專利名稱：用于預(yù)熱鐵結(jié)塊的方法
用于預(yù)熱鐵結(jié)塊的方法
背景技術(shù)：
在煉鋼中，由所謂的直接還原法自鐵礦生產(chǎn)的鐵結(jié)塊的用途日益
增加?，F(xiàn)在所述的鐵結(jié)塊通常稱為DRI球團(tuán)(也稱為海綿鐵)和HBI型 煤(briquette)。 DRI球團(tuán)為球形并且具有大約15 mm的直徑，HBI型煤 為立方形，尺寸為大約30x50x100 mm。
然而，與廢料相比，在熔煉中，結(jié)塊有許多缺點(diǎn)。這首先因?yàn)橄?述事實(shí)由于加工原因，大約5~8%的鐵作為浮氏體以氧化形式存在。 但是其與廢料相比導(dǎo)致更低空隙體積的物理?xiàng)l件也妨礙了熔煉。因此， 例如在電弧爐中，與用于熔煉廢料的400kWh/t的鋼相比，用于熔煉結(jié) 塊需要大約600 kWh/t的鋼。
為了減少該不利狀況，例如，在大約650。C的溫度將DRI球團(tuán)從 直接還原工藝直接加料到熔煉爐中，從而節(jié)省了大約170kWh/t的鋼。 如果直接還原設(shè)備和熔煉部件在空間上靠近，當(dāng)然只能使用這個(gè)直接 連接。用于該目的的設(shè)備是精心設(shè)計(jì)的。
"Transactions，，(p.ll, vol. 28， 1988)，,中也描述了通過^吏熔爐廢氣通 過HBI型煤床而用于預(yù)熱HBI型煤的方法。因?yàn)樵谳^高溫度下的強(qiáng)氧 化作用，預(yù)熱溫度應(yīng)在70(TC以下。在這個(gè)溫度只少量還原了認(rèn)為是8 %的浮氏體含量，并且在加入含碳鐵浴(carbonaceous iron bath)時(shí)導(dǎo)致 熔渣不受控制地起泡。該說明書和附圖進(jìn)一步表明廢氣在高溫離開HBI 型煤床。有效的預(yù)熱時(shí)間認(rèn)為是5~ 10分鐘。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的根本問題在于避免鐵結(jié)塊熔煉中存在的相對(duì)大的缺點(diǎn)， 并表現(xiàn)了有利地利用在其他情況下不利的所述結(jié)塊的物理?xiàng)l件用于預(yù) 熱方法的新方式，因此顯著地降低了用于熔煉的能量。
該問題的解決方案通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法而實(shí)現(xiàn)。所述 方法的有益發(fā)展在從屬權(quán)利要求中闡明。
本發(fā)明的基礎(chǔ)是下述令人驚奇的發(fā)現(xiàn)當(dāng)加熱氣體在特定條件下 流經(jīng)鐵結(jié)塊床時(shí)，加熱氣體的溫度不是線性下降，而是加熱氣體在薄 層中幾乎完全被冷卻。所述層的層厚度取決于鐵結(jié)塊。所述層厚度對(duì) 球團(tuán)為大約20 ~ 30 cm以及對(duì)型煤為大約50 cm。因此在加熱過程期間， 溫度前沿(temperature front)沿所述床移動(dòng)，并且離開床的加熱氣體在完 全加熱總裝料前不久保持低溫。這使得可以循環(huán)用于加熱的惰性氣體 而不必額外冷卻。具體而言，在加熱過程開始，大約800~ IIO(TC的流 入溫度時(shí)，離開床的加熱氣體的溫度大約為室溫或者，即在大約10度 左右的范圍內(nèi)。只有當(dāng)溫度前沿經(jīng)過幾乎整個(gè)床時(shí)，離開床的加熱氣 體的溫度開始升高，并且在加熱過程結(jié)束時(shí)，其達(dá)到約180~220°C。
基于結(jié)塊床的自由表面，當(dāng)對(duì)于DRI球團(tuán)，循環(huán)加熱氣體的平均 氣流速度為6,000NmVhm2以下，并且對(duì)于HBI型煤，其為 12,000NmVhm2以下時(shí)，可以獲得本發(fā)明的在結(jié)塊床中溫度分布的作 用。對(duì)于每1 m2的DRI球團(tuán)的結(jié)塊床自由表面，平均氣流速度優(yōu)選在 大約1,000到4,000 NmVh之間，且更優(yōu)選在大約1,500到3,000 NmVh 之間，以及對(duì)于每1 m2的HBI型煤的結(jié)塊床自由表面，平均氣流速度 優(yōu)選在大約2,000到7,000 Nm3/h之間，且更優(yōu)選在大約2,500到5,000
