製備在金屬製造方法中使用的還原劑的方法和設備、使用所述設備的金屬製造方法和金...的製作方法

2023-04-29 01:22:36 5

專利名稱：製備在金屬製造方法中使用的還原劑的方法和設備、使用所述設備的金屬製造方法和金 ...的製作方法
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製備在金屬製造方法中使用的還原劑的方法和設備、 使用所述設備的金屬製造方法和金屬製造裝置
本發明涉及製備在金屬製造方法中使用的具有高溫的還原劑的方 法和設備和使用所述設備的金屬製造方法和裝置。
使用還原劑的金屬製造方法在本領域中眾所周知。EP 0 936 272 公開了 一種冶鍊金屬礦石即鐵礦石的方法和設備，其中將氧化鐵和作 為還原劑的熱炭進料到 一級反應器中以還原氧化鐵並由此生成元素鐵 的熔池，產生含氧化鐵的熔渣層。
該熱炭在二級反應器中通過部分氧化揮發性物質由包含固定碳和 含烴揮發物的含碳物質來製備。在二級反應器中同時產生包含烴、C0、 C02、水蒸汽和仏的燃料氣體，其具有大於O. 25的CO:COz比。使這種燃 料氣體燃燒，以使得產生噴射火焰，將該火焰導入由氧化鐵組成的熔 渣層中。
該一級反應器可包括轉爐和在其頂部的熔融用旋風分離器，也稱 為旋風分離器轉爐(CCF)。將鐵礦石細粒引入熔融用旋風分離器中。將
氧氣和來自轉爐的氣體物流形式的燃料也引入熔融用旋風分離器中。 結果是，鐵礦石被預還原並熔融。由於旋風作用，將液體金屬物流與 氣體物流分離。
液態的預還原了的鐵礦石沿熔融用旋風分離器的內壁向下流入轉 爐中，在那裡發生進一步或最終還原。轉爐中所需的還原劑以來自二 級反應器的熱炭、煤或它們的組合的形式引入。使用一個或多個噴槍 將氧氣引入轉爐中。在二級反應器中，可使用氧化劑如(富氧)空氣或 氧氣部分氧化煤。二級反應器的實例包括適於具有窄粒度分布的粒狀 煤原料的流化床、適於具有較寬粒度分布的粒狀煤原料的噴射床反應 器和採用粉碎的煤原料的栽流反應器。
EP 0 726 326公開了通過在熔融用旋風分離器中在預還原段然後 5在作為冶金容器的轉爐中在最終還原段直接還原鐵礦石來生產熔融金 屬即生鐵的方法和裝置。這種已知方法包括輸送鐵礦石到在預還原段 中的熔融用旋風分離器中並藉助於來源於冶金容器中的最終還原段的 還原性工藝氣體在那裡將其預還原的步驟。
還原性工藝氣體在熔融用旋風分離器中的後燃也通過供應氧氣進 行，以使得熔融用旋風分離器中的鐵礦石至少部分熔融。預還原的且 至少部分熔融了的鐵礦石從熔融用旋風分離器向下進入在位於下方的 冶金容器中。在冶金容器中的最終還原通過直接供應固體顆粒形式的 煤到熔渣層和供應氧氣到冶金容器中而在熔渣層中實現，由此生成還 原性工藝氣體。這種還原性工藝氣體通過供應氧氣部分後燃。該部分
後燃在熔渣層中至少部分實現，以使得後燃比率不大於O. 55。剩餘的 還原性工藝氣體在熔融用旋風分離器中消耗。據說儘管在冶金容器中 後燃程度低，但仍得到低的煤消耗。這種已知方法產生的具有較大化 學能含量的排出氣體越多，設定的後燃比率越低。該方法還容許使用 較低廉的高揮發性煤。
W0 2004/031324公開了 一種在熱解條件下處理物料的方法和裝
置。這種已知裝置包括外殼，其中提供有擠出螺杆。待處理的原料的 實例包括產生炭或焦炭的煤。該螺杆配置降低了與反應期間塑性相有 關的問題，如影響傳熱和加工性能的粘結、差的混合性質。還據說這 種已知裝置本身可用來使用還原劑將鐵礦石還原為鋼。
