回收金屬和金屬合金的方法和裝置的製作方法

2023-05-22 03:28:16

專利名稱:回收金屬和金屬合金的方法和裝置的製作方法
本發明涉及回收金屬或金屬合金，尤其是鐵合金的方法，以及實施此方法的裝置。此方法利用還原性氣體通過一煤床形成還原區將金屬氧化物還原。
在EP-A-0174，291中描述了一種熔化某些細粒有色金屬氧化礦物，如銅，鉛，鋅，鎳，鈷及錫的方法。該方法中，原料加入熔化氣化還原爐內由煤流化層形成的還原區。金屬氧化物原料通過該還原區後還原成金屬並經熔化氣化還原爐底部收集起來。
EP-A-0174，291說明該方法在溫度低於1000℃以下使金屬氧化物與單質碳反應而還原時是有利的，但用於回收金屬和金屬合金，特別是鐵合金，如鐵鎂，鐵鉻和鐵矽合金時就會出現某些問題。原因是這些合金的氧化物只有在1000℃以上用單質碳作為還原劑時才能回收。在這樣高的反應溫度下，金屬氧化物原料與形成流化層的碳粒子之間的接觸時間較短。
本發明的目的就是為了克服上述缺點和困難並提供一種方法和裝置。這種方法和裝置的初始意圖是要在熔化氣化還原爐中從細粒氧化物中回收金屬和金屬合金。尤其是鐵合金，例如鐵鎂，鐵鉻和鐵矽合金。在這些氧化物中金屬與氧有極強的親合力因而只有在1000℃以上的高溫下才能與單質碳發生還原反應。
為了實現該目的而使用的方法是一由三個固定層組成的煤床-底層為脫氣煤(degassed coal)，其下是液態還原了的金屬及熔渣，-中間層，氧氣或某種含氧氣體通入其中以形成一種高溫還原性氣體，主要由CO組成。在該層上部某一距離處細粒氧化物原料加入其中;
-頂層，碳粒子和氧氣或含氧氣體的燃燒氣體通入其中。
當使用的細粒氧化物原料粒子尺寸達到6mm時比較有利。
適於構成固定床層的煤的粒子尺寸可為5～100mm。特別適宜的是5～30mm。
根據最佳實施例，中間層和頂層的厚度應保持在1～4米之間。
採用本發明方法的又一實施例的特點是從通過還原區的氧氣及前述細碳粒中將粉塵狀的碳粉分離出來後與氧氣或含氧氣體一起通入燒嘴內，這些燒嘴都朝向頂部固定煤層。
從碳顆粒中分離出的廢氣可作為細粒氧化物原料的輸送介質。
所使用的煤最好能在脫氣反應(degassing)之後仍能保持其塊狀特性。因而當煤粒尺寸範圍在5～100mm，尤其是在5～30mm之內時，經過脫氣反應之後而得的煤粒中應至少有50%仍能保持其初始粒度尺寸範圍，即分別在5～100mm或5～30mm之間，其餘部分粒度尺寸則小於以上數值。
本發明的方法的優點是它保持了利用化石燃料加熱的鼓風爐還原過程中已知的全部優點，如逆流熱交換，非貴金屬氧化物還原所必須的在固定床中與單質碳進行的冶金反應以及金屬和熔渣的良好分離。煤的焦化或脫氣可在不產生焦油和其它冷凝組分的情況下完成。煤脫氣過程中產生的氣體可用作脫氣煤氣化後形成的還原性氣體的附加還原劑。
在一特殊實施例中，可在一預還原工序中對氧化物原料進行預還原處理。這對於鐵合金的生產特別有利。在該過程中實現原料中氧化鐵組份的還原。
本方法還具有的另一特殊優點是某些非貴重元素如矽，鉻，鎂的還原可在不消耗電能的條件下完成。本發明的方法中煤脫氣所需的能量的調節方法十分簡單。其原因是粒子尺寸不足5mm的顆粒過小的煤粉，隨熔化氣化還原爐的廢氣排出後經分離後又返回含氧氣體的上鼓風區並被含氧氣體氧化而放出熱量。
從煤粒的分解特性試驗可知，煤粒尺寸為16～20mm的部分在預熱至1400℃的反應室內脫氣過程需一小時。反應室的體積為12dm3。在噴入冷惰性氣體冷卻之後對粒子分布進行了測定。
