专利名称：生产热金属的方法
技术领域：
本发明涉及生产生铁水的方法，其原料由优选为块状和/或球团状的铁矿石和必要时的添加剂构成，添加剂优选为石灰石和/或白云石，并且该原材料在还原区被还原为海绵铁，该海绵铁在添加了固体载碳体和含氧气体的条件下在熔融/气化区被熔化以获得生铁水，并且至少被部分地引入还原区的还原气体在其中转化为炉顶煤气且被排出，而且形成了炉渣。本发明还涉及实施该方法的设备。
由DE PS 35 03 493已知这样的一种方法。在这种方法中，提供一台直接还原的竖炉，同铁矿石一起加入载碳体，该载碳体至少部分地对还原气体中已被铁矿石的还原所氧化了的那些组分进行再还原。这种方法的意图一方面是防止铁矿石颗粒和/或海绵铁颗粒的结块，但主要是改善熔融气化炉的热平衡，因此其在直接还原竖炉方面的效果在于减少了含CO和H2的气体量且从而减少了还原气体量。
然而，在直接还原的竖炉中还原气体量的减少不再是最新成就。由熔融气化炉和直接还原的竖炉组成的系统的显著经济价值归因于从直接还原的竖炉中排出的炉顶煤气可以(必要时在经过气体洗涤之后)再度用作还原气体和/或可加热利用的气体。因此还原气体量的减少也削弱了这样一种方法的经济效益。
在某些铁矿石的还原中，产生这样的问题，即装填在原料床中的每吨矿石的空隙体积并不足以使为矿石通过还原竖炉还原所需要的还原气体量通过。这可能有许多原因高体积密度，或小的矿石平均颗粒尺寸，粗的颗粒尺寸分布或大的细粒比例，或者在还原过程中矿石颗粒或团粒显著的颗粒碎裂，或由于机械应力所致。所述空隙体积在这里理解为原料床中的空洞体积。非常小的空隙体积导致海绵铁的不充分的和/或波动的金属化，这是由于，除了非常小的还原气体量以外，气体在还原竖炉内部的分布也是不均匀的。事实上，通道可以形成在原料床内部，还原气体优选流入其中，而其他的区域得到的流入气体不再是充分的，或根本没有气体流入。
此外，不均匀的气体分布还导致原料床中不均匀的温度分布，这对包含在原料中的添加剂、例如石灰石和/或白云石的煅烧产生负面影响。由于在直接还原的竖炉中没有达到金属化和/或煅烧。这些必须最后在熔融一气化炉中来完成，这也导致熔融一气化炉的熔融性能降低并且导致其生产不是完全稳定的。
欧洲专利EP 0623684A公开了一种方法，其中将含有煤粉和以金属形式与氧化物形式存在的铁的废料和残渣按照它们的组成分别收集和聚集成三类，第一类主要包含氧化物形式的铁，第二类主要包含金属形式的铁，而第三类主要包含碳素物。它们的利用是通过将第一类物质供给至还原区而将第二和第三类物质供给至熔融气化区来实现的。
然而，特别是在还原区中采用含有氧化铁的聚集块不是一种用于增加原料床中的空隙度的适用的方法，因为这些聚集块往往导致颗粒碎裂并且具有非常低的机械稳定性。
本发明的目的是提供一种方法，其中与技术现状相比增加了的还原气体量能够通过还原竖炉，并且由于已使气体更为均匀地分布，海绵铁和添加剂的金属化和煅烧程度都增加了并更为均匀。
按照本发明，这个目的以这样的方式达到，即还与原料一起向还原区供给另外的块状添加剂，这些添加剂在还原区的反应条件下基本上是惰性的。
对此，“惰性的”应理解为基本上是化学惰性，也就是说该另外的添加剂与还原气体起化学反应而对原料只有微不足道的或根本没有反应。而且，“惰性的”还应理解为是基本上完全耐热应力和耐机械应力的。然而，少量的气体如CO2和/或H2O的排出是可能的。因此，另外的添加剂并不会遭受由于在向还原区引入时发生的冲击式加热或者由于在进一步的反应过程中位于添加剂上面的原料床其余部分而引起的颗粒碎裂或者增大的腐蚀。
所述另外的添加剂基本上不变地移过还原区。原料床中每吨矿石的空隙体积由于加入了惰性的块状添加剂而被增大了。
按照本发明方法的一个优选的实施方案，可以将增大的还原气体量从熔融气化区通过还原区。还原气体量此时比为还原铁矿石所需要的量大了约5至50％，优选为20至40％。由于增大了空隙体积，原料床内通道的形成和结块的情况也减少了，因此使气体的分布更为均匀，而且结果是整体上提高了原料的金属化和煅烧并使之更为均匀。
有利地是，所采用的另外的添加剂为焦炭和/或炉渣组分的载体，焦炭在反应条件下基本上是惰性的，炉渣的主要组分是CaO和/或MgO和/或SiO2和/或Al2O3。
尽管在上述技术现状中显然要求装填于直接还原的竖炉中的焦炭至少部分地与还原气体起化学反应，但在这种情况下却不需要，因为另外的添加剂的平均颗粒尺寸在通过还原区的过程中不会改变。本发明所采用的这样一种焦炭例如在通过一层薄的灰分层时被变成惰性的。同样在本发明采用的炉渣组分载体的情况中，并不存在与原料或还原气体起化学反应的问题。