雖然以上論述的現有技術說明了各種改善制鐵工藝的努力，但仍 然需要進一步優化這些工藝，特別是鑑於煤消耗、能量消耗和環境上 有害的副產物如二氧化碳的排放。
本發明的第 一 目標是以能量有效的方式製備還原劑如部分炭化了 的煤。
本發明的一個目標是減少金屬製造中的煤消耗。本發明的其它目 標是減少金屬製造中的C02排放。
又一目標是使煤被一種或多種替代能源(部分)代替，由此容許C02 排放進一步減少。
6另一目標是提供所產生的具有高C02含量的廢氣，它可以在不需要 成本高的C02捕獲措施的情況下再次使用或儲存。
根據本發明的第一方面，提供了在金屬製造方法中使用的具有高 溫的還原劑的製備方法，包括
a) 使用熱源加熱含碳原料的熱解步驟，其中將所述原料熱解到至 多8 0%變成具有高溫的部分炭化了的含碳產物的程度並由所述舍碳原 料產生包含揮發性物質的熱解廢氣，
b) 燃燒所述熱解廢氣的燃燒步驟，由此產生燃燒廢氣，
接接觸用作步驟a)中的熱源和/或其中所述燃燒廢氣流的熱能通過加
含碳原料通過部分熱解而部分炭化生成還原劑。該部分炭化了的含碳 產物為所述還原劑。
在根據本發明的第一方面的方法中，含碳原料僅僅通過在步驟a) 中加熱來部分熱解。該部分熱解步驟的廢氣包含揮發性組分，例如烴。 該熱解廢氣在步驟b)中燃燒。該燃燒步驟b)產生燃燒廢氣。該燃燒廢 氣用來加熱新進料的含碳原料和在步驟a)中已經部分炭化了的含碳原 料，以提供部分熱解所需的熱量。加熱可直接進行，即通過使燃燒廢 氣與待加熱的物料直接接觸來進行，或者間接進行，即不通過使燃燒 廢氣與待加熱的物料直接接觸來進行，或者直接和間接進行。用這種 方法，以能量高度充分的方式製備在制鐵工藝中使用的還原劑，它容 許制鐵工藝中的效率改善。可將本發明的方法認為是含碳原料變為待 直接用於制鐵工藝的具有高溫的還原劑的預處理方法，當使用適於金 屬製造尤其適於制鐵的CCF裝置時，能夠實現較高的碳效率和能量效率 和具有高PCR的廢氣(例如在旋風分離器出口處)。發明人已發現，熱解 的優化與金屬製造相結合產生超過25°/。/噸生成的金屬的潛在能量效率 改善。該潛力通過由熱炭代替冷煤並通過內在的效率提高而實現，因 為較低的煤消耗意味著產生較少的需要被加熱的氣體，導致每噸熱金 屬較少的熱量損失。冷煤將以其它方式在僅部分使用進料的煤的方法中加熱(約45°/。的後燃比率)並在約1700匸的高溫下釋放其廢氣。兩種因 素意味著浴熔爐在化學上和熱上不是加熱冷物料的有效反應器。含碳 原料的同時直接和間接加熱可通過將燃燒廢氣流分流為至少第一燃燒 廢氣流和第二燃燒廢氣流來實現，且其中第一燃燒廢氣流的熱能通過 使該流與含碳原料直接接觸而用作步驟a)中的熱源且其中第二燃燒廢 氣流通過加熱含碳原料而不直接接觸該含碳原料用作步驟a)中的熱 源。
煤的最大熱解量取決於對於它來說產生待用作熱解廢氣的氣體的 足夠量的要求，所述熱解廢氣用來加熱含碳原料。發明人發現，合適 的熱解程度為至多50%。熱解程度優選在5%和50%之間，且更優選在IO %和40%之間。根據煤類型和水分含量，優選的熱解程度在15%和25% 之間，且溫度在400。C和900'C之間。發現優選的溫度範圍在600。C和800 'C之間。