本發明還包括一個用以實現上述過程的裝置。即一帶耐火材料襯裡的鼓風爐式的熔化氣化還原爐。其上部有一煤加料口及一排氣管。爐子的側壁開孔穿入碳粉及氧氣或含氧氣體供氣管。爐子下部則設有收集熔融金屬及熔渣的排料口。此裝置的特點是由三個疊加起來的固定床層A、B、C而形成的-在底固定床層A及中固定床層B之間的部位設置了氧氣或含氧氣體鼓風環管;
-在該部位以上某一距離處設置細粒氧化物原料環形吹管;
-在該部位以上中固定床層B及頂固定床C之間設置一環形燒嘴以引入碳粒和氧氣或含氧氣體。
顯然，在排氣管道上設置一高溫旋風分離器使廢氣中的碳粉分離出來並使其出灰口與環形燒嘴串連接通是有益的。
在又一特殊實施例中、又一臺高溫旋風分離器與上述旋風分離器串聯。在二者之間的聯接管路上裝設氧化物原料進口裝置。後一臺旋風分離器的出灰口則用輸送管道與氧化物原料環形吹管相連。
本發明的方法及實現該方法的裝置由附圖詳細說明。其中圖1為熔化氣化還原爐及與之相連的附屬裝置的原理圖，圖2為熔化、氣化還原爐的溫度曲線。
圖1中1為鼓風爐式的熔化氣化還原爐，其內有耐火襯裡2。還原爐底部用以容納液態金屬3及溶渣4。5為金屬出料口，6為熔渣排出口。還原爐上方有塊狀煤加料口7。液體熔池3、4的上部則是固定煤床，即脫氣煤底層A，其內無氣體通過。上面一層為通氣的脫氣煤中間層B，再上一層為頂煤粒層C，氣體通過此層。
在還原爐1的側壁上通入吹管，即環形吹管8、分別用於引入氧氣或含氧氣體。這些管子布置在不通氣的固定床層A及固定床層B的交界處。在此以上某一距離，即至固定床層B上部的中點裝有環形噴嘴式吹管9，細粒氧化物原料由此吹入中間層B。
再往上，即在B層與C層交界處，環形燒嘴10穿過熔化氣化還原爐1側壁。粉狀碳粒和氧氣或含氧氣體的混合物則由此通入。在還原爐1上部裝有排氣管11、爐內產生的廢氣經此管引向高溫旋風分離器12。
懸浮在廢氣中的粉狀碳粒子從高溫風分離器分離出以後，通過分離器12的出灰口，經過出口處的給料裝置13後，經由加料管14進入環形燒嘴10。15為向燒嘴10通含氧氣體的輸氣管。利用給料裝置13可以調節高溫旋風分離器12的填充程度並影響其分離效率。
在高溫旋風分離器12之上部經管線16與又一臺高溫旋風分離器17相連。加料裝置18與管線16相連。此加料裝置則由裝有細粒氧化物原料的料鬥19供料。來自管線16的氣體則可用作物料輸出介質。經過高溫旋風分離器17的出灰口及輸送管道20，再經管線21後細粒氧化物原料供入吹管9。
在高溫旋風分離器17的上端引出一排氣管22，多餘的廢氣由此排放。排出的廢氣可在冷卻和壓縮後經管線23吹入管線21用作傳輸介質。
實施本發明的方法時，加入熔化氣化還原爐1上部的煤在固定床C內脫氣處理是有益的。煤脫氣需要的熱量一部分來自從固定床層B中上升的熱還原氣體，另一部分則來自燒嘴10中固體碳粒和含氧氣體燃燒所產生的熱量。煤層C的厚度選定應確保通過該層後氣體的溫度不低於950℃。從而保證焦油及其它冷凝組份完全裂解。這樣，固定床層C就不會發生堵塞現象。在實施例中，床層C的厚度為1～4米時最好。固定床層B的厚度也取1～4米為佳。床層C的煤脫氣後下沉即形成固定床層B。
細粒氧化物原料在第二臺高溫旋風分離器17中用熱還原氣體和粉塵進行預還原處理並從氣體中再次分離出來。將細粒含碳粉塵與熱還原氣體同時加入是有益的，原因是碳與還原反應中形成的CO2反應而產生CO，因而來自還原爐1的高溫氣體仍保持極強的還原性。經預還原處理後細粒氧化物原料與粉塵分離之後在B層熔化並被單質碳還原。熔化及還原所需的熱量由吹管8向還原爐內引入含氧氣體以氣化高溫脫氣煤而提供。在固定床層B形成的熔融金屬及熔渣向下流並在A層以下收集並排出。
