用於製造生鐵或液態鋼半成品的方法和設備的製作方法

2023-06-04 21:02:41

專利名稱：用於製造生鐵或液態鋼半成品的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製造生鐵或液態鋼半成品的方法和設備，其中含金屬的、尤其含氧化鐵的爐料和必要時的添加劑在還原區藉助還原氣體至少部分地還原，接著加入到熔化區中並且在輸入碳載體、尤其是焦炭和/或煤炭以及含氧氣的氣體的條件下並且在形成還原氣體的條件下熔化，其中形成的還原氣體輸送到還原區並且在那裡轉化並且必要時在淨化後作為輸出氣體引出。
背景技術：
由現有技術已知，利用噴射氣體可以將細顆粒物質、例如碳載體通過噴射加入到熔化設備中。由此利用噴射氣體和噴射器例如可以將粉末狀碳加入到例如高爐或熔化氣化器中。在此缺陷是，必須使用特殊的噴射氣體如氮氣、空氣或天然氣，它們增大在過程中的惰性氣體體積、尤其在附加地內部氣體回輸時，並引起高的運行成本(對於天然氣、氣流)。

發明內容
因此本發明的目的是，提供一種方法和設備，它們避免在加入細顆粒含碳載體時的缺陷。這個目的通過權利要求1的按照本發明的方法和按照權利要求10的設備得以實現。通過按照本發明的方法，至少一部分輸出氣體在分離C02後用於將粉末狀碳載體加入到熔化區中。由此可以將作為頂氣從還原設備引出並且在淨化後作為輸出氣體存在的還原氣體量減小，並且使在方法中使用的輸出氣體量增大。在方法中作為循環氣體使用的、即重新輸送到方法中的輸出氣體量同樣可以減小，因為代替在傳統的工藝中常見的驅動氣體如氮氣，使用過程自身的氣體，由此降低在循環中輸送的氣體量。由此可以減少用於在方法中輸送輸出氣體必需的能量(例如用於壓縮的電流)，因為在過程氣體中存在極少的惰性氣體成分並因此對於壓縮、加熱和冷卻過程氣體只需使用極少的能量。同樣降低在過程中不能利用的輸出氣體份額，此外可以顯著節省噴射氣體量並且由此降低用於製造生鐵的設備運行成本。作為另一優點，還原氣體或循環氣體不會由於尾氣汙染並由此也不降低還原潛能。此外通過加入還原氣體(從其中已經分離(D2)作為驅動氣體提高了通過氧氣噴嘴或風嘴口提高進行的能量加入，由此可以節省焦炭或碳形式的還原劑。按照本發明方法的有利方案，使產出氣體在至少一個混合室中與粉末狀碳載體(必要時與輸送氣體一起地)匯合，然後加入到熔化區中。產出氣體導致將粉末狀碳載體加入到熔化區中的流動速度明顯提高。可以利用輸送氣體將粉末狀碳載體加入到混合室中。通過輸入產出氣體加速粉末狀碳載體並以更高的速度加入到熔化區中。通過這種提高噴入速度，例如可以避免由於爐渣造成堵塞或由於生鐵飛濺造成損傷。通過壓力和產出氣體量或通過輸送氣體量，可以有針對性地控制加入到熔化區或者適配於工作參數。按照本發明方法的特別有利的方案，與富氧氣體一起將產出氣體和粉末狀碳載體、必要時與輸送氣體一起地加入到熔化區中。粉末狀碳載體作為能量載體並用於形成還原氣體。為此其有利地直接在加入富氧氣體時添加，由此燃燒並由此實現能量加入。有利地是，例如使在熔化區中必需的熱風或富含氧氣的熱風作為富氧氣體，並且與粉末狀碳載體和必要時的輸送氣體一起地加入到熔化區中。按照本發明方法的另一有利方案，所述產出氣體、粉末狀碳載體、必要時輸送氣體和富氧氣體一起地首先噴入到風嘴口或氧氣噴嘴中，然後噴入到熔化區中。風嘴口在高爐中是常見的裝置，通過它可以將熱的、尤其富氧的氣體加入到熔化區中。氧氣噴嘴是熔化還原設備中的裝置，它們將較高O2含量、優選超過90%02的含氧氣體加入到熔化設備的熔化區、例如熔化氣化器中。其大多環形地圍繞熔化區設置，由此實現均勻地加入氣體。有利地可以將上述氣體和粉末狀碳載體一起地噴入到熔化區中，其中使氣體與粉末狀碳載體實現充分混合。按照本發明方法的特殊方案，輸出氣體在(X)2分離裝置中處理前進行壓縮和/或冷卻。