專利名稱:用煤生產(chǎn)鐵水的方法與裝置的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于熔池氣化器—熔爐的改進(jìn)措施，該氣化器—熔爐以連續(xù)熔化的鐵供給熔池的方式來冶煉鐵水。本發(fā)明的方法特別適合于非冶金煤的使用。
大家都知道向氣化器—熔爐的底部喂入煤粉和氧氣，以及吹入氧氣燃燒從熔池中放出的煤氣，以便加熱和熔化喂入爐子頂部的鐵裝料。但是，碰到的困難是熔池加熱效率低下，并且又是局部燃燒。
威伯等人的美國專利4,317,677講授了一種流體化床的氣化器，其中在爐床的上方形成煤的流體化床。經(jīng)由氣化器的側(cè)面引入水或蒸氣和/或碳?xì)浠衔?，而氧氣也在氣化器?cè)面的較低的高質(zhì)處噴入。直接把流體床氣化器同在氣化器上面的直接還原爐連接在一起，從氣化器逸出的煤氣，被凈化、冷卻，然后引入爐內(nèi)，作為還原氣體。從爐子放出的直接還原鐵液滴直接通過流體化爐床進(jìn)入金屬熔池。這種方法同本發(fā)明的方法有著明顯的區(qū)別，本發(fā)明中氣化器-熔爐逸出的氣體同一些回收氣體混合并引入豎爐，爐頂廢氣被凈化和冷卻，爾后一部分氣體同氣化器的氣體混合，第二部分氣體被直接引入氣化器—熔爐中。本發(fā)明較任何先前已知的熔池氣化器能更有效率的使用氣體。
其他有關(guān)熔池氣化器的現(xiàn)有技術(shù)專利包括哈特維格的專利4,007,034，莫范的專利2,750,278，桑曾貝奇爾的專利4,238,226和哈利的專利2889,219，他們均沒有采用流體化床技術(shù)。
另一個(gè)眾所周知的方法是采用由熔池煤氣化器—熔爐的煤氣來冶煉直接還原的生鐵。在該方法中，生產(chǎn)出要求輸出的剩余氣體供直接還原組合裝置以外的使用，或適合于直接還原裝置的通用設(shè)備的使用都是不合乎要求的。采用所產(chǎn)生的氣體來冶煉高金屬化的直接還原鐵，這種直接還原裝置一般生產(chǎn)含有大約92％金屬化的產(chǎn)品。
本發(fā)明的一種高效率的生產(chǎn)鐵水的方法和裝置，是采用非冶金用煤在與一個(gè)直接還原爐連接的鐵水熔池氣化器-熔爐里的煤氣化作用而實(shí)現(xiàn)的，并且利用了由直接還原爐輸出的氣體和固體。
本發(fā)明的主要目的是提供一種從直接還原鐵生產(chǎn)出熔融金屬的方法，而有效地利用直接還原裝置內(nèi)的能量。
本發(fā)明的一個(gè)目也是提供一種利用直接還原方法的部分還原廢氣的全部化學(xué)能，提供給氣化器-熔爐所需要的燃料來生產(chǎn)鐵水的方法。
如果有一個(gè)特定的生產(chǎn)場地的條件，本發(fā)明的另一個(gè)目的是利用由還原爐放出的部分廢氣或爐頂氣體的全部化學(xué)能量，提供給氣化器—熔爐熔化直接還原鐵所需的燃料，以及保證直接還原裝置中的能量有效的再利用。
參考下面詳細(xì)的描述和附圖可更好地理解所有發(fā)明的目的，其中該簡單的圖解是本發(fā)明方法的示意流程圖，其表示要實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法所需要的全部設(shè)備。
現(xiàn)在參考附圖可以看到，鐵水氣化器-熔爐(10)在它的底墻裝有一個(gè)或更多的風(fēng)口(12)，每個(gè)風(fēng)口與氧源(14)和煤粉源(16)連接。氣化器-熔爐(10)具有直接還原鐵的引入裝置(18)，以及一個(gè)由氧源(21)提供氧燃料和由管線(22)提供回收氣體的氧燃料燒嘴(20)。氣化器一熔爐具有一個(gè)成品氣體出口(24)，造渣料的噴入裝置(26)，出鐵口(28)和出渣口(30)。
直接還原爐(40)裝有氧化鐵進(jìn)料口(42)(在爐了的頂部)，在爐子兩端之間的還原氣體的進(jìn)口裝置(44)和在爐子底部的直接還原鐵產(chǎn)品的出口(46)。在爐了的頂端裝有一個(gè)反應(yīng)過的氣體出口或排出口(48)，該出口與滌氣器(52)連通。污泥在(54)處以泥漿的形式被排出。滌氣器的氣體出口管線(56)同三個(gè)氣體管線(58)、(60)和(62)連接。
