直接熔炼工艺中的压力控制.pdf

本发明涉及直接熔炼工艺中的压力控制。本发明公开了一种工艺，该工艺用于在直接熔炼容器中直接熔炼含金属供给材料，并从所述容器中产生熔融金属、熔渣和尾气的工艺产物。该工艺包括，当该工艺在“保持”和“空转”的工艺状态下运行时，通过控制在供给到流化床预处理装置的尾气流中的尾气压力，来控制直接熔炼容器内的压力。

权利要求书一种直接熔炼工艺，所述直接熔炼工艺用于在直接熔炼容器中直接熔炼含金属供给材料，并从所述直接熔炼容器中产生熔融金属、熔渣和尾气的工艺产物，所述直接熔炼工艺包括：当所述工艺在“保持”状态和“空转”状态下运行时，通过控制在供给到流化床预处理装置的尾气流中的尾气压力来控制所述直接熔炼容器内的压力。
一种直接熔炼设备，用于直接熔炼含金属供给材料并生产熔融金属，所述直接熔炼设备包括：
（a）流化床预处理装置，用于预处理含金属供给材料；
（b）直接熔炼容器，用于通过在所述容器中直接熔炼经预热的含金属供给材料的工艺来生产熔融金属，所述工艺包括多个工艺状态，该多个工艺状态包括“启动”、“热金属生产”、“保持”、“空转”和“无风”；
（c）尾气管道，用于将在所述直接熔炼容器中产生的尾气带走，并将尾气流中的尾气供给到所述预处理装置；以及
（d）工艺控制器，用于当所述工艺运行在“保持”和“空转”工艺状态中时，通过控制供给到所述预处理装置的尾气流中的尾气压力来控制所述直接熔炼容器内的压力。
一种直接熔炼设备，用于直接熔炼含金属供给材料并生产熔融金属，所述直接熔炼设备包括：
（a）流化床预处理装置，用于预处理含金属供给材料；
（b）直接熔炼容器，该直接熔炼容器用于通过用于在所述直接熔炼容器内直接熔炼经预热的含金属供给材料的工艺来生产熔融金属，所述工艺包括多个工艺状态，该多个工艺状态包括“启动”、“热金属生产”、“保持”、“空转”和“无风”；
（c）炉子，用于产生所述工艺用的热空气鼓风或热富氧空气鼓风；
（d）废热回收单元，用于产生所述设备用的蒸汽；
（e）尾气管道，用于将所述直接熔炼容器内产生的尾气带走，并将所述尾气分成两股尾气流，其中一股尾气流通过第一管道部分被供给到所述预处理装置，另一股尾气流被供给到第二管道部分；以及
（f）工艺控制器，用于当工艺运行在所述“保持”和“空转”工艺状态中时，通过控制在供给到所述预处理装置的尾气流中的尾气压力，来控制所述直接熔炼容器内的压力。
根据权利要求3所述的设备，其中，所述工艺控制器还能够当所述工艺运行在所述“热金属生产”状态中时，通过控制在供给到所述第二管道部分的所述尾气流中的尾气压力，来控制所述直接熔炼容器内的压力。

说明书直接熔炼工艺中的压力控制
分案申请说明
本申请是申请日是2007年4月24日、申请号是200780022647.2且发明名称是“直接熔炼工艺中的压力控制”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种基于熔融熔池的直接熔炼工艺及设备，用于在直接熔炼容器中生产熔融金属。
具体而言，本发明涉及控制直接熔炼容器内的压力。
本发明尤其但并不排他地涉及基于熔融熔池的直接熔炼工艺，用于从含铁的金属供给材料，例如铁矿石、部分还原了的铁矿石和（如来自炼钢厂的）含铁废物流生产熔融铁。
背景技术
公知的基于熔融熔池的直接熔炼工艺通常称为HIsmelt工艺。在生产熔融铁的情形下，该HIsmelt工艺包括以下步骤：
（a）在直接熔炼容器中形成熔融铁和熔渣的熔池；
（b）向熔池中注入：（i）含金属供给材料，通常为呈细粉形式的铁矿石；和（ii）固体含碳材料，通常为煤，用作含金属供给材料的还原剂和能量源；以及
（c）将含金属供给材料熔炼为熔池中的铁。
在此，术语“熔炼”应理解为是指热处理，其中，进行还原金属氧化物的化学反应，以产生熔融金属。
在HIsmelt工艺中，将含金属供给材料和固体含碳材料通过多个喷枪/鼓风口注入到熔融熔池，所述喷枪/鼓风口相对于垂直方向倾斜，以向下向内穿过直接熔炼容器的侧壁并进入该容器下部区域，从而将至少部分固体物质输送到容器底部中的金属层。通过向下延伸的喷枪将热的含氧气体（通常为空气或富氧空气）鼓风注入到容器的上部区域，从而使熔融熔池释放的反应气体在容器的上部区域内进行后燃烧。通常，在生产熔融铁的情况下，热空气或热富氧空气的温度大约为1200°C，并且在热鼓风炉中产生。通过尾气管道从容器的上部区域带走容器内反应气体的后燃烧产生的尾气。容器包括在容器的侧壁和炉顶衬垫中的水冷式耐火板，而且水以连续回路的方式通过所述板连续循环。