通過這些措施一方面可以調節對於CO2分離有利的工作參數，另一方面可以影響產出氣體的壓力和溫度。按照本發明方法的適合方案，在CO2分離裝置中分離的富含CO2的氣體作為尾氣排出，並且尤其與來自還原區的輸出氣體一起地中間存儲。尾氣具有通常劇烈波動的成分，由此也使其熱值不是恆定的。通過中間存儲可以均衡尾氣特性。通過混合多餘的、不作為產出氣體使用的輸出氣體，可以使輸出氣體與尾氣一起地首先存儲並且接著用於外部使用， 例如供提供熱值使用。按照本發明方法的有利方案，在CO2分離裝置中分離的富含CO2的氣體作為尾氣和 /或來自還原區的輸出氣體為了加熱所述產出氣體在加熱裝置中至少部分地燃燒。通過燃燒可以利用尾氣和/或輸出氣體的所含能量並由此實現成本有利地加熱輸出氣體。在燃燒時產生的廢氣被冷卻並且必要時進行淨化。按照本發明方法的另一有利方案，將加熱的產出氣體導入到還原區和/或熔化區中。由此可以明顯提高在方法中保留並且作為循環氣體可以再在還原區、在熔化區或作為產出氣體在熔化區中使用的輸出氣體份額。按照本發明方法的有利方案，將從還原區中引出的還原氣體進行乾式除塵和/或溼式淨化。因為引出的還原氣體具有較大的灰塵載體或細固體顆粒份額，有利的是，首先進行淨化，其中能夠乾式或溼式地淨化處理，但是也可以組合兩種淨化方式。淨化的引出的還原氣體按照本發明可以作為輸出氣體使用或者用於其它應用，例如熱利用。按照本發明用於製造生鐵或液態鋼半成品的設備包括還原設備，在其中可以將含金屬的、尤其含氧化鐵的爐料和必要時的添加劑利用還原氣體至少部分地還原；並且包括熔化設備，將至少部分還原的爐料或添加劑加入到熔化設備中並且可以在輸入碳載體、尤其是焦炭和/或煤炭以及含氧氣的氣體的條件下並且在形成還原氣體的條件下熔化。在熔化設備中形成的還原氣體輸送到還原區並且在那裡轉化，並且必要時在淨化後作為輸出氣體引出。所述設備還包括CO2分離裝置，用於從輸出氣體分離(X)2並且用於形成產出氣體。 CO2分離裝置通過產出氣體管道與至少一個加入裝置為了加入、尤其噴入粉末狀碳載體到熔化設備中而連接。通過ω2分離裝置可以將CO2並優選也將剩餘的水蒸氣(H2O)分離，它們對於熔化過程或同時運行的還原氣體產生和在還原區中的還原是不利的，由此調節高價值的產出氣體，具有高份額的還原成分如一氧化碳(CO)和氫氣(H2)。粉末狀碳載體大量地在許多金屬冶金工藝中使用，例如也在處理塊狀碳時。因此這種加工碳載體的方法主要是經濟方面的優點。同樣可以通過再利用從還原設備引出的還原氣體改善生鐵製造方法的總效率，由此例如可以降低產生每噸生鐵的碳載體總量。通過利用加入粉末狀碳載體到熔化設備的產出氣體能夠不使用常見的噴射氣體如氮氣、液化氣或天然氣。由此由於更低的惰性氣體份額總體上降低過程氣體量，由此也能夠實現更小的設備用於氣體處理或氣體管道。按照本發明裝置的可選擇方案，所述加入裝置具有混合室，用於混合產出氣體與粉末狀碳載體和必要時的輸送氣體，其中該混合室與產出氣體管道和用於輸入粉末狀碳載體的輸送管道處於連接。首先將粉末狀碳載體加入到混合室中，這一點例如可以利用輸送氣體或者也可以通過重力通過輸送管道實現。通過產出氣體管道添加產出氣體施加對於加入必需的噴入速度和噴入能量，由此可以加入粉末狀碳載體到熔化設備中。通過混合室產生產出氣體與粉末狀碳載體之間的充分混合，由此實現均勻地加入。按照本發明裝置的可能的變型方案規定，所述加入裝置具有加入管道，它使混合室與至少一個噴嘴連接。通過噴嘴明顯提高流動速度，由此也能夠以高壓噴入到混合室中，例如在常見的熔化設備中是這種情況。此外又提高粉末狀碳載體充分旋流，由此在熔化設備中實現非常均勻的分布。通過設有多個混合室和/或多個噴嘴可以保證在熔化設備中均勻地分布粉末狀碳載體。