下一固定床直接还原区(21)之前先与经CO2消除后的输出气体混合，形成混合的还原气体。4.据权利要求3所述的方法，其特征在于分支输出的部分还原气体要经除尘与洗涤；所述混合气体要加热。5.据权利要求1或2所述的方法，其特征在于只加热除去CO2后的那部分输出气体，并且，该气体加热后与未经CO2消除及加热的分支输出的还原气体部分混合。6.据权利要求5所述的方法，其特征在于分支输出的部分还原气体只经过除尘而不经洗涤。7.据权利要求5所述的方法，其特征在于分支输出的部分还原气体经过除尘和洗涤，并且，经CO2消除后的输出气体加热到稍高于下一还原区(21)的还原气体的理想温度。8.据权利要求1至7的一项或几项所述的方法，其特征在于由于可能超额输入，分支输出的部分还原气体输入下一还原区(21)之前先储存。9.据权利要求1至8之一或几项所述的方法，其特征在于熔化气化带(8)中的压力波动差通过熔化气化带(8)产生的一部分还原气体与还原区(12)输出的未经CO2消除的输出气体混合来平衡。10.据权利要求1、5、6、7、8、9中任一项或几项所述的方法，其特征在于在下一还原区，矿粉以流化床方式(40)还原，并且，分支输出的还原气体供入下一还原区而不加热输出气体。11.据权利要求10所述的方法，其特征在于分两步或几步进行流化床方式的直接还原。12.实现据权利要求1至11之一或几项所述的方法的设备，包括还原一最好是块状的和/或球状的铁矿石的还原炉(1)，熔炉燃气发生器(3)，连接熔炉燃气发生器和还原炉(1)的还原气体输入管(4)，连接还原炉(1)和熔炉燃气发生器(3)且用于还原炉(1)中产生的还原产物的输送管(13)，由还原炉(1)引出的输出气体排放管(14)，输送含氧气体和碳载体进入熔炉燃气发生器(3)的管道(6，7)，熔炉燃气发生器(3)生成的生铁(9)和渣(10)的排出口(11)，和至少一个用来接受铁矿石的另外的还原反应器(20，36，37)，通向该还原反应器(20，36，37)的还原气体输入管(19)，引出该还原反应器(20，36，37)的废气排放管(30)和在该还原反应器(20，36，37)中生成的还原产物的排放装置；其特征在于还原炉(1)的输出气体排放管(14)进入CO2消除装置(17)，另外的还原反应器(20；36，37)的还原气体输入管(19)由该装置引出，经加热除去CO2后的输出气体的加热装置后入另外的还原反应器(20；36，37)，并且，由连接熔炉燃气发生器(3)和还原炉(1)的还原气体输入管(4)分出支管(31)，该支管不经过CO2消除装置(17)进入另外的还原反应器(20；36，37)的还原气体输入管(19)。13.据权利要求12所述的设备，其特征在于另外的还原反应器可设计成适用于最好是状块的和/或球状的铁矿石的固定床反应器(20)；尤其是竖炉(20)。14.据权利要求12或13所述的设备，其特征在于支管(31)不经CO2消除装置(17)和可包括复燃装置(25)的加热装置(22)，进入另外的还原反应器(20；36，37)的还原气体输入管(19)。15.据权利要求12或14所述的设备，其特征在于另外的还原反应器可设计成流化床反应器(36，37)。16.据权利要求15所述的设备，其特征在于可使用顺序连接的两个或几个流化床反应器(36，37)。17.据权利要求12至16之一或几项所述的设备，其特征在于在支管(31)上可设有缓冲储存器(31’)。18.据权利要求17所述的设备，其特征在于缓冲储存器(31’)可由旁路管(31”)绕过。19.据权利要求12至18这一或几项所述的设备，其特征在于支管(31)可经补偿管(35)与输出气体排放管(14)在其进入CO2消除装置(17)之前连接。20.据权利要求1至11中方法生产的生铁或钢预产品制成的商业产品如轧制材料。全文摘要由铁矿石和助燃剂生产熔融生铁或钢预产品和海绵铁的方法，原料在固定床还原区(12)直接还原成海绵铁，在熔化气化带(8)海绵铁熔化并生成含CO和H文档编号C21B11/00GK1161061SQ95195723公开日1997年10月1日申请日期1995年10月12日优先权日1994年10月17日发明者约尔格·迪尔,格拉尔德·罗森菲尔讷,利奥波德·维尔纳·开普林格,康斯坦丁·米廖尼斯,迪特尔·休卡,霍斯特·维辛格申请人:奥地利钢铁联合企业阿尔帕工业设备制造公司