專利名稱：含金屬特別是含鐵礦石的粒狀材料的還原方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及在至少兩步工藝中還原含鐵礦石的粒狀特別是微粒狀材料的方法，其中，還原氣通過至少兩個連續(xù)串連排列并且由移動的粒狀材料形成的反應區(qū)，且粒狀材料按與還原氣相反的順序通過反應區(qū)，粒狀材料分別在排列在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)被加熱和在另外的反應區(qū)或另外的多個反應區(qū)內(nèi)被還原。
這種方法在US-A-5082251、WO-A-92/02458和EP-A-0571358中是已知的。按照US-A-5082251，在高壓下利用還原氣，使富鐵的粉礦在串連排列的流化床反應器系統(tǒng)中被還原。然后將如此生產(chǎn)的鐵粉熱壓或冷壓成型。
在傳統(tǒng)的重整爐中用過熱水蒸汽將脫硫預熱后的天然氣催化重整，生成還原氣。然后在熱交換器中將重整氣冷卻，然后借助于鐵氧化物催化劑通過CO變換提高還原氣中的H2比例。然后在CO2洗滌器中除去形成的CO2和來自重整器的CO2。
這種氣體與只是部分消耗的還原氣(頂部氣體)混合后加熱，粉礦在三個步驟(三個流化床反應器)中逆流還原。
首先將礦物流干燥，然后篩分。然后使礦物進入其中燃燒天然氣的預熱反應器。在這三個連續(xù)反應器中，粉礦在高壓下被還原。
由EP-A-0571358可知，粉礦還原時，不僅利用其與H2的強吸熱反應，而且還利用其與CO的放熱反應。從而可以大幅降低操作成本，特別是其中涉及的能源成本。
根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)，由于已知工藝的動力學使得直接還原涉及到在直接還原過程中在從外向內(nèi)不斷生長的及在含鐵氧化物材料的每一個顆粒或粒子上形成的層中形成磁鐵礦。實踐已經(jīng)證明形成的磁鐵礦對還原氣的直接還原有抑制作用。因此，為了使加入的含鐵氧化物的材料差不多完全還原，只有提高成本。
形成磁鐵礦的反應動力學受氣體和固體組成的影響。還原氣分子必須由外部氣流通過粘附氣體邊界層，再通過大孔和小孔到達反應位。在反應位上氧分解。氧化后的氣體原路返回。因此，礦粒是從外向內(nèi)還原。因為分解的氧離開空的空間，而礦粒的原始體積幾乎不收縮，所以礦粒的孔隙率增加。反應前端從外向內(nèi)移動，進入礦粒。致密層的存在使得還原氣的濃度從外向內(nèi)下降。氣體首先由外通過已經(jīng)還原的殼層擴散，直至反應前端，氣體在此反應后，作為反應產(chǎn)品反向擴散。多孔表面的存在使得在反應前端孔壁上發(fā)生相界面反應，同時，氣體還向內(nèi)擴散。礦粒表面上磁鐵礦致密層的存在使得反應動力學受到抑制，因為正是該層阻礙了還原氣的擴散，從而使還原氣不能以與多孔礦粒同樣的方式進行質(zhì)量傳遞。
磁鐵礦層的形成非常迅速，即形成速度越快，含鐵氧化物材料的溫度越接近約580℃的極限溫度。根據(jù)Baur-Glaessner圖，這種磁鐵礦致密層在鐵礦粒表面上的形成主要發(fā)生在與還原氣接觸時鐵礦石溫度為580℃時。鐵礦石的溫度低于400℃時，盡管其仍與還原氣接觸，但是磁鐵礦的形成速度放慢，結(jié)果將緩慢地形成磁鐵礦致密層。
為了在后續(xù)還原步驟中很大程度地分別將上述形成的磁鐵礦或磁鐵礦和金屬鐵的混合物轉(zhuǎn)化為金屬態(tài)，需要在后續(xù)處理步驟中有更長的停留時間或更高的固體和/或氣體溫度。
這些現(xiàn)象導致很多缺點-因為在后續(xù)還原步驟中停留更長的時間，所以會形成更多的來自固體的磨損，-這種磨損的增強金屬化使得材料附聚的趨勢增強，-該材料形成的流化床的流化性能明顯劣化，-在旋風分離器、降落管(料腿)和運輸管(豎管)中形成粘結(jié)，-產(chǎn)品輸送所產(chǎn)生的問題，-最終產(chǎn)品的金屬化程度低。
另外，產(chǎn)生的問題還涉及需要提高還原度、更高的粉塵排放量(從而增加了氧化物的損耗)和大量的廢物。特別需要提供在排列在首位的流化床區(qū)內(nèi)具有高還原勢的還原氣。