按照本發明裝置的特別有利的方案，所述加入裝置具有供給管道，用於加入含氧氣的氣體。粉末狀碳載體可以與含氧氣體一起地加入，其中在加入到熔化設備中時實現粉末狀碳載體和產出氣體的直接燃燒及粉末狀碳載體的氣化。按照本發明裝置的另一可能的方案，所述供給管道和加入管道匯合在噴嘴中。由此該噴嘴形成幾乎均勻的噴嘴射流，它加入到熔化設備中。由此對於加入含氧氣體並對於粉末狀碳載體無需單獨的裝置。它們可以組合到一起。因此對於加入粉末狀碳載體可以利用用於加入含氧氣體本來就已經存在的那些裝置。按照本發明裝置的特別有利的方案，所述噴嘴是高爐的風嘴口或熔化設備的氧氣噴嘴。該風嘴口大多用於加入熱風到熔化設備中。氧氣噴嘴是熔化還原設備中的裝置，它們將高A含量、優選超過90%02的含氧氣體加入到熔化設備的熔化區中。為此設有大多環形的裝置，用於儘可能均勻地加入熱風。但是代替熱風也可以將富氧的氣體、例如氧氣含量大於90%的氣體吹入到熔化設備中。由此可以將富氧氣體和粉末狀碳載體一起地噴入到熔化設備中。通過這個方案保證特別有效地轉化粉末狀碳載體，使它們作為能量載體並且特別好地用於形成還原氣體。按照本發明裝置的有利方案，所述還原設備由高爐的豎井或由還原豎井或由旋流層設備或由旋流層設備串聯組構成，並且所述熔化設備由高爐的下部分或由熔化氣化器構成。由此可以加工非常寬泛的含金屬氧化物或含氧化鐵的爐料和添加劑，其中還原設備例如可以匹配於含金屬氧化物或含氧化鐵的爐料的粒度和成分或者匹配於塊狀碳載體的種類。通過選擇熔化設備同樣可以使本設備和本方法正好與要被加工的含金屬氧化物或含氧化鐵的爐料相協調。按照本發明裝置的可能變型方案規定，在頂氣排出管道中為了從還原設備排出還原氣體設有淨化裝置、尤其是乾式淨化器和/或溼式淨化器。通過淨化裝置分離隨還原氣體從還原設備排出的灰塵載體和例如細的固體顆粒。除了乾式淨化、例如集塵袋、熱氣旋流器、織物過濾器或熱氣過濾器也可以設有溼式淨化器，例如環縫洗滌器或文丘裡洗滌器。此外也能夠實現上述淨化設備的組合。淨化的、從還原設備引出的還原氣體按照本發明可以作為輸出氣體使用或者輸送到其它應用或利用。按照本發明裝置的有利方案，所述淨化裝置利用輸出氣體管道與(X)2分離裝置連接，其中在輸出氣體管道中設置壓縮機和/或至少一個冷卻器。首先壓縮然後冷卻輸出氣體，其中也冷凝並分離大部分水蒸氣(H2O),由此可以建立對於(X)2分離最佳的條件。按照本發明裝置的有利方案，設有加熱裝置，用於在產出氣體加入到還原設備和/ 或熔化設備中之前加熱所述產出氣體，其中該加熱裝置可以通過至少部分地燃燒尾氣和/ 或輸出氣體加熱。由此可以使要加入到熔化設備和/或還原設備中的產出氣體相應地熱匹配。通過在加熱裝置中燃燒尾氣或輸出氣體可以特別成本有利地加熱所述產出氣體。通過使加熱裝置與熔化設備並與還原設備連接的管道可以導入加熱的產出氣體。也可以通過按照本發明的加入裝置實現導入到熔化設備中。


下面藉助於附圖1和2示例地且不受限制地詳細解釋本發明。附圖中 圖1示出按照本發明的設備與高爐，
圖2示出加入裝置的細節。
具體實施例方式圖1示出按照本發明的設備，具有用於製造生鐵RE的高爐。高爐的下部形成具有熔化區的熔化設備2，高爐的豎井形成具有還原區的還原設備1。從還原設備1引出的還原氣體已經在還原區中轉化。這意味著，利用還原氣體在還原設備1中可以至少部分地還原含金屬氧化物或含氧化鐵的爐料和必要時的添加劑，其中消耗的還原氣體作為頂氣被引出。至少部分還原的含金屬氧化物或含氧化鐵的爐料加入到熔化區，在其中形成還原氣體。為了繼續利用頂氣首先大多必需設有氣體淨化器。這個淨化器可以有利地兩級地通過乾式淨化器12和後置的溼式淨化器13實現。這些淨化裝置設置在頂氣排出管道11 中。通過輸出氣體管道14使溼式淨化器13與CO2分離裝置3連接。這個分離裝置例如以變壓方法或真空變壓吸附方法運行。