應注意到，在本發明的上下文中，措詞"熱解了的"是指含碳原 料基本上在不存在任何實質量的氧氣(無氧氣氣氛或低氧氣分壓)的情 況下被加熱到預定溫度。此加熱的結果是發生廣泛種類的反應，由此 生成多種產物。固態產物由術語"炭"表示，而流體產物尤其是氣態 組分為所謂的"揮發性物質"。優選步驟a)和b)在彼此分開的不同區 域中進行，以使氧氣或其它氧化劑以不可接受的含量存在於步驟a)區 域中的風險最小化。部分熱解是指所得的部分炭化了的含碳產物仍含 有顯著量的揮發性物質，其隨後可在部分炭化了的含碳產物的後續使 用過程中得到。優選將剛好足夠的揮發性物質從含碳原料中汽提出來 以維持該熱解過程並使炭獲得所要的高溫。優選揮發性物質總量的至 多5 0%已從含碳原料中釋放。
煤在熱解條件下的處理是一種本身已知用於製備炭或焦炭的工 藝。參見例如WO-A-2004/031324。通常，所述工藝包括三個階段。首 先將煤加熱，此後煤變得至少部分塑性化且失去揮發性物質(同時其仍 被加熱)。在一定時間段之後，塑性煤失去一定量的揮發性物質。因此， 煤的化學組成隨時間而改變。因此，煤變得易碎並變成炭或焦炭，同時仍然在失去揮發性物質。
合適的含碳原料的實例包括各種各樣的煤。根據本發明的方法容 許使用普通煤和高揮發性煤作為原料，它們的成本比低揮發性煤低。 本發明還可以處理替代的含碳資源如生物質，由此容許煤部分替換為
含碳原料。在熱解工藝的啟動期間，可能需要顯著量的、至多達100%
的外部供應的可燃氣體例如co或天然氣來引發含碳原料的部分熱解和 因而發生的揮發性物質的生成。熱解一旦開始，則可將外部供應的可 燃氣體的量減少，優選減少到不需要外源的程度，且在這方面該工藝 變得自維持。外源的量還取決於所使用的含碳原料的類型。在本發明
中，揮發性物質(主要為烴)在步驟a)中的原料加熱和部分炭化期間從 含碳原料中蒸發。所述揮發性物質在隨後的燃燒步驟b)中用作燃料。 通過燃燒產生的熱量包含在熱的燃燒廢氣中，且隨後傳遞給新鮮含碳 原料和已經部分炭化了的產物。因此，該產物的溫度進一步上升，而 燃燒廢氣冷卻。
在優選的實施方案中，步驟a)區域包括單程反應器，更優選擠出 機型反應器，尤其是具有互相嚙合的雙擠出螺杆的擠出機型反應器。 該相互嚙合的雙擠出螺杆可為反向旋轉類型。這樣的反應器對這種物
料是有益的，因為所得炭產物的不利的粘著性質被機械式抵消。這類 優選的反應器本身從WO 2004/031324已知，該專利的說明書通過引用 將其全部內容併入本文。
優選將在根據本發明的方法中用於燃燒熱解廢氣的含氧氣體預 熱，由此提高燃燒效率。優選預熱後的含氧氣體的溫度在400。C和700 r之間。
為了增加傳熱效率，使熱的燃燒廢氣與正被部分炭化的含碳原料 逆流進料。例如，將來自步驟b)的熱的燃燒廢氣冷卻到約500X:，而從 步驟a)最終得到的產物具有約70(TC的溫度。
在另一優選的實施方案中，步驟a)以這樣的方式進行所得熱解 廢氣包含的揮發性物質的量在所述熱解廢氣燃燒後足以提供為了加熱 並部分熱解所述含碳原料所需的熱量，而部分炭化了的含碳產物包含剩餘的揮發性物質。實際上，這種操作方式為自維持的通過熱解廢氣的燃燒產生並傳遞到"新鮮"原料中的熱量剛好足以容許通過加熱該"新鮮"物料而生成合適量的熱解廢氣。只是在該方法的啟動期間，可能需要外部供應的可燃氣體，例如天然氣或C0。為此目的，可提供供應這些外部供應的可燃氣體的裝備。
