鐵礦石的階段性富氧燒結的製作方法

2023-05-24 23:14:56

專利名稱：鐵礦石的階段性富氧燒結的製作方法
技術領域：

本發明涉及鐵礦石的燒結。

背景技術：

在由鐵礦石生產鐵和鋼中，有利的做法是在將鐵礦石進料到高爐(blast furnace)中之前對鐵礦石進行燒結。燒結通過改變鐵礦石的物理狀況，也即從鬆散的、細的或者甚至粉狀顆粒態轉變成當破碎成可以操作的塊時可以更容易操作和進料的相對固結態(solidified state)，而使鐵礦石團聚(agglomerate)。燒結也使得能夠將試劑比如助熔劑引入到和鐵礦石的混合物中。燒結的產物稱作「燒結體(sinter)」。

燒結體強度和可還原性(reducibility)對於高爐的性能而言非常重要。強度差的燒結體在操作和裝料時可能破裂，降低了材料在高爐中的可滲透性(permeability)。燒結體的滲透性下降和可還原性差將導致在高爐中礦石還原效率下降，運行成本(焦炭消耗)高以及生產率下降。

在通過常規方法燒結鐵礦石的過程中，焦炭屑(或者無煙煤)和鐵礦石以及其它添加劑摻混，隨後將混合物進料到移動床(也稱作託盤(pallet))上。所述床通過點火爐，在此燃料在床上方燃燒並在床中引發焦炭燃燒過程。隨後，隨著焦炭和通過位於託盤下方的風箱抽吸穿過混合物的空氣燃燒以建立和保持燒結溫度，燃燒面(combustion front)通過床。隨著焦炭的燃燒，在正燒結的混合物中和周圍的氣氛主要是還原性的，通常導致形成過多的FeO。燒結體中高含量的FeO導致可還原性和可滲透性差。通過常規方法燒結過程中的另一主要問題是燒結體表面層的質量差，這是由於焦炭燃燒不完全以及後來的快速冷卻。


發明內容

本發明的一個方法是燒結方法，包括
(A)將包含鐵礦石和固體碳質燃料的混合物進料以在移動輸送機(moving conveyor)上形成混合物的床，
(B)利用通過在點火爐中燃燒燃料所提供的熱量點燃所述混合物，並一旦點火就使所述混合物通過第一區域，(所述第一區域構成所述床的總長度的十分之一到三分之一，空氣或富氧空氣沿著其抽吸進入所述已點燃的床)，同時提供富氧空氣的氣氛到所述第一區域中的所述混合物的上表面，並且抽吸所述氣氛進入所述混合物和從所述床的底表面抽吸含有所述富氧空氣和所述燃料的反應產物的氣體，其中向提供到所述第一區域中的混合物上表面的空氣中添加的氧氣量對應於5-20立方米氧氣每噸所述混合物，
其中在所述混合物的未燒結材料的頂部形成燒結過的材料層，
(C)傳遞所述混合物直接從所述第一區域通過構成所述床長度剩餘部分的第二區域，同時提供空氣氣氛(atmosphere of air)到所述第二區域中混合物的上表面並抽吸所述氣氛進入所述混合物，和從所述床的底表面抽吸含有所述氣氛和所述燃料的反應產物的氣體，其中在所述混合物中的未燒結材料變成燒結過的，和
(D)從所述傳輸機回收燒結過的材料。

提供給第一區域中的混合物的氣氛中的增加的氧含量導致CaO.Fe2O3量增加，從而增加燒結體的強度和可還原性。在燒結過程中也實現了燃燒的改善，這有助於降低燃料消耗速率、增加生產率(燒結時間減少)、在整個床深度上燒結體性質更加均勻，並且在燒結過程結束時必需重新處理的細粉減少。

由於氧氣僅僅在移動床的部分長度處供應，所以氧氣成本可以下降，同時氧富集的益處可以得以保持。所以，在大多數情況下，氧氣成本通過燒結體質量改善、生產率增加和成本減少方面的益處而大大抵消。

作為替換性實施方案，氧氣也可以引入到送入點火爐的空氣中。當燃料氣體和富氧空氣在點火爐中燃燒時，點火溫度和點火效率改善，燃料氣體成本下降。進而，當採用富氧空氣燃燒時，可以採用熱值較低的廉價燃料氣體，這些廉價氣體在其它情況下不會有用。