氣體管線(58)與蒸氣裝置(64)連通，并為蒸氣裝置提供可燃的燃料氣體。氣體管線(60)連接到二氧化碳分離裝置(66)上。蒸氣在(68)處進(jìn)入二氧化碳分離裝置。二氧化碳在(70)處排出，而貧二氧化碳的氣體在(72)處排出。如果想要，或如果在操作中別處需要，那末可以從裝置的(62)外排放出輸出的燃料氣體。
貧二氧化碳的氣體再被分成二部分，一部分通過導(dǎo)管(73)進(jìn)入氣體混合器(74)(調(diào)節(jié)混合器)。第二部分通過導(dǎo)管(22)進(jìn)入氣化器—熔爐(10)的氧燃料燒嘴(20)。
在操作過程中，鐵水氣化器-熔爐(10)通過位于氣化器—熔爐底部的風(fēng)口得到煤粉和氧的混合物。從直接還原爐提供直接還原鐵，最好是以金屬化的鐵粉料供給。如果以大顆粒狀供料，則通過氣化器—熔爐頂部喂入金屬化的鐵粉，或者如果以磨得很細(xì)的粉末狀供料，則通過氣化器—熔爐底部喂入金屬化的鐵粉。從F供料源來的造渣料是由石灰或白云石和其他造渣溶劑一起組成的，根據(jù)要求通過管線(26)或通過氣化器—熔爐底部的風(fēng)口(12)把造渣料加到氣化器-熔爐中。造渣料中的氧化鈣起到維持渣的流動(dòng)性的作用，并作為一種脫硫劑，以便脫走氣化器—熔爐中產(chǎn)生的大部分硫磺氣體。為一提供額外的熱量，以便熔化添加到氣化器-熔爐中所有的金屬化鐵粉，把從管道(22)出來的回收氣體供給安裝在氣化器—熔爐頂上的自動(dòng)冷卻的氧燃料燒嘴(20)，回收氣體是經(jīng)過處理后產(chǎn)生的水份和貧二氧化碳的氣體。
氣化器-熔爐的成品氣體通過出口(24)排出輸送到一個(gè)混合裝置(74)，在那里貧二氧化碳的爐頂氣體被加熱，以便把從氣化器—熔爐中出來的成品氣體的溫度調(diào)正到760-900℃。通過進(jìn)口(44)把調(diào)正的氣體引入到直接還原爐(40)，在爐里它用作還原氣體，把氣化鐵還原成一種直接還原鐵的高金屬化的形狀。最好，把從直接還原爐的成品出口處(46)排出的所有直接還原鐵裝到氣化器-熔爐(10)中。然而，有些直接還原鐵可以在(80)處移到料堆(82)，為氣化器-熔爐以后使用，或在(83)處取出作別的用途。料堆(82)處額外的金屬化鐵粉，不是以冷狀態(tài)，就是以預(yù)熱狀態(tài)在管道(84)中與直接還原鐵混合形成氣化器—熔爐的裝料。
當(dāng)氣體同還原爐中的氧化鐵對流地反應(yīng)時(shí)，在由熱力學(xué)限度引起的氫和一氧化碳的全部利用的情況下，接近平衡勢壘。因此，從還原爐出來的爐頂氣體含有有用的氫和一氧化碳。
為了準(zhǔn)備再使用，爐頂氣體在冷卻器一滌氣器〔52〕中被冷卻和凈化。在冷卻過程中，通過間接的熱交換，有可能產(chǎn)生一些蒸氣，這些蒸氣為二氧化碳分離裝置中的再生部件所需要的。于是，小部分冷卻和凈化了的爐頂氣體轉(zhuǎn)到蒸氣裝置(64)，作為燃料來產(chǎn)生全部或至少剩余部分所需要的蒸氣。剩余部分的凈化了爐頂氣體用壓縮機(jī)(65)進(jìn)行壓縮，并輸送到二氧化碳分離裝置(66)。在二氧化碳分離裝置(66)中所產(chǎn)生的貧二氧化碳的回收氣體將提供氣化器-熔爐(10)氧燃料燒嘴(20)用的燃料，并且也將提供所需的氣體，以便把混合器(74)中的氣化器—熔爐的成品氣體溫度調(diào)正到如上所述的用于還原所要求的溫度范圍。
該系統(tǒng)的平衡好得驚人，從而導(dǎo)致出乎意外高的效率和低的煤需求量。如果由于煤化學(xué)成分的變動(dòng)，產(chǎn)生了額外的爐頂氣體，則添加到氧氣-燃料燒嘴里的用于再加熱的回收氣體更多，需要加到氣化器—熔爐的煤/氧混合料則更少。如果需要更多的回收氣體供給低于化學(xué)計(jì)量的氧—燃料燒嘴，則熔池溫度會從1500℃降低丁1400℃，因此，從使用的回收氣體中釋放掉一部分，用作燒嘴燃料的調(diào)節(jié)氣體，如果需要再更多的回收氣體，則用熱的煤氣來產(chǎn)生蒸氣，因而也得釋放回收氣體用于調(diào)節(jié)和用作燒嘴燃料。