從WO-A-99/09220可知為了利用還原氣的還原勢及其顯熱，將第一流化床區(qū)內(nèi)含鐵氧化物材料的溫度調(diào)節(jié)到低于400℃，或高于580℃，或400-580℃，其中，當溫度調(diào)節(jié)到低于400℃時，在含鐵氧化物材料的流動方向上排列在第一流化床區(qū)后面的流化床區(qū)中，材料要在10分鐘內(nèi)，優(yōu)選在5分鐘內(nèi)通過400-580℃的溫度區(qū)；其中，當溫度調(diào)節(jié)到高于580℃時，最多要在10分鐘內(nèi)，優(yōu)選在5分鐘內(nèi)通過400-580℃的溫度區(qū)；其中，當溫度調(diào)節(jié)到400-580℃時，含鐵氧化物的材料在該溫度范圍內(nèi)最多停留10分鐘，優(yōu)選5分鐘，在達到所需溫度后立即進入下一個流化床區(qū)。
通過這些措施可以將磁鐵礦層的形成降低到可接受的程度。
根據(jù)WO-A-99/09220中所述的工藝，在從400℃加熱到580℃的過程中，含鐵氧化物材料的溫度轉(zhuǎn)換要在盡可能短的時間內(nèi)完成，并且要避免在臨界溫度范圍內(nèi)停留。快速經(jīng)過該溫度范圍時，盡管還原氣分別顯示出很高或最佳的還原勢，但是磁鐵礦的形成極其溫和。
本發(fā)明是對已知的WO-A-99/09220中發(fā)明工藝的進一步發(fā)展，將已經(jīng)在第一反應區(qū)內(nèi)的打算還原的粒狀材料加熱到盡可能高的預熱溫度，從而可以在很大程度上，或者甚至完全避免難以還原的相如鐵礦石中磁鐵礦的形成，也不會出現(xiàn)這些相的上述缺點。特別是能夠避免預熱的時間限制，使得單位時間內(nèi)材料的變化僅取決于還原，而不取決于預熱。
對于鐵礦石來說，本發(fā)明要達到的目的是為了達到最大的預熱溫度，調(diào)節(jié)加入第一反應區(qū)內(nèi)的還原氣，使還原氣的氧化程度升高，或者使還原氣的溫度降低，或者這兩種措施結(jié)合使用，使得盡管粒狀材料的預熱溫度在還原反應開始的界限范圍內(nèi)，但沒有或幾乎沒有還原反應發(fā)生，從而在排在第二位的用于鐵礦石的反應區(qū)內(nèi)，將溫度調(diào)節(jié)為至少約600℃，優(yōu)選600-700℃，特別是620-660℃，并將含鐵氧化物的材料還原成方鐵礦。
為了使待還原的粒狀材料達到最高的預熱溫度，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選形式，調(diào)節(jié)加入第一反應區(qū)內(nèi)的還原氣，使還原氣的氧化程度升高，或者使還原氣的溫度降低，或者這兩種措施結(jié)合使用，使得盡管粒狀材料的預熱溫度在還原反應開始的界限范圍內(nèi)，但沒有或幾乎沒有還原反應發(fā)生，從而在排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)，使最大還原速度保持為每分鐘脫除0.2％的氧，優(yōu)選每分鐘脫除0.05％的氧。該方法特別適用于鐵礦石。
由“Steel Times International”，2001年3月，第20和22頁可知，通過用噴水的方法將預熱反應器的反應器溫度降低到約400℃可以抑制磁鐵礦的形成。這樣做確實能夠有效避免磁鐵礦的形成，但其代價是犧牲了預熱溫度，因此，為了在排在首位的用于粒狀材料的還原區(qū)后面的反應區(qū)內(nèi)加熱待還原的材料，必須增加能量供應。
根據(jù)本發(fā)明，可以達到高于現(xiàn)有技術(shù)中的預熱溫度，所述預熱溫度甚至可以更高，以致于只要未處理的還原氣被預熱后發(fā)生還原反應，但通過升高還原氣的氧化程度能夠防止還原反應的發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明，必須將粒狀材料的預熱溫度加熱到由預熱氣導致的還原反應開始發(fā)生的界限范圍內(nèi)。
這樣做，可以在排在首位的用于粒狀材料的還原器內(nèi)有更長的停留時間，從而可以調(diào)節(jié)材料的流動，即通過該反應器進入后續(xù)還原工藝的流速。對于還原工藝來說，則不需要考慮預熱。
優(yōu)選地，對溫度和氧化程度的調(diào)節(jié)獨立于任何用于還原粒狀材料的新鮮還原氣進行，即同時要避免對用于最終還原粒狀材料的新加入的還原氣的化學組成和溫度產(chǎn)生任何影響。
本發(fā)明的方法特別適用于微粒材料，即粒度最大為12mm，優(yōu)選最大為10mm的材料，其形式可以是單一顆粒或顆粒帶。
根據(jù)本發(fā)明，在第一反應區(qū)內(nèi)，將溫度調(diào)節(jié)到350-550℃，優(yōu)選400-470℃。