在一些優選實施方案中，從所述床在所述第一區域中的底表面抽吸的所述氣體的一部分被循環到提供給所述第二區域中所述混合物上表面的空氣氣氛中。相反或者另外，可以將從所述床在所述第一區域中的底表面抽吸的所述氣體的一部分循環到提供給所述第一區域中所述混合物上表面的氣氛中。在這些實施方案中，從所述床在所述第一區域中的底表面抽吸的所述氣體的被循環到提供給所述第一區域中的所述混合物上表面的氣氛的那部分，優選是提供給所述混合物上表面的全部氣氛的二十分之一到二分之一。

作為另一替換性實施方案，在所述第一區域中提供的氧氣總量的至少50％，優選至多70％，在第一區域的第一半中提供，氧氣餘量在第一區域的第二半中提供。




圖1是根據本發明實施方案的燒結裝置的流程圖。

圖2是通過本發明燒結的材料床的剖面圖。

圖3是根據本發明替換性實施方案的燒結裝置的流程圖。

具體實施例方式
參見圖1，原料包括鐵礦石、燃料比如焦炭屑、助熔劑比如石灰、和任選的(但是優選的)從燒結過程循環的細粉(fines)，從各個進料鬥1進料到傳輸帶(conveyer belt)2上，並在轉移到料倉3之前或同時混合，所述混合物從料倉3進料到移動傳輸機5上，所述移動傳輸機5優選已經被來自料倉4的粗燒結礦石層覆蓋。

和鐵礦石混合的燃料可以是任何固體顆粒碳質燃料。優選的實例包括焦炭、焦炭屑、石油焦和煤(優選無煙煤)。

助熔劑也可以存在。如果存在，助熔劑可以是在鐵礦石燒結中慣常使用的任何助熔劑。優選的實例包括石灰、石灰石和白雲石。

傳輸機5通常是由耐久性的多孔材料比如金屬鏈(metal link)製備的傳輸帶，以承受燒結的溫度和苛刻物理條件，並允許空氣和富氧空氣抽吸通過該傳輸機。

傳輸機5位於風箱12(一個或多個)上方，所述風箱抽吸位於床6上表面處的氣氛通過傳輸機5並通過床6。所述氣氛通過一個或多個常規構造的風扇比如風扇14的運轉而抽吸。

所述混合物形成床6，床6以足以允許在混合物從傳輸機5上移開之前發生所需燒結的速度從裝料端向前移動到出料端。

氣態燃料比如焦爐氣、高爐氣或者其它可燃性含烴氣體，在燃料管道7中進料到點火爐9，空氣在管道8中進料到點火爐9，在此它和燃料燃燒以點燃床6的表面層。一旦點燃，由於如本文所述通過位於傳輸機5下方的風箱12對空氣和富氧空氣的抽吸，所以材料中的焦炭保持和氧氣燃燒以形成從頂部到底部的燃料面，直到床6中的整個材料深度被燒結。燒結後的材料隨後被排料到篩子16上，在此所述排料被篩分，粗的燒結體可用於進料到高爐，而細的燒結體進行循環用於燒結。煙道氣包含燃燒(即，氧氣和燃料在床中的反應)的氣態產物和灰塵，被抽吸到除灰塵工段13，在此從所述煙道氣中除去夾帶的顆粒，然後所述煙道氣可以在煙囪15處通過風扇14排出。

氧氣通過管線10進料到通風櫃11，所述通風櫃是在底部開口的結構(朝向床6的上表面)並且優選延伸橫跨床6的寬度。管線10在圖1中所示的一個或多個出口中終止，或者在分布器中終止，氧氣從所述出口或分布器中送出。氧氣和通風櫃中以及床6上表面處存在的空氣組合，以使床6上表面處的氣氛的氧含量高於21體積％氧。應該理解的是，在通風櫃11中和床6上表面處總是存在著空氣，這是因為在床表面和通風櫃11的下邊緣之間存在著開放空間，並且因為風扇14(和風扇17，如果存在)的運轉往往將空氣從周圍氣氛中向內抽吸通過這些空間。在管線10中進料的氧氣優選是至少50體積％氧氣，更優選至少90體積％氧氣，還更優選至少95體積％氧氣。

優選地，通過將空氣和足量的含氧進料物流組合將富氧空氣提供給第一區域，由此所述富氧空氣含有5-20立方米O2每噸所述混合物。同樣優選的，提供給並抽吸到所述第一區域中的所述床中氧氣總量的大於60％是沿著第一區域的第一半長度提供的。更優選地，在所述第一半長度之內，富氧空氣的進料速度是均勻的。

