用于制造铁水的装置和用于制造铁水的方法.pdf

根据本发明的实施方案的一种用于制造铁水的装置包括：i)至少一个流化床还原反应器，其还原并塑化细铁；ii)用于制造压紧铁的装置，其使细铁成型并制造压紧铁；iii)熔化-气化炉，压紧铁被装入该熔化-气化炉中且氧气被注入该熔化-气化炉中；iv)还原气体供给线，其将从熔化-气化炉中排出的还原气体供给到流化床还原反应器；以及v)微粒注射设备，其将粘性减小材料注入还原气体，以使包含在还原气体中的粉尘的粘性减小。所述熔化-气化炉制造铁水。

1.  一种用于制造铁水的装置，该装置包括：
至少一个流化床还原反应器，其还原并塑化细铁；
用于制造压紧铁的装置，其使细铁成型并制造压紧铁；
熔化-气化炉，压紧铁被装入该熔化-气化炉中且氧气被注入该熔化-气化炉中，该熔化-气化炉制造铁水；
还原气体供给线，其将从熔化-气化炉排出的还原气体供给到流化床还原反应器；以及
微粒注射设备，其将粘性减小材料注入还原气体，以使包含在还原气体中的粉尘的粘性减小。

2.  权利要求1的装置，还包括：
还原气体流动线，其连接到熔化-气化炉的上部；
离心式除尘器，还原气体从连接到该离心式除尘器的还原气体流动线被供给到该离心式除尘器，该离心式除尘器收集还原气体中的粉尘。

3.  权利要求2的装置，还包括粉尘储存箱，该粉尘储存箱连接到所述离心式除尘器的下部，并且储存被收集在离心式除尘器中的粉尘以及将该粉尘再次装入熔化-气化炉。

4.  权利要求2的装置，其中所述微粒注射设备通过气体传输线连接到还原气体流动线，该气体传输线通过气体将粘性减小材料传送到还原气体供给线。

5.  权利要求4的装置，其中所述气体传输线在离熔化-气化炉比离离心式除尘器更近的位置连接到还原气体流动线。

6.  权利要求1的装置，其中所述粘性减小材料为干熄焦(CDQ)粉尘。

7.  权利要求1的装置，其中所述粘性减小材料为MgO粉末、CaO粉末、或者SiO₂粉末。

8.  一种用于制造铁水的方法，该方法包括：
在流化床还原反应器中还原并塑化细铁；
将已还原并塑化的细铁压紧；
将已压紧的细铁装入熔化-气化炉；
将从熔化-气化炉中产生的还原气体供给到流化床还原反应器；以及
通过将粘性减小材料供给到还原气体，降低还原气体中粉尘的粘性。