根據本發明的第二方面，提供通過在預還原段然後在最終還原段中直接還原金屬礦石生產熔融金屬的方法，其包括以下步驟
(a) 在所述預還原段中，將金屬礦石進料到預還原區並在此藉助於來源於最終還原區的還原性工藝氣體將其預還原，
(b) 在所述預還原區中通過向此處供應氧氣使所述還原性工藝氣體實現後燃，以使得在所述預還原區中的所述金屬礦石至少部分熔融，
(c) 使所述預還原且至少部分熔融了的金屬礦石從所述預還原區進入位於從鐵礦石流動方向看的下遊的最終還原區中，在那裡發生所述最終還原，和
(d) 在所述最終還原區中在熔渣層中通過供應還原劑和含氧氣體到所述最終還原區實現所述最終還原，由此生成所述還原性工藝氣體，和
(e) 在所述最終還原區中藉助於向此處供應的所述含氧氣體實現所述還原性工藝氣體的部分後燃，
其中將還原劑進料到所述最終還原區中，所述還原劑已根據本發明的方法製備。
在根據本發明的該方法中，將金屬礦石例如鐵礦石進料到預還原區，在那裡使用來源於最終還原區的還原性工藝氣體進行預還原。有利地，該預還原區為熔融用旋風分離器。將金屬礦石例如鐵礦石進料到該預還原區的頂部。如果預還原區為熔融用旋風分離器，則將礦石沿切線方向進料到該旋風分離器中。如果預還原區為熔融用旋風分離器，則還原性工藝氣體在預還原區的下端(即開口下端)引入。還原性工藝氣體用單獨注入該預還原區中的含氧氣體進行燃燒。在熔融用旋風分離器中，這引發旋風運動。在本發明的上下文中，含氧氣體包含
10至少30%的氧氣，且優選至少90%或者甚至95%的氧氣。還可能使用工業純的氧氣或甚至更純的氧氣。鐵礦石在飛行中被在預還原區中產生的熱量熔融且液態礦石收集在周邊壁上。因為還原性工藝氣體包含CO和H2,所以液態礦石在其由於重力沿旋風分離器內壁向下行進期間被部分還原。使用根據本發明製備的還原劑在最終還原區中進行最終還原，由此生成液態鐵池和包含C0和H2的還原性工藝氣體。吸熱的還原反應主要發生在浮在熔融鐵池頂部的液態熔渣層中。所需熱量通過經由噴槍將含氧氣體例如工業純氧氣注入到熔渣層上而用氧氣部分燃燒所述還原性氣體來供應。在優選的實施方案中，該最終還原區為轉爐。
雖然所述方法可用於還原可使用含碳物料作為原料來還原的任何金屬礦石，例如鎳礦石、銅礦石、鈷礦石、鋅礦石，但該設備特別適用於由鐵礦石生產鐵。
除了如上所述的益處和優勢之外，在這類金屬製造方法例如制鐵工藝中使用具有高溫的部分熱解了的含碳物料容許開釆出的含碳材料分階段但最終基本完全氧化成為完全燃燒的工藝廢氣，例如具有至多96%的0)2含量。同時，本方法容許較低的煤消耗(每噸生成的鐵約550千克或更少)和工藝廢氣排放減少(約20-30%)。有利地，部分煤炭化、預還原和最終還原的階段全部熱耦合，由此避免臨時儲存並減少熱量損失。
在根據本發明的該方法的優選的實施方案中，離開預還原區的工藝廢氣具有如下定義的後燃比率
潛=_
其中0)2、 CO、 1120和112為這些氣體在離開該預還原區例如熔融用旋風分離器時的體積百分比濃度，其中PCR大於O. 60,優選大於O. 75,更優選為至少O. 90,且甚至更優選為至少O. 95。
在另一優選的實施方案中，含氧氣體藉助於多噴槍配置供應到最終還原區例如冶金容器以增加傳熱，減少熱量損失並抑制粉塵損失。優選所述噴槍關於最終還原區以熱的燃燒後的氣體朝向所述最終還原區的中心軸流動的方式排列，以便引導所述熱氣體遠離所述最終還原區的壁。這樣，熱氣體不與最終還原區例如冶金容器的壁接觸，這延長所述壁的使用壽命並提供優良的混合。此外，向中心軸流動的氣體被向上推動，即從鐵礦石的流動方向看被向上遊推動，由此實現熱能在該工藝中的有效使用，發明人發現，如果使用基本旋轉對稱的最終