NmVh之間。該量度標(biāo)準(zhǔn)初看是不合理的。結(jié)果該預(yù)熱時(shí)間太長(zhǎng)，從而
如果總產(chǎn)物需要預(yù)熱，對(duì)于一個(gè)熔煉容器不得不使用多個(gè)預(yù)熱部件。 預(yù)熱時(shí)間越長(zhǎng)，因此相應(yīng)地導(dǎo)致越高的熱損失。然而，對(duì)于所述加熱 過程而言優(yōu)點(diǎn)占優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檠h(huán)的惰性氣體在離開被加熱的結(jié)塊床后 不必冷卻，從而總熱效率高于如果進(jìn)行較快加熱的總熱效率。此外， 所述用于加熱的設(shè)備更簡(jiǎn)單。
對(duì)于所述的惰性氣體流動(dòng)速度的界限值應(yīng)理解為總加熱期間的平
均數(shù)。例如，當(dāng)加熱DRI球團(tuán)時(shí)加熱循環(huán)的上半時(shí)期間，氣體流動(dòng)速 度可以在8,000 NmVhn^以下。然后在下半時(shí)期間，氣體量持續(xù)降低到 1 ，000 NmVhm2。例如，人們也可以在6,000 NmVhm2開始并將總量持續(xù) 降低到1,000 NmVhm2。當(dāng)加熱HBI型煤時(shí)，在加熱循環(huán)的上半時(shí)期間， 氣體流動(dòng)速度可以例如為14,000 Nm3/hm2，然后在下半時(shí)期間，氣體 量持續(xù)降低到2,000 Nm3/hm2。然而，人們也可以在12,000 Nm3/hm2開 始并將加熱氣體的總量持續(xù)降低到2,000 NmVhm2。在兩個(gè)實(shí)施例中所 述的操作模式都具有的結(jié)果是，在總加熱時(shí)間內(nèi)，加熱容器中壓力的 降低保持大致恒定。
為了滿足本發(fā)明的條件，必需相應(yīng)地調(diào)整加熱容器的幾何形狀。 因此，在用于加熱DRI球團(tuán)的預(yù)熱容器中，凈容器直徑與凈容器高度 的比應(yīng)在0.5到1.5之間。平均凈容器直徑應(yīng)大約與球團(tuán)層的高度一樣。
在用于加熱HBI型煤的預(yù)熱容器中，容器直徑與容器高度的比應(yīng) 在1至3之間。平均凈容器直徑應(yīng)大約為結(jié)塊層厚度的一半。
所述條件適用于具有圓形橫截面的容器。當(dāng)然所述條件可相應(yīng)地 轉(zhuǎn)用到任何其它幾何形狀中。
根據(jù)本發(fā)明，如果加熱流從上面流到所述床上并從上到下流過床 是有益的。如果在具有這種操作模式的下部分提供圓錐形斜度則更有 益。然而，在用于加熱容器的上述幾何形狀中，不考慮所述部分。
已證明，下部區(qū)域中的形狀使在DRI床的幾乎完全均勻加熱方面
有可能獲得有益效果。如果下部區(qū)域的橫截面減小到上部加熱容器的
橫截面的大約1/3時(shí)，則可比橫截面恒定時(shí)更好地加熱床的最后部分。
令人驚奇地，已證明，所述再循環(huán)的"惰性氣體"可以為空氣。 在加熱過程開始時(shí)，空氣中的氧引起大約0.1%量的鐵氧化，但是其后 又被還原。僅很短時(shí)間后，空氣中存在的氧的量與鐵結(jié)合，然后用于 加熱過程的循環(huán)氣體僅僅由 一 夂氧化氣體組成。
在預(yù)熱鐵結(jié)塊時(shí)，浮氏體含量的高還原度有決定性的重要性。其 降低了大約25%的用于熔煉的能量需求。但是其通過防止另外偶然發(fā) 生的熔渣起泡，也使通常實(shí)用的含碳鐵浴的加入更簡(jiǎn)單。
已令人驚奇地證明，在本發(fā)明的方法中結(jié)塊的浮氏體含量幾乎完 全被還原。其解釋為可能正好在浮氏體還原發(fā)生時(shí)，循環(huán)惰性氣體的 CO含量非常快地升高，從而為浮氏體還原創(chuàng)造了最佳條件。如果加熱