利用本發(fā)明達到的高預熱溫度，可以分別在排在第二位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)和任選存在的其它反應區(qū)內(nèi)，調(diào)節(jié)與未進行熱交換時相比已經(jīng)下降的溫度。
有利地是，對排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)是通過向該反應區(qū)和/或供給該反應區(qū)的還原氣中注入液態(tài)和/或氣態(tài)的水進行的。
根據(jù)另一個優(yōu)選實施方案，對排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)是通過向該反應區(qū)和/或供給該反應區(qū)的還原氣中混合冷氣進行的，例如，混合冷CO2和/或冷還原氣。
另一個合適的實施方案的特征在于，對排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)的還原氣氧化程度的調(diào)節(jié)是通過向該反應區(qū)和/或供給該反應區(qū)的還原氣中加入氣態(tài)和/或液態(tài)的水進行的。
但是，對排在首位的用于粒狀材料的還原區(qū)內(nèi)的還原氣氧化程度的調(diào)節(jié)還可以通過向該反應區(qū)和/或供給該反應區(qū)的還原氣中注入CO2和/或CO2/H2O混合物進行。
利用本發(fā)明，可以使粒狀材料在排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)的平均停留時間至多為40分鐘，優(yōu)選至多為30分鐘，可以將排在末位的用于鐵礦石的反應區(qū)內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)到760-850℃，優(yōu)選770-800℃。通過后一個措施，可以避免在鐵礦石還原成海綿鐵的過程中殘余在流化床內(nèi)的顆?！罢辰Y(jié)”-附聚。
通過下面的一個或多個措施可以適當?shù)貙崿F(xiàn)本發(fā)明·改變新鮮還原氣的氧化程度，·調(diào)節(jié)還原氣的溫度，·調(diào)節(jié)在用于鐵礦石的第二個反應區(qū)后面的反應區(qū)內(nèi)的停留時間，·調(diào)節(jié)還原氣的具體量，·調(diào)節(jié)還原氣的組成，特別是改變還原氣中甲烷的含量和/或惰性氣體的含量。
優(yōu)選地，在材料的流動方向上，從排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)后面排列的反應區(qū)內(nèi)出來的還原氣在冷卻和洗滌后只部分導入第一反應區(qū)，優(yōu)選地，從排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)出來的還原氣至少部分再循環(huán)到第一反應區(qū)內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，應當使還原氣中的CO含量低于20％，優(yōu)選為4-10％，在排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)，將還原氣的蒸汽/碳比調(diào)節(jié)到2.5-5，優(yōu)選2.5-4。
為了避免含金屬的粒狀材料的供給中斷時還原反應中斷，將反應區(qū)內(nèi)的溫度冷卻下來是有利的，優(yōu)選分別通過調(diào)節(jié)還原氣的溫度和/或注入H2O或CO2進行冷卻。
下面利用附圖更詳細地描述本發(fā)明，其中，

圖1示出一個優(yōu)選實施方案的工藝圖。圖2示出Baur-Glaessner圖，其中繪出了沒有采用本發(fā)明的措施時和采用本發(fā)明的措施時的還原過程。圖3a和3b示出利用赤鐵礦粒的還原過程。
圖1所示的裝置有四個流化床反應器1-4，它們依次串連，其中，含鐵氧化物的礦石如粉礦通過礦石料管5加入第一流化床反應器1，在這里被加熱到預定溫度，這一點將在后面更詳細地說明。然后，具有下表所示化學組成的粉礦通過料管6從一個流化床反應器加入另一個流化床反應器，在每一個流化床反應器1-4內(nèi)都形成流化床區(qū)。在壓塊設備7中將完全還原后的材料(海綿鐵)熱壓成型。如果需要，在壓塊過程中用圖中未示出的惰性氣體系統(tǒng)保護還原后的鐵以免再次氧化。
在粉礦加入第一流化床反應器1之前，進行礦石處理，如干燥和篩分，這些都不再詳述。
與礦石流的方向相反，還原氣通過頂部氣體排放管8從流化床反應器4導向流化床反應器3至1，由在氣流方向上排在末位的流化床反應器1作為頂部氣體排出，然后在濕式洗滌器9中冷卻和洗滌。
將通過管道11供應并在脫硫設備12中脫硫的天然氣在重整器10中進行重整，以此生產(chǎn)還原氣。由天然氣和蒸汽形成且離開重整器10的氣體主要由H2、CO、CH2、H2O和CO2組成。這種重整天然氣通過重整氣管道13供入一個或多個熱交換器14，在熱交換器14中被冷卻到80-150℃，從而將氣體中的水分冷凝出來。
用壓縮機15將頂部氣體壓縮后，重整氣管道13進入頂部氣體排放管8。如此形成的混合氣經(jīng)過CO2洗滌器16，除去其中的CO2和H2S。此時即作為還原氣供應。經(jīng)還原氣料管17，在排列在CO2洗滌器16后面的氣體加熱器18中將還原氣加熱到約840℃的還原氣溫度，然后供入在氣流方向上排在首位的流化床反應器4，在流化床反應器4中與粉礦反應，生成直接還原鐵。流化床反應器4-1依次串連；還原氣通過連接管道19從一個流化床反應器進入另一個流化床反應器。流化床反應器的數(shù)目與工藝條件如還原氣的性能、所需的還原梯度等一致。例如，虛線所示的流化床反應器3可以省略，使該工藝可以按三段操作。
為了避免惰性氣體如N2的富集，從氣路8、17、19中排出一部分頂部氣體。排出的頂部氣體通過支管20供給氣體加熱器18，用于加熱還原氣，并在其中燃燒。可能利用由通過料管21供應的天然氣補充欠缺的能量。
在蓄熱器22中用來自重整器10的重整天然氣和重整器煙氣的顯熱預熱經(jīng)過脫硫設備12的天然氣，產(chǎn)生重整所需的蒸汽，預熱通過管道23供給氣體加熱器18的燃燒用空氣，如果需要，還預熱還原氣。還要預熱通過管道24供給重整器10的燃燒用空氣。
為了避免磁鐵礦的形成，或者使磁鐵礦的形成最小化，下面根據(jù)第一個優(yōu)選形式進行還原過程將110t/h的鐵礦石加入流化床反應器1。鐵礦石是干燥的，其溫度約為70℃。
通過管道17供入流化床反應器4的新鮮還原氣的溫度是840℃，其供應量是每噸鐵礦石2150Nm3。其化學組成示于下表。
進入第二流化床反應器時，還原氣的溫度是720℃，進入流化床反應器1時，其溫度是640℃。從流化床反應器1出來時，其溫度是450℃。
在流化床反應器1中，鐵礦石被預熱到約450℃，這一點是通過分別降低供給流化床反應器1的還原氣的還原勢或者提高其氧化程度而不會或幾乎不會形成磁鐵礦來實現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明，這是通過注入溫度為40℃的水進行的。其量是15Nm3/h，其通過管道25直接導入流化床反應器1，或通過管道26供入與流化床反應器2和1連接的管道19中。這樣做可以使還原氣的溫度降低約100℃，同時分別降低還原勢和提高氧化程度，其定義為氧化能力的下降＝(CO2+H2O)/(CO+CO2+H2O+H2)經(jīng)過上段流化床反應器1后，還原氣組成的變化實質(zhì)上僅由加入的水造成，這是因為沒有發(fā)生反應。噴水前后氧化程度的增加分別與噴水量相一致。
預熱至450℃的鐵礦石在流化床反應器2中被部分還原后以640℃的溫度進入流化床反應器3。在流化床反應器4中被完全還原后，其金屬化率是92.5％。
結(jié)果證明盡管存在下述事實鐵礦石被預熱到450℃時，上述用于加熱的還原氣在導入流化床反應器1后具有640℃的溫度，由此可能會造成預還原，但是通過向流化床反應器1中注入水，可以有效避免磁鐵礦的形成。
通過本發(fā)明的措施，可以將被部分消耗的用于加熱鐵礦石的還原氣的還原勢降低到不發(fā)生任何還原反應的程度，從而鐵礦石在流化床反應器1中的停留時間可以任意選擇。試驗證明可能發(fā)生某些非常小的預還原反應，但這對于后續(xù)的流化床反應器2-4中的還原反應來說是微不足道的。這些預反應發(fā)生的最大程度是每分鐘脫除0.2％的氧。大多數(shù)礦石的還原速率是每分鐘脫除低于0.05％的氧。
因此，根據(jù)本發(fā)明，在還原反應開始的界限范圍內(nèi)進行預熱，從而可以盡可能高地保持用于預熱的還原氣的溫度，這樣做的目的首先是為了達到高的預熱溫度，其次是為了能夠調(diào)節(jié)流化床反應器2中的高溫，在此溫度下可以直接形成方鐵礦，而不會受到磁鐵礦的任何抑制。在鐵礦石的還原過程中，其溫度至少要達到約600℃，優(yōu)選620-660℃。