還原區，則使用至少3個沿最終還原區的圓周基本等角度分布的噴槍是優選的。3個噴槍的使用在冶金容器內提供優良且穩定的流動。更多噴槍提供甚至更加穩定的流動並提供加工餘量。
雖然所述方法可用於還原可使用含碳材料作為原料還原的任何金屬礦石，例如鎳礦石、銅礦石、鈷礦石、鋅礦石，但該設備特別適合於由鐵礦石生產鐵。
本發明還提供執行如上所討論的還原劑製備方法和金屬製造方法的設備和裝置的優選實施方案。
根據第三方面，本發明涉及製備在金屬製造方法中使用的具有高溫的還原劑的設備，其包括
-至少一個加熱室，其具有用於進料含碳原料的入口和用於排出具有高溫的部分炭化了的原料的出口並也具有用於排出包含來源於所述含碳原料的揮發性物質的熱解廢氣的出口 ；
-配置在所述加熱室中的輸送機裝備，其用於將該含碳原料從入口輸送到出口 ；
-用於燃燒所述熱解廢氣的燃燒室，該室具有與用於該加熱室排出熱解廢氣的出口連接的熱解廢氣的入口且具有燃燒廢氣的出口 ；
-用於在加熱室中通過使燃燒廢氣與含碳原料直接和/或間接接觸將含在所述燃燒廢氣中的熱量傳遞給所述含碳原料的裝備。
在根據本發明的該設備的操作期間，在入口處加載的含碳原料在加熱室中被加熱到足以使其部分熱解的溫度，同時被輸送到加熱室的出口。將熱解廢氣收集且隨後使其在燃燒室中燃燒，該燃燒室優選與加熱室分開。將生成的燃燒廢氣用在加熱室中。如上關於根據本發明的方法所討論的優勢同樣適用於根據本發明的該設備。具體地說，根據本發明的設備容許如上文所說明的存在於燃燒廢氣中的熱量的有效利用。
優選地，根據本發明的該方面的設備為單程反應器，更優選擠出機型反應器。根據本發明的擠出機型反應器的輸送機裝備優選包括互相嚙合的雙擠出螺杆，其可為反向旋轉的互相嚙合的雙擠出螺杆。
根據第四方面，本發明涉及用於通過直接還原金屬礦石例如鐵礦
石生產熔融鐵的裝置，其包括
(a) 根據本發明用於製備具有高溫的還原劑的設備；
(b) 用於執行鐵礦石的最終還原的冶金容器；
(c) 用於將來源於所述設備的部分炭化了的含碳原料供應到熔渣層中的供應裝備，所述熔渣層在所述裝置運行中在所述冶金容器中在源自還原後的金屬礦石的金屬的熔浴上方形成；
(d) 用於將氧氣供應到所述冶金容器中的供應裝備；
(e) 用於從所述冶金容器中排出熔融金屬和熔渣的排出裝備；
(f) 位於所述冶金容器上方且與所述冶金容器開放式連接以與其形成單個反應器的熔融用旋風分離器，在操作中工藝氣體從所述冶金容器直接進入所述熔融用旋風分離器且至少部分熔融的預還原了的金屬礦石從所述熔融用旋風分離器直接進入所述冶金容器；
(g) 用於將金屬礦石供應到所述熔融用旋風分離器中的供應裝備；
(h) 用於將氧氣供應到所述熔融用旋風分離器中的供應裝備；
(i) 用於從所述熔融用旋風分離器中排出流動物流形式的工藝氣體的排出裝備。
雖然所述設備可用於還原可使用含碳物料作為原料還原的任何金屬礦石，例如鎳礦石、銅礦石、鈷礦石、鋅礦石，但該設備特別適用於由鐵礦石生產鐵。
本發明藉助於附圖進一步說明，其中


圖1示意性地展示了根據本發明用於執行在制鐵工藝中使用的具有高溫的還原劑的製備方法的擠出型反應器的優選的實施方案。圖2示意地展示了根據本發明用於通過直接還原鐵礦石生產熔融鐵的裝置的實施方案。
用於製備具有高溫的還原劑的設備的優選的實施方案在圖l中展
示。擠出型設備由附圖標記10從整體上標明。該設備10包括雙壁外殼 12。兩個擠出螺杆14在外殼12內部彼此平行配置。在圖l的視圖中，僅 可看見一個擠出螺杆。外殼12的內部限定了加熱室16。外殼12提供有 在外殼12的第一末端20附近的待炭化的含碳原料的入口 18，入口 18與 加熱室16流體連通。用於排出部分熱解了的原料的產物出口22安置在 外殼12的相對的第二末端24處。外殼12的頂壁26還提供有一個或多個 也與加熱室16流體連通的用於排出在加熱室16中發生的部分熱解的氣 態產物及其它揮發性物質的熱解廢氣出口28。出口28經由合適的收集 管道30與用於燃燒該熱解廢氣的燃燒器設備(通常由32標明)連接。在 燃燒器設備32中，所收集的包含烴及其它揮發性物質的熱解廢氣用含 氧氣體例如空氣(未示出)，優選預熱了的空氣至少部分燃燒，並獲得 熱的燃燒廢氣。使該燃燒廢氣回到設備10中。在所展示的實施方案中， 將燃燒廢氣分成兩個單獨流。第一燃燒廢氣流在外殼12的第二末端24 處進入螺杆14的中空軸34中並在第一末端20處離開。第二燃燒廢氣流 在第二末端24處經由入口 36引入在雙壁外殼12的內壁與外壁之間的環 形空間38中。在第一外殼末端20處，該第二流通過出口40排出。因此， 在加熱室16中兩股燃燒廢氣流與含碳原料流逆向流動。由此，熱量從 兩個流股傳遞到含碳原料。燃燒後的氣體冷卻到約500。C或更低，而具 有約700。C溫度的部分熱解的產物離開出口22。在擠出機型反應器IO 中的停留時間可以改變，通常約5-1 O分鐘將足以獲得自維持的反應。 兩個螺杆14各自具有中空軸34，它提供有螺旋式配置的槳葉42。這些 槳葉42也可為中空的，用於流通加熱流體例如燃燒廢氣。兩個螺杆14 的槳葉42以微小的機械間隙互相嚙合。在熱解工藝的啟動期間，可能 需要外部供應的可燃氣體，例如天然氣或CO。為此目的，可提供用於 供應這種外部供應的可燃氣體(未示出)到設備10的裝備。如果熱解廢 氣的熱值比維持部分炭化工藝所需的熱值高，則過量熱值可用於其它 目的。為此目的，可對設備10提供額外的出口 (未示出)以引導一部分
14熱解廢氣離開。
在涉及包括單個擠出螺杆的擠出機型反應器的實驗中，用實驗方
式測試根據本發明的方法，並且發現，就所需要的熱量來說，在700 r的溫度下，在熱的部分炭化的煤在反應器的末端釋放之前從煤中釋 放的揮發性物質的量足以維持該工藝。根據熱量-物料平衡，就所需要 的熱量推斷，釋放的揮發性物質(甚至對於低揮發性煤)的量能夠驅動 該方法。該令人驚奇的結果能夠避免使用外部燃料來向該方法提供必 要的熱量。
圖2圖解展示了根據本發明的CCF型金屬製造裝置(例如制鐵裝 置)100的一個實施方案。該裝置包括一個或多個如在圖1中示意性展示 並在上文詳述的還原劑製備設備IO。此外，該制鐵裝置100包括作為預 還原區用於預還原且熔融細鐵礦石的熔融用旋風分離器102，細鐵礦石 在104處沿切線方向進料。在熔融用旋風分離器102下方，配置了作為 最終還原區的轉爐容器106，其中容器106的敞開的頂部108與熔融用旋 風分離器102的敞開的底部112連接以容許還原性工藝氣體從容器106 進入熔融用旋風分離器並容許部分還原且熔融了的鐵礦石向下流入容 器106中。液態金屬的池114存在於容器106的底部並具有浮在頂部的熔 渣層116。將氧氣進料到旋風分離器102和轉爐106中，例如通過合適的 供應管線122進料到旋風分離器102中。通常，氧氣將藉助於多個噴槍 組件注入到轉爐容器106中的熔渣層116上，在該多個噴槍組件中，僅 有兩個噴槍118在圖2中示出。來源於還原劑製備設備10的具有高溫的 熱的部分炭化的煤還通過入口124傳送到轉爐中用於根據Fe,0y + C (炭) —Fe + C0來還原源自旋風分離器102的部分還原並熔融了的鐵礦石。 氣體例如氮氣可從底部噴嘴(未示出)鼓泡穿過熔池114以攪拌熔渣層 116的下部區域。包含C0並從熔渣層116逸出的還原性工藝氣體用所供 應的氧氣部分燃燒。在離開轉爐106時還原性工藝氣體中約45y。的PCR 是有利的。該還原性工藝氣體在旋風分離器102中通過供應的氧氣進一 步燃燒以及用於將飛行中的熔融鐵礦石預還原為FexOy。沿壁流下的熔 融鐵礦石可被進一步還原為FeO。在頂部110處，離開的煙道氣體在約
151800'C的溫度下具有100。/。的PCR。完全燃燒了的煙道氣體在除塵、乾燥 並壓縮後能直接用於C02儲存。熱的金屬和熔渣能使用常規放液孔120 進行放液。
權利要求
1.在金屬製造方法中使用的具有高溫的還原劑的製備方法，所述方法包括a)使用熱源加熱含碳原料的熱解步驟，其中將所述原料熱解到至多80％變成具有高溫的部分炭化了的含碳產物的熱解程度並由所述含碳原料產生包含揮發性物質的熱解廢氣，b)燃燒所述熱解廢氣的燃燒步驟，由此產生燃燒廢氣，其中所述燃燒廢氣的熱能通過使所述燃燒廢氣與所述含碳原料直接接觸用作步驟a)中的熱源和/或其中所述燃燒廢氣的熱能通過加熱所述含碳原料而不直接接觸所述含碳原料用作步驟a)中的熱源。
2. 權利要求l的方法，其中步驟a)在單程反應器(10)，優選擠出 機型反應器，更優選包括互相嚙合的雙擠出螺杆(14)的擠出機型反應器 中進行。
3. 前述權利要求之一的方法，其中步驟b)用優選具有400和700 'C之間的溫度的預熱了的含氧氣體進行。
4. 前述權利要求之一的方法，其中，在步驟a)中，所述燃燒廢氣 相對於所述含碳原料逆流進料。
5. 前述權利要求之一的方法，其中步驟a)以這樣的方式進行所 得熱解廢氣包含的揮發性物質的量在所述熱解廢氣燃燒後足以提供為 了加熱並部分熱解所述含碳原料所需的熱量，而部分炭化了的含碳產物 包含剩餘的揮發性物質。
6. 前述權利要求之一的方法，其中所述含碳原料包括煤。
7. 通過在預還原段然後在最終還原段中直接還原金屬礦石生產熔 融金屬的方法，所述方法包括以下步驟 (a)在所述預還原段中，將金屬礦石進料到預還原區並在此藉助於 來源於最終還原區的還原性工藝氣體將其預還原，融，位於從鐵礦石流動方向看的下遊的最終還原區中，在那裡發生所述最終 還原,和(d) 在所述最終還原區中在熔渣層(116)中通過供應還原劑和含氧 氣體到所述最終還原區實現所述最終還原，由此生成所述還原性工藝氣 體，和(e) 在所述最終還原區中藉助於向此處供應的所述含氧氣體實現所 述還原性工藝氣體的部分後燃，其中將還原劑進料到所述最終還原區中，所述還原劑已經根據前述 權利要求之一的方法製備。
8. 權利要求7的方法，其中離開所述預還原區的廢氣具有如下定 義的大於0. 60的後燃比率潛=C°2,其中C02、 C0、 1120和112是這些氣體在離開所述預還原區時的體積百 分比濃度。
9. 前述權利要求7或8之一的方法，其中藉助於多噴槍配置將所 述含氧氣體供應到所述最終還原區，所述多噴槍配置的排列方式使得熱 的燃燒了的氣體朝向所述最終還原區的中心軸流動，以便引導所述熱氣 體遠離所述最終還原區的壁。
10. 製備在金屬製造方法例如制鐵工藝中使用的具有高溫的還原 劑的設備，其包括-至少一個加熱室(16)，其具有用於進料含碳原料的入口 (18)和用 於排出具有高溫的部分炭化了的原料的出口 (22)並也具有用於排出包 含來源於所述含碳原料的揮發性物質的熱解廢氣的出口 (28);-配置在所述加熱室(16)中的輸送機裝備(14)，其用於將所述含碳 原料從入口 (18)輸送到出口 (22);-用於燃燒所述熱解廢氣的燃燒室(32)，其具有與用於將熱解廢氣排到所述加熱室的出口 (28)流體連通的所述熱解廢氣的入口並具有燃 燒廢氣的出口，-用於將所述燃燒廢氣中所含的熱量傳遞到所述含碳原料的裝備 (34、 38、 42)。
11. 權利要求10的設備，其中所述輸送機裝備包括互相嚙合的雙 擠出螺杆(14)。
12. 用於通過直接還原鐵礦石生產熔融鐵的裝置(IOO)，包括(a) 至少一個權利要求10或11的設備(10);(b) 用於執行鐵礦石的最終還原的冶金容器(106);渣層(116)中的供i裝備(124)，所述熔;查層(116)在所述^置運^中在 所述冶金容器(106)中在鐵熔浴(114)上方形成；(d) 用於供應含氧氣體到所述冶金容器(106)的供應裝備(118);(e) 用於從所述冶金容器(106)中排出熔融鐵和熔渣的排出裝備 (120);(f) 位於所述冶金容器(106)上方且與所述冶金容器(106)開放式連 接以與其形成單個反應器的熔融用旋風分離器(102),在操作中工藝氣 體從所述冶金容器(106)直接進入所述熔融用旋風分離器(102)且至少 部分熔融的預還原了的鐵礦石從所述熔融用旋風分離器(102)直接進入 所述冶金容器(106);(g) 用於供應鐵礦石到所述熔融用旋風分離器中的供應裝備(104);(h) 用於供應氧氣到所述熔融用旋風分離器中的供應裝備(122);(i) 用於從所述熔融用旋風分離器(102)中排出流動物流形式的工 藝氣體的排出裝備(IIO)。
全文摘要
本發明涉及製備在金屬製造方法中使用的具有高溫的還原劑的方法，所述方法包括a)使用熱源加熱含碳原料的熱解步驟，其中所述原料被熱解到至多80％的熱解程度變成具有高溫的部分炭化了的含碳產物並從所述含碳原料產生包含揮發性物質的熱解廢氣，b)燃燒所述熱解廢氣的燃燒步驟，由此產生燃燒廢氣，其中所述燃燒廢氣的熱能通過使所述燃燒廢氣與所述含碳原料直接接觸而用作步驟a)中的熱源和/或其中所述燃燒廢氣的熱能通過加熱所述含碳原料而不直接接觸所述含碳原料而用作步驟a)中的熱源。本發明還涉及用於執行根據本發明的方法的優選設備、利用還原劑製備工藝的金屬製造方法如制鐵工藝和進行所述工藝的裝置。
文檔編號C21B13/14GK101688258SQ200880015245
公開日2010年3月31日 申請日期2008年3月28日 優先權日2007年4月4日
發明者H·K·A·梅耶, J·M·林克, J·祖德瑪, M·B·德尼思 申請人:科魯斯技術有限公司