9.  权利要求8的方法，还包括使用离心式除尘器收集从流化床还原反应器中产生的还原气体中的粉尘。

10.  权利要求9的方法，还包括储存所收集的粉尘，并将所收集的粉尘再次装入熔化-气化炉。

11.  权利要求9的方法，其中将所述粘性减小材料注射在熔化-气化炉和离心式除尘器之间。

12.  权利要求11的方法，其中将所述粘性减小材料注射在离熔化-气化炉比离离心式除尘器更近的位置。

13.  权利要求8的方法，其中所述粘性减小材料为干熄焦(CDQ)粉尘。

14.  权利要求13的方法，其中所述干熄焦(CDQ)粉尘被注入还原气体，以使粉尘的含碳量不大于60％。

15.  权利要求8的方法，其中所述粘性减小材料为MgO粉末、CaO粉末、或者SiO₂粉末。

16.  权利要求15的方法，其中注射所述粘性减小材料以使其在粉尘的2wt％到10wt％的范围内。

用于制造铁水的装置和用于制造铁水的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造铁水的装置和一种用于制造铁水的方法，更具体而言涉及一种用于制造铁水的装置和一种用于使用原煤和细铁矿制造铁水的方法。
背景技术
钢铁工业是提供在建筑业中和在汽车、船舶、家用器具以及我们使用的许多其他产品的制造业中所需的基本材料的核心工业。钢铁工业也是与人类共同进步、具有最长历史之一的工业。在钢铁工业中扮演关键角色的炼铁厂中，在用铁矿和煤作原料制成铁水——即熔融状态的生铁——之后，由该铁水制成钢并随后供应给消费者。
目前，世界上大约60％的铁产量是使用自14世纪发展起来的高炉法生产的。根据高炉法，将经历烧结过程的铁矿和用烟煤作原料制成的焦炭一起装入高炉，并且向其供给氧气以将铁矿还原为铁，由此制造铁水。
考虑到反应特性，在铁水制造厂中最普及的高炉法要求原料具有至少预定等级的强度且具有在炉中能确保透气性的粒度。由于上述原因，通过处理特定原煤而获得的焦炭用作碳源，该碳源用作燃料和还原剂。同样地，经历连续烧结处理(agglomerating process)的烧结矿主要用作铁源。
因此，现代高炉法要求原料初步处理装备，诸如焦炭制造装备和烧结装备。也即，除高炉外还需要配备附属设施，还需要具有用于防止和最小化从附属设施产生的污染的装备。因此，存在一个问题，即对附加设施和装备的大量投资会导致生产成本增加。
为了解决高炉法的这些问题，全世界的炼铁厂都致力于开发一种通过直接用原煤作燃料和还原剂以及通过直接使用细矿来生产铁水的熔融还原法，细矿占世界矿产量的80％以上。
用于根据熔融还原法制造铁水的装置包括：其中形成有气泡流化床的流化床还原反应器，和其中形成有煤填充床的熔化-气化炉。该熔化-气化炉连接到该流化床还原反应器。在这种情况下，将细铁矿和添加剂在室温下装入流化床还原反应器，以使其预还原。流化床还原反应器中用于流化和还原细铁矿的还原气体从熔化-气化炉中产生并被供给。
在熔化-气化炉的上部使用1000℃或更高的高温作业。装入熔化-气化炉中的煤的燃烧、热分化(thermal differentiation)和压紧产生了大量粉尘，以及在直接还原铁(direct reduced iron)的热分化中产生了大量粉尘。在这种情况下，虽然所产生的粉尘大部分都被吸收到煤填充床中，但是，当流经从熔化-气化炉下部升起的还原气体的上升流时，所产生的粉尘也会部分地通过还原气体供给线进入流化床还原反应器。
然而，由于从熔化-气化炉所产生的粉尘具有粘性，所以如果粉尘进入流化床还原反应器，那么它就会粘在流化床还原反应器的分配盘或离心式除尘器上。因此，如果大量具有强粘性的粉尘进入流化床还原反应器，那么流化床还原反应器的分配盘的喷嘴就会被阻塞，流化床还原反应器中的离心式除尘器的负载就会增加，以及离心式除尘器就会被阻塞。进一步，如果粉尘粘在在流化床还原反应器中流化的细铁矿上，那么它会导致不稳定运转，诸如形成停滞层。
发明内容
技术问题
提供了一种用于制造铁水的装置，以通过减小粉尘的粘性来确保流化床还原反应器的运行稳定性，并在整个过程中提高装置的生产率和运行率。另外，提供了一种使用上述用于制造铁水的装置来制造铁水的方法。
技术方案
根据本发明的实施方案的一种用于制造铁水的装置包括：至少一个流化床还原反应器，其还原并塑化细铁；用于制造压紧铁的装置，其使细铁成型并制造压紧铁；熔化-气化炉，压紧铁被装入该熔化-气化炉中且氧气被注入该熔化-气化炉中；还原气体供给线，其将从熔化-气化炉中排出的还原气体供给到流化床还原反应器；以及微粒注射设备，其将粘性减小材料注入还原气体，以使包含在还原气体中的粉尘的粘性减小。该熔化-气化炉制造铁水。
