直接炼铁和钢制造技术

一种直接炼铁和钢的工艺包括用载气对热还原铁进行气动输送，由喷枪喷嘴向下喷出热还原铁射流进入位于金属熔池中的熔化区。在炉气从回转炉排出之前，在熔化区的指定位置，氧气也被加入到热气流中以与脱碳沸腾产生的ＣＯ和其它可燃气体进行二次燃烧，为熔化提供热量。之后，在其排入大气之前，热气流被用于为还原反应提供大部分所需要的热量。一个特点是在熔化区内沿横向和纵向分布热还原铁以促进熔化传热。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铁和钢的生产，特别是关于直接炼铁和钢的生产工艺。我的美国专利No.5542963论述了一种直接炼铁和钢生产工艺，其特点就在于高压热还原气体还原固态氧化铁与对热还原铁进行连续熔化。本专利技术为一种改进的工艺，包括一些(技术)改进和增加，以使其更加通用。本专利申请是正在申请中的No.08/916395的部分继续申请。有许多人们熟知的实现固态氧化铁还原的工艺和衍变技术，所有这些技术都是为了生产直接还原铁，如人所共知作为最终产品的直接还原铁或海绵铁。传统上这些产品被分为如下两类A类采用的是高压热还原气体穿过由氧化铁颗粒球团或块矿构成的重力接触支撑床或流化移动床的固态还原工艺，其中高压还原气体包括补充已在外部进行改制的碳氢化合物或直接加入碳氢化合物的再循环炉顶气体，且在产品排料端还原气体的压力是相当大的，一般为1-5大气压。B类采用的是煤或其他固态碳质还原剂的固态还原工艺，煤或其他固态碳质还原剂作为离散颗粒与氧化铁球团或块矿混合在一起，或是作为氧化铁造块(造球)的一个组分，它们在回转窑或进行旋转或移动的炉床内沿长而相对浅的移动床移动，在料床的上方有不再循环利用的高温炉气流，以及通过料床内煤反应生产的还原气体，其中在产品排料端的过程气体压力相对于环境大气压力而言接近于零。A类直接还原铁生产工艺包括以在竖炉反应器内通过重力接触支撑逐步下降的移动床为特征的MIDREX法、HYL法、PUROFER法、NIPPON STEEL-DR法和AREX-SBD法，以及采用流化床或重力接触支撑床生产碳化三铁工艺的FIOR法、FINMET法、SPIREX法、CIRCORED法和CIRCOFER法。B类直接还原铁生产工艺包括在回转窑内采用加热离散铁-煤混合物料的SL/RN法、DRC法、KRUPP-CODIR法和ACCAR法。FASTMET法和INMETCO法则采用氧化铁粉与煤混合造球的生产工艺，COMET法是在旋转炉床上交替布置氧化铁和煤/石灰石混合物料层的生产工艺。本专利技术的总的目的就是要将在固态铁矿石还原技术中的这两类人们熟知的工艺与连续金属熔化工艺结合在一起，形成直接从氧化铁生产铁水和钢水的连续工艺步骤，与现有人们熟知的工艺或工艺组合相比，可实现对产品成分和质量进行有效控制的较高产量、较低能量需求，高金属收得率，低原料消耗和较低环境污染物排放的目标。而就固态还原工艺来说，当仅采用天然气或燃油进行操作时，对于ACCAR工艺是上述两类工艺的一种不引人注意的例外。因为它不用固态碳质还原剂，是在大气压力下运行。在1967年和1977年之间，开发在大气压力下运行回转窑试验中，表明当直接喷入高温氧化铁球团料床的碳氢化合物为天然气或油时，它们会在料床内改制为还原气体(CO+H2)，而免除了在外部对其进行改制的需要。这一工作已在Iron and Steel Society，AIME，1980，第87-90页发表的“直接还原铁生产和应用技术与经济”一文中进行了总结。仅仅过了大约十年或更多一点的时间就突破了这一概念而应用于A类(直接还原铁生产)工艺，如AREX技术，对于其他利用在外部进行已改制的还原气体的竖炉技术就是一种可行的选择。因此，可以应用的还原气体构成范围就宽多了。这对大体保持适宜的还原气体温度和C、H、O比例是十分必要的，以进行持续固态还原金属铁生产。这样使得固态氧化铁还原系统装置的选择更加直接地集中在这些目标上，如低工艺能量要求，高生产率，低的废气量且废气中含有较少的粉尘和未燃烧的可燃成分，提高对产品成分的控制，工艺简化且成本低。各种氧气转炉和电炉工艺在现行的工业化炼钢生产中占有统治地位，但它们都存在一个共同的问题，即在废气中含有未燃烧的可燃气体CO和H2，人们熟知的熔池熔化工艺也存在这一难题。二次燃烧(post-combustion)技术的开发缓解了这问题，但在每炉钢的不同(熔化)阶段二次燃烧比例(PCD)变化范围很大，因此，通过多个炉内气体喷射装置(喷射)过量氧气就是完全必不可少的。炉内对其所产生的热的利用-传热效率(THE)也处于相对低的水平，这主要是由于批量炉次熔化操作模式，典型电炉或氧气转炉的几何形状，以及熔池与烟气排出口相距较远等所致。一些如废钢预热方面的应用也通常由于实际操作复杂和成本高而使其可行性有限。本专利技术的一个目的就是实现稳定且近乎完全的二次燃烧，包括炉内向炉料的传热效率，其特征就在于稳定的高的二次燃烧比例和传热效率，同时在整个系统中有效利用废钢当中所含的显热，从而减少整个过程的能量需求，且排入大气中的只是基本不含可燃成分的低温废气。现有的这些钢铁生产工艺其特性几乎都是采用喷枪向熔池表面喷吹高纯度氧气，且一般为高压和处于音速范围的高速气流。部分氧气与铁反应生成作为细粉尘排出的氧化铁烟尘，这样降低了金属收得率且污染了环境。本专利技术的另一个目的就是提供一种炼钢工艺，该工艺不是将氧气连续喷入熔池，而只是在需处理特殊物料和产品要求特殊时才采用(氧气)。一个理论上的目的就是要大大减少现有工业化炼钢工艺中普遍存在的氧化铁烟尘的产生量。另一个理论上的目的就是提供一个采用低压低纯度氧气的操作，如通过分子筛而制成的氧气，代替高纯度高压氧气。本专利技术的另一目的就是只排放少量的废气，且废气温度相对较低且基本不含有可燃成分。从而比其他铁矿石还原和炼钢相结合工艺热量损失少，且向大气中排放较少的污染物。本专利技术的另一目的就是在最短的时间内完成高温固态还原铁从还原带输入处于熔化阶段的部分熔化金属熔池中，且热量损失最小，与大气、炉气和钢渣接触时间短。本专利技术的另一目的是将高温固体还原铁布料于部分熔化金属熔池中，且使它们充分扩散以避免未熔铁块的粘结形成漂浮物，并减少熔池中延缓传质的障碍，以加速传热和熔化。本专利技术的另一目的是在直接炼铁和钢工艺中消耗最少的物料、添加剂、燃料、还原剂和氧化剂，在该工艺中所有的主要工艺步骤都可以同步进行，并生产出连续的具有控制成分和温度的铁水和钢水液流。作为上述的A类工艺的应用，本专利技术提供一种直接炼铁和钢工艺，该工艺包括将含有氧化铁的物料加入到还原反应器的气-固还原带，还原反应器通过高压热还原气体进行加热，而高压热还原气体包括由再循环炉顶气体、补充已在外部改制的碳氢化合物或直接加入碳氢化合物而构成。还原气体穿过气-固还原带而与氧化铁反应，生成固态热还原铁。接下来将该还原铁输送到长形回转炉内侧炉壁中的包含部分熔化金属熔池的气-固-液熔化区，熔池上至少带有一层漂浮的部分顶渣层，并由可燃含氧气体燃烧而加热，产生高温炉气流，高温炉气流从熔池上方通过不断地为熔化热还原铁提供热量，以生产铁水和钢水。而炉气流则通过炉子的环形开口排出，其步骤包括使热还原铁与伴随的高温还原气体从气-固还原带进入直接将还原带和熔化区之间连接起来的输送管道，并与一喷枪相接，而喷枪通过回转炉的圆形端开口插入熔化区，喷枪角度向下倾斜指向熔池液面；将高压载气通入输送管道，以携带和推动热还原铁，通过喷枪射出，载气和热还原铁射流穿透熔池液面，使热还原铁浸入部分熔融金属熔池并扩散，通过使炉内壁相对于熔池底部周边旋转，产生推动力，促使热还原铁在熔池内进一步扩散。回转炉高温燃烧产生的气体所含显热最好用于热还原气体的预热，在外部通过与氧气的不完全氧化对补充碳氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接炼铁和钢工艺，该工艺包括对在还原反应器气固还原带内的含有氧化铁的物料进行加热和还原，生产热固态还原铁；接下来将该还原铁输送到长形回转炉内侧炉壁中的部分熔化熔池气－固－液熔化区，熔池上至少带有一层漂浮的部分顶渣层，并由高温炉子产生的可燃含氧气体燃烧而加热产生高温炉气流，高温炉气流从熔池上方通过而不断地为熔化热还原铁提供热量，以生产钢水或铁水；而炉气流则通过炉子的环形开口排出，其步骤包括：使热固体还原铁与从气－固还原带来的伴随的高温还原气体进入将还原带和熔化区之间连接 起来的输送管道，并与至少一喷枪相接，而喷枪通过回转炉的圆形开口插入熔化区，喷枪角度向下倾斜指向熔池液面；将高压载气通入输送管道，以承载热还原铁，通过喷枪射出，载气和热还原铁射流穿透熔池液面，使热还原铁浸入部分熔融金属熔池并扩散，通过使炉 内壁相对于熔池底部周边旋转，使热还原铁在熔池内随着浸入而进一步扩散。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉L舍伍德，
申请(专利权)人：威廉L舍伍德，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]