该HIsmelt工艺使得能通过在一个单独紧凑容器内直接熔炼来生产大量的熔融铁，通常至少为0.5Mt/a。
然而，为了在HIsmelt工艺中获得高的熔融铁生产率，需要（a）产生大量的热空气或热富氧空气以及运载气体（用于固体注入），并将这些气体输送到直接熔炼容器，（b）将大量含金属供给材料，诸如含铁供给材料输送到容器，包括产生大量的运载气体，并将该运载气体输送到容器，（c）从容器输送大量的热尾气，（d）从容器输送走在该工艺中产生的大量熔融铁和炉渣，以及（e）使大量的水通过水冷板循环，所有这些都在相对封闭的区域内进行。
有鉴于此，高的熔融铁生产率需要有这样一种HIsmelt设备，其包括（a）加压的直接熔炼容器和辅助装置，诸如用于向容器供应固体供给材料的闸斗仓，以及位于容器的尾气管道上的压力控制装置，（b）为容器产生高流量热空气或热富氧空气的炉子，以及（c）尾气处理装置，其能对从容器排出的大量尾气进行处理。
当前提出的一种HIsmelt工艺流程被设计成在多种“状态”下运行，这些“状态”在熔炼运行期期间具有不同的运行情况，所述“状态”例如包括以下工艺状态：
（a）启动；
（b）热金属生产，即，供应经过预处理的诸如热矿石的含金属供给材料、诸如煤的固体含碳材料以及热鼓风空气；
（c）保持，即，不供应经过预处理的含金属供给材料，供应固体含碳材料和热鼓风空气；
（d）空转，即，不供应经过预处理的含金属供给材料并且不供应固体含碳材料，供应热鼓风空气；以及
（e）无风，即，不供应经过预处理的含金属供给材料，不供应固体含碳材料，也不供应热鼓风空气。
通常，在上述工艺状态中，在直接熔炼容器内产生的尾气的体积流量是不同的。例如，通常，在热金属生产状态期间的尾气的流量较高，而在空转状态期间的尾气的流量较低。进一步举例来说，通常，在无风状态期间没有尾气，在空转状态期间的尾气中没有热量值。
对上述HIsmelt工艺来说，在上述“保持”和“空转”工艺状态期间，直接熔炼容器中的压力控制是重要的问题。
发明内容
在宽泛的意义上，本发明提供了一种工艺，该工艺用于在直接熔炼容器内直接熔炼含金属供给材料，并从容器产生熔融金属、熔渣和尾气的工艺产物，该工艺包括，当该工艺运行在如上所述的“保持”和“空转”的工艺状态时，通过控制在供给到流化床预处理装置的尾气流中的尾气压力，来控制直接熔炼容器中的压力。
更具体而言，本发明提供了一种工艺，该工艺用于在工艺的“热金属生产”状态中在直接熔炼容器中直接熔炼含金属供给材料，并产生熔融金属、熔渣和尾气的工艺产物，所述直接熔炼容器形成直接熔炼设备的一部分，该工艺包括：
（a）根据所需给定工艺条件，在多个工艺状态中选择性地运行所述工艺，该工艺状态包括“热金属生产”状态以及“保持”和“空转”状态，在“热金属生产”状态中，在容器中熔炼含金属供给材料，以生产熔融金属，在“保持”和“空转”状态中，在直接熔炼容器中以熔融状态来维持熔融材料的熔池，而不产生额外的熔融金属；
（b）当工艺运行在“热金属生产”状态中时，将从直接熔炼容器释放的尾气分成至少两股尾气流，并将一股尾气流供给到流化床预处理装置，以预处理随后被供给到直接熔炼容器的含金属供给材料，并且将另一股尾气流供给到所述设备，以用作燃料气体；
（c）当工艺运行在“保持”和“空转”工艺状态中时，将从直接熔炼容器释放的尾气流供给到流化床预处理装置，以至少流化随后被供给到直接熔炼容器的含金属供给材料；以及
（d）当工艺运行在“保持”和“空转”工艺状态中时，通过控制在供给到流化床预处理装置的尾气流中的尾气压力，来控制直接熔炼容器中的压力。
优选地，该工艺包括，当运行在“热金属生产”状态中时，通过控制在供给到所述设备以用作燃料气体的另一股尾气流中的尾气流量，来控制直接熔炼容器中的压力。
本发明基于此认识：通过控制在供给到流化床预处理装置的尾气流中的尾气压力，来最好地实现在“保持”和“空转”工艺状态中的压力控制。