用于制造铁水的装置还可以包括：还原气体流动线，其连接到熔化-气化炉的上部；和离心式除尘器，还原气体从连接到该离心式除尘器的还原气体流动线被供给到该离心式除尘器。该离心式除尘器可以收集还原气体中的粉尘。另外，用于制造铁水的装置还可以包括粉尘储存箱，该粉尘储存箱连接到离心式除尘器的下部，并且储存被收集在离心式除尘器中的粉尘以及将该粉尘再次装入熔化-气化炉。
微粒注射设备可以通过气体传输线连接到还原气体流动线，该气体传输线通过气体将粘性减小材料传送到还原气体供给线。该气体传输线可以在离熔化-气化炉比离离心式除尘器更近的位置连接到还原气体流动线。
粘性减小材料可以是干熄焦(CDQ)粉尘。另外，粘性减小材料可以是MgO粉末、CaO粉末、或SiO₂粉末。
同时，根据本发明的一种用于制造铁水的方法包括：i)在流化床还原反应器中还原和塑化细铁；ii)将已还原和塑化的细铁压紧；iii)将已压紧的细铁装入熔化-气化炉；iv)将从熔化-气化炉中产生的还原气体供给到流化床还原反应器；以及v)通过将粘性减小材料供给到还原气体，减小还原气体中粉尘的粘性。
该用于制造铁水的方法还可以包括，使用离心式除尘器来收集从流化床还原反应器中产生的还原气体中的粉尘。另外，该用于制造铁水的方法还可以包括，储存所收集的粉尘，并将所收集的粉尘再次装入熔化-气化炉。可以将粘性减小材料注射在熔化-气化炉和离心式除尘器之间。在这种情况下，可以将粘性减小材料注射在离熔化-气化炉比离离心式除尘器更近的位置。
粘性减小材料可以是干熄焦(CDQ)粉尘。可以将干熄焦(CDQ)粉尘注入还原气体，以使该粉尘的含碳量不大于60％。
另外，粘性减小材料可以是MgO粉末、CaO粉末、或SiO₂粉末。可以注射粘性减小材料以使其在粉尘的2wt％到10wt％的范围内。
有益效果
由于从熔化-气化炉中产生的粉尘的粘性被抑制，所以分配盘的喷嘴和流化床还原反应器的离心式除尘器不会被阻塞。另外，抑制了在流化床还原反应器的分配盘上方形成停滞层，该停滞层是由粘性粉尘形成的。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方案的用于制造铁水的装置的示意性视图。
图2是放大了图1的局部II的示意性内部横断面视图。
具体实施方式
下文将参照附图详细阐释本发明的示例性实施方案。本发明的实施方案仅为了说明本发明，本发明并不局限于此。
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施方案的用于制造压紧铁的装置1000。图1中所示的用于制造铁水的装置1000的结构仅为了说明本发明，本发明并不局限于此。因此，用于制造铁水的装置1000可以以其他结构构成并且可以进一步包括其他设备。
如图1所示，用于制造铁水的装置1000包括：作为还原反应器的流化床还原反应器10、用于储存细铁的装置20、用于制造压紧铁的装置30、熔化-气化炉40、还原气体供给线50、以及微粒供给设备70。另外，用于制造铁水的装置1000还包括：连接在用于制造压紧铁的装置30和熔化-气化炉40之间的高温压力均衡设备60、通过还原气体流动线82连接到熔化-气化炉40的离心式除尘器80、以及连接到该离心式除尘器80下部的粉尘储存箱90。用于制造铁水的装置1000还可以包括制造铁水所必需的其他设备。
在彼此相连的多个流化床还原反应器10中形成有流化床，以还原细铁矿等。从熔化-气化炉40中的煤填充床中排出的还原气体通过还原气体供给线50供给到每个流化床还原反应器10。
还原气体流动在流化床还原反应器10中，并还原细铁矿。在这种情况下，可以通过将添加剂与细铁矿混合来使用添加剂。如图1所示，流化床还原反应器10包括预热还原反应器10a、第一还原反应器10b、第二还原反应器10c、以及最终还原反应器10d。
在用于升高气体温度的燃烧器12a、12b和12c将从熔化-气化炉40中产生的还原气体的温度升高——以在该还原气体被供给到除了预热还原反应器10a外的流化床还原反应器10b、10c、和10d之前补偿损失热——之后，该还原气体被供给到流化床还原反应器10。已流经每个流化床还原反应器且随后从预热还原反应器10a上部排出的还原气体流经用于通过水来收集粉尘的湿式除尘器92，接着被排出。
如图1所示，用于储存细铁的装置20连接到最终还原反应器10d，由此储存已还原的细铁，并将已还原的细铁——其是已还原的材料——供应到安装在装置20下方的用于制造压紧铁的装置30。用于制造压紧铁的装置30将已还原的材料压紧，以确保熔化-气化炉40的透气性并防止粉尘散布。用于制造压紧铁的装置30包括一对滚筒301和压紧铁储存箱303。必要时，用于制造压紧铁的装置30还可以包括其他设备。