按照一个优选的实施方案，采用来自炼钢转炉和/或高炉和/或电炉和/或来自熔融气化区的石英和/或炉渣作为另外的添加剂。
除了这些材料对本发明方法有很好的适用性之外，采用炉渣还能至少部分地利用在炼铁和炼钢工业中产生的炉渣。迄今为止，这些炉渣一般是被丢弃，最好也不过是另外应用于建筑材料工业中。
因此，采用来自炼钢转炉、特别是来自通过氧气顶吹(LD)法操作的炼钢转炉的炉渣是特别优选的。这些炉渣具有特别低的含磷量并因此不会使任何磷附加地引入与还原区相邻的熔融气化区。
有利地是，另外的添加剂的平均颗粒尺寸为6至40mm，优选为10至25mm。这个范围的颗粒尺寸基本上相当于剩余原料的颗粒尺寸并因此能使其增大原料床的透气性且使透气性更为均匀。
按照本发明方法的另一有利的实施方案，另外的添加剂的体积占供给还原区的全部材料总体积的5至30％，优选为5至20％。在这个范围内，还原区中的原料床具有最佳的透气性，最佳的原料金属化和/或煅烧的程度，还原区可达到的最佳的还原性能以及熔融气化区的最佳的熔融性能。
本发明还涉及实施一种方法的设备，该方法用于由优选为块状和/或球团状铁矿石和必要时的添加剂构成的原料来生产生铁水，添加剂优选为石灰石和/或白云石，该设备包括一个用于铁矿石的还原反应器，一个熔融-气化炉，一个将熔融气化炉连接至还原反应器的供给管道、该管道用于输送在熔融气化炉中形成的还原气体，一个或多个将还原反应器连接至熔融-气化炉的输送管线、该输送管线用于输送在还原反应器中形成的还原产物，一始自还原反应器的炉顶煤气排出管道，一个用于将载碳体引入熔融气化炉的供给管道，和用于将含氧气体引入熔融气化炉的供给管道，以及一个设置在熔融气化炉上的用于生铁和炉渣的流出口。
这样一种设备的特征在于用于添加另外的块状添加剂的装填装置设置在还原反应器上，这些块状添加剂在还原反应器中通行的反应条件下基本上是惰性的。
按照一个优选的实施方案，用于控制由还原反应器排出的炉顶煤气容积流量的装置设置在炉顶煤气排出管中。这些装置可以设计成例如一个可调节的阀门。借助对炉顶煤气容积流量的调节，同时也调节了按照本发明增加的进入还原反应器的还原气体的容积流量。
有利地是，一排出管由将熔融-气化炉连接至还原反应器的还原气体供给管道分支出来，并且通过它排出未供入还原反应器中的那部分还原气体。优选地，一压力调节装置设置在这个排出管中，该装置通常预设到一限定的压力，以便当超过这个压力时从系统中排出还原气体。
有利地是，用于另外的添加剂的装填装置包括一称量装置，借助该装置可调节其相对于剩余原料所要求的定量比率。
以下参照一示例性的实施方案更详细地说明本发明的方法竖炉中的原料(没有惰性材料)矿石150吨/小时石灰石15吨/小时白云石10吨/小时还原气体157000m3/小时空隙度约45％海绵铁的金属化程度约80％添加剂的煅烧程度约80％导出的特性工艺数据还原气体/m3装料约2050m3还原气体/吨矿石或球团矿约1050m3竖炉中的原料(具有惰性材料)矿石140吨/小时白云石5.5吨/小时氧气项吹转炉(LD)炉渣28.5吨/小时还原气体166000m3/小时空隙度约45％海绵铁的金属化程度＞90％添加剂的煅烧程度＞85％导出的特性工艺数据还原气体/m3装料约2050m3还原气体/吨矿石或颗粒约1180m3，具体地说增加了约12％的气体在各个情况下气体容积系统意指标准状态，也就是说273.15K和101325Pa。
以下参照示于
图1中的示例性实施方案更详细地说明本发明，该图示意地表示用于实施本发明方法的设备的一个优选的实施方案。
包含如矿石4等氧化铁(必要时加入如石灰石和/或白云石等未煅烧的添加剂5)的块状原料从上部经由供给管道3装入设计成竖炉1的还原反应器中，也就是说装入其还原区2。竖炉1连接于熔融-气化炉6，其中由载碳体和含氧气体产生还原气体，该还原气体经由供给管道7输入竖炉1并经过后者逆流流向原料4、5。
此外，另外的添加剂8借助装填装置9引入还原反应器1。装填装置配备有称量装置，借助称量装置可调节另外的添加剂8相对于原料4、5的定量比率或体积比率。
熔融气化炉6具有用于固体块状载碳体的供给管道10和用于含氧气体的供给管道12。在熔融气化炉6中，生铁水14和炉渣15汇集在熔融-气化区13的下部并经由排出口16排出。