本发明也基于此认识：通过相对于供给到流化床预处理装置的尾气流的另一替代尾气流，来最好地实现“热金属生产”状态期间的压力控制。
优选地，所述工艺包括：将至少一股尾气流作为燃料气体供给到（i）废热回收单元和（ii）炉子中至少一个，所述废热回收单元用于产生在该工艺中使用的蒸汽，所述炉子用于产生在该工艺中使用的热空气鼓风。
优选地，“保持”状态包括：将热空气鼓风或热富氧空气鼓风、固体含碳材料和熔剂供给到直接熔炼容器，而不供给含金属材料。
优选地，“空转”状态包括：将热空气鼓风或热富氧空气鼓风供给到直接熔炼容器，而不供给含金属材料和固体含碳材料。
优选地，所述工艺包括：在预处理装置的下游的水洗涤器中，冷却和去除来自供给到流化床预处理装置的尾气流的微粒材料和可溶气体种类和金属蒸汽。
优选地，步骤（d）包括：当工艺运行在“保持”和“空转”工艺状态中时，通过打开或关闭洗涤器中的尾气控制阀，来控制流经前述段中描述的洗涤器的尾气流量，从而控制直接熔炼容器中的压力，该洗涤器在下文中称作“压力控制洗涤器”。
优选地，步骤（c）包括：当工艺运行在“保持”和“空转”工艺状态时，至少将从直接熔炼容器释放的基本上全部尾气流作为尾气流供给到流化床预处理装置，并因此最小化任何尾气分流。
在该情形中，在用于产生所述工艺用的热空气鼓风或热富氧空气鼓风的炉子中，通常只有不充足的尾气用作燃料气体。
因此，在该情形中，所述工艺包括：当所述工艺运行在“保持”和“空转”工艺状态中时，将另一燃料气体，诸如天然气供给到用于产生所述工艺用的热空气鼓风或热富氧空气鼓风的炉子。
优选地，所述工艺包括：当所述工艺运行在“热金属生产”状态中时，在炉子和废热回收单元的上游的水洗涤器中，冷却和去除来自另一股尾气流的微粒材料和可溶气体种类和金属蒸汽。
优选地，在前述段中描述的洗涤器包括尾气流量控制阀。
优选地，所述工艺包括：在“保持”和“空转”工艺状态的开始时，至少基本上关闭在前两段中描述的气流洗涤器中的阀。
优选地，所述工艺包括：将来自预处理装置的尾气供给到废热回收单元，用作燃料气体，以产生所述工艺用的蒸汽。
优选地，所述工艺包括：在“保持”和“空转”工艺状态期间，将供给到预处理装置内的流化床预处理装置的一部分尾气流进行再利用。
优选地，所述工艺包括：当所述工艺运行在“热金属生产”状态中时，以第一体积流量将热空气鼓风或热富氧空气鼓风供给到直接熔炼容器，并且当所述工艺运行在“保持”和“空转”工艺状态中时，以更低的第二体积流量将热空气或富氧空气鼓风供给到直接熔炼容器。
优选地，所述工艺包括：当所述工艺运行在“热金属生产”状态中时，将直接熔炼容器中的压力控制到第一压力设置点，并且当所述工艺运行在“保持”和“空转”工艺状态中时，将直接熔炼容器内的压力控制到更低的压力设置点。
优选地，所述工艺包括：在“空转”工艺状态期间监控直接熔炼容器中的熔融金属温度，并且根据需要将燃料气体供给到容器并在容器中燃烧燃料气体，以维持容器中的熔融金属温度。
优选地，所述工艺包括：当所述工艺运行在“空转”状态中并且所述工艺是在容器中燃烧燃料气体时，降低直接熔炼容器中的熔渣的水平。
本发明还提供一种用于运行直接熔炼设备的工艺，该直接熔炼设备具有直接熔炼容器和流化床预处理单元，所述直接熔炼容器在压力下运行，所述流化床预处理单元用于预处理随后供给到直接熔炼容器的含金属材料，所述设备产生熔融金属、熔渣和尾气的产物，其中，所述工艺包括：
（a）根据所需给定工艺条件，在多个工艺状态中选择性地运行设备，所述工艺状态包括“热金属生产”状态以及“保持”和“空转”状态，在“热金属生产”状态中，在容器中熔炼含金属供给材料，以生产熔融金属，并且在“保持”和“空转”状态中，在直接熔炼容器中以熔融状态维持熔融材料的的熔池，而不产生额外的熔融金属；
（b）当所述设备运行在“热金属生产”状态中时，将从直接熔炼容器释放的尾气分成至少两股尾气流，并将一股尾气流供给到流化床预处理装置，以预处理随后被供给到直接熔炼容器的含金属供给材料，并且将另一尾气流供给到所述设备，以用作燃料气体；
（c）当所述设备运行在“保持”和“空转”工艺状态中时，将从直接熔炼容器释放的尾气流供给到流化床预处理装置，以至少流化随后被供给到直接熔炼容器的含金属供给材料；以及
（d）当所述工艺运行在“保持”和“空转”工艺状态中时，通过控制在供给到流化床预处理装置的尾气流中的尾气压力，来控制直接熔炼容器中的压力。
在一般意义上，本发明还提供一种用于直接熔炼含金属供给材料并生产熔融金属的直接熔炼设备，该设备包括：
（a）流化床预处理装置，用于预处理含金属供给材料；
（b）直接熔炼容器，用于通过在该容器中直接熔炼经预热的含金属供给材料的工艺来生产熔融金属，所述工艺包括多个工艺状态，该多个工艺状态包括如在此描述的“启动”、“热金属生产”、“保持”、“空转”和“无风”；
（c）尾气管道，用于将直接熔炼容器中产生的尾气带走，并将尾气流中的尾气供给到预处理装置；以及
（d）工艺控制器，用于当所述工艺运行在如在此描述的“保持”和“空转”工艺状态中时，通过控制供给到预处理装置的尾气流中的尾气压力，来控制直接熔炼容器内的压力。
更具体地，本发明提供一种用于直接熔炼含金属供给材料并生产熔融金属的直接熔炼设备，该设备包括：
（a）流化床预处理装置，用于预处理含金属供给材料；
（b）直接熔炼容器，用于通过在容器内直接熔炼经预热的含金属供给材料的工艺来生产熔融金属，该工艺包括多个工艺状态，该多个工艺状态包括如上所述的“启动”、“热金属生产”、“保持”、“空转”和“无风”；
（c）炉子，用于产生工艺用的热空气鼓风或热富氧空气鼓风；
（d）废热回收单元，用于产生该设备用的蒸汽；
（e）尾气管道，用于将直接熔炼容器内产生的尾气带走并将尾气分成两股尾气流，其中一股尾气流通过第一管道部分被供给预处理装置，另一股尾气流被供给到第二管道部分；以及
（f）工艺控制器，用于当工艺运行在如上所述的“保持”和“空转”工艺状态中时，通过控制在供给到预处理装置的尾气流中的尾气压力，来控制直接熔炼容器内的压力。
优选地，工艺控制器还能够当工艺运行在如上所述“热金属生产”状态中时，通过控制在供给到第二管道部分的尾气流中的尾气压力，来控制直接熔炼容器内的压力。
附图说明
以下将参照附图更加详细地描述本发明，附图中：
图1为根据本发明的直接熔炼设备的一个实施例的示意图；并且
图2为在将尾气供应到图1所示的废热回收单元和炉子的尾气流中的湿式锥形洗涤塔和尾气冷却器的放大图。
具体实施方式
以下对附图中所示的设备的描述基于这种情形：根据本申请人的国际申请PCT/AU96/00197中所述的HIsmelt工艺，采用该设备来熔炼含铁供给材料，从而生产熔融铁。该国际申请所包含的专利说明书中的公开内容通过交叉引用结合到本文中。
该工艺基于直接熔炼容器3的使用。
容器3是在本申请人的国际申请PCT/AU2004/000472和PCT/AU2004/000473中所详细描述的那种类型的容器。这些国际申请所包含的专利说明书中的公开内容通过交叉引用结合到本文中。
容器3具有：炉床，该炉床包括由耐火砖形成的基部和侧边；侧壁，该侧壁形成从炉床的侧边向上延伸的大致呈柱形的筒，并包括上筒部和下筒部；炉顶；位于容器3上部的尾气管道9；用于从容器3连续排出熔融金属的前炉67；以及用于定期从容器3排出熔渣的出渣口。
容器3装配有向下延伸的水冷式热空气鼓风（“HAB”）喷枪7和八个水冷式固体喷射枪5，该热空气鼓风喷枪7延伸入容器3的上部空间，而所述固体喷射枪5向下并向内延伸穿过侧壁并进入炉渣内。
在使用中，容器3含有熔融铁熔池。经由固体喷射枪5将含铁供给材料（诸如铁矿粉、含有铁的钢厂废料或DRI粉）、煤和熔剂（石灰和白云石）直接注入熔池中。
具体而言，一组喷射枪5用于注入含铁的供给材料和熔剂，而另一组喷射枪5用于注入煤和熔剂。
喷射枪5通过水冷来保护它们不受容器3内高温的影响。喷射枪5通常衬有高耐磨的材料，以防止它们受到高速喷射的气体/固体混合物的磨损。
含铁供给材料通过预热到600至700°C范围内的温度而进行预处理，并在注入熔池之前在流化床预热器17中预还原。
在环境温度下注入熔池中之前，煤和熔剂存储在一系列闸斗仓25内。经由煤干燥和碾磨设备71将煤供应到闸斗仓25。
注入的煤在熔池中液化，从而释放出H2和CO。这些气体用作还原剂和能量源。煤中的碳快速溶解在熔池内。被溶解的碳和固态碳也用作还原剂，产生作为还原产物的CO。注入的含铁供应材料熔化为熔池中的熔融铁，并经由前炉67连续排出。在该过程中产生的熔渣经由出渣口（未示出）定期排出。
在熔池中发生的将注入的含铁供给材料熔化为熔融铁所涉及的典型还原反应为吸热反应。维持这一过程、更具体而言维持这些吸热反应所需的能量是通过从熔池释放的CO和H2与经由HAB喷枪7在通常为1200°C的高温下注入的富氧空气起反应而提供的。
从在容器顶部空间内的上述后燃烧反应释放的能量经由“过渡区”而被传输到熔融铁熔池，该“过渡区”为熔池上方的含有炉渣和铁的液滴的高湍流度区域的形式。这些液滴在该过渡区内由后燃烧反应产生的热加热，并返回到炉渣/铁熔池，从而将能量传输到熔池。
经由HAB喷枪7注入到容器3内的热富氧空气是在热鼓风炉11内以这样的方式产生的，即，使富氧空气（名义上氧气体积含量为30至35％）通过炉子11，并对空气加热，之后经由热鼓风主管41将热富氧空气输送到HAB喷枪7。
调节炉子11的运行以确保在主管41中有连续的、不中断的热富氧空气在恒定的直线温度下向HAB喷枪7流动。
每个炉子11按照多个阶段的重复次序运行，这些阶段包括加热阶段、灌注阶段和热交换阶段，热交换阶段比加热阶段的时间段长。
在炉子11的加热阶段期间，通过以下方式加热炉子11，即燃烧（a）来自容器3的经冷却和净化的尾气，和/或（b）可选的另一燃料气体，诸如天然气，以及（c）炉子11的燃烧器组件（未示出）内的燃烧气体，之后使燃烧产物通过炉子11。
在炉子11的热交换阶段期间，将来自氧气设备29的氧气混合到鼓风机31所产生的增压空气流中。这些富氧空气流通过炉子11，并在炉子11内加热，从而为容器3产生热富氧增压空气流。这些热富氧空气流通常被称为“热鼓风”或“热空气鼓风”。
炉子11的灌注阶段是这样的阶段，即，其中一个炉子基本关闭，且既不被燃烧尾气（和其他燃料气体，诸如天然气）加热也不通过与空气流热交换而冷却。
给定炉子11的灌注阶段的持续时间至少为打开和关闭阀所需的时间量，这些阀的打开和关闭是转换尾气和热空气流所需的，从而（a）将给定炉子从加热阶段切换为热交换阶段以及（b）将另一炉子从热交换阶段切换为加热阶段。
在烟气脱硫（FGD）系统13内净化炉子11在其加热过程中所释放的燃烧产物。该FGD从燃烧产物中去除通常以硫化氢（H2S）和二氧化硫（SO2）形式存在的硫。容器3内产生的尾气含有硫，如以下将描述的那样，在尾气到达炉子11之前，不能在容器3下游进行的尾气净化中完全去除硫。
在炉子11在其加热阶段释放的燃烧产物通过FGD系统之前，所述燃烧产物可通过热交换器（未示出），并且在将加热的尾气和燃烧空气作为供给材料在加热阶段供应到炉子11的燃烧器之前，对已冷却且净化的来自容器3的尾气和燃烧气体进行预加热。容器的尾气和燃烧空气可预加热到大约180°C的温度。
尾气经由位于容器3上部的尾气管道9从容器3释放，并且尾气首先通过辐射冷却器15，该辐射冷却器以下称为“尾气罩”。通常，尾气在大约1450°C的温度下离开容器并进入该尾气罩。
尾气在通过尾气罩15的同时被冷却，从而导致在汽鼓35内产生积聚的蒸汽。该尾气罩可以是美国专利6,585,929中所述的冷却、并部分净化尾气的那种类型的尾气罩。
离开尾气罩15的尾气流处于大约1000°C的温度下，并被分成两股气流。
具体参照图2，一股离开尾气罩15的尾气流包含有55－65％的来自容器3的尾气，该股尾气流首先通过湿式锥形洗涤塔21。
洗涤塔21使流过其中的尾气骤冷，并从流过其中的尾气中去除掉微粒材料和可溶的气体种类以及金属蒸汽。尾气的温度在洗涤塔内从大约1000°C下降到100°C以下，通常在65°C至90°C之间。
洗涤塔21包括上腔室71、下腔室73和使上腔室71、下腔室73互相连接的垂直延伸管75。洗涤塔21包括位于管75下端内的尾气控制阀77。该控制阀77包括液压操作的锥形元件79，该锥形元件能垂直运动以打开或关闭管75的下端。洗涤塔21在上腔室71内包括喷水器69，以及相对于管75和控制元件79定位的其他喷水器（未示出）。将补充水和在洗涤塔内的循环水供应至喷水器。
控制阀77对通过洗涤塔21的尾气的流量进行控制。这是对来自容器3的尾气的第一可变流量约束。因此，控制阀77对直接熔炼容器3内的压力进行控制，在生产熔融铁的过程中，优选将其控制成0.8巴的表压。