根據(jù)本發(fā)明的一個形式，對高預熱溫度的調(diào)節(jié)還可以用通過管道25和26供應液體CO2流的方法進行，可以用50Nm3/h的CO2流替代上述示例實施方案中加入的水，這樣能夠達到同樣的效果。還可以用CO2和H2O的混合物調(diào)解還原氣。
對于本發(fā)明的方法來說，預熱氣體和待預熱的粒狀材料之間不一定采用逆流，而是可以用各種方法進行熱交換，即還可以用交叉流動的方法。
從圖2的Baur-Glaessner圖可以明顯看出在不采用本發(fā)明的措施的還原工藝中，在排在首位的用于待還原材料的流化床反應器中已經(jīng)形成了磁鐵礦。該工藝用圓點和虛線表示(Baur-Glaessner圖應當理解為熱力學圖，因此是獨立于反應動力學的，也可以看作是還原反應的前期圖)。
在Baur-Glaessner圖用1-4表示的彎曲的虛括弧示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在相同編號的反應器中的還原反應過程，即沒有采用本發(fā)明的措施；小方塊和實線及實括弧1-4示出本發(fā)明的還原過程，例如在相同編號的反應器1-4中的反應過程。
由于采用了本發(fā)明的措施，即流化床反應器1中的溫度降低到約450℃，所以幾乎能夠徹底避免在流化床反應器1中形成磁鐵礦。
圖3A示意性地示出在傳統(tǒng)還原過程中形成磁鐵礦的過程，其中，利用流化床反應器1中的低溫還原反應，在約550℃的溫度下，赤鐵礦粒子形成致密的磁鐵礦，在高溫下在流化床反應器2、3和4中通過后續(xù)還原反應形成包括包封有方鐵礦的致密金屬鐵和覆蓋這些顆粒的磁鐵礦的堅殼帶。與此相反，在圖3B所示的本發(fā)明的還原過程中，在約450℃的溫度下在流化床反應器1中沒有發(fā)生還原反應，因此，流化床反應器1中使用的赤鐵礦原樣進入流化床反應器2。在后續(xù)的流化床反應器3和4中發(fā)生高溫還原反應，從而形成高度多孔的海綿鐵，并且沒有“粘結(jié)”現(xiàn)象。
本發(fā)明的方法對能量平衡有實質(zhì)性改善，這是因為在連續(xù)排列的用于粒狀材料的反應器中，即在流化床反應器2-4中還原氣溫度的降低是可行的，而這是因為在流化床反應器1中的高溫預熱，這與已知的溫度達到50℃或更高的預熱工藝不同，特別是可以降低排在末位的用于粒狀材料的反應器中的還原氣溫度，從而可以大幅降低完全還原的材料，即海綿鐵在流化床中“粘結(jié)”的危險。還能夠改善粉礦在輸送管線中的流動性，其原因同樣是在這種情況下可以使“粘結(jié)”的危險性最小化。其它實質(zhì)性的優(yōu)點是降低了在氣體的加熱、運輸和分配過程中的高溫腐蝕(金屬粉化)的危險。
本發(fā)明的方法的其它實質(zhì)性的優(yōu)點是用簡單的設備就可以在整個反應器級聯(lián)中調(diào)節(jié)溫度分布，因為只需要分別調(diào)節(jié)水量和任選的CO2量就可達到該目的。與此相反，在現(xiàn)有技術(shù)中，必須調(diào)節(jié)氣體量，從而通過不斷改變整個級聯(lián)的壓力來響應空管速度。
本發(fā)明的方法不僅對還原鐵礦石有利，而且對其它金屬氧化物材料也是有利的，如其中金屬在生產(chǎn)硬金屬中作為添加劑的鎢氧化物、釩氧化物或鉬氧化物。
權(quán)利要求
1.一種在至少兩步工藝中還原含鐵礦石的粒狀特別是微粒狀材料的方法，其中，還原氣通過至少兩個連續(xù)串連排列并且由移動的粒狀材料形成的反應區(qū)，且粒狀材料按與還原氣相反的順序通過反應區(qū)，粒狀材料分別在排列在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)被加熱和在另外的反應區(qū)或另外的多個反應區(qū)內(nèi)被還原，其特征在于，為了達到最大的預熱溫度，調(diào)節(jié)加入第一反應區(qū)內(nèi)的還原氣，使還原氣的氧化程度升高，或者使還原氣的溫度降低，或者這兩種措施結(jié)合使用，使得盡管粒狀材料的預熱溫度在還原反應開始的界限范圍內(nèi)，但沒有或幾乎沒有還原反應發(fā)生，從而在排在第二位的用于鐵礦石的反應區(qū)內(nèi)，將溫度調(diào)節(jié)為至少約600℃，優(yōu)選600-700℃，特別是620-660℃，并將含鐵氧化物的材料還原成方鐵礦。