化對(duì)于此目的是足夠的。
本發(fā)明的減少循環(huán)氣體量和加熱容器的下部分中橫截面的圓錐斜 面有利于也在加熱容器的下部分中的結(jié)塊的浮氏體含量的高還原度。
浮氏體還原引起形成相當(dāng)大量的CO，其被燒掉或被收集且用作用 于熱交換器的燃料氣體，從而這可替代大約一半的能量需求。
因此本發(fā)明的方法以兩種方式有利于重要的浮氏體含量還原。其 為循環(huán)氣體的高CO含量和相對(duì)長(zhǎng)的加熱時(shí)間。
已證明，通過測(cè)定離開預(yù)熱容器的廢氣的溫度，可以簡(jiǎn)單的方式
控制本發(fā)明海綿鐵的加熱條件。如果廢氣的溫度超過200。C,減小加熱 氣流。用于最佳加熱的條件一般是可重復(fù)的。然而需要偶爾的調(diào)整， 因?yàn)榫哂休^小粒度的結(jié)塊部分或者精細(xì)部分會(huì)在加熱容器中的數(shù)量和 局部分布方面波動(dòng)。
結(jié)塊的預(yù)熱溫度應(yīng)在800。C到I，IO(TC之間。此外，如果結(jié)塊的C 含量至少為2%是有益的。這兩個(gè)條件有利于浮氏體含量的完全還原。
以在高預(yù)熱溫度下不燒結(jié)的方式處理球團(tuán)的表面也屬于本發(fā)明的 本質(zhì)。從豎爐中的直接還原法中已知這種處理。球團(tuán)揚(yáng)起的粉末一般 由MgO、 CaO或其復(fù)合物組成。在這個(gè)處理中，可以使用最高達(dá)1,100 。C的預(yù)熱溫度。
本發(fā)明方法的應(yīng)用使在電弧爐中熔煉結(jié)塊的能量需求降低到200 kWh/t鋼以下。通過高預(yù)熱溫度，在熔煉過程中也更容易耐受礦石的較 高的礦渣含量。


附圖中示出了進(jìn)行本發(fā)明的方法的示例性設(shè)備。所述設(shè)備由加熱 容器、用于加熱惰性氣體的再生裝置、風(fēng)扇和濾布組成。該再生裝置 可以為整體再生塔(bulk regenerator)。然而，除了再生塔外，可以使用 回流換熱器。這使裝置更簡(jiǎn)單，但是降低了最高可能溫度和熱效率。
具體實(shí)施例方式
在濾布中分離的灰塵為金屬的且因此是可自燃的。因此需要采取 相應(yīng)的措施使過濾器總是充滿惰性氣體。灰塵可以被簡(jiǎn)單地氧化，然
而，如果氣體富集了少量水蒸汽，20。C的飽和溫度是足夠的。
特別優(yōu)選的實(shí)施方式在于改變本方法的整體再生塔的組合。在這 種情況下，用充分增加的疏松材料的層厚度運(yùn)轉(zhuǎn)該再生塔。放射狀流 過的疏松層的厚度通常為大約60cm，在本發(fā)明的應(yīng)用中大約為兩倍。 因此，儲(chǔ)存的熱足以加熱整個(gè)DRI裝料。這也導(dǎo)致用于惰性氣體循環(huán) 的需要的壓力的有益組合。在整體再生塔中壓力下降持續(xù)減少時(shí)，其 在預(yù)熱容器中升高。因此在加熱過程中進(jìn)行壓力下降的特定調(diào)節(jié)。
加熱容器的形狀是重要的。讓我們以加料50t海綿鐵的加熱為例。 對(duì)于50t的DRI球團(tuán)，需要容器的內(nèi)部體積為大約30 m3。容器具有 3.3 m的凈直徑和圓柱部分為4m的高度，其中大約3.5 m充滿球團(tuán)。 在所述球團(tuán)上保留了引入熱惰性氣體的自由空間。熱氣體從上到下流 經(jīng)填充物。容器的下部分由圓錐斜面組成，該圓錐斜面的下部分有排 出冷卻的惰性氣體的出口。
為加熱裝料，將總共40,000 Nm3的惰性氣體量流經(jīng)要加熱的球團(tuán)。 根據(jù)本發(fā)明，人們以8,000 NmVhn^惰性氣體流動(dòng)速度開始。在加熱容 器直徑3.3 m時(shí)，橫截面為8.6 m2以及氣體流動(dòng)速度為68,800 NmVh。 IO分鐘后，在40分鐘內(nèi)氣體的量持續(xù)降低到1,000 NmVhm2?？偧訜?時(shí)間為大約50分鐘。加熱循環(huán)末端廢氣溫度為180°C。不必冷卻循環(huán) 惰性氣體。
讓我們以加料50 t的HBI的加熱為第二個(gè)實(shí)施例。對(duì)于50 t的HBI, 需要大約20 m3容器內(nèi)部體積。該容器具有2 m的凈直徑和6 m圓柱部
分的高度，其中大約5.5 m充滿HBI。在所述床上保留引入惰性氣體 的自由空間。熱氣從上到下流經(jīng)填充物。容器的下部分由圓錐斜面組 成，其下部分有用于排出冷卻惰性氣體的出口。
為加熱裝料，總共40,000 Nm3惰性氣體量流經(jīng)要加熱的床。根據(jù) 本發(fā)明，以7,000 Nm3/hm2惰性氣體流動(dòng)速度開始。在加熱容器直徑為 2 m時(shí)， 一黃截面為3.1 m2以及氣體流動(dòng)速度為21,700 Nm3 /h。 20分鐘 后在2小時(shí)內(nèi)氣體量持續(xù)降低到3,000 Nm3 /hm2?？偧訜釙r(shí)間大約為 2.3小時(shí)。加熱循環(huán)末端廢氣溫度為180°C。不必冷卻循環(huán)惰性氣體。
可通過在加熱容器底部的滑道形封閉裝置將加熱后的球團(tuán)加料到 熔煉容器中。然而，將容器進(jìn)行設(shè)計(jì)以使其具有加料盒的形狀，然后 上邊界成為可移動(dòng)的或鉸接蓋是有利的。然后當(dāng)加入廢料時(shí)，通過傾 倒到熔煉容器中將預(yù)熱后的結(jié)塊清空。
與熔煉容器連接的持續(xù)預(yù)熱是難以構(gòu)思的。因此對(duì)于在20分鐘內(nèi) 持續(xù)加料的50 t的球團(tuán)，需要使用120,000 Nm3 /h的加熱氣體流動(dòng)速 度，這需要非常精細(xì)的再生裝置和高壓力。對(duì)于加熱容器，這也導(dǎo)致 不可實(shí)現(xiàn)的條件。
這里提供了特別優(yōu)點(diǎn)。然而不限于這種結(jié)合。其可以結(jié)合任何熔煉部 件而使用。例如，熔煉部件也可以為轉(zhuǎn)換器(converter)。預(yù)熱DRI可能 顯著增加DRI的加入。這里，使用與具有反應(yīng)氣體的熱氣后燃燒的底 部吹動(dòng)轉(zhuǎn)換器(bottom blown converter)結(jié)合的方法特別有利。對(duì)于球團(tuán) 中大約4%的碳含量，應(yīng)用本發(fā)明的方法而不進(jìn)一步提供能量和液體生 鐵，在這種轉(zhuǎn)換器中可以制備液體鋼。
本發(fā)明的方法不局限于加熱所述的鐵結(jié)塊。鐵合金常常具有與HBI
型煤相似的結(jié)塊尺寸，但是其在結(jié)塊尺寸中具有相當(dāng)大的波動(dòng)幅度。。 這些物質(zhì)也可在根據(jù)本發(fā)明的裝置中加熱。對(duì)于較高的小尺寸部分， 在本發(fā)明范圍的下限內(nèi)工作是有利的，即加熱容器的直徑與高度的比
應(yīng)為大約l,以及氣體的量應(yīng)在5,000Nm3/hm2以下。根據(jù)顆粒的譜圖 實(shí)驗(yàn)確定最佳值。本發(fā)明的教導(dǎo)使得顯著節(jié)省了用于熔煉的能量，并 相應(yīng)地增加了生產(chǎn)力。
權(quán)利要求
1、一種通過熱氣流預(yù)熱鐵結(jié)塊的方法，其包括以下步驟在鐵結(jié)塊床中提供鐵結(jié)塊；在熱交換器中將氣體加熱到預(yù)熱溫度；以及使熱氣通過鐵結(jié)塊床，所述氣體流動(dòng)速度使鐵結(jié)塊床中相對(duì)薄的層上發(fā)生熱氣溫度的下降，從而在加熱過程中使溫度前沿沿所述床移動(dòng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟通過重 新加熱氣體并使所述氣體重新經(jīng)過鐵結(jié)塊床而重新使用離開鐵結(jié)塊床 的氣體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，熱的循環(huán)氣體流經(jīng)所 述鐵結(jié)塊床，因此所述氣體將大部分熱能轉(zhuǎn)移到所述結(jié)塊上，然后又 