在輸出氣體管道14中大多設有壓縮機15和後置於壓縮機的冷卻裝置16，例如水冷器，由此有針對性地對CO2分離調節輸出氣體溫度並且可以冷凝並分離大部分在輸出氣體中含有的水蒸氣。在CO2分離時分離富含(X)2的氣體、尾氣並且形成產出氣體，它具有高含量的還原成分如氫氣和一氧化碳。圖2示出加入裝置5的細節。產出氣體通過產出氣體管道4加入到至少一個混合室6中。通過輸送管道7將粉末狀碳載體、例如粉末狀碳利用輸送氣體、例如氮氣輸入到混合室6中並且利用產出氣體通過加入管道8輸送到噴嘴9。供給管道10也通到噴嘴9，通過供給管道可以加入富氧的氣體。由此將富氧的氣體、輸送氣體、產出氣體和粉末狀碳載體一起地加入或噴入到熔化設備中。有利地可以設有多個噴嘴，它們可以這樣設置，使它們直接噴入到熔化設備、例如高爐的風嘴口或氧氣噴嘴中。
加入裝置8可以由噴槍構成，它也可以包括混合室6。此外加入管道8也可以由獨立的噴入通道構成，它通到噴嘴9中。噴嘴9可以形成高爐的風嘴口或熔化設備的氧氣噴嘴，例如熔化氣化器。優選將供給管道10和加入管道8在伸進到風嘴口或氧氣噴嘴中的噴槍尖端上或噴嘴通道上匯合在風嘴口或氧氣噴嘴中。兩個方案利用風嘴口或氧氣噴嘴，它們是公知的裝置，由此也可以使按照本發明的方法或裝置轉化到現有的設備上。附加地可以設有加熱裝置17，在其中通過至少部分地燃燒來自(X)2分離裝置3的尾氣和/或輸出氣體，可以至少部分地加熱所述產出氣體。這些加熱的產出氣體部分可以加入到還原設備1或熔化設備2中。多餘的輸出氣體或尾氣可以存儲在氣體存儲器18中，其中均衡氣體成分。這是必需的，因為來自變壓方法或真空變壓吸附方法的尾氣成分是非常劇烈波動的，由此也引起熱值的劇烈變化。接著氣體混合物例如可以用於熱利用。附圖標記清單1還原設備
2熔化設備3 C02分離裝置4產出氣體管道5加入裝置6混合室7輸送管道8加入管道9噴嘴10供給管道11頂氣排出管道12乾式淨化器13溼式淨化器14輸出氣體管道15壓縮機16冷卻裝置17加熱裝置18氣體存儲器。
權利要求
1.一種用於製造生鐵或液態鋼半成品的方法，其中含金屬的、尤其含氧化鐵的爐料和必要時的添加劑在還原區中利用還原氣體至少部分地還原，接著加入到熔化區中並且在輸入塊狀碳載體、尤其是焦炭和/或煤炭以及含氧氣的氣體的條件下並且在形成還原氣體的條件下熔化，其中形成的還原氣體輸送到還原區並且在那裡轉化並且必要時在淨化後作為輸出氣體引出，其特徵在於，至少一部分輸出氣體在CO2分離裝置中分離(X)2並形成產出氣體的條件下進行處理，並用於將粉末狀碳載體、必要時與輸送氣體一起地加入、尤其噴入到熔化區中。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，產出氣體在混合室中與粉末狀碳載體、必要時與輸送氣體、尤其氮氣匯合，然後加入到熔化區中。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，與富氧氣體一起將產出氣體和粉末狀碳載體、必要時與輸送氣體一起地加入到熔化區中。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述產出氣體、粉末狀碳載體、必要時輸送氣體和富氧氣體一起地首先噴入到風嘴口或氧氣噴嘴中，然後噴入到熔化區中。
5.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，輸出氣體在處理前在(X)2分離裝置中壓縮和/或冷卻。
6.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，在CO2分離裝置中分離的富含CO2的氣體作為尾氣排出，並且尤其與來自還原區的輸出氣體一起地中間存儲。