富氧空氣沿著床6的延伸到如下區域下方的部分被抽吸通過床6所述區域即在該處富氧空氣進料到床6的上表面的區域。床的這一部分稱作第一區域。

沒有氧富集的空氣抽吸通過第二區域，也即床6的位於風箱12上方的剩餘部分。考慮床6從其被點火的位點到空氣不再抽吸通過床6的位點的總長度，也即第一區域和第二區域的總和，第一區域應該是床6的所述總長度的1/7-1/5。

在圖1所示的替換性任選設置中，氧氣也可以通過從管線10分支出來的帶閥門管線加到位於管道8中的空氣中。所述增加的氧氣有助於豐富進料到爐9中的空氣，從而改善燃料的燃燒。

如圖2所示，從床6的頂部到底部，床6中的材料通常可以劃分成四個層，在圖2中記為層A、B、C和D；燒結過的材料層A，其在燒結後通過抽吸通過其的空氣冷卻並可以在燒結後持續反應；進行燒結的材料層B，其中溫度高得足以使混合物通過相關的反應而燒結；蒸發層或預熱層C，其接近燃燒但還沒有達到燃燒；「未經過處理的(green)」的材料層D，也就是說，它還沒有加熱或燃燒。根據本發明在第一區域中富氧空氣的進料促進了材料在床6中的燃燒和燒結，由在未燒結的材料頂部的燒結過的材料層開始。床6中的材料的燃燒和燒結在第二區域中持續進行，在所述第二區域中不富含氧氣的空氣被抽吸通過床6。

在燒結過程中，鐵-氧化合物的反應包括在燒結不同階段的分解、氧化和還原。在靠近焦炭燃燒的區域(主要是燒結區域)中，CO的生成使得下列反應在不同溫度發生 3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO＝3FeO+CO2
在燃燒面通過之後，由於連續供給的空氣被抽吸通過，所以在燒結過的層中發生氧化和再氧化反應。
4Fe3O4+O2＝6Fe2O3 6FeO+O2＝2Fe3O4
氧化和再氧化反應確保了可氧化性。Fe2O3的生成便於形成SFCA(在鐵礦石燒結體中出現的複合鐵氧體(complex ferrite)，組成由式xFe2O3.ySiO2.zAl2O3.5CaO表示)，其據信是將未反應的鐵礦石物理性聚集起來的主要粘合相(bonding phase)，SFCA具有強度和可還原性的良好組合。在常規燒結方法中，氧化和再氧化反應進行得並不順暢。主要原因相信是由於有限的氧供給和焦炭燃燒導致的層中氧勢(oxygen potential)低。

氧的引入通過兩種方式有助於鐵燒結。首先，它有助於強化氧化性氣氛，在高氧勢時磁鐵礦(Fe3O4)更容易氧化成赤鐵礦(Fe2O3)。反應自身是放熱性的，這意味著焦炭成本將下降。第二，氧提高了焦炭燃燒效率並提高了燃燒速度。因此，焦炭成本可以低於沒有氧富集的情況。焦炭成本的降低進而產生更低還原性的氣氛，這更有利於燒結過程。

在床的較低層處，由於燃燒熱仍舊通過較上層維持，所以燒結所需的溫度可以保持足夠時間以供燒結反應發生。相反，在表面層(沒有被覆蓋層覆蓋)處，表面層快速冷卻，這意味著沒有足夠時間供所有反應發生。結果，沒有足量液相以以高強度將材料顆粒粘合在一起。同樣由於反應不完全，所以燒結體的可還原性低。所以，在燒結的早先階段(點燃時的即刻)空氣中氧的富集將極大地幫助改善焦炭的燃燒並保持相對強的氧化性氣氛以供反應進行。總體而言，燒結行為將顯著改善。

氧氣可以以均勻的流速引入通過通風櫃11的整個長度。但是，由於被抽吸通過床6的空氣的氧富集在燒結最開始時是如此有利，所以優選氧富集水平在靠近燒結開始的地方更高，隨後沿著通風櫃長度氧富集水平下降。這可以通過控制閥或者硬體、或者通過分布器的尺寸和位置來實現。例如，採用延伸到傳輸機5和床6的五分之一(1/5)長度的氧通風櫃，最佳多達70％的總氧量應該在通風櫃床度的第一半中供料，剩餘的氧氣在通風櫃長度的第二半中供料。