圖2示出了沿熔化-氣化還原爐1高度方向的溫度變化曲線，其中爐體高度以縱座標表示，而溫度則以橫座標表示。實線表示加入煤的溫度變化，虛線表示生成氣體的溫度變化。縱座標上標記8代表環形吹管8的高度，9代表細粒氧化物原料(礦)吹管9的高度，10代表碳粒再循環的燒嘴10的高度，24代表固定床層C的最高點24的高度。11則分別代表排氣管11及加料口7的高度。
權利要求
1.一種回收金屬及金屬合金，如鐵合金的方法，其中金屬氧化物在由通過還原性氣體的煤床而形成的還原區內還原，方法的改進包括形成有三個固定床層的煤床，即通過--提供脫氣煤底部固定床層，其下是液態已還原的金屬及熔渣的熔池，--提供一中間固定床層並將氧氣或含氧氣體引入其中以形成主要由CO構成的高溫還原性氣體，同時將細粒氧化物原料從上部某一距離加入此中間層。--提供一頂部固定床層並向其中引入由碳粒子與氧氣或與某種含氧氣體組成的可燃氣體。
2.權利要求
1中要求的方法，其中細粒氧化物原料的粒子尺寸達6mm。
3.權利要求
1中要求的方法，其中組成三個固定床層的煤的粒子尺寸為5～100mm。
4.權利要求
3中要求的方法，其中煤的粒子尺寸為5～30mm。
5.權利要求
1中要求的方法，其中中間固定床層及頂部固定床層的厚度均保持在1～4米。
6.權利要求
1中要求的方法，其中廢氣穿過固定床層構成還原區，還包括從前述廢氣中分離粉狀碳粒並將其與氧氣或含氧氣體一起引入燒嘴並通過前述頂部固定床層。
7.權利要求
6中要求的方法，其中分離後的碳粒子在高溫狀態下加入前述燒嘴中。
8.權利要求
6中要求的方法，其中去除了碳粒子的廢氣用作前述細粒氧化物原料的輸送介質。
9.一種用於回收金屬及金屬合金，如鐵合金的裝置，該方法是在還原性氣體通過煤床後形成的還原區內還原金屬氧化物，裝置包括有耐火襯裡的鼓風爐式的熔化氣化還原爐，其上部有煤加料口及排氣管道，側壁上穿入碳粒子和氧氣或某種含氧氣體的供氣管道，其下部則用於收集液態金屬及熔渣，改進的特點在於-提供由一底部固定煤床層，中間固定煤床層和頂部固定煤床層構成的三層重疊固定煤床層，-在覆蓋著液體還原金屬和熔渣熔池的脫氣煤底部固定煤床層及中間固定煤床層之間的部位上提供一環形噴管，以引入氧氣或含氧氣氣體從而形成主要由CO組成的高溫還原氣體，-在此以上某一距離處提供一環形噴管以引入細粒氧化物原料，-在更高的某一位置上，在中間固定床層及頂固定床層之間提供一環形燒嘴，碳粒子和氧氣或含氧氣體通入其內。
10.權利要求
9中要求的裝置，其中還包括一高溫旋風分離器，用於從廢氣中分離碳粒子，還包括一排氣管道及將此分離器與環形燒嘴串接的聯接裝置。
11.權利要求
10中要求的裝置，其中還包括-又一臺帶出灰口的高溫旋風分離器，-串連聯接兩臺旋風分離器的接管，-與此接管相連的氧化物原料加料裝置，-將第二臺旋風分離器的出灰口與氧化物原料環形噴管相連的輸送管道。
專利摘要
在此方法中，金屬或金屬合金，尤其是鐵合金在金屬氧化物通過還原性氣體的煤床形成的還原區內還原後回收。為了回收與氧有強親合力的金屬，煤床由三個固定床層組成脫氣煤底層，其下是液態還原金屬及熔渣的熔池。此外，氧氣或某種含氧氣體鼓入中間層以形成高溫還原性氣體，在此以上某距離處，細粒金屬氧化物原料加入中間層。碳粒子和氧氣或含氧氣體的燃燒氣則加入頂部固定床層。
文檔編號C21B11/02GK87107197SQ87107197
公開日1988年8月10日 申請日期1987年10月30日
發明者埃裡克·奧塔斯奇拉格, 沃納·L·凱普林格 申請人:奧地利鋼鐵聯合企業阿爾帕股份公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan