CN1207140A - 海绵铁的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种通过直接还原含氧化铁的颗粒材料来生产海绵铁的方法,其中将熔化气化段中由碳载体和含氧气体生成的还原气体送入装有含氧化铁的材料的还原段,该法的特征是将以下特点的组合:含有20—100克粉尘/标米³、其碳含量为30—70%(质量)的还原气体送入一个还原段,以及将含氧化铁的材料在还原气体中暴露超过完全还原所需的时间。本发明的方法使生产高碳含量的海绵铁成为可能。

Description

海绵铁的制备方法

本发明涉及一种使含氧化铁的颗粒材料直接还原来生产海绵铁的方法，其中将由碳载体和含氧气体在一个熔化气化段中形成的还原气体送入装有含氧化铁的材料的还原段。

从EP-A-0594557已知一种由铁矿石和助熔剂形成的、至少部分含有细粉的进料制备熔融铁锭的方法，其中进料在至少一个还原段中直接还原成海绵铁，而海绵铁在提供碳载体和含氧气体的情况下，在熔融-气化段中熔化，并生成还原气，将还原气送入还原段，在那里反应，并作为排出气被排出。用这一方法，使得以经济的方式使用矿石细粉成为可能，主要由于赤铁矿和/或磁铁矿细粉和/或矿尘可通过流化床法在预热段中预热，如此预热的进料在至少一个串联的还原段中通过流化床法基本上完全被还原，随后用强制输送的方法将进料送到熔融-气化段的流化床，在那里熔融。

最初提到的这类方法从EP-A-0217331中已知。在这一方法中，这样一种气体用于直接还原矿石细粉，该气体基本上由CO和H₂组成，并已在旋风分离器中除尘。

按现有技术直接还原含氧化铁的材料制备的海绵铁通常有低的碳含量，其数量为约1％。然而，为了进一步加工海绵铁，升高碳含量是有利的，以便在熔融海绵铁和随后的精制过程中能节省能量，不需单独加碳(碳化)。

所以，本发明的目的是，以这样的方式改进上述类型的方法，以便海绵铁有升高的碳含量、优选1-4％、特别是超过2.5％的碳含量。

根据本发明，这一目的通过以下特征的组合来实现：

·将含有20-100g粉尘/Nm³、其碳含量为30-70％(质量)的还原气体送入还原段，以及

·将含氧化铁的材料在还原气中暴露这样一段时间，它超过完全还原所需的时间。

从WO-A-93/14228已知碳含量为0.5-2.5％的海绵铁的制备。更具体地说，用这一已知的方法，使用少量的天然气来调节碳含量，其中直接将天然气送入流化床反应器。但是，仅这一措施还不是十分有效，因为在所设想的直接还原的温度下，不能确保天然气完全分解。

从US-A-5137566已知，借助还原气体和碳化气体，由铁矿石生产高度浓缩的碳化铁，其中由于碳化铁生成过程的时间敏感性，为了转化需要更长的停留时间。由于增加了含氧化铁的材料在直接还原中的停留时间，使产量大大减少，即每单位时间还原材料的产量大大减少。所以，这一方法需要很大的费用，因此如此生产的碳化铁仅仅作为一种补充用于炼钢过程，而本发明要达到的目的是，用于炼钢的所有海绵铁都有高的碳含量，即如此生产的高碳含量的海绵铁不仅在炼钢操作中作为补充，而且本身也构成炼钢的基本材料。

从US-A-Re-32247已知，在第一步中含氧化铁的材料转化成碳化铁，而在第二步中由碳化铁直接生成钢。用这一已知的方法，含氢的的还原气体用于还原，而含碳的材料用于生成碳化铁。这一方法的一个缺点是，铁需完全转化成碳化铁，从能量看，同样需要大的费用(在直接还原中含碳材料对能量的大量消耗)。

根据本发明，在熔融气化塔中产生的还原气体用于使矿石细粉还原，所述气体的粉尘含量为20-100g/Nm³，粉尘的碳含量为30-70％(质量)。粉尘含量和碳含量通过热气体旋风器，通过碳载体或通过例如将冶金焦、焦粉或石油焦混合到熔融气化塔中来调节。煤的混合物进行不同程度的粒料粉碎(烧裂作用)也是可行的。将完全还原的矿石细粉暴露到这一特定的还原气中，直到达到所需的碳含量为止。本发明基于这样的认识：如果暴露到特定还原气体中的时间超过完全还原所需的时间，那么完全还原的矿石细粉的碳含量按指数增加。

送入还原段的还原气体优选含有40-90g粉尘/Nm³。

本发明方法的另一优选的变通方案是，在还原气中的粉尘的碳含量为45-55％(质量)。

在本发明的方法中，直接还原可在两个或两个以上串联的流化床反应器中进行，可将还原气体送入含氧化铁的材料流动方向的最后一个流化床反应器中，以与含氧化铁的材料的逆流方向通过这一反应器，随后也通过其他流化床反应器。

在直接还原操作中，与完全还原这样的材料所需的最短停留时间相比，延长含氧化铁的材料的停留时间，可增加海绵铁的碳含量。

但是，也可用特定数量的还原气体进行还原来使碳含量增加，这一特定的数量高于完全还原含氧化铁的材料所需的最少气体数量。

现参考附图中说明的例证性实施方案更详细地说明本发明，其中附图表示一套可实施本发明方法的优选变通方案的装置。

该装置有三个串联的流化床反应器1-3，其中矿石细粉通过矿石进料管4送入第一流化床反应器1，其中在预热段5中，矿石细粉被预热，任选进行预还原，随后通过输送管6从流化床反应器1送到流化床反应器2、3。在流化床反应器2的预还原段7中进行预还原，而在流化床反应器3的最后还原段8中，矿石细粉最后还原成海绵铁。

完全还原的材料、即海绵铁通过输送管9送入熔融-气化塔10。在熔融气化塔10的熔化气化段11中，由煤和含氧气体生成含CO、H₂和含碳粉尘的还原气体。通过热气体旋风分离器19和还原气体进料管12送入按矿石细粉流方向安排在最后的流化床反应器3中。还原气随后以矿石流的逆流方向从流化床反应器3送至流化床反应器2，再送入流化床反应器1，并通过顶部排气管14作为项部气体从流化床反应器1中排出，随后冷却，并在湿式洗涤器15中洗涤。

熔融气化塔10有固体碳载体的进料管16、含氧气体的进料管17以及任选的碳载体如在室温下为液体或气体的烃类以及燃烧的助熔剂的进料管。在熔融气化塔10中，熔融的铁锭或熔融的钢和熔融的矿渣收集在熔化气体段11下面，通过排出管18排出。

在与熔融气化塔10分开并向流化床反应器3开口的还原气体进料管12中，装有热气体旋风分离器19，它起调节还原气中粉尘含量的作用，所述旋风分离器中分离出的粉尘用氮气作为输送介质通过循环管20、并在喷氧下通过燃烧嘴32送入熔融气化塔10。

向流化床反应器2-其中矿石细粉进行预还原提供等量的还原气体，但它有较低的还原能力，其数量足以进行预还原。因为在这里材料达到的还原程度低于在最后的还原段8中达到的还原程度，因此在这里没有“粘附”(“sticking”)。从流化床反应器2排出的反应过的还原气体通过导管13送入洗涤器26。一部分经洗涤和反应的还原气体通过气体排出管27排放；另一部分还原气体通过导管13送至预热段5，即流化床反应器1。

由于装有与还原气体进料管12分开的气体循环管29，并通过洗涤器30和压缩机31将一部分还原气体送回还原气体进料管12，即在热气体旋风分离器19前面的某一位置，这样就有可能调节还原气体的温度，该温度应为750-950℃、优选800-850℃。

为了调节矿石细粉的预热温度，将含氧气体如空气或氧气送到预热段5是可行的，即通过导管32送至流化床反应器1，从而使送入预热段5经反应的还原气体进行部分燃烧。通过控制部分燃烧，使得在预热操作中调节矿石细粉的温度成为可行的，用这一方法可使随后的还原段7、8的温度优化。

本发明不限于附图说明的例证性实施方案，而在许多方面可作改变。例如，流化床反应器的数目可根据实际需要来选择。

实施例

在对应附图1的装置中，将化学组成如表I所示的31.40吨煤/小时装入熔融气化塔10，以便生产40吨铁锭/小时，并用31240标米³/小时氧气气化。

                           表I

      煤(干基)

        C                             78.9％

        H                             3.8％

        N                             1.0％

        O                             2.0％

       灰分                           8.7％

       C_fix                          72.0％

矿石细粉(赤铁矿，粒度＜8mm)以58.6吨/小时的数量、助熔剂以8.6吨/小时的数量送入该装置，矿石的分析结果列入表II，助熔剂的分析结果列入表III。

         表II                         表III

    矿石(含水分)                      助熔剂

    Fe           62.8％           CaO       45.2％

    Fe₂O₃     87.7％           MgO       9.3％

    LOI          0.08％           SiO₂     1.2％

   水分          2.0％            Al₂O₃  0.7％

                                  LOI       39.1％

在熔融气化塔10中，还原气体以63440标米³/小时的数量生成，其温度为1000-1200℃。该气体从熔融气化塔10中取出，并通过与在洗涤器30中冷却的还原气体混合，将温度调节到800℃。离开旋风分离器19时，还原气体的化学组成如表IV所示。

        表IV                          表V最后还原段8的还原气体             预还原段7的还原气体，

800℃                             800℃CO       62％                      CO       52％CO₂     5％                       CO₂    19％H₂      28％                      H₂     24％N₂      5％                       N₂     5％粉尘     80克/标米³粉尘的碳含量  50％

通过调节还原气体在最后还原段8中的停留时间，有可能调节海绵铁的碳含量。停留时间与碳含量之间的关系在图2中说明，图中横座标以分钟表示停留时间，而纵座标以％(质量)表示海绵铁的碳含量。

在图2中，曲线A涉及还原气体的比耗量为1500标米³/吨矿石，曲线B涉及还原气体的比耗量为1200标米³/吨矿石。因此从图2可以看出，海绵铁的碳含量随停留时间和还原气体的比耗量的增加而增加。

显然，如果矿石细粉完全还原，随后继续在还原气体中暴露一段时间，能得到这样的高碳含量。还原程度和海绵铁的碳含量之间关系在图3中说明，图中以％表示的还原程度(Fe_金属/Fe_总)作横座标与碳含量(％(质量))作为纵坐标作图。曲线C涉及在850℃下还原，而曲线D涉及在800℃下还原。

从图3可以看出，如果矿石被完全还原，碳含量将增加，术语“完全还原”应理解为在一定还原条件下最大地可达到的还原程度。曲线C表明，在850℃下完全还原的矿石的还原程度为约90至92％；而曲线D表明，在800℃下完全还原的矿石的还原程度为约85至87％。如果完全还原的矿石仍与本发明使用的还原气体接触更长的时间，还原程度则有明显的增加，而碳含量有很大的增加。所以，用这一方法有可能生产高碳含量的海绵铁。

Claims (6)

1.一种通过直接还原含氧化铁的颗粒材料来生产海绵铁的方法，其中将在熔化气化段中由碳载体和含氧气体生成的还原气体送入装有含氧化铁的材料的一个还原段，该方法的特征是，将以下特征组合：

·含有20-100克粉尘/标米³、其碳含量为30-70％(质量)

的还原气体送入该还原段，以及

·将含氧化铁的材料在还原气体中暴露超过完全还原所需的时间。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，送入还原段的还原气体含有40-90克粉尘/标米³。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在还原气体中粉尘的碳含量为45-55％(质量)。

4.根据权利要求1-3中一项或多项的方法，其特征在于，直接还原在两个或两个以上串联流化床反应器中进行，将还原气体送入在含氧化铁的材料物流方向上最后一个安排的流化床反应器中，并以与含氧化铁的材料的逆流方向通过该最后一个流化床反应器，随后通过其他流化床反应器。

5.根据权利要求1-4中一项或多项的方法，其特征在于，在直接还原操作中，与完全还原含氧化铁的材料所需的最短停留时间相比，停留时间延长了。

6.根据权利要求1-5中一项或多项的方法，其特征在于，用这样的还原气体比数量进行还原，与完全还原含氧化铁的材料所需的最小气体比数量相比，这一比数量增大了。

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