2.一種在至少兩步工藝中還原含金屬的粒狀特別是微粒狀材料的方法，其中，還原氣通過至少兩個連續(xù)串連排列并且由移動的粒狀材料形成的反應區(qū)，且粒狀材料按與還原氣相反的順序通過反應區(qū)，粒狀材料分別在排列在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)被加熱和在另外的反應區(qū)或另外的多個反應區(qū)內(nèi)被還原，其特征在于，為了達到最大的預熱溫度，調(diào)節(jié)加入第一反應區(qū)內(nèi)的還原氣，使還原氣的氧化程度升高，或者使還原氣的溫度降低，或者這兩種措施結(jié)合使用，使得盡管粒狀材料的預熱溫度在還原反應開始的界限范圍內(nèi)，但沒有或幾乎沒有還原反應發(fā)生，從而在排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)，使最大還原速度保持為每分鐘脫除0.2％的氧，優(yōu)選每分鐘脫除0.05％的氧。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，用鐵礦石作為粒狀材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于，在排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)，用還原氣的熱焓調(diào)節(jié)粒狀材料的溫度，并且在該溫度下粒狀材料可能會發(fā)生還原反應，但是，為了避免在該溫度下發(fā)生還原反應，將還原氣的氧化程度升高到在該反應區(qū)內(nèi)不會或幾乎不會發(fā)生還原反應的程度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4一項或多項的方法，其特征在于，對溫度和氧化程度的調(diào)節(jié)獨立于任何用于還原粒狀材料的新鮮還原氣，即同時要避免對用于最終還原粒狀材料的新加入的還原氣的化學組成和溫度產(chǎn)生任何影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5一項或多項的方法，其特征在于，以單一顆?；蝾w粒帶的形式處理微粒狀材料，特別是粒度最大為12mm，優(yōu)選最大為10mm的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3-6一項或多項的方法，其特征在于，在第一反應區(qū)內(nèi)，將溫度調(diào)節(jié)到350-550℃，優(yōu)選400-470℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7一項或多項的方法，其特征在于，分別在排在第二位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)和任選存在的其它反應區(qū)內(nèi)，調(diào)節(jié)與未進行熱交換時相比已經(jīng)下降的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8一項或多項的方法，其特征在于，對排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)是通過向該反應區(qū)和/或供給該反應區(qū)的還原氣中注入液態(tài)和/或氣態(tài)的水進行的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9一項或多項的方法，其特征在于，對排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)是通過向該反應區(qū)和/或供給該反應區(qū)的還原氣中混入冷氣體進行的，例如，混入冷CO2和/或冷還原氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10一項或多項的方法，其特征在于，對排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)的還原氣的氧化程度的調(diào)節(jié)是通過向該反應區(qū)和/或供給該反應區(qū)的還原氣中供應氣態(tài)和/或液態(tài)的水進行的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11一項或多項的方法，其特征在于，對排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)的還原氣氧化程度的調(diào)節(jié)是通過向該反應區(qū)和/或供給該反應區(qū)的還原氣中注入CO2和/或CO2/H2O混合物進行的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12一項或多項的方法，其特征在于，粒狀材料在排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)的平均停留時間至多為40分鐘，優(yōu)選至多為30分鐘。