来自洗涤塔21的尾气经由下腔室73内的出口81离开洗涤塔21，并通过尾气冷却器23，该尾气冷却器23进一步冷却尾气至50°C以下，通常在30°C到45°C之间，以从尾气去除足量的水分，从而尾气可用作燃料气体。通常，离开冷却器的尾气具有5％或更少的H2O以及低于10mg/Nm3、通常为5.0mg/Nm3的含雾量。
在通常的金属生产的状况下，所产生的尾气适于用作（a）炉子11（如上所述）以及（b）WHR系统25内的燃料气体。此外，经洗涤和冷却的尾气适于在干燥和碾磨设备71内对煤进行干燥。
出于以上目的，将来自气体冷却器23的尾气分成三股气流，其中一股气流通向炉子11，另一股气流通向WHR系统25，第三股气流通向干燥和碾磨设备71。
来自尾气冷却器23的尾气流是相对高含量的尾气。通向WHR系统25的气流与如下所述通过预热器17的冷却和净化的尾气混合，该冷却和净化的尾气是相对低含量的尾气，这是因为在该预热器中，通过尾气中的CO和H2对含铁供给材料进行了预还原。
如上详细描述的，在通常的金属生产状况下，联合的尾气流所具有的热量值使得其适于作为燃料气体燃烧。
将联合的尾气流、（图1中附图标记83所指的）天然气形式的附加燃料气体源以及空气供应到WHR系统25，并在其内燃烧。
联合的尾气流在WHR系统25内以这样的方式燃烧，即，最大化的破坏CO，同时最小化的形成NOx。
从WHR系统25释放的尾气与来自炉子11的尾气联合，然后通向FGD系统13。在FGD系统13中去除SO2，并通过烟囱45将废气排放到大气。
大约含有35－45％体积比的尾气的另一股气流通过用于含铁供给材料的流化床预热器17。该预热器17从含铁供给材料去除水分，并对含铁供给材料进行预热和预还原。尾气是预热器17内的流化气体和能量的来源。
当工艺是生产熔融金属时，设备的工艺控制器对流向预热器17的尾气流进行控制，从而（a）将尾气流控制为大于最小流量，以维持预热器17内的流化状态，以及（b）将含铁供给材料预热到600至700°C的范围内的大致恒定的温度。
从预热器17释放的尾气通过旋流器61，并且从尾气分离出夹带的灰尘。
然后，尾气通过湿式锥形洗涤塔63，该洗涤塔63从尾气去除掉微粒材料和可溶的气体种类以及金属蒸汽，并将尾气的温度从500°C到200°C之间冷却到100°C以下，通常在65°C至90°C之间。
洗涤塔63与上述湿式锥形洗涤塔21的基本结构相同。具体而言，该洗涤塔63使流过其中的尾气骤冷，并从流过其中的尾气去除掉微粒材料和可溶的气体种类以及金属蒸汽。而且，如在洗涤塔21中的情形那样，洗涤塔63包括尾气流量控制阀，该控制阀具有液压操作的锥形元件，该锥形元件能垂直运动以打开和关闭所述阀，从而对通过洗涤塔的尾气的流量进行控制。
然后，来自洗涤塔63的尾气通过尾气冷却器65，该尾气冷却器65进一步将尾气冷却至50°C以下，通常在30°C到45°C之间，以从尾气去除足量的水分，从而尾气可用作燃料气体。通常，离开冷却器的尾气具有5％或更少的H2O，以及低于10mg/Nm3、通常为5.0mg/Nm3的含雾量。
如上所述，经冷却和净化的尾气然后与来自冷却器23的尾气流联合，并在废热回收（WHR）系统25中用作燃料气体。
该WHR系统25包括：
热氧化器37，即，燃烧器组件，以及相关的燃烧室；
WHR单元39，即，锅炉；
汽鼓；以及
热交换器装置，诸如过热螺旋管和软化水节水器。
WHR系统25产生饱和蒸汽。该饱和蒸汽与来自尾气罩15的汽鼓35的饱和蒸汽混合，从而WHR系统25的过热螺旋管从该饱和蒸汽产生过热蒸汽。
WHR系统25的蒸汽产生装置包括：
用于保护下游螺旋管的辐射屏蔽；
具有减热器控制件的两级过热部（其中，根据需要通过注入软化水来控制过热量，以将过热蒸汽维持在420°C的温度）；
主蒸发器部，包括三个对流螺旋管模块；
节水器部；以及
蒸汽室，具有三单元式的软化水控制件。
在WHR系统25和尾气罩15内产生的蒸汽用来驱动HAB鼓风机31和氧气设备29的主空气压缩机（未示出），剩余的蒸汽通过涡轮式交流发电机，该涡轮式交流发电机产生运行设备所需的电能。
涡轮式发电机系统包括设计成接收过热蒸汽的冷凝式涡轮机。涡轮机的排出物通过在真空下运行的表面冷凝器，并通过冷凝物泵将所形成冷凝物泵送到除气器。
使用尾气作为设备中的燃料气体抵消了一定量的电能，这样就使得设备在电力方面大体上能自给自足，否则这一部分电源要从外部电网获取。