在竖炉1的还原区2中被部分或全部还原成海绵铁的原料4、5经由一个或多个输送管线17例如借助螺旋输送机被送入熔融气化炉6。竖炉1的上部邻接有用于在还原区2中形成的炉顶煤气的排出管道18．炉顶煤气排出管道18包括装置19，例如一可调节的阀门，用以调节排离竖炉1的炉顶煤气的容积流量。设置在炉顶煤气排出管道18中的装置19还调节经由还原气体供给管道7引入竖炉1中的还原气体的体积。
从还原气体供给管道7分支出排出管道20，通过管道20排出未进入还原反应器1的还原气体。排出管道20可以包括一压力调节装置21。压力调节装置21通常预设到一限定的压力，以便当超过这个压力时将还原气体排离系统。
输入竖炉1的还原气体的容积通过压力调节装置21和用于调节容积流量的装置19互相配合来加以控制。
本发明不限于图1中所示的示例性实施方案，而且包括本领域的技术人员已知的、能够用来实施本发明的全部装置。
权利要求
1．生产生铁水的方法，其原料由优选为块状和/或球团状的铁矿石和必要时的添加剂构成，添加剂优选为石灰石和/或白云石，该原料在还原区被还原为海绵铁，该海绵铁在添加了固体载碳体和含氧气体的条件下在熔融-气化区被熔化以获得生铁水，并且至少被部分地引入还原区的还原气体在其中转化为炉顶煤气且被排出，而且形成炉渣，其特征在于，还与原料一起向还原区供给另外的块状添加剂，这些添加剂在还原区的反应条件下基本上是惰性的。
2．按照权利要求1的方法，其特征在于，引入还原区的还原气体量与还原铁矿石所需要的量相比大了约5至50％，优选20至40％。
3．按照权利要求1或2的方法，其特征在于，所采用的另外的添加剂为焦炭和/或炉渣组分的载体，焦炭在反应条件下基本上是惰性的，炉渣的主要组分是CaO和/或MgO和/或SiO2和/或Al2O3。
4．按照权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，所采用的另外的添加剂是来自炼钢转炉和/或高炉和/或电炉和/或来自熔融气化区的石英和/或炉渣。
5．按照权利要求4的方法，其特征在于，所采用的另外的添加剂是来自炼钢转炉、特别是来自通过LD法操作的炼钢转炉的炉渣。
6．按照权利要求1至5中任一项的方法，其特征在于，另外的添加剂的平均颗粒尺寸为6至40mm，优选为10至25mm。
7．按照权利要求1至6中任一项方法，其特征在于，另外的添加剂的体积占供给至还原区的全部材料总体积的5至30％，优选为5至20％。
8．用于由原料(4，5)生产生铁水的设备，其原料(4，5)由优选为块状和/或球团状铁矿石(4)和必要时的添加剂(5)构成，添加剂优选为石灰石和/或白云石，该设备包括一个用于铁矿石的还原反应器(1)，一个熔融气化炉(6)、一个将熔融气化炉(6)连接至还原反应器(1)的供给管道(7)、该管道用于输送在熔融气化炉(6)中形成的还原气体，一个或多个将还原反应器(1)连接至熔融气化炉(6)的输送管线(17)、该输送管线用于输送在还原反应器中形成的还原产物，一始自还原反应器(1)的炉顶煤气排出管道(18)，一个用于将载碳体(11)引入熔融气化炉(6)的供给管道(10)，和用于将含氧气体引入熔融气化炉(6)的供给管道(12)，以及一个设置在熔融气化炉上的用于生铁(14)和炉渣(15)的流出口(16)，其特征在于，用于添加另外的块状添加剂(8)的装填装置(9)设置在还原反应器(1)上，这些块状添加剂在还原反应器(1)中通行的反应条件下基本上是惰性的。
9．按照权利要求8的设备，其特征在于，用于对排离还原反应器(1)的炉顶煤气的容积流量进行调节的装置(19)设置在炉顶煤气排出管道中。
10．按照权利要求8或9的设备，其特征在于排出管道(20)从还原气体供给管道(7)分支出来。
11．按照权利要求8至10中任一项的设备，其特征在于在排出管道(20)中设有压力调节装置(21)。
12．按照权利要求8至11中任一项的设备，其特征在于用于另外的添加剂(8)的装填装置(9)包括一称量装置。
全文摘要
本发明涉及生产生铁水的方法,其原料由优选为块状和/或球团状的铁矿石和必要时的添加剂构成,添加剂优选为石灰石和/或白云石,该原料在还原区被还原为海绵铁。该海绵铁在添加了固体载碳体和含氧气体的条件下在熔融气化区被熔化以获得生铁水,并且生成了还原气体和炉渣。还原气体至少被部分地引入还原区,在此反应生成炉顶煤气且被排出。本发明还涉及实施该方法的设备。
文档编号C21B13/14GK1285880SQ98813116
公开日2001年2月28日 申请日期1998年12月22日 优先权日1998年1月15日
发明者P·扎赫蒂, J·乌尔姆, J·斯托金格, H·米泽利 申请人:沃斯特－阿尔派因工业设备制造有限公司