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或3-13一項或多項的方法，其特征在于，將排在末位的用于鐵礦石的反應區(qū)內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)到760-850℃，優(yōu)選770-800℃。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或3-13一項或多項的方法，其特征在于，在排在第二位的用于粒狀鐵礦石的反應區(qū)內(nèi)，通過下面的一個或多個措施調(diào)節(jié)即將形成的方鐵礦的氧化程度·改變新鮮還原氣的氧化程度，·調(diào)節(jié)還原氣的溫度，·調(diào)節(jié)在用于鐵礦石的第二個反應區(qū)后面的反應區(qū)內(nèi)的停留時間，·調(diào)節(jié)還原氣的具體量，·調(diào)節(jié)還原氣的組成，特別是改變還原氣中甲烷的含量和/或惰性氣體的含量。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15一項或多項的方法，其特征在于，在材料的流動方向上，從排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)后面排列的反應區(qū)內(nèi)出來的還原氣在冷卻和洗滌后只部分導入第一反應區(qū)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16一項或多項的方法，其特征在于，從排在首位的用于粒狀材料的反應區(qū)內(nèi)出來的還原氣至少部分再循環(huán)到第一反應區(qū)內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或3-17一項或多項的方法，其特征在于，還原氣中的CO含量低于20％，優(yōu)選為4-10％。
19.根據(jù)權(quán)利要求1或3-18一項或多項的方法，其特征在于，在排在首位的用于粒狀鐵礦石的反應區(qū)內(nèi)，將還原氣中的蒸汽/碳比調(diào)節(jié)到2.5-5，優(yōu)選2.5-4。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-19一項或多項的方法，其特征在于，當含金屬的粒狀材料的供給中斷時，將反應區(qū)內(nèi)的溫度冷卻下來，優(yōu)選分別通過調(diào)節(jié)還原氣的溫度和/或注入H2O或CO2進行冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種還原含鐵礦石的粒狀材料的方法，所述方法包括至少兩個步驟。按照本發(fā)明方法，引導還原氣通過至少兩個連續(xù)串連排列并且由移動的粒狀材料形成的反應區(qū)，所述粒狀材料按與還原氣相反的順序通過反應區(qū)。所述粒狀材料在第一反應區(qū)內(nèi)被加熱，而在另一反應區(qū)內(nèi)被還原。為了達到最大的預熱溫度而不形成磁鐵礦，調(diào)節(jié)加入第一反應區(qū)內(nèi)的還原氣，使得盡管粒狀材料的預熱溫度在還原反應開始的閾值范圍內(nèi)，但沒有或幾乎沒有還原反應發(fā)生，而使還原氣的氧化程度升高和/或使還原氣的溫度降低。在用于鐵礦石的第二反應區(qū)內(nèi)，將溫度設定為至少約600℃，優(yōu)選600－700℃，特別是620－660℃，并使含鐵氧化物的材料還原成方鐵礦。
文檔編號C21B13/06GK1558958SQ02818969
公開日2004年12月29日 申請日期2002年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月27日
發(fā)明者L·W·克普林格, J·萊德特施拉格, J·申克, S·策勒, K·米利昂尼斯, H·奧夫納, Lw 申請人:奧地利鋼鐵聯(lián)合企業(yè)阿爾帕工業(yè)設備制造有限及兩合公司, 奧地利鋼鐵聯(lián)合企業(yè)阿爾帕工業(yè)設備制