在本發明的另一替換性實施方案中，如圖3所示，其是本發明的優選實施方案，針對燒結所述的氧富集可以和從煙道氣回收熱量一起實施。也就是說，熱煙道氣可以循環通過風扇17到達氧通風櫃11，或者單獨循環到第二通風櫃18，所述第二通風櫃18位於床6的第二區域上方。煙道氣的循環由於煙道氣仍然是熱的而提高了效率，所述熱量用於促進燒結。將氧氣加入到通風櫃11在本實施方案中是特別有利的，因為煙道氣中的氧含量低於空氣中的氧含量。優選地，循環通過風扇17到達床6的第一區域的氣氛部分是提供到床6上表面的氣氛總量的二十分之一到二分之一(體積)。應該理解的是，空氣總是存在於通風櫃18中和通風櫃18下方床6的上表面處，這是因為在床表面和通風櫃18下邊緣之間具有敞開的空間，而且是因為風扇14和17的運轉往往將空氣從周圍氣氛向內抽吸通過這些空間。
實施例
下面是根據本發明在鐵礦石燒結中使用氧氣的實踐的實施例，其中氧以在橫跨床的整個長度上相同的流速引入。

下面是根據本發明在鐵礦石燒結中使用氧氣的實踐的實施例，其中在燒結開始處(也就是說，從床的如下端部處在所述端部處被燒結材料最初被送入到床上)的氧流速高於沿著床長度更遠處的氧流速。
*70％氧氣被引入到床的位於氧通風櫃11下方的第一半長度中，引入速度在所述床長度的所述部分均勻，剩餘的氧氣被引入到床的在氧通風櫃11下方的第二半長度中，引入速度在所述床長度的所述部分均勻。

下面給出了根據本發明在鐵礦石燒結中如圖3所示使用氧氣並且循環煙道氣的實踐的實施例。
下面給出了氧對床的整個深度的不同材料層的燒結行為的影響的實施例。


權利要求
1.燒結鐵礦石的方法，包括
(A)進料包含鐵礦石和固體碳質燃料的混合物，以在移動傳輸機上形成所述混合物的床，
(B)利用通過在點火爐中燃燒燃料所提供的熱量點燃所述混合物，並一旦點火就使所述混合物通過構成所述床的總長度的十分之一到三分之一的第一區域，空氣或富氧空氣沿著其抽吸進入所述已點燃的床，同時提供富氧空氣的氣氛到所述第一區域中的所述混合物的上表面，並且從所述床的底表面抽吸所述氣氛進入所述混合物和抽吸含有所述富氧空氣和所述燃料的反應產物的氣體，其中向提供到所述第一區域中的混合物上表面的空氣中添加的氧氣量對應於5-20立方米氧氣每噸所述混合物，
其中在所述混合物的未燒結材料的頂部形成燒結過的材料層，
(C)使所述混合物直接從所述第一區域通過構成所述床長度剩餘部分的第二區域，同時提供空氣氣氛到所述第二區域中混合物的上表面並抽吸所述氣氛進入所述混合物，和從所述床的底表面抽吸含有所述氣氛和所述燃料的反應產物的氣體，其中在所述混合物中的未燒結材料變成燒結過的，和
(D)從所述移動傳輸機回收燒結過的材料。
2.權利要求1的方法，其中在所述第一區域中提供到和抽吸入所述床的氧氣總量的大於60％被提供給所述第一區域的長度的第一半。
3.權利要求1的方法，其中向在所述點火爐中燃燒的空氣添加氧氣。
4、權利要求1的方法，其中從所述床的在所述第一區域中的底表面抽吸的所述氣體的一部分被循環到提供給在所述第二區域中的混合物上表面的空氣氣氛。
5.權利要求1的方法，其中從所述床的在所述第一區域中的底表面抽吸的所述空氣的一部分循環到提供給所述第一區域中的混合物的上表面的氣氛。
6.權利要求5的方法，其中從所述床的在所述第一區域中的底表面抽吸的所述氣體的被循環到提供給所述第一區域中的混合物上表面的所述氣氛的所述部分，是提供給所述混合物上表面的全部氣氛的二十分之一到二分之一。
7.權利要求1的方法，其中所述混合物也包含助熔劑。
全文摘要
本發明涉及鐵礦石的階段性富氧燒結。通過在鐵礦石移動床點燃之後在所述床的前十分之一到三分之一中抽吸富氧空氣氣氛通過所述床，並且通過抽吸空氣氣氛或者富含煙道氣的空氣氣氛通過所述床的剩餘部分，來燒結鐵礦石。
文檔編號C22B1/16GK101608255SQ20081012536
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月20日 優先權日2008年6月20日
發明者濤 王, J·F·比林漢 申請人:普萊克斯技術有限公司