專利名稱：鐵礦石顆粒的流態(tài)化床型還原設(shè)備及其還原鐵礦石顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在生產(chǎn)生鐵或工業(yè)純鐵過程中用于還原細鐵礦石的流態(tài)化床型還原設(shè)備，以及一種用這種設(shè)備還原鐵礦石顆粒的方法，更具體一些，涉及一種能夠有效地還原處于穩(wěn)定的流態(tài)化狀態(tài)的尺寸范圍較寬的細鐵礦石的流態(tài)化床型還原設(shè)備，以及一種采用該設(shè)備還原細鐵礦石的方法。
從經(jīng)過還原的鐵礦石生產(chǎn)生鐵的傳統(tǒng)方法通常包括采用高爐的方法和采用豎爐的方法。在后一種方法中，在豎爐中被還原的鐵礦石要在一電爐中熔化。
就用高爐生產(chǎn)生鐵的方法而論，要用大量的焦炭作為熱源和還原劑。按照這一方法，鐵礦石要以燒結(jié)礦的形式加入，以便改進透氣性和還原作用。為此，采用高爐的傳統(tǒng)方法需要一個用于生產(chǎn)焦煤的煉焦爐和用于生產(chǎn)燒結(jié)礦的設(shè)備。因此，采用高爐的方法是一種需要巨額投資和高能量消耗的方法。由于高質(zhì)量的煉焦煤在世界上分布不均，同時它的儲藏量正在減少，因此它的短缺隨著鋼產(chǎn)量的增加而變得更加嚴峻。另一方面，用豎爐還原鐵礦石的方法需要一個預(yù)熱步驟，以使鐵礦石球團化。由于這種方法還采用天然氣作為熱源和還原劑，因此它有一個缺點，即它在商業(yè)上只能在天然氣易于保證供應(yīng)的地區(qū)實現(xiàn)。
最近，有一種熔化還原法，它作為一種新的生鐵制造方法已經(jīng)引起了注意，它能用非焦化煤代替焦炭從鐵礦石生產(chǎn)生鐵。
這種熔化還原法一般采用這樣一個系統(tǒng)，其中，在單獨的爐子中被預(yù)還原的鐵礦石在熔煉爐中被全部還原，以產(chǎn)生鐵水。在還原爐中，鐵礦石在被熔化以前以固相被還原。換句話說，裝入還原爐中的鐵礦石在與從熔煉爐中產(chǎn)生的熱還原氣體接觸時被還原。
在此方法中所用的還原過程可按照鐵礦石與還原氣體接觸的情況分為移動床型和流態(tài)化床型。眾所周知，用于還原尺寸分布寬的細鐵礦石的最有希望的方法之一是流態(tài)化床型法，其中，鐵礦石以流態(tài)化狀態(tài)被還原氣體還原，該還原氣體通過裝在反應(yīng)器下部的分配器來供應(yīng)。
在日本專利公開公報No.平成3-215621中公開了流態(tài)化床型還原爐的一個例子。如

圖1所示，此爐子包括一圓柱形還原爐91和一旋風除塵器95。當通過入口92加入鐵礦石，同時通過管路93和分配器96以適當?shù)牧髁繉⑦€原氣體送入還原爐91時，鐵礦石在分配器的上方形成一流態(tài)化床，從而能與還原氣體混合并被其攪拌。在此狀態(tài)下，鐵礦石可由還原氣體還原。送入爐子中的還原氣體在鐵礦石顆粒層中形成氣泡，好似液體被煮沸，然后，該還原氣體穿過顆粒層上升，由此形成一鐵礦石顆粒的流態(tài)化床。因此，此流態(tài)化床是一個起泡流態(tài)化床。經(jīng)過還原的鐵礦石通過出口94排出還原爐91。
就在上述公開文獻中公開的流態(tài)化床型還原設(shè)備而言，需要在形成有效的流態(tài)化床時使還原氣體的流量減至最小，這樣，不僅減少了鐵礦石的淘析，而且提高了還原氣體的效率。為達到此目的，如果在流態(tài)化床中，還原氣體沿流態(tài)化床縱軸的流量不變，鐵礦石顆粒的顆粒尺寸就應(yīng)當嚴格地限制在一定的范圍內(nèi)。換句話說，用于形成有效的流態(tài)化床所需要的還原氣體的速度應(yīng)當控制在最小的流態(tài)化速度和極限速度之間。因此，對于這樣一種流態(tài)化床型還原爐來說，應(yīng)當按照鐵礦石顆粒的粒度對其進行篩分，從而使只有那些顆粒范圍差不多的鐵礦石才能被裝入還原爐中。如果在流態(tài)化粗鐵礦石(這種鐵礦石在低的氣體速度下不會被流態(tài)化)所需要的高氣體速度下進行這一操作，由于細礦石的極限速度小于工作的氣體速度，將會導(dǎo)致大量的細鐵礦石淘析。其結(jié)果將使旋風除塵器的除塵效率大大降低，從而加大原材料的損失。另外，由于細鐵礦石在還原爐中的平均停留時間短于粗鐵礦石的，所以使環(huán)流的細鐵礦石的還原率下降。
發(fā)明人根據(jù)他們的研究和試驗結(jié)果提出了本發(fā)明，它可以解決在傳統(tǒng)方法中會遇到的上述問題。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種流態(tài)化床型還原設(shè)備和一種用此設(shè)備還原細鐵礦石的方法，它們可以有效地還原處于穩(wěn)定的流態(tài)化狀態(tài)的尺寸范圍較寬的細鐵礦石，從而可以大大地減少顆粒的淘析，提高還原率，并提高還原氣體的效率。
根據(jù)此目的，發(fā)明了一種設(shè)備，它包括按順序布置的多級流態(tài)化床型爐。在此系統(tǒng)中，將每個反應(yīng)器都做成錐形，亦即反應(yīng)器的直徑沿向上的方向增加，以便能穩(wěn)定地流態(tài)化顆粒尺寸范圍寬的細鐵礦石。該還原設(shè)備包括一用于干燥和預(yù)熱細鐵礦石顆粒的爐子，和至少一個用于還原經(jīng)過干燥/預(yù)熱的鐵礦石的還原爐。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種用于還原細鐵礦石的流態(tài)化床型還原設(shè)備，它包括一干燥/預(yù)熱爐，用于干燥和預(yù)熱由一料斗供給的處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)的鐵礦石；一用于收集從干燥/預(yù)熱爐排出的廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石的第一旋風除塵器；一用于最終還原經(jīng)過干燥/預(yù)熱的處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)的鐵礦石的還原爐；和一用于收集從還原爐排出的廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石的第二旋風除塵器。此后，稱此設(shè)備為兩級流態(tài)化床型還原設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供了一種用于還原細鐵礦石的流態(tài)化床型還原設(shè)備，它包括一干燥/預(yù)熱爐，用于干燥和預(yù)熱由一料斗供給的處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)的細鐵礦石；一用于收集從干燥/預(yù)熱爐排出的廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石的第一旋風除塵器；一第一還原爐，用于預(yù)還原經(jīng)過干燥/預(yù)熱的處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)的鐵礦石；一用于收集從第一還原爐排出的廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石的第二旋風除塵器；一第二還原爐，用于最終還原經(jīng)過預(yù)還原的處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)的鐵礦石；以及一用于收集從第二還原爐排出的廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石的第三旋風除塵器。此后，稱此設(shè)備為三級流態(tài)化床型還原設(shè)備。
按照本發(fā)明的再一個方面，本發(fā)明提供了一種用于還原尺寸分布寬的細鐵礦石的方法，它包括下列步驟在一圓錐形流態(tài)化床中干燥和預(yù)熱處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)的鐵礦石，該圓錐形流態(tài)化床的直徑沿向上的方向加大；在一圓錐形流態(tài)化床中最終還原處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)的經(jīng)過干燥/預(yù)熱的鐵礦石，該圓錐形流態(tài)化床的直徑沿向上的方向加大。此后，稱此方法為兩級還原法。
按照本發(fā)明的又一個方面，本發(fā)明提供了一種還原尺寸分布寬的細鐵礦石的方法，它包括下列步驟在一圓錐形流態(tài)化床中干燥和預(yù)熱處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)的鐵礦石，該圓錐形流態(tài)化床的直徑沿向上的方向加大；在一第一圓錐形流態(tài)化床中預(yù)還原處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)的經(jīng)過干燥/預(yù)熱的鐵礦石，該第一圓錐形流態(tài)化床的直徑沿向上的方向加大；以及在一第二圓錐形流態(tài)化床中最終還原處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)的經(jīng)過預(yù)還原的鐵礦石，該第二圓錐形流態(tài)化床的直徑沿向上的方向加大。此后，稱此方法為三級還原法。
本發(fā)明的其它目的和方面可從配合附圖對實施例的描述中得到清楚的了解，這些附圖是圖1是表示傳統(tǒng)的還原鐵礦石的流態(tài)化床型還原爐的示意圖；以及圖2是表示按照本發(fā)明的用于還原鐵礦石的流態(tài)化床型還原設(shè)備的示意圖。
在圖2中，示出了根據(jù)本發(fā)明的用于還原尺寸分布寬的細鐵礦石的三級流態(tài)化床型還原設(shè)備。
如圖2所示，三級流態(tài)化床型還原設(shè)備1包括一用于干燥和預(yù)熱處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)的鐵礦石的爐子10，鐵礦石作為原料由料斗70供給。一第一旋風除塵器40與上述干燥/預(yù)熱爐10相連，該旋風除塵器用于收集從干燥/預(yù)熱爐10排出的廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石。在干燥/預(yù)熱爐10的下面，設(shè)有一第一還原爐20，用于接受從干燥/預(yù)熱爐10排出的經(jīng)過干燥/預(yù)熱的鐵礦石。在第一還原爐20中，經(jīng)過干燥/預(yù)熱的礦石在起泡的流態(tài)化狀態(tài)下被預(yù)還原。一第二旋風除塵器50與第一還原爐20相連，用以收集從第一還原爐20排出的廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石。在第一還原爐20的下面還設(shè)有一第二還原爐30。該第二還原爐30接受來自第一還原爐20的經(jīng)過預(yù)還原的鐵礦石并最終將處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)的經(jīng)過預(yù)還原的鐵礦石還原。一第三旋風除塵器60與第二還原爐30連接，以便收集從第二還原爐30排出的廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石。
將干燥/預(yù)熱爐10做成均勻地向上擴張的圓錐形。具體的說，干燥/預(yù)熱爐10包括一大的上圓柱形段101，一中間圓錐形段102和一小的下圓柱形段103。干燥/預(yù)熱爐10在其底部設(shè)有一第一氣體入口11，以接受來自第一還原爐20的廢氣。在圓錐形段102與小圓柱形段103之間裝有一第一分配器12，以均勻地分布通過第一氣體入口11供給的廢氣。
在圓錐形段102的側(cè)壁的一部分上設(shè)有一第一礦石入口18，通過此入口，鐵礦石經(jīng)過礦石供應(yīng)管線從料斗70裝入。在圓錐形段102的側(cè)壁的與設(shè)有第一礦石入口18的部分相對的另一部分上，干燥/預(yù)熱爐10有一第一礦石出口13和一第一粉塵狀礦石入口15，出口13用于從干燥/預(yù)熱爐10中排出經(jīng)過干燥/預(yù)熱的鐵礦石，而入口15用于接受被第一旋風除塵器40捕獲的粉塵狀鐵礦石顆粒。
在大的圓柱形段101的上部設(shè)有一第一廢氣出口16。此第一廢氣出口16通過第一廢氣管線17與第一旋風除塵器40相連。
第一旋風除塵器40的頂部裝有第一凈化氣體排放管線42，用于向外排放來自第一旋風除塵器40的經(jīng)過凈化的廢氣。在第一旋風除塵器40的底部，聯(lián)結(jié)有第一粉塵狀礦石排放管線41的一端，而第一粉塵狀礦石排放管線41的另一端則連接著裝在干燥/預(yù)熱爐10的圓柱形段102上的第一粉塵狀礦石入口15，以使被第一旋風除塵器40捕獲的粉塵狀鐵礦石被回收到干燥/預(yù)熱爐10中。
與干燥/預(yù)熱爐10相似，第一還原爐20的形狀也被做成均勻地向上擴張的圓錐形。也就是說，第一還原爐20包括一大的上圓柱形段201、一中間圓錐形段202和一小的下圓柱形段203。第一還原爐20在其底部也裝有一第二氣體入口21，以接受來自第二還原爐30的廢氣。在圓錐形段202與小圓柱形段203之間裝有一第二分配器22，以均勻地分布通過第二氣體入口21供給的廢氣。
在圓錐形段202的一個側(cè)壁部分上，第一還原爐20有一第二礦石出口23，和一第二礦石入口28，出口23用于排出在第一還原爐20中經(jīng)過預(yù)還原的鐵礦石，而入口28用于接受來自干燥/預(yù)熱爐10的經(jīng)過干燥/預(yù)熱的鐵礦石顆粒。在圓錐形段202的另一側(cè)壁部分上，第一還原爐20有一第二粉塵狀礦石入口25，用于接受被第二旋風除塵器50捕獲的粉塵狀鐵礦石。
在大圓柱形段201的上部設(shè)有一第二廢氣出口26。此第二廢氣出口26通過第二廢氣管線27與第二旋風除塵器50相連。
第二旋風除塵器50的頂部與第二經(jīng)凈化廢氣管線52的一端相連。第二旋風除塵器50的底部與第二粉塵狀礦石排放管線51相連。
第二經(jīng)凈化廢氣管線52的另一端與裝在干燥/預(yù)熱爐10底部的第一氣體入口11相連，以便將在第二旋風除塵器50中除去鐵礦石的廢氣送入干燥/預(yù)熱爐10中。第二粉塵狀礦石排放管線51的另一端與裝在第一還原爐20的圓錐形段202上的第二粉塵狀礦石入口25相連，由此使被第二旋風除塵器50捕獲的粉塵狀鐵礦石被回收到第一還原爐20中。
第一還原爐20的第二礦石入口28用第一導(dǎo)管線14與干燥/預(yù)熱爐10的第一礦石出口13相連。
與第一還原爐20相似，將第二還原爐30也做成均勻地向上擴張的圓錐形。也就是說，第二還原爐30包括一大的上圓柱形段301、一中間圓錐形段302和小的下圓柱形段303。第二還原爐30在其底部也裝有一第三氣體供應(yīng)口31，用以接受來自一熔爐燃氣發(fā)生器80的廢氣。在圓錐形段302與小圓柱形段303之間裝有一第三分配器32，以均勻地分布通過第三氣體入口31供給的廢氣。
在圓錐形段302的一個側(cè)壁部分上，第二還原爐30有一第三礦石入口38，用于接受來自第一還原爐20的經(jīng)過預(yù)還原的鐵礦石。在圓錐形段302的另一側(cè)壁部分上，第二還原爐30有一第三粉塵狀礦石入口35和一第三礦石出口33，入口35用于接受被第三旋風除塵器60捕獲的粉塵狀鐵礦石，而出口33用于排放在第二還原爐30中被最終還原的鐵礦石。
在大圓柱形段301的上部，第二還原爐30有一第三廢氣出口36，它通過第三廢氣管線37與第三旋風除塵器60相連。
第三旋風除塵器60的頂部與第三經(jīng)凈化廢氣管線62的一端相連。第三旋風除塵器30的底部與第三粉塵狀礦石排放管線61的一端相連。
第三經(jīng)凈化廢氣管線62的另一端與裝在第一還原爐20底部的第二氣體入口21相連，以便向第一還原爐20供應(yīng)在第三旋風除塵器60中除去鐵礦石的廢氣。第三粉塵狀礦石排放管線61的另一端與裝在第二還原爐30的圓錐形段302上的第三粉塵狀礦石入口35相連，從而使被第三旋風除塵器60捕獲的粉塵狀鐵礦石被回收到第二還原爐30中。
第二還原爐30的第三礦石入口38用第二導(dǎo)管線24與第一還原爐20的第二礦石出口23相連。
第三礦石出口33通過第三導(dǎo)管線34與熔爐燃氣發(fā)生器80相連，而第三氣體入口31通過一廢氣管線82與熔爐燃氣發(fā)生器80相連。
熔爐燃氣發(fā)生器80的底部與生鐵排放線81相連，排放線81用于排放在熔爐燃氣發(fā)生器80中通過熔化還原作業(yè)所產(chǎn)生的生鐵。
在第一導(dǎo)管線14的彎曲部分裝有一供氣口P，用于向第一導(dǎo)管線14供應(yīng)少量的氣體，以防止導(dǎo)管線14由被送入導(dǎo)管線14的鐵礦石顆粒堵塞。為此，在第二導(dǎo)管線24的彎曲部分也裝設(shè)了另一供氣口P。
雖然本發(fā)明是以三級流態(tài)化床型還原設(shè)備的實施例來描述的，但是它也可以按兩級流態(tài)化床型的形式予以構(gòu)造或改進。兩級流態(tài)化床型還原設(shè)備與三級流態(tài)化床型還原設(shè)備的構(gòu)造基本相同，只是它只包括一個還原爐，該爐子可以是第一還原爐20或是第二還原爐30。在此情況下，在干燥/加熱爐中經(jīng)過干燥和預(yù)熱的鐵礦石顆粒在唯一的爐子中幾乎全部被還原。
干燥/預(yù)熱爐10、第一還原爐20和第二還原爐30的圓錐形段102、202和302最好具有從3°至25°的錐角。
干燥/預(yù)熱爐10、第一還原爐20和第二還原爐30的圓錐形段102、202和302最好還具有是其下端內(nèi)徑的5.0至9.0倍的高度。另一方面，干燥/預(yù)熱爐10、第一還原爐20和第二還原爐30的大圓柱形段101、201和301最好具有是每個相應(yīng)的圓錐形段上端的內(nèi)徑的2.0至4.0倍的高度。
現(xiàn)在描述用本發(fā)明的流態(tài)化床型還原設(shè)備生產(chǎn)還原鐵或熔融生鐵的方法。
如圖2所示，放在料斗70中的鐵礦石通過礦石供應(yīng)線71和第一礦石入口18送入干燥/預(yù)熱爐10。干燥/預(yù)熱爐10還從第一還原爐20依次經(jīng)過第二旋風除塵器50、第二經(jīng)凈化廢氣管線52和第一氣體入口11被供以廢氣。此廢氣靠第一分配器12在干燥/預(yù)熱爐10中均勻地分散。送入干燥/預(yù)熱爐10的鐵礦石顆粒由均勻散布的氣體形成起泡的流態(tài)化床，并在流態(tài)化床中被干燥和預(yù)熱。此后通過第一礦石出口13和第一導(dǎo)管線14將經(jīng)過干燥/預(yù)熱的鐵礦石送往第一還原爐20。
廢氣依次經(jīng)過第一廢氣出口16和第一廢氣管線17、第一旋風除塵器40和第一經(jīng)凈化廢氣管線42從干燥/預(yù)熱爐10向外排出，在爐子10中，鐵礦石由被排放前的廢氣干燥和預(yù)熱。廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石被第一旋風除塵器40捕獲，然后通過第一粉塵狀礦石排放管線41和第一粉塵狀礦石入口15被回收至干燥/預(yù)熱爐10中。
此后，送入第一還原爐20的經(jīng)過干燥/預(yù)熱的鐵礦石在由依次通過第三旋風除塵器60、第三經(jīng)凈化廢氣管線62、第二氣體入口62和第二分配器22被送入第一還原爐20中的廢氣形成起泡的流態(tài)化床的同時被預(yù)還原。經(jīng)過預(yù)還原的鐵礦石通過第二礦石出口23和第二導(dǎo)管線24被送往第二還原爐30。
在第一還原爐20中，來自第二還原爐30的廢氣用于預(yù)還原鐵礦石，然后依次通過第二廢氣出口26和第二廢氣管線27、第二旋風除塵器50和第二經(jīng)凈化廢氣管線52從第一還原爐20排出，接著被送入干燥/預(yù)熱爐10中。廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石被第二旋風除塵器50捕獲，然后經(jīng)過第二粉塵狀礦石排放管線51和第二粉塵狀礦石入口25被回收至第一還原爐20中。
同時，送入第二還原爐30中的經(jīng)過預(yù)還原的鐵礦石在由廢氣形成起泡的流態(tài)化床的同時被最終還原，而該廢氣是由熔爐燃氣發(fā)生器80產(chǎn)生并通過廢氣管線82、第三氣體入口31和第三分配器32送入第二還原爐30的。被最終還原的鐵礦石通過第三礦石出口33和第三導(dǎo)管線34被送往熔爐燃氣發(fā)生器80。
由熔爐燃氣發(fā)生器80產(chǎn)生的廢氣首先用于在第二還原爐中最終還原鐵礦石，以后在經(jīng)過第三廢氣排放口36和第三廢氣管線37、第三旋風除塵器60和第三經(jīng)凈化廢氣管線62排出以后被送入第一還原爐20。廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石被第三旋風除塵器60捕獲，然后經(jīng)過第三粉塵狀礦石排放管線61和第三粉塵狀礦石入口35被回收至第二還原爐30。
使裝入熔爐燃氣發(fā)生器80的鐵礦石顆粒熔化，從而產(chǎn)生熔融的生鐵(鐵水)。
另一方面，最好將干燥/預(yù)熱爐10、第一還原爐20和第二還原爐30中每一個的凈空區(qū)的氣體速度保持在是用于在相關(guān)爐子中流態(tài)化具有平均粒度的鐵礦石顆粒所需最小氣體速度的1.0至3.0倍之間。
對于干燥/預(yù)熱爐10，第一還原爐20和第二還原爐30，爐子中的壓力降最好在0.3至0.6個大氣壓的范圍內(nèi)，而在爐子中的溫度降最好為30至80℃。最好還要使供給第二還原爐30的氣體的壓力和溫度分別為2至4個大氣壓和800至900℃。
鐵礦石顆粒在每個爐子中的停留時間最好為20至40分鐘。
雖然本發(fā)明的方法是按照用三級流態(tài)化床型還原設(shè)備還原細鐵礦石來描述的，但是它也可以在兩級流態(tài)化床型還原設(shè)備中來還原細鐵礦石。如上所述，兩級流態(tài)化床型還原設(shè)備的結(jié)構(gòu)與三級流態(tài)化床型還原設(shè)備的結(jié)構(gòu)基本上相同，只是它只包括一個還原爐。在采用兩級流態(tài)化床型還原設(shè)備的情況下，在干燥/預(yù)熱爐中經(jīng)過干燥和預(yù)熱的鐵礦石在唯一的爐子中幾乎完全被還原。
在此情況下，干燥/預(yù)熱爐或唯一的還原爐的凈空區(qū)內(nèi)的氣體速度最好保持為是用于在相關(guān)爐子中流態(tài)化具有平均粒度的鐵礦石顆粒所需最小氣體速度的1.0至3.0倍。
對于干燥/預(yù)熱爐或唯一的還原爐而言，在爐子中產(chǎn)生的壓力降最好為0.3至0.6個大氣壓，而在爐子中產(chǎn)生的溫度降最好在30至80℃的范圍內(nèi)。最好還要使供給還原爐的氣體的壓力和溫度分別為2至4個大氣壓和800至900℃。
鐵礦石顆粒在每個爐子中的停留時間最好為30至50分鐘。
從上面的描述中可明顯地看出，按照本發(fā)明所采用的每個爐子都被做成錐形，也就是說，爐子的直徑朝向上的方向增加，從而能穩(wěn)定地流態(tài)化粒度范圍大的鐵礦石顆粒。采用這種形狀，就有可能不僅保證粗鐵礦石顆粒的流態(tài)化，還可以更穩(wěn)定地流態(tài)化細鐵礦石顆粒，從而獲得有效的細鐵礦石還原。根據(jù)本發(fā)明，細鐵礦石的還原是通過多個階段(例如三階段)完成的，此三個階段包括干燥/預(yù)熱階段，第一還原階段和第二還原階段，它們都具有不同的工序。根據(jù)本發(fā)明，可以有效地利用從每個爐子中產(chǎn)生的廢氣，從而減少燃料消耗。
現(xiàn)在將更詳細地說明，為什么用按照本發(fā)明的爐子結(jié)構(gòu)能有效地還原細鐵礦石的原因。由于本發(fā)明的爐子的截面積是朝著爐子的上端逐步加大的，爐子中的氣體速度朝著爐子的上端逐漸減小。因此，大部分分布于裝在爐子下部分配器附近的粗鐵礦石顆?？稍诟叩臍怏w速度下很好地被流態(tài)化。另一方面，大部分分布在爐子上部的細鐵礦石顆?？梢栽诒欢糁瞥刹惶晕鰰r在中/低氣體速度下被恰當?shù)亓鲬B(tài)化。因此，不管粒度如何，鐵礦石顆粒在爐子中的停留時間可以保持不變。于是，粒度范圍寬的鐵礦石可以在保持穩(wěn)定的流態(tài)化狀態(tài)的同時被有效地還原。本發(fā)明的還原設(shè)備包括按順序布置的多級流態(tài)化床型爐子，即，用于干燥和預(yù)熱細鐵礦石的干燥/預(yù)熱爐，用于預(yù)還原經(jīng)過干燥/預(yù)熱的細鐵礦石的第一還原爐，以及用于最終還原經(jīng)過預(yù)還原的鐵礦石顆粒的第二還原爐。在此設(shè)備中，將從每個爐子中產(chǎn)生的廢氣用作前面的還原階段的還原氣體，從而增大了還原氣體的利用率。因此，本發(fā)明的設(shè)備和方法提供了有重大意義的經(jīng)濟效益。
參考下面的例子，可以更好地了解本發(fā)明；但是，只打算用此例子來說明本發(fā)明，并不能將其認為是對本發(fā)明的范圍的限制。
實施例現(xiàn)在準備了一套具有如圖2所示結(jié)構(gòu)的流態(tài)化床型還原設(shè)備。此流態(tài)化床型還原設(shè)備具有下列尺寸1)每個流態(tài)化床型爐子(干燥/預(yù)熱爐，第一還原爐和第二還原爐)的內(nèi)徑和高度-圓錐形段下端的內(nèi)徑0.3m；-圓錐形段的高度1.9m；-圓錐形段上端的內(nèi)徑0.7m；-每個圓柱形段的高度2.0m；-圓錐形段的錐角；6°然后將細鐵礦石裝入如上所述制造的流態(tài)化床型還原設(shè)備的干燥/預(yù)熱爐10中，同時通過都裝在第二還原爐30上的第三氣體入口31和第三氣體分配器32將還原氣體送往第二還原爐30。
細鐵礦石在由還原氣體形成起泡的流態(tài)化床的同時被還原和預(yù)熱。在已經(jīng)干燥和預(yù)熱以后，將鐵礦石送往第一還原爐20，它們在該爐子中又被預(yù)還原。在已經(jīng)被預(yù)還原以后，將鐵礦石送往第二還原爐30，然后使其被最終還原。此后將來自第二還原爐30的鐵礦石送往熔爐燃氣發(fā)生器80。在熔爐燃氣發(fā)生器中，鐵礦石被熔化。在上述過程中采用了下列條件2)鐵礦石顆粒的加入與排放-細鐵礦石的成份T.Fe62.36％，SiO25.65％，Al2O32.91％，S0.007％，以及P0.065％；-顆粒尺寸范圍小于0.25mm＝22％；0.25mm～1.0mm＝28％，以及1.0mm～5.0mm＝50％；-進料速度20kg/min-第三礦石排放口的排放速度14.3kg/min3)還原氣體-成份CO65％，H225％，以及CO2＋H2O10％；-溫度850℃左右；以及-壓力3.3kgf/cm24)每個爐子(干燥/預(yù)熱爐，第一還原爐和第二還原爐)中的氣體速度-圓錐形段下端的氣體速度1.5m/s，以及-圓錐形段上端的氣體速度0.27m/s從開始還原經(jīng)過了60分鐘以后，開始排放經(jīng)過還原的鐵礦石。在此試驗中，氣體的平均利用率約為25％，而平均還原率則為87％。由粉塵狀鐵礦石的淘析引起的鐵礦石損耗為0.5％。根據(jù)這一結(jié)果可以得出下述結(jié)論，即與鐵礦石的損耗一貫為8％至10％的傳統(tǒng)圓柱形流態(tài)化床相比，本發(fā)明大大地減少了鐵礦石的損耗。
從上面的說明中可以明顯地看出，本發(fā)明，一種流態(tài)化床型還原設(shè)備和一種用該設(shè)備還原鐵礦石顆粒的方法，能夠在還原爐中遏制粉塵狀鐵礦石的淘析，從而減少鐵礦石的損耗，同時提高還原率。根據(jù)本發(fā)明，還原設(shè)備包括三座流態(tài)化床型爐子，從而提高了廢氣的利用率，并減少燃料消耗。
雖然為了說明的目的已公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是那些熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員都應(yīng)當明白，在不脫離所附權(quán)利要求書中所公開的范圍和精神的前題下可以有各種改進、補充和刪減。例如，雖然本發(fā)明是聯(lián)系兩級或三級流態(tài)化床型還原設(shè)備和利用此設(shè)備的還原方法而作出說明的，但是它也可以用于至少能在四個流態(tài)化階段中還原鐵礦石顆粒的還原設(shè)備和方法。
權(quán)利要求
1.一種用于還原鐵礦石顆粒的流態(tài)化床型還原設(shè)備，它包括一用于干燥和/預(yù)熱供自料斗的細鐵礦石的干燥/預(yù)熱爐，該干燥/預(yù)熱爐包括一第一大的上圓柱形段，一第一中間圓錐形段和一第一小的下圓柱形段，具有錐形形狀的第一中間圓錐形段均勻地向上擴大，所述的干燥/預(yù)熱爐進一步包括一裝設(shè)在第一小圓柱形段底部的第一氣體入口、一裝設(shè)在第一小圓柱形段上部的第一分配器、一裝設(shè)在第一圓錐形段的一個側(cè)壁部分上的第一礦石入口、一設(shè)置在第一圓錐形段的另一側(cè)壁部分上的第一礦石出口、一裝設(shè)在第一圓錐形段的另一側(cè)壁部分上的第一粉塵狀礦石入口以及一裝設(shè)在第一大圓柱形段上部的第一廢氣出口；一用于最終還原已經(jīng)在干燥/預(yù)熱爐中經(jīng)過干燥和預(yù)熱的細鐵礦石的還原爐，該還原爐包括一第二大的上圓柱形段、一第二中間圓錐形段和一第二小的下圓柱形段，具有錐形形狀的第二中間圓錐形段均勻地向上擴大，所述還原爐還包括一裝設(shè)在第二小圓柱形段底部的第二氣體入口、一裝在第二小圓柱形段上部的第二分配器、一設(shè)置在第二圓錐形段的一個側(cè)壁部分上的第二礦石入口、一設(shè)置在第二圓錐形段的一個側(cè)壁部分上的第二礦石出口、一裝設(shè)在第二圓錐形段的另一側(cè)壁部分上的第二粉塵狀礦石入口、以及一裝設(shè)在第二大圓柱形段上部的第二廢氣出口；一第一旋風除塵器，用于捕獲從干燥/預(yù)熱爐排放出來的廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石并將捕獲到的粉塵狀鐵礦石回收至干燥/預(yù)熱爐，同時又向外排放沒有粉塵狀鐵礦石的經(jīng)凈化的廢氣，該第一旋風除塵器通過一第一廢氣管線與第一廢氣出口相連，通過一第一粉塵狀礦石排放管線與第一粉塵狀礦石入口相連，并以其頂部與一通向大氣的第一經(jīng)凈化廢氣管線相連；一第二旋風除塵器，用于捕獲從還原爐排出的廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石并將捕獲到的粉塵狀鐵礦石回收至還原爐，同時又向干燥/預(yù)熱爐供應(yīng)沒有粉塵狀鐵礦石的經(jīng)過凈化的廢氣，該第二旋風除塵器通過一第二廢氣排放管線與第二廢氣出口相連，通過一第二粉塵狀礦石排放管線與第二粉塵狀礦石入口相連，并通過一第二經(jīng)凈化廢氣管線與第一氣體入口相連；一第一導(dǎo)管線，用于連接第一礦石出口和第二礦石入口，以使鐵礦石顆粒通過它供給；一第二導(dǎo)管線，用于將第二礦石出口連接至一熔爐燃氣發(fā)生器，以使鐵礦石顆粒通過它供往熔爐燃氣發(fā)生器；以及一用于將第二氣體入口連至熔爐燃氣發(fā)生器的廢氣管線。
2.如權(quán)利要求1所述的流態(tài)化床型還原設(shè)備，其特征為，第一和第二圓錐形段具有3°至25°的錐角。
3.如權(quán)利要求1或2所述的流態(tài)化床型還原設(shè)備，其特征為，第一和第二導(dǎo)管線在其彎曲部分設(shè)有供氣口，用以向每個對應(yīng)的導(dǎo)管線供應(yīng)少量的氣體。
4.如權(quán)利要求1或2所述的流態(tài)化床型還原設(shè)備，其特征為，每個第一和第二圓錐形段分別具有是其下端內(nèi)徑的5.0至9.0倍的高度，每個第一和第二大圓柱形段分別具有是其各自的對應(yīng)圓錐形段上端的內(nèi)徑的2.0至4.0倍的高度。
5.如權(quán)利要求3所述的流態(tài)化床型還原設(shè)備，其特征為，每個第一和第二圓錐形段分別具有是其下端內(nèi)徑的5.0至9.0倍的高度，并且每個第一和第二大圓柱形段具有是其各自的對應(yīng)圓錐形段上端的內(nèi)徑的2.0至4.0倍的高度。
6.一種用于還原鐵礦石顆粒的流態(tài)化床型還原設(shè)備，它包括一用于干燥和預(yù)熱供自料斗的細鐵礦石的干燥/預(yù)熱爐，該干燥/預(yù)熱爐包括一第一大的上圓柱形段，一第一中間圓錐形段和一第一小的下圓柱形段，具有錐形形狀的第一中間圓錐形段均勻地向上擴大，所述干燥/預(yù)熱爐進一步包括一設(shè)置在第一小圓柱形段底部的第一氣體入口、一裝在第一小圓柱形段上部的第一分配器、一設(shè)置在第一圓錐形段的一個側(cè)壁部分上的第一礦石入口、一設(shè)置在第一圓錐形段的另一側(cè)壁部分上的第一礦石出口、一設(shè)置在第一圓錐形段的另一側(cè)壁部分上的第一粉塵狀礦石入口以及一裝設(shè)在第一大圓柱形段上部的第一廢氣出口；一用于預(yù)還原已經(jīng)在干燥/預(yù)熱爐中經(jīng)過干燥和預(yù)熱的細鐵礦石的第一還原爐，該還原爐包括一第二大的上圓柱形段、一第二中間圓錐形段和一第二小的下圓柱形段，具有錐形形狀的第二中間圓錐形段均勻地向上擴大，所述第一還原爐進一步包括一裝設(shè)在第二小圓柱形段底部的第二氣體入口、一裝在第二小圓柱形段上部的第二分配器、一裝設(shè)在第二圓錐形段的一個側(cè)壁部分上的第二礦石入口、一裝設(shè)在第二圓錐形段的一個側(cè)壁部分上的第二礦石出口、一裝設(shè)在第二圓錐形段的另一側(cè)壁部分上的第二粉塵狀礦石入口以及一裝設(shè)在第二大圓柱形段上部的第二廢氣出口；一用于最終還原已經(jīng)在第一還原爐中經(jīng)過預(yù)還原的細鐵礦石的第二還原爐，該還原爐包括一第三大的上圓柱形段、一第三中間圓錐形段和一第三小的下圓柱形段，具有錐形形狀的第三中間圓錐形段均勻地向上擴大，第二還原爐還進一步包括一裝設(shè)在第三小圓柱形段底部的第三氣體入口、一裝在第三小圓柱形段上部的第三分配器、一裝設(shè)在第三圓錐形段的一個側(cè)壁部分上的第三礦石入口、一裝設(shè)在第三圓錐形段的另一個側(cè)壁部分上的第三礦石出口、一裝設(shè)在第三圓錐形段的另一側(cè)壁部分上的第三粉塵狀礦石入口、一設(shè)置在第三圓錐形段的另一側(cè)壁部分上的第三粉塵狀礦石出口以及一裝在第三大圓柱形段上部的第三廢氣排放口；一第一旋風除塵器，用于捕獲在從干燥/預(yù)熱爐排放出來的廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石并將捕獲到的粉塵狀鐵礦石顆?；厥罩粮稍?預(yù)熱爐，同時又向外排放沒有粉塵狀鐵礦石顆粒的凈化過的廢氣，該第一旋風除塵器通過一第一廢氣排放管線與第一廢氣出口相連，通過一第一粉塵狀礦石排放管線與第一粉塵狀礦石入口相連，并以其頂部與一通向大氣的第一經(jīng)凈化廢氣管線相連；一第二旋風除塵器，用于捕獲從第一還原爐排出的廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石并將捕獲到的粉塵狀鐵礦石回收至第一還原爐，同時又向干燥/預(yù)熱爐供應(yīng)沒有粉塵狀鐵礦石的凈化過的廢氣，該第二旋風除塵器通過一第二經(jīng)凈化廢氣管線與第二廢氣出口相連，通過一第二粉塵狀礦石排放管線與第二粉塵狀礦石入口相連，并通過一第二經(jīng)凈化廢氣管線與第一氣體入口相連；一第三旋風除塵器，用于捕獲從第二還原爐排出的廢氣中所含的粉塵狀鐵礦石并將捕獲到的粉塵狀鐵礦石回收至第二還原爐，同時又向第一還原爐供應(yīng)沒有粉塵狀鐵礦石的凈化過的廢氣，該第三旋風除塵器通過一第三廢氣管線與第三廢氣出口相連，通過一第三粉塵狀礦石排放管線與第三粉塵狀礦石入口相連，并通過一第三經(jīng)凈化廢氣管線與第二氣體入口相連；一第一導(dǎo)管線，用于連接第一礦石出口和第二礦石入口，以使鐵礦石顆粒通過它供給；一第二導(dǎo)管線，用于連接第二礦石出口和第三礦石入口，以使鐵礦石顆粒通過它供給；一用于將第三礦石出口連至一熔爐燃氣發(fā)生器的第三導(dǎo)管線；以及一用于將第三氣體入口連至熔爐燃氣發(fā)生器的廢氣管線。
7.如權(quán)利要求1所述的流態(tài)化床型還原設(shè)備，其特征為，它還包括至少一個還原爐，該還原爐包括一大的上圓柱形段，一中間圓錐形段和一小的下圓柱形段，中間圓錐形段具有均勻地向上擴大的錐形。
8.如權(quán)利要求6或7所述的流態(tài)化床型還原設(shè)備，其特征為，每個圓錐形段有一3°至25°的錐角。
9.如權(quán)利要求6至8中的任何一項所述的流態(tài)化床型還原設(shè)備，其特征為，第一和第二導(dǎo)管線在其彎曲部分設(shè)有供氣口，用以向每個對應(yīng)的導(dǎo)管線供應(yīng)少量的氣體。
10.如權(quán)利要求6至8中的任何一項所述的流態(tài)化床型還原設(shè)備，其特征為，每個圓錐形段具有是其下端內(nèi)徑的5.0至9.0倍的高度，而每個大圓柱形段具有是其各自的對應(yīng)圓錐形段上端的內(nèi)徑的2.0至4.0倍的高度。
11.如權(quán)利要求9所述的流態(tài)化床型還原設(shè)備，其特征為，每個圓錐形段具有是其下端內(nèi)徑的5.0至9.0倍的高度，而每個大圓柱形段具有是其各自的對應(yīng)圓錐形段上端的內(nèi)徑的2.0至4.0倍的高度。
12.一種用于還原細鐵礦石的方法，它包括下列步驟在一具有均勻地向上擴大的圓錐形的流態(tài)化床型干燥/預(yù)熱爐中干燥和預(yù)熱處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)下的細鐵礦石；以及在具有均勻地向上擴大的圓錐形流態(tài)化床型還原爐中最終還原處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)下的經(jīng)過干燥/預(yù)熱的鐵礦石。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征為，在干燥/預(yù)熱爐或還原爐的凈空區(qū)的氣體速度保持為流態(tài)化相關(guān)爐子中具有平均粒度的鐵礦石顆粒所需最小氣體速度的1.0至3.0倍。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征為，供往還原爐的氣體壓力為2至4個大氣壓，在干燥/預(yù)熱爐或還原爐中產(chǎn)生的壓力降為0.3至0.6個大氣壓。
15.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征為，供往還原爐的氣體溫度為800至900℃，在干燥/預(yù)熱爐或還原爐中產(chǎn)生的溫度降為30至80。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征為，供往還原爐的氣體溫度為800至900℃，在干燥/預(yù)熱爐或還原爐中產(chǎn)生的溫度降為30至80℃。
17.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征為，鐵礦石顆粒在干燥/預(yù)熱爐或還原爐中的停留時間為30至50分鐘。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征為，鐵礦石顆粒在干燥/預(yù)熱爐或還原爐中的停留時間為30至50分鐘。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征為，鐵礦石顆粒在干燥/預(yù)熱爐或還原爐中的停留時間為30至50分鐘。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征為，鐵礦石顆粒在干燥/預(yù)熱爐或還原爐中的停留時間為30至50分鐘。
21.一種用于還原鐵礦石顆粒的方法，它包括下列步驟在具有均勻地向上擴大的圓錐形流態(tài)化床型干燥/預(yù)熱爐中干燥和預(yù)熱處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)下的鐵礦石顆粒；在具有均勻地向上擴大的圓錐形第一流態(tài)化床型還原爐中預(yù)還原處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)下的經(jīng)過干燥/預(yù)熱的細鐵礦石；以及在具有均勻地向上擴大的圓錐形第二流態(tài)化床型還原爐中最終還原處于起泡的流態(tài)化狀態(tài)的經(jīng)過預(yù)還原的細鐵礦石。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征為，在每個干燥/預(yù)熱爐、第一還原爐和第二還原爐的凈空區(qū)的氣體速度保持為是流態(tài)化有關(guān)聯(lián)爐子中具有平均粒度的鐵礦石顆粒所需最小氣體速度的1.0至3.0倍。
23.如權(quán)利要求21或22所述的方法，其特征為，供往第二還原爐的氣體壓力為2至4個大氣壓，在干燥/預(yù)熱爐、第一還原爐或第二還原爐中產(chǎn)生的壓力降為0.3至0.6個大氣壓。
24.如權(quán)利要求21或23所述的方法，其特征為，供往第二還原爐的氣體溫度為800至900℃，在每個干燥/預(yù)熱爐、第一還原爐和第二還原爐中產(chǎn)生的溫度降為30至80℃。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征為，供往第二還原爐的氣體溫度為800至900℃，在每個干燥/預(yù)熱爐、第一還原爐和第二還原爐中產(chǎn)生的溫度降為30至80℃。
26.如權(quán)利要求21或22所述的方法，其特征為，鐵礦石顆粒在每個干燥/預(yù)熱爐、第一還原爐和第二還原爐中的停留時間為20至40分鐘。
27.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征為，鐵礦石顆粒在每個干燥/預(yù)熱爐、第一還原爐和第二還原爐中的停留時間為20至40分鐘。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征為，鐵礦石顆粒在每個干燥/預(yù)熱爐、第一還原爐和第二還原爐中的停留時間為20至40分鐘。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征為，鐵礦石顆粒在每個干燥/預(yù)熱爐、第一還原爐和第二還原爐中的停留時間為20至40分鐘。
全文摘要
用于有效地還原粒度范圍寬的細鐵礦石的還原設(shè)備及方法，包括按順序布置的一干燥/預(yù)熱爐、一用于預(yù)還原的第一還原爐和一用于最終還原的第二還原爐，每座爐子都用起泡流態(tài)化床工作并各自與一用于捕獲廢氣中所含的鐵礦石粉塵的旋風除塵器相連，每座爐子都具有一均勻地向上擴大的圓錐形，從而大大地減少細顆粒的淘析，提高還原效率和提高還原氣體的利用率。
文檔編號C21B11/00GK1143391SQ95191907
公開日1997年2月19日 申請日期1995年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月31日
發(fā)明者李日玉, 金容河, 丁鳳鎮(zhèn), 金倖久, 弗蘭茨·赫澤柏格 申請人:浦項綜合制鐵株式會社, 產(chǎn)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所, 沃斯特-阿爾彼納工業(yè)建筑構(gòu)件有限公司