通常，WHR系统25的燃烧器组件37为筒形碳钢壳体，其内部是耐火和绝缘的。
在使用中，由于以下多个因素，包括：（a）在工艺运行期间产生的并因而从容器3排出的尾气的变化，（b）设备对蒸汽需求的变化，（c）可用于WHR系统25的燃烧器组件37的尾气的变化，该变化是由于炉子11对尾气的竞争性需求所引起的，（d）炉子11对尾气需求的变化，因此，WHR系统25的燃烧器组件37在来自上述尾气分离流的联合尾气流量变化的情况下运行。
所述工艺被设计成在多种“状态”下运行，这些“状态”在熔炼运行期期间具有不同运行状况，这些“状态”例如包括以下工艺状态：
（a）启动；
（b）热金属的生产，即，供应热矿石、煤、熔剂以及热鼓风；
（c）保持，即，不供应热矿石，供应煤和热鼓风；
（d）空转，即，不供应矿石和煤，供应热鼓风，在某些情况下供应诸如天然气的燃料气体；以及
（e）无风，即，不供应矿石和煤，也不供应热鼓风。
在保持状态期间，尾气的热量值会在相对低含量和相对高含量之间变化。热量值取决于向熔池中供给煤的速度和向容器3中供给热空气鼓风的速度。这些参数影响着尾气中的碳含量以及尾气中的CO和CO2的含量。
在空转状态期间，尾气热量值相对较低。通常，只有将热空气鼓风供应到容器3（连同通过固体喷射枪5供应的吹扫氮气），尾气的组成才类似于空气。
在空转状态期间，对热金属温度进行监控，并且在需要时，将诸如天然气的燃料气体供应到熔融熔池上方的顶部空间内。该燃料气体在热空气鼓风中燃烧。这有助于加热容器3和熔融熔池。
燃料气体以这样的方式进行的燃烧通常是完全的，从而与其中只向容器3提供热空气鼓风的空转状态相比，尾气的热量值不会提高。
在工艺处于空转状态中时，在容器3内燃烧燃料气体之前，容器的操作者可将炉渣分流到最低水平，或甚至排完炉渣。炉渣分流使得在容器3中留有某一最低水平的炉渣，而炉渣排完则基本上将所有的炉渣排出容器。降低容器3内的炉渣的水平，使得金属可直接通过燃烧来加热。在这些情形下，炉渣起到了绝缘器的作用，并且降低了金属受到的热量。
在上述工艺状态中，容器3内产生的尾气的体积流量和热量值是不同的。例如，尾气的流量和热量值在热金属生产状态期间相对较高，而在空转状态期间相对较低。
此外，在给定的工艺状态过程期间，容器3内产生的尾气的体积流量和热量值还由于运行条件的变化而有所不同。例如，在热金属生产状态期间，运行条件会有些变化，这些变化将导致产生的尾气在量和热量值上有所不同。
此外，WHR系统25可用的燃料气体的体积流量随着炉子11的阶段而变化。具体而言，当炉子11在其灌注阶段中运行时，通向WHR系统25的尾气分离流具有相当高的流量。如上所述，与炉子11在加热阶段所需的尾气量相比，炉子11在其灌注阶段所需的尾气量要低得多。
此外，在工艺的不同状态中，设备的蒸汽（和电力）需求是不同的，从而WHR系统25所需的燃料气体的体积流量和热量值也不同。例如，在热金属生产状态期间，设备的蒸汽（和电力）需求比启动状态期间高出约40－60％。
此外，在工艺的不同状态中，炉子11的燃料气体需求是不同的。例如，在热金属生产状态期间，所需的燃料气体的量要高于空转状态。
有鉴于此，在至少一些工艺状态期间，需要将诸如天然气（或尾气之外的其他燃料气体）的可选燃料气体供应到WHR系统25的燃烧器组件37，从而满足熔炼运行期期间设备的蒸汽需求。
此外，有鉴于此，需要改变供应到WHR系统25的燃烧器组件37的诸如天然气（或尾气之外的其他燃料气体）的可选燃料气体的流量，从而在熔炼运行期的给定状态期间补偿来自容器3的尾气的变化流量和热量值，以满足设备的蒸汽需求。
此外，有鉴于此，在至少一些工艺状态下，需要将诸如天然气（或其他燃料气体）的可选燃料气体供应到炉子11的燃烧器组件，以补偿尾气的流量和热量值的变化，从而维持燃烧器组件用的燃料气体的目标流量和目标热量值。
当工艺运行在无风、保持和空转状态中时，特别需要供应诸如天然气的可选燃料气体。在这些状态期间，流向炉子11的尾气被完全切断，或至少有相当程度的减少，从而在这些工艺状态期间，需要有另一诸如天然气的燃料气体以所需水平来维持炉子11运行。
因此，设备的工艺控制器通过改变作为额外燃料气体的天然气的流量来运行WHR系统25的燃烧器组件37，以在工艺中的任何时间点提供燃料气体所需的流量和热量值。
因此，设备的工艺控制器还通过改变空气的流量来运行WHR系统25的燃烧器组件37，以抵消尾气和天然气的变化流量，从而确保最佳燃烧。
因此，设备的工艺控制器还通过改变作为额外燃料气体的天然气的流量来运行炉子11的燃烧器组件，以在工艺中的任何时间点提供燃料气体所需的流量和热量值。
因此，设备的工艺控制器还通过改变空气的流量来运行炉子11的燃烧器组件，以抵消尾气和天然气的变化流量，从而确保最佳燃烧。
此外，在由于炉子11内尾气的需求降低，因而通向燃烧器组件37的尾气增加之前，设备的工艺控制器在通常为30秒的预定时间段内开始斜线式地增加通向WHR系统25的燃烧器组件37的空气流量。
类似地，在由于炉子11内尾气的需求增加，因而通向燃烧器组件37的尾气减少之前，设备的工艺控制器在通常为30秒的预定时间段内开始斜线式地降低通向WHR系统25的燃烧器组件37的空气流量。
对于在任何时间点，确定WHR系统25的燃烧器组件37和炉子11的燃烧器组件所需的天然气流量而言，设备在不同时间点的尾气热量值是重要的参数。
设备包括质谱仪CV1、CV2和CV3，这些质谱仪位于设备所选的位置处，用以确定这些位置处的尾气热量值。所测量到的热量值由所述设备的工艺控制器进行处理，这是确定尾气和天然气所需流量的一部分处理。
所选的位置位于尾气罩15内（CV1）、尾气冷却器23的下游和通向炉子11和WHR系统25的尾气分流的上游（CV2）以及预热器61的下游（CV3）。
以不同状态的范围运行上述工艺还对不同状态期间容器3内的压力控制具有影响。
此外，为了将含铁供给材料维持在流化状态，预热器17具有某一最低气体流量要求。由位于预热器17下游的湿式锥形洗涤塔63内的控制阀来控制通过预热器17的气体流量。
上述描述表明，当所述工艺生产熔融铁时，即当所述工艺运行在热金属生产状态中时，通过湿式锥形洗涤塔21的控制阀77来控制容器压力。
更加具体而言，设备包括位于尾气罩15内的压力传感器P1，该压力传感器对以连续的形式流过尾气罩的尾气压力进行监控。当工艺运行在热金属生产状态中时，设备的工艺控制器响应于所监控的压力，并运行湿式锥形洗涤塔21的控制阀77，从而根据需要调节压力，优选维持恒定的容器压力。控制阀77的控制电路的时间常数显著小于预热器17下游的洗涤塔63内的控制阀的控制电路的时间常数。因此，就控制容器3内的压力和控制通过预热器17的气体流量之间的控制而言，在金属生产期间，主要是对容器压力进行控制。
在工艺的其他状态期间，尤其是在保持和空转状态期间，仍有必要维持对容器3内的压力的控制。在这些状态期间，这样的压力控制是通过预热器17下游的湿式锥形洗涤塔63内的上述控制阀而不是通过湿式锥形洗涤塔21的控制阀77实现的。
更加具体而言，当工艺运行在这些状态中时，湿式锥形洗涤塔21的控制阀77至少基本上关闭，从而没有尾气流或至多仅有最少的尾气流通过洗涤塔21，然后从该源进入炉子11和WHR系统25。因此，在保持和空转状态期间，湿式锥形洗涤塔63中的控制阀变为主要的压力控制器。这还确保了通过预热器的气体流量，以使含金属材料被维持在流化状态中。
此外，当工艺变为保持和空转状态中时，工艺控制器运行以降低从炉子11供应到容器3的热空气鼓风的流量设置点。容器的压力设置点也被降低。通常，设置点从表压0.8巴降低到表压0.4巴。
在保持和空转状态期间，已经通过预热器17的一部分尾气被循环利用，并与来自容器3的尾气联合，从而有助于维持预热器17内的流化条件。
在无风状态下，不向容器供应热空气鼓风。关闭预热器17下游的洗涤塔63，并且对预热器17内的所有尾气进行循环利用，从而作为流化气体运行。
在保持和空转状态期间，炉子11产生的热空气鼓风量减小。为了确保炉子11不超过最高温度，与在热金属生产状态期间向炉子供应的燃料气体的总能量相比，降低向炉子11供应的燃料气体的总能量。这样，在保持和空转状态期间，输入到炉子11的能量降低，从而与减少的热空气鼓风流对能量需求的降低相匹配。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对上述本发明的实施例作出多种改变。