為了說明本方法的操作性能，曾計(jì)算出熔池氣化器—熔爐在1500℃操作時(shí)的性能。本方法所選擇的系統(tǒng)包括通過回收氧化鐵還原爐放出的熱爐頂氣體(也稱為還原廢氣體)的能量進(jìn)行間接熱交換產(chǎn)生蒸氣。用能效高的二氧化碳分離裝置來去除二氧化碳，例如采用熱碳酸鉀方法之一。用燃燒凈化了的爐頂氣體來產(chǎn)生二氧化碳分離裝置所需要的剩余蒸氣。在該實(shí)例中，氣化器-熔爐的成品氣體的顯熱沒有產(chǎn)生蒸氣。氣化器-熔爐采用干燥粉狀的薩爾煤。低于化學(xué)計(jì)量的燒嘴采用貧二氧化碳?xì)怏w，以便提供為熔化加入到氣化器-熔爐內(nèi)的所有直接還原鐵所需要的額外熱量。沒有生產(chǎn)出超出界區(qū)的輸出氣體，盡管其他一些操作條件能提供一些輸出氣體。表I列出了薩爾煤的化學(xué)分析。
表I薩爾煤粉在沒有水分的基礎(chǔ)上的分析碳 75.2重量％氫 5.0氮 1.5氧 9.0硫 1.6灰分 7.7在原料煤中的水分為0.025公斤/公斤無水分，煤較低的發(fā)熱值(無水分)為7230仟卡/公斤。
表II和III給出了每噸鐵水和每噸直接還原鐵的重要的固體顆粒分析和固體顆粒的流量。
表II每噸固體顆粒流量噸/噸直接還原鐵 噸/噸鐵水氧化鐵 1.41 1.49石灰 0.059 0.062直接還原鐵(生產(chǎn)/消耗) 1.0 1.055煤(無水分的) 0.435 0.549表III原材料、中間產(chǎn)品和成品的含鐵量分析Fe2O3FeO Fe 脈石 C氧化鐵 97.0 - - 3.0 -直接還原鐵 - 8.4 86.0 4.1 1.5鐵水* - - 96.8 - 3.0*鐵水成分精確加起來不到100％。，這是因?yàn)楹泄璧仍亍?br>表IV和V給出了重要的氣體分析和流量。
表IV一些重要的氣流氣分析氣流 CO CO2H2H2O CH4Ar+N2氧 - - - - - 2原料氣體 61.0 6.0 22.0 8.5 - 2.5到還原爐的氣體 55.3 5.5 29.4 2.9 0.8 6.1爐頂氣體 34.7 25.9 21.1 11.2 1.0 6.1回收的貧二氧 53.8 1.0 32.7 1.5 1.5 9.5化碳?xì)怏w表V每噸直接還原鐵所需的氣體流量氣流 流量氧(98) 345標(biāo)準(zhǔn)立方米原料氣體 1012”到還原爐的氣體 2059爐頂氣體 2039回收的貧二氧化碳?xì)怏w 1189調(diào)節(jié)的回收氣體 1047到氣化器—熔爐的回收氣體 142除去的二氧化碳 465蒸氣生產(chǎn) 883公斤回收爐頂氣體執(zhí)量所產(chǎn)生的蒸氣百分?jǐn)?shù) 34％給蒸氣裝置作燃料的爐頂氣體百分?jǐn)?shù) 9.7％原料氣體的溫度為815℃。當(dāng)在這些條件下操作時(shí)，煤的需要量是以每噸鐵水要求3.44×106仟卡(高熱值)或3.32×106仟卡(低熱值)熱量計(jì)算。
直接還原爐(40)可以是一種豎爐或一種流體化床爐。爐了的低部(88)可以構(gòu)成一個(gè)冷卻區(qū)，以便冷卻金屬化的還原鐵產(chǎn)品。
為了全部利用系統(tǒng)中的有效能，在氣化器的氣體導(dǎo)管(92)中，或在爐頂氣體的導(dǎo)管(94)中安裝蒸氣發(fā)生器(90)。
顯然從上述的說明可以作出其他一些改進(jìn)，并且這些改進(jìn)仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)鐵水的裝置包括a.鐵水熔池的氣化器—熔爐；b.關(guān)聯(lián)的直接還原豎爐，在它的爐頂上具有氧化金屬的加料裝置，在爐底處具有金屬化產(chǎn)品的排除裝置；c.向上述氣化器—熔爐的底部引入煤粉和氧氣的裝置；d.向上述氣化器—熔爐引入直接還原鐵的進(jìn)口裝置；e.在上述氣化器—熔爐頂部的氣化氣的出口裝置；f.與上述氣化氣出口和上述直接還原豎爐的還原氣體的進(jìn)口連通的第一導(dǎo)管；g.在上述第一導(dǎo)管中的氣體混合器；h.一臺滌氣—冷卻器；i.在上述豎爐頂處的反應(yīng)了的爐頂氣體出口裝置；j.與上述滌氣—冷卻器和上述反應(yīng)了的爐頂氣體出口連通的第二導(dǎo)管；k.二氧化碳分離裝置；l.與上述滌氣—冷卻器和上述二氧化碳分離裝置連通的第三導(dǎo)管，m.