7.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，在CO2分離裝置中分離的富含CO2的氣體作為尾氣和/或來自還原區的輸出氣體為了加熱所述產出氣體在加熱裝置中至少部分地燃燒。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，將加熱的產出氣體導入到還原區和/或熔化區中。
9.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，將從還原區中引出的還原氣體進行乾式除塵和/或溼式淨化。
10.一種用於製造生鐵或液態鋼半成品的設備，具有還原設備(1)，在其中可以將含金屬的、尤其含氧化鐵的爐料和必要時的添加劑利用還原氣體至少部分地還原；並且具有熔化設備(2)，將至少部分還原的爐料或添加劑加入到熔化設備中並且可以在輸入碳載體、尤其是焦炭和/或煤炭以及含氧氣的氣體的條件下並且在形成還原氣體的條件下熔化，其中形成的還原氣體輸送到還原設備並且在那裡轉化，並且必要時在淨化後作為輸出氣體引出，其特徵在於，設有0)2分離裝置(3)，用於從輸出氣體分離CO2並且用於形成產出氣體，其中產出氣體通過產出氣體管道(4)與至少一個用於加入、尤其噴入粉末狀碳載體到熔化設備(2)中的加入裝置(5)連接。
11.如權利要求10所述的設備，其特徵在於，所述加入裝置(5)具有至少一個混合室(6)，用於混合產出氣體與粉末狀碳載體和必要時的輸送氣體，其中該混合室(6)與產出氣體管道(4 )和用於輸入粉末狀碳載體的輸送管道(7 )處於連接。
12.如權利要求10或11所述的設備，其特徵在於，所述加入裝置(5)具有加入管道(8)，它使混合室與至少一個噴嘴(9)連接。
13.如權利要求10至12中任一項所述的設備，其特徵在於，所述加入裝置(5)具有供給管道(10)，用於加入含氧氣的氣體。
14.如權利要求13所述的設備，其特徵在於，所述供給管道(10)和加入管道(8)匯合在噴嘴(9)中。
15.如權利要求12至14中任一項所述的設備，其特徵在於，所述噴嘴(9)是高爐的風嘴口或熔化設備(2)的氧氣噴嘴。
16.如權利要求10至15中任一項所述的設備，其特徵在於，所述還原設備(1)由高爐的豎井或由還原豎井或由旋流層設備或由旋流層設備串聯組構成，並且所述熔化設備(2) 由高爐的下部分或由熔化氣化器構成。
17.如權利要求10至16中任一項所述的設備，其特徵在於，在用於從還原設備(1)排出還原氣體的頂氣排出管道(11)中設有淨化裝置、尤其是乾式淨化器(12)和/或溼式淨化器(13)。
18.如權利要求17所述的設備，其特徵在於，所述淨化裝置利用輸出氣體管道(14)與 CO2分離裝置(3)連接，其中在輸出氣體管道(14)中設置壓縮機(15)和/或至少一個冷卻器(16)。
19.如權利要求10至18中任一項所述的設備，其特徵在於，設有加熱裝置(17)，用於在產出氣體加入到還原設備(1)和/或熔化設備(2)中之前加熱所述產出氣體，其中該加熱裝置(17)可以通過至少部分地燃燒尾氣和/或輸出氣體加熱。
全文摘要
本發明涉及一種用於製造生鐵或液態鋼半成品的方法和設備，其中含金屬的爐料和必要時的添加劑在還原區中利用還原氣體至少部分地還原，接著加入到熔化區中並且在輸入塊狀碳載體和含氧氣的氣體的條件下並且在形成還原氣體的條件下熔化。在熔化區形成的還原氣體輸送到還原區並且在那裡轉化並且作為輸出氣體引出，從輸出氣體分離CO2並形成產出氣體，它用於將粉末狀碳載體加入到熔化區中。
文檔編號C21B13/14GK102378818SQ201080015337
公開日2012年3月14日 申請日期2010年1月14日 優先權日2009年1月30日
發明者米爾納 R. 申請人:西門子Vai金屬科技有限責任公司