在熱交換器中被加熱到預(yù)熱溫度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1 ~3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，基于1 1112的 所述結(jié)塊床的表面，在整個(gè)加熱時(shí)間內(nèi)的加熱氣體流動(dòng)速度的平均值 為4,000 Nm3/h以下乘以以cm測(cè)定的所述結(jié)塊的直徑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)于 預(yù)熱DRI球團(tuán)，所述加熱氣體流動(dòng)速度的平均值為6,000 Nm3/hm、V、 下。
6、 才艮據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)于預(yù)熱HBI型煤，所述加熱氣體流動(dòng)速度的平均值為12,000 NmVhn^以下。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述 加熱氣體從上經(jīng)過自由空間而通過結(jié)塊床。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，碳含 量為2~5%的鐵結(jié)塊通過具有800°C ~ uoo。c溫度的惰性加熱氣體加熱。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1~8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述 加熱氣體的壓力以l永動(dòng)方式變化。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1 ~9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，基于 平均壓力，所述壓力的變化最高達(dá)到20。/。。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1~10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通 過廢氣溫度控制所述氣體流動(dòng)速度。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 11中任一項(xiàng)所述的預(yù)熱方法，其特征在于， 在預(yù)熱DRI J求團(tuán)時(shí)，將DRI床的高度和橫截面的比調(diào)整到0.5到1.5 之間。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1 11中任一項(xiàng)所述的預(yù)熱方法，其特征在于， 在預(yù)熱HBI型煤時(shí)，將HBI型煤床的高度和橫截面的比調(diào)整到1到3 之間。
14、根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的預(yù)熱方法，其特征在于， 通過在圓錐孔的橫截面減小到所述加熱容器的橫截面的至少1/3處排 出所述循環(huán)加熱氣體。
全文摘要
一種通過熱氣流預(yù)熱鐵結(jié)塊的方法，其包括以下步驟在鐵結(jié)塊床中提供鐵結(jié)塊；在熱交換器中將氣體加熱到預(yù)熱溫度；以及使熱氣通過鐵結(jié)塊床，所述氣體流動(dòng)速度使鐵結(jié)塊床中相對(duì)薄的層上發(fā)生熱氣溫度的下降，從而在加熱過程中使溫度前沿沿所述床移動(dòng)。
文檔編號(hào)C21B13/00GK101184854SQ200680018509
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2006年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月4日
發(fā)明者布羅茨曼·卡爾 申請(qǐng)人:薩斯特股份公司