與上述二氧化碳分離裝置和上述氣體混合器連通的第四導(dǎo)管。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其進(jìn)一步包括與上述第二導(dǎo)管連通的蒸氣鍋爐。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其進(jìn)一步包括與上述二氧化碳分離裝置和上述氣化器—熔爐連通的第五導(dǎo)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的裝置，其進(jìn)一步包括輸出氣體的分離裝置，該分離裝置用以分離凈化和冷卻的反應(yīng)了的爐頂氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其進(jìn)一步包括把氮?dú)庖肷鲜鰵饣鳌蹱t中熔池表面上的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其進(jìn)一步包括在上所氣化器—熔爐里的，把造渣料引入上述氣化器—熔爐中的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的裝置，其進(jìn)一步包括與上述第五導(dǎo)管連通的蒸氣發(fā)生器。
8.一種生產(chǎn)鐵水的方法包括a.把粉煤和氧氣引入到密封的氣化器—熔爐室；b.把直接還原鐵輸入到氣化器—熔爐中；c.在氣化器—熔爐內(nèi)，把上述煤和氧反應(yīng)而產(chǎn)生一種氣化氣體；d.把氣化氣體從氣化器—熔爐的爐頂排放出來；e.把上述氣化氣體同從直接還原爐來的貧二氧化碳的爐頂廢氣混合，而形成還原氣體；f.把還原氣體輸送到直接還原爐的進(jìn)口；g.把氧化金屬加入到上述還原爐中，并從那里取出金屬化的產(chǎn)品；h.把反應(yīng)了的爐頂氣體從直接還原爐的爐頂排除出去；i.冷卻和凈化被排除的反應(yīng)了的爐頂氣體，以便形成上述的貧二氧化碳的爐頂廢氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的方法，其進(jìn)一步包括在氣化器—熔爐中燃燒部分上述貧二氧化碳?xì)怏w，以便提供額外的熱量。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的方法，其進(jìn)一步包括把直接還原鐵注入到氣化器—熔爐中熔池的表面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的方法，其進(jìn)一步包括把直接還原鐵部分地注入到氣化器—熔爐中熔池的表面上，以及部分通過熔池表面以下的風(fēng)眼。
12.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的方法，其進(jìn)一步包括利用直接還原爐的爐頂氣體的廢熱，以便通過間接的熱交換產(chǎn)生蒸氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的方法，其進(jìn)一步包括通過間接熱交換利用氣化氣體的廢熱。
14.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的方法，其進(jìn)一步包括排放出冷卻和凈化的爐頂氣體，作輸出燃料。
專利摘要
一種用于鐵水生產(chǎn)的高效率的方法和裝置，是采用通過鐵水氣化器-熔爐中煤的氣化作用而實(shí)現(xiàn)的。氣化器-熔爐同直接還原豎爐連接，并且利用豎爐輸出的氣體和固體。當(dāng)使用非冶金用煤時(shí)，本方法是特別有效的。
文檔編號C21B13/14GK86106723SQ86106723
公開日1987年4月1日 申請日期1986年9月30日
發(fā)明者弗蘭克·弗吉爾·薩默斯, 約翰·庫姆斯·斯卡利特, 戴維·查爾斯·邁斯納, 格倫·E·霍夫曼 申請人:米德雷克斯康鹿特丹國際公司蘇黎世分公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan