專利名稱：熔融還原生產(chǎn)生鐵的方法和設(shè)備及形成這種工廠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成以熔融還原法自鐵的氧化物生產(chǎn)生鐵的工廠的方法，在熔融還原法中鐵的氧化物被煤和含氧氣體還原。本發(fā)明還涉及用此法而形成的工廠和涉及在這種工廠中進(jìn)行生鐵生產(chǎn)的方法。
多年以來，生鐵一直用已知的高爐法在高爐中生產(chǎn)，在高爐中團(tuán)狀的鐵的氧化物，如燒結(jié)礦或球團(tuán)礦基本上用焦炭和熱風(fēng)(空氣)還原。高爐是構(gòu)成煉鐵廠的一個部分的冶金容器，煉鐵廠包括，例如儲存鐵礦石和焦炭的儲料倉、將鐵礦石和焦炭供到高爐內(nèi)的料車卷揚(yáng)機(jī)、帶有出鐵和出渣裝置的鑄鐵場、帶有除塵裝置的高爐熱氣排放系統(tǒng)和冷卻高爐耐火爐襯的冷卻水系統(tǒng)。焦炭是由煤在焦化廠中在約1000℃干餾制成的。這使得揮發(fā)性組分自煤中逸出并產(chǎn)生焦炭，它提供了在高爐中的堅固的多孔結(jié)構(gòu)。煉焦是昂貴而有害于環(huán)境的。
現(xiàn)代高爐的爐缸直徑通常為12-14m，年產(chǎn)量為3-4百萬噸生鐵，而當(dāng)新建時，需要10億FL(約6億美元)的投資。
在爐役期內(nèi)，對于具有現(xiàn)代耐火爐襯的高爐而言，該期可延續(xù)十年以上，高爐連續(xù)運(yùn)行，而根據(jù)更換耐火爐襯的需要確定何時結(jié)束。在爐役期結(jié)束時，高爐停爐修理(換爐襯)。
在世界各地關(guān)于開發(fā)可供選用的熔融還原生產(chǎn)生鐵的工藝的工作已持續(xù)數(shù)十年了，以這些方法，鐵的氧化物基本上用煤和氧或含氧氣體還原。這些方法在專題文獻(xiàn)中以名稱(商標(biāo))AISI Direct Ironmaking.CCF.Corex.DIOS和Hismelt公知。這些方法的優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)生鐵不需要焦炭，及按某些方法，即CCF.DIOS和Hismelt法，可省去由造團(tuán)(造球)來準(zhǔn)備礦石的過程。AISIDirect Ironmaking，CCF和DIOS被稱為渣熔池還原法，按此法，鐵礦石的終還原發(fā)生于浮在生鐵水面上的渣層中。CCF法述于EP-A-690136，EP-A-686703和不久將公開的歐洲專利申請96200246.5和962000774.6中，為詳細(xì)了解應(yīng)參考這些文獻(xiàn)。Hismelt法是所謂的鐵熔池還原法。
直到目前只有Corex法以工業(yè)規(guī)模應(yīng)用。但該法消耗大量的煤和產(chǎn)生大量的氣體。
雖然通過開發(fā)上述的其它的方法達(dá)到了預(yù)期的效果，但還沒有旨在工業(yè)性應(yīng)用的突破，這部分是因為用于這些方法的設(shè)備投資不比高爐設(shè)備明顯地低及因為其生鐵的成本不比高爐生鐵的成本低。
關(guān)于CCF法的實(shí)驗性工作述于“Steel Times”(published inUK).May 1993.page 220。在直接還原鐵礦石的第一次嘗試中，將高爐改造以便進(jìn)行直接還原試驗，其中用煤代替焦炭，但鐵礦石為成團(tuán)態(tài)。為避免需要團(tuán)狀的礦石，設(shè)計了稱為旋風(fēng)轉(zhuǎn)爐(CCF)的新爐型，它有作為其下部的形狀類似于轉(zhuǎn)爐的終還原容器，和一個直接裝在其上方的旋風(fēng)反應(yīng)器。礦石在旋風(fēng)反應(yīng)器中被產(chǎn)于下部容器的還原過程氣體預(yù)還原。在下容器中，借助煤和氧將礦石終還原，氧有助于該氣體的二次燃燒，從而提供熱。
還提到的是，DE-A-3608150和DE-A-3720648敘述了直接還原氧化物的工藝和容器。尤其是，DE-A-3720648提出通過增加在兩個水平面上噴空氣來適應(yīng)高爐。
本發(fā)明的目的在于提供構(gòu)成熔融還原煉鐵廠的方法，該煉鐵廠及煉鐵方法，它們的投資和生鐵成本比高爐低。
按照本發(fā)明的第一個目標(biāo)，提供構(gòu)成由熔融還原法生產(chǎn)生鐵的工廠的方法，以該法，鐵的氧化物借助煤和含氧氣體被還原，該法包括的步驟為通過用包含至少一座適于進(jìn)行熔融還原法的冶金容器替代煉鐵廠中的現(xiàn)存的高爐，而同時至少部分地保留現(xiàn)存煉鐵廠的下列組成部分的至少一種，從而將現(xiàn)有的煉鐵廠轉(zhuǎn)變?yōu)檫m于熔融還原法的工廠。
i)將鐵礦石供給冶金容器的儲料倉，ii)將焦炭儲料倉作為將煤供給冶金容器的儲料倉，iii)有出鐵出渣裝置的，以便用于此冶金容器排鐵和渣的鑄鐵場，iv)自高爐排放熱氣的，包含除塵裝置的排氣系統(tǒng)，以便控制自熔融還原過程中的氣體排放，v)高爐的冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)，以便作為此冶金容器的冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)。
現(xiàn)存煉鐵廠中的上述組成部分的兩種或多種的任意組合都可保留在新廠中。
按本發(fā)明的另一目標(biāo)，提供了以上述本發(fā)明方法而構(gòu)成的工廠。
本發(fā)明還包括在按本發(fā)明上述方法構(gòu)成的工廠中，用煤和含氧氣體生產(chǎn)生鐵的方法。
在本發(fā)明中，最好是熔融還原法屬這種類型它含使用還原過程氣體的鐵的氧化物的預(yù)還原和預(yù)還原的鐵的氧化物的終還原過程，其中，此預(yù)還原的鐵的氧化物在終還原容器中主要用煤和氧氣終還原，而該還原過程氣體是在該容器中產(chǎn)生的。更好地是，在進(jìn)行終還原過程的終還原容器中，生鐵的產(chǎn)率在40-120噸/m2(單位終還原容器橫截面積)/24小時的范圍內(nèi)。對此，AISI Direct Ironmaking，CCF，DIOS和Hismelt法是適合的。Corex法的生產(chǎn)率低。對于這些方法而言，通過終還原容器的空的內(nèi)部截面的過程氣體的平均垂直流速為，例如1-5m/秒。
較好地是，在用于取代高爐的終還原容器中的生鐵的生產(chǎn)率至少等于高爐爐缸截面相當(dāng)?shù)母郀t的生產(chǎn)率，而且是大于60噸/m2/24小時。對此，AISIDirect Ironmaking，CCF，及DIOS法是適合的。至于終還原容器的設(shè)計，Hismelt法不適于用來取代高爐。
較好地是，鐵的氧化物的預(yù)還原過程在其中供氧的熔融旋風(fēng)反應(yīng)器中進(jìn)行，在還原過程氣體中保持燃燒(CCF法)。由于預(yù)還原產(chǎn)物的密實(shí)性，所以CCF法尤為適合。由于DIOS和AISI Direct Ironmaking法的預(yù)還原產(chǎn)物的尺寸和復(fù)雜性，它們不太適合，這種預(yù)還原物可能在高爐設(shè)備中不易容納。本申請人在生產(chǎn)率，高爐法和熔融還原法的一定程度上的相容及可通過將高爐設(shè)備改造為熔融還原而獲得的優(yōu)點(diǎn)方面的角度上的成功是令人驚訝的。這種改造可在高爐爐役末期或更早時進(jìn)行。
由于生產(chǎn)率很相近，所以鐵礦石和煤或焦炭的供應(yīng)量以及儲存和供應(yīng)它們的設(shè)備部分也是可相容的。排出生鐵和渣及過程氣體的設(shè)備部分也是可相容的。
通過本發(fā)明，由于不用焦炭及采用不使用球團(tuán)的投資費(fèi)用很低的某種熔融還原法，達(dá)到了明顯低于高爐法的，最多為FL50.00(約30.00美元)/噸生鐵的低成本，上述的投資費(fèi)用和修爐的費(fèi)用相比是很低的。
較好地是，終還原容器中的壓力范圍為1-5大氣壓。依據(jù)預(yù)期的生產(chǎn)率適當(dāng)選擇壓力。以這種方式，在某種情況下可使熔融還原法的生產(chǎn)率實(shí)際上與高爐的生產(chǎn)率相同，結(jié)果兩種工藝和設(shè)備實(shí)際上是可完全相容的。
較好地是，在這種被采用的工廠中，將實(shí)際上的生鐵生產(chǎn)率保持得低于每噸有最低可能耗煤量的生鐵的生產(chǎn)率，而且還原過程氣體的實(shí)際生產(chǎn)率與和有最低可能煤耗的生鐵的這種生產(chǎn)率相對應(yīng)的生產(chǎn)率相比有所提高。因此，生鐵的實(shí)際生產(chǎn)率可比有最低可能煤耗的生鐵產(chǎn)率低0-30％，而還原過程氣體的實(shí)際生產(chǎn)率可比與有最低可能煤耗的生鐵的生產(chǎn)率相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)率高0-30％。
因為焦炭是昂貴的原料，所以按高爐法用所有類型的手段，如噴煤粉末達(dá)到最低可能的焦炭消耗。但是，高爐法必需用300kg/噸生鐵的最小量的焦炭。用熔融還原法，尤其是CCF法就有相對于500-640kg/噸(煤的氣化)的最低煤耗提高煤耗的可能性。這降低了生產(chǎn)率而提高了離開熔融還原設(shè)備的過程氣體的數(shù)量和能含量，此過程氣體可用于產(chǎn)生能量。
如上所述，該取代高爐的冶金容器最好包含一個終還原容器及一個直接在此終還原容器之上并與之開通的熔融旋風(fēng)反應(yīng)器。
在煉鐵廠包含圍繞高爐的鋼結(jié)構(gòu)的場合下，最好將冶金容器設(shè)置在被保留的鋼結(jié)構(gòu)中。若進(jìn)行熔融還原的設(shè)備包括用熔融還原過程排出的氣體將水加熱的鍋爐，那么也可將鍋爐設(shè)置在此鋼結(jié)構(gòu)中。
因此，冶金容器可包含一個特征最大直徑不大于被更換的所述高爐的特征最大直徑的終還原容器。
以這種方式可不太昂貴地進(jìn)行煉鐵廠改造的工作，而且將投資保持得很低。
根據(jù)本發(fā)明中使用的特定的熔融還原工藝，含氧氣體可以是空氣、富氧空氣或氧。CCF法要用氧，可通過在改造煉鐵廠時增添制氧設(shè)備而得到氧。氧用于煉鋼，所以煉鐵和煉鋼車間已有制氧能力，煉鋼對氧中低氮含量的嚴(yán)格要求不應(yīng)用于CCF法的生鐵生產(chǎn)。因此可方便地將低級制氧設(shè)備增加到已按本發(fā)明改造的煉鐵廠中。
因此，在含氧氣體為氧，而冶金容器包含終還原容器及向其供氧的熔融旋風(fēng)反應(yīng)器的場合下，該改造方法可包括對現(xiàn)存的高爐設(shè)備增添制氧廠。
現(xiàn)在通過非限制性的例子并參考附圖來敘述本發(fā)明的實(shí)施方案，其中的

圖1是使本發(fā)明具體化的煉鐵廠的示意性和圖解性的側(cè)視圖。
圖1示意性地展示了現(xiàn)存煉鐵廠改進(jìn)后的狀態(tài)，其中，對于煉鐵而言，用熔融還原的CCF法替代了高爐法。但本發(fā)明不限于這種熔融還原法，而且還適用于其它的熔融還原法，如上面討論過的方法。圖1中的虛線表示改進(jìn)后不再需要的和被拆除的現(xiàn)存煉鐵廠的那些部分。改造中增加的新廠部分用實(shí)線示出。在現(xiàn)存工廠中，通過上料卷揚(yáng)機(jī)2和料鐘3自儲料倉4和5分別向高爐1供燒結(jié)礦或球團(tuán)礦狀的鐵礦石和焦炭。自熱風(fēng)爐6并經(jīng)熱風(fēng)管7供熱風(fēng)(空氣)。在改造中，高爐1被熔融還原鐵的氧化物的冶金容器8取代。圖1示出了，這種熔融還原容器屬CCF型(Cyclone ConverterFurnace)，它具有在其中發(fā)生鐵的氧化物預(yù)還原和熔化的旋風(fēng)反應(yīng)器9和終還原容器10，其中有生鐵水11及浮在其頂上的渣層12。旋風(fēng)反應(yīng)器9就裝在終還原容器10之上，從而形成一個單一的單元，而且二者以直接開通的通道彼此相通。
自儲料倉4經(jīng)供料系統(tǒng)13將鐵的氧化物供到CCF容器8的旋風(fēng)反應(yīng)器9。這些鐵的氧化物可包含鐵礦石的集團(tuán)物和高爐或轉(zhuǎn)爐粉塵。在CCF法的場合下，該鐵礦石可不成團(tuán)塊地供應(yīng)。
自儲料倉5經(jīng)供料系統(tǒng)14將煤供至終還原容器10。經(jīng)輸送管線15將氧送至旋風(fēng)反應(yīng)器9并經(jīng)輸送管線16將其送至終還原反應(yīng)器10，這些都由新制氧廠17供應(yīng)。
因為在改造后繼續(xù)采用現(xiàn)存煉鐵廠的很多部分，所以形成本發(fā)明在投資成本上的很大的優(yōu)點(diǎn)，所述的這些部分是不需很多改裝的。
在此情況下，自現(xiàn)存煉鐵廠保留的部分是帶有出鐵19，出渣20裝置的鑄鐵場18，和現(xiàn)適于冷卻旋風(fēng)反應(yīng)器9和終還原容器10的冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)25，以及儲料倉4，5。此外，旋風(fēng)反應(yīng)器9和終還原容器10的被裝在原高爐1的鋼結(jié)構(gòu)21中。直接還原過程中所產(chǎn)生的過程氣體，以1400-1800℃的溫度自旋風(fēng)反應(yīng)器經(jīng)新的加熱水鍋爐22并經(jīng)帶有除塵裝置24的現(xiàn)存高爐的排氣系統(tǒng)排放。
權(quán)利要求
1.一種形成熔融還原煉鐵廠的方法，其中鐵的氧化物被煤和含氧氣體還原，該方法包括的步驟為通過用包含至少一個適于進(jìn)行所述熔融還原的冶金容器(8)的裝置取代現(xiàn)存煉鐵廠中的高爐(1)，而同時至少部分地保留現(xiàn)存煉鐵廠的下列的組成部分的至少一種，而將現(xiàn)存的煉鐵廠改造成所述的熔融還原廠i)鐵礦石儲料倉(4)，ii)焦炭儲料倉(5)，作為煤的儲料倉，iii)帶有出生鐵和渣裝置的鑄鐵場(18)，為所述冶金容器出鐵和出渣，iv)包括除塵裝置(24)的高爐排放熱氣的排氣系統(tǒng)(23)，為控制自所述熔融還原過程的排氣，v)所述高爐的冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)(25)，作為所述冶金容器(8)的冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述的冶金容器(8)包含終還原容器(10)及直接在所述終還原容器(10)之上并與其開通的熔融旋風(fēng)反應(yīng)器(9)。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其中所述的煉鐵廠包括圍繞所述高爐的鋼結(jié)構(gòu)(21)，而所述的冶金容器(9，10)被置于保留下來的所述鋼結(jié)構(gòu)中。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中所述的進(jìn)行所述熔融還原的設(shè)備包括一個鍋爐(22)，在其中水被自所述熔融還原過程排出的氣體加熱，所述鍋爐被設(shè)置在所述的鋼結(jié)構(gòu)中。
5.按照權(quán)利要求1-4中任一項的方法，其中所述的冶金容器(8)包含特征最大直徑不大于被更換的所述高爐的特征最大直徑的終還原容器(10)。
6.按照權(quán)利要求1-5中任一項的方法，其中所述含氧氣體為氧，而所述的冶金容器(8)包含終還原容器(10)和向其供氧的熔融旋風(fēng)反應(yīng)器(9)，該法包括對現(xiàn)存煉鐵廠增添制氧廠的步驟。
7.一個進(jìn)行熔融還原煉鐵的工廠，它通過權(quán)利要求1-6中任一項的改造方法形成。
8.一種通過用煤和含氧氣體進(jìn)行熔融還原鐵的氧化物煉生鐵的方法，該方法在權(quán)利要求7的工廠中進(jìn)行。
9.按照權(quán)利要求8的煉生鐵方法，其中所述工廠的所述冶金容器(8)包含終還原容器(10)，而所述容融還原包括如下步驟(a)通過下面步驟(b)獲得的還原過程氣體完成鐵的氧化物的預(yù)還原，(b)完成自步驟(a)的預(yù)還原的氧化物的終還原，所述的終還原是在所述的，向其供煤和氧的終還原容器(10)中進(jìn)行的，所述的還原過程氣體于其中產(chǎn)生。
10.按照權(quán)利要求9的煉生鐵方法，其中，在所述終還原容器中，所述步驟(b)的終還原的生鐵生產(chǎn)率在40-120噸/m2(終還原器單位橫截面積)/時范圍。
11.按照權(quán)利要求9或10的煉生鐵的方法，其中，所述工廠的冶金容器(8)除終還原容器(10)之外包含熔融旋風(fēng)反應(yīng)器(9)，所述的步驟(a)的預(yù)還原在帶有向其供氧的所述熔融旋風(fēng)反應(yīng)器中進(jìn)行，從而在所述還原過程氣體中保持燃燒。
12.按照權(quán)利要求9-11中任一項的煉生鐵的方法，其中在所述終還原容器中保持范圍為1-5大氣壓的壓力。
13.按照權(quán)利要求8-12中任一項的煉生鐵的方法，其中，將實(shí)際的生鐵產(chǎn)率維持低于對應(yīng)每噸所產(chǎn)生鐵的可能最低煤耗的生鐵產(chǎn)率，使所述還原過程氣體的實(shí)際產(chǎn)率相對于與有最低可能煤耗的生鐵的產(chǎn)率相應(yīng)的產(chǎn)率有提高。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其中所述的生鐵實(shí)際產(chǎn)率比有最低可能煤耗的生鐵產(chǎn)率低0-30％，而所述的還原過程氣體的實(shí)際產(chǎn)率比與所述有最低可能煤耗的生鐵產(chǎn)率相應(yīng)的產(chǎn)率高0-30％。
全文摘要
通過用包括至少一個進(jìn)行熔融還原工藝的冶金容器8的設(shè)備取代高爐(1),同時至少部分地保留現(xiàn)存煉鐵廠的下列構(gòu)成部分的至少一種來改造現(xiàn)存煉鐵廠而構(gòu)成用煤和含氧氣體熔融還原法煉生鐵的工廠,所述構(gòu)成部分為:i)鐵礦石儲料倉(4),ii)焦炭儲料倉(5),用作煤儲料倉,iii)鑄鐵場(18),用于冶金容器出鐵出渣,iv)包括除塵裝置(24)的熱氣排放系統(tǒng)(23),v)冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)(25)。
文檔編號C21B11/02GK1176310SQ96112240
公開日1998年3月18日 申請日期1996年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月19日
發(fā)明者H·W·登哈托格 申請人:霍戈文斯·斯塔爾公司