如图1所示，储存箱60位于用于制造压紧铁的装置30和熔化-气化炉40之间。储存箱60通过从熔化-气化炉40供给的还原气体再次将压紧铁还原。因此，由于再次被还原的压紧铁被供给到熔化-气化炉40，所以可以大大减小熔化-气化炉40中的还原负荷。
通过向熔化-气化炉40供给块煤(lumped coal)或煤砖(coalbriquette)，在熔化-气化炉40中形成了煤填充床。被装入熔化-气化炉40的块煤或煤砖通过该煤填充床上部中的热解反应和该煤填充床下部中与氧气的燃烧反应而被气化。由于气化反应而从熔化-气化炉40中产生的还原气体通过连接到最终还原反应器10d后端的还原气体供给线50供给到流化床还原反应器10。该还原气体用作还原剂和流化气体。
离心式除尘器80通过还原气体流动线82连接到熔化-气化炉40，由此收集从熔化-气化炉40中排出的还原气体中的粉尘。在这种情况下，离心式除尘器80连接到还原气体供给线50，由此通过还原气体供给线50将与粉尘分离的还原气体供给到流化床还原反应器10。该还原气体部分地储存在储存箱60中。
被收集在离心式除尘器80中的粉尘由于重力暂时储存在位于离心式除尘器80下方的粉尘储存箱90中。该粉尘被安装在粉尘储存箱90下方的粉尘喷射设备(未示出)注射，并继而被再次装入熔化-气化炉40。在这种情况下，由于再次装入的粉尘被随其注入的氧气燃烧并熔化，所以该粉尘不会再次散布到熔化-气化炉40的外部。
微粒注射设备70通过气体传输线72连接到还原气体流动线82。微粒注射设备70通过使用气体压力传送粘性减小材料穿过气体传输线72。通过气体传送的粘性减小材料被注射到熔化-气化炉40的直接上部。该被注射的粘性减小材料在沿还原气体流动线82的气流移动之后进入离心式除尘器80。该粘性减小材料与随还原气体一起进入的粉尘混合。虽然图1中仅示出了单个注射位置，但是由于可以安装多条还原气体流动线82，所以气体传输线72的数目可以与还原气体流动线82的数目相等。
为了减小从熔化-气化炉40中产生的粉尘的粘性，提高还原气体中的含碳量，或者可以添加粘性减小材料，例如MgO粉末、CaO粉末、或SiO₂粉末。
首先，为了提高含碳量，注射干熄焦(CDQ)粉尘。由于CDQ粉尘中的含碳量为85％或更多，所以如果每小时注射2吨或更多的CDQ粉尘，那么可以得到的粉尘中含碳量约为40％或更多。
如果CDQ粉尘用于提高含碳量，那么随着含碳量升高，粉尘的粘性变弱。然而，如果含碳量变得太高，那么将在熔化-气化炉40中的氧气和碳之间出现有害的比差(difference ratio)。另外，当CDQ粉尘进入流化床还原反应器10时，在已还原的材料的压紧过程中该已还原的材料的成型能力变差。因此，控制CDQ粉尘的注射量，以使粉尘中的含碳量不超过60％。
同时，当使用除CDQ粉尘之外的粘性减小材料时，抑制粘性的作用在粘性减小材料的量不少于所产生的粉尘的总量的2％时出现。然而，如果粘性减小材料的量超过所产生的粉尘的总量的10wt％，那么在熔化-气化炉40中产生的炉渣可能会增加，碱度可能会改变，并且已还原的材料在其压紧过程中的成型能力可能会变差。因此，粘性减小材料的注射量在所产生的粉尘的总量的2wt％到10wt％的范围内。
图2是放大了图1的局部II的示意性内部横断面视图。图2示意性地示出了粉尘的粘性被粘性减小材料减小的状态。如图2所示，粘性减小材料100通过气体传输线72进入还原气体流动线82。因此，由于粘性减小材料100的粘性，粉尘200粘在粘性减小材料100上。
由于进入流化床还原反应器10(如图1所示，下文中同样)的粉尘200处于粘在粘性减小材料100上的状态，所以该粉尘不会粘在分配盘的喷嘴或离心式除尘器上，而是原样从那里通过。如上所述，注射粘性减小材料100，由此粉尘200粘在流化床还原反应器10上的可能性就降低了。也即，减轻了粉尘200的粘性问题。
在这种情况下，当粘性粉尘200和粘性减小材料100在还原气体中不均匀地混合在一起时，由于被注射材料的局部隔离，所以不能减轻总粉尘200的粘性问题。因此，将粘性减小材料100注射到一个尽可能远离离心式除尘器80的位置，以使粘性减小材料100可以在还原气体流动线82中充分地与粘性粉尘200混合。也即，将粘性减小材料100注射到尽可能接近熔化-气化炉40的位置。
虽然已参照本发明的示例性实施方案具体示出并说明了本发明，但本领域技术人员应理解，在不背离附带的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施方案进行形式或细节上的多种改变。