金属氧化物的预热和预还原制造技术

本发明专利技术提出金属氧化物预热和预还原方法。该法包括经进口管将夹带在气体的氧化物矿颗粒引入处理室，其中夹带颗粒流与高温还原气流联合，方式是使颗粒迅速加热并形成流型以尽可能减少颗粒间和与处理室内壁的接触。夹带颗粒流和高温还原气流基本上并流。本发明专利技术还提出并流方向上细长处理室。热废气可来自熔浴反应器，其中包括大量一氧化碳和氢气。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用例如冶炼炉热废气预热和预还原金属氧化物矿的方法，处理室和装置。还提出热废气骤冷方法。冶炼还原炉废气温度高，可能含大量还原性气体，如一氧化碳和氢。很清楚，回收至少一部分显热并应用气体的部分还原势，在经济上好处很大。已知有大量对金属氧化物矿进行预热和预还原的方法。有两种方法，即KawasakiSteel公司和NipponKokan公司提出的方法综合了这两个特点。一般来说，已知方法还具有一种或多种以下缺点，有时多于一种需多步处理步骤，需昂贵的焦炭或其它还原剂，或温度限制，导致预还原率低，停留时间长或达到的预热温度低。若氧化物矿所处温度太高，颗粒会软化，使颗粒在装置上粘附和/或成块。在铬矿情况下，现有技术中所述预热和预还原法一般限制在1200℃左右，此时还原率很低。US4629506(Krupp)中采用大量过量还原剂，同时温度高，试图提高铬矿还原率。但提高还原率的代价是预热温度。还要求另一工艺步骤，包括冷却，破碎和过筛，其中循环大量还原剂。KawasakiSteelKK的方法用未造粒细粉矿，见JP59080706。预热和预还原在流化床中进行。冶炼还原炉废气供热和富-氧化碳还原气并补充注入烃气。炉气在1350-1400℃下与冷烃气，如甲烷或丙烷预混可得到冷气混合物，致使床温达到约1200℃。据信，在该温度下，需12-15小时停留时间才能使平均粒径325μm的南非铬铁矿大量还原。据信，在包括一氧化碳的炉气单独应用时，还只能使有限量的铁和铬氧化物还原。烃气对铬铁矿的还原作用是主要的。据信，该法缺点是需要加烃气才能达到高还原率，并且流化床温度低，使反应速度降低，但必须防止铬铁矿进料软化和颗粒在流化床中后续结块。因此而延长停留时间似乎要阻止所有铬铁矿进料均得以预热和预还原。(某些铬铁矿直接注入冶炼还原炉)。本专利技术基于这样一种观点，即若气体中夹带的氧化物矿颗粒处于还原环境中的高温下，方式是使相互接触或与固体表面的接触尽量减少，则与现有技术相比，可提高还原速度。同时又可使更多的颗粒保持其完整性。本专利技术此目的可这样达到，即将气体中夹带之氧化物矿颗粒经出口通入处理室，其中颗粒流与高温还原气流结合，方式是使颗粒迅速加热并进入流型，即使相互和与处理室内表面的接触尽量减少并且被加热的颗粒失去热量。处理后的矿石送到熔炉，进一步处理(如进一步预还原)或贮存。按本专利技术，颗粒被加热到的温度大大高于现有预还原方法达到的温度。因此本专利技术中颗粒迅速加热到高温，此时部分预还原成金属，部分熔融。由于颗粒因此变得有些“粘”，所以迅速冷却到低温以减少结块和对预热和预还原室壁的粘附。本专利技术方法有以下优点金属氧化物矿可预热到高温，有些能预还原，而颗粒完整性的损失和对装置表面的粘附又很有限，保持细粒径有助于金属氧化物矿后续加工。本专利技术还提出经本专利技术方法预热和预还原金属氧化物矿的处理室。选择合适处理室内部结构和还原气入口管以有利于预热和预还原，而同时又尽量减少结块和粘附。本专利技术还提出金属氧化物矿冶炼装置，其中设上述处理室。本专利技术惊人优点在于，该工艺使废气骤冷，其速度足以保证任何粘性固体或其它夹带物料可冷却到大大减少或完全阻止结块和粘附的温度。若废气含大部分粘性固体等，则可能需要改变该工艺的某些参数，如新固体颗粒注入速度。本专利技术还提出预热和预还原金属氧化物矿的装置。附图中附图说明图1说明本专利技术实施方案之一。从熔浴反应器来的废气进到预热和预还原室。新矿石也进到该室并从这里进到沉降室，最后到熔浴反应器。图2说明本专利技术另一实施方案，其特点是预热和预还原操作串联进行。图3(a)和(b)说明本专利技术处理室的另一实施方案。本专利技术特别选取铬铁矿进行说明，但应知道本专利技术可适用于任何氧化物矿。但是，本专利技术特别适用于其“粘性点”处于或接近于可迅速还原温度范围内的氧化物矿。某些氧化物矿含一种以上金属。例如，铬铁矿含铁以及铬。其中某一种或两种金属的预还原是优点。应看到预还原不会使所有氧化物和氧化组分还原。本专利技术可与能生成具有还原势的高温废气的任何反应器配用。与熔浴反应器，如用来还原铬铁矿的熔融铁合金浴反应器配用特别有用。用废气时，本专利技术方法粒料反应和/或加热作用，而废气本身被骤冷。夹带在废气中的任何粘性或熔融物质会粘在细颗粒上。许多情况下，存在一定量这种物质相当有利。本专利技术实施方案之一采用一定量化学能和显热，来自火法冶金反应器，以使金属氧化物矿预热和预还原。这些金属氧化物矿颗粒加热到极高温度以提高金属氧化物反应速度。即使所用温度低于颗粒大量出现粘结的温度，本专利技术方法也能通过减少气流中颗粒之间和与内表面的接触而优于现有技术。颗粒然后迅速冷却到其粘性温度以下。本文中“粘性温度”指开始出现粘结的温度范围。一般来说，合适来源的热废气经细长预热和预还原室之一端附近的进口管引入。该管优选与所说室同轴或靠近其轴。预热和预还原室横截面积应大大大于管之相应横截面积，以尽量减少废气与室避的直接接触。氧化物颗粒优选应在接近于废气入口处的地方引入室中。矿石入口管优选应基本上与废气主流方向对齐并在一定程度上朝向室轴。可向传送氧化物颗粒的气体提供一定程度的旋流作用。氧化物颗粒可来自大量贮存点或与上述室配合操作的另一室。氧化物颗粒可用任何合适气体，包括用废气送入该室，废气已完全氧化。将氧化物颗粒送入处理室中的废气流，方式是使其夹带在至气流中，尽量减少颗粒之间和与内表面的接触。金属氧化物细颗粒迅速加热到极高温度，这是通过与热废气接触来完成的。据推测，室内室壁附近建立的某些流型对结块和粘附的出现起主要作用。在从室中排料阶段，流型中的颗粒降到粘性温度以下。与热氧化物颗粒的接触可通过改变热气和金属氧化物之相对比例来尽量减少。一般来说，可得气量是“给定的”并且与例如炉的操作有关。因此，金属氧化物进料速度应与气流速度相匹配以尽可能避免氧化物颗粒间的不必要冲撞并控制室内目标温度。这一因素在例如室的设计时应加以考虑以避免不必要的堵塞并促进气体流动，并在进入室内应基本上同轴。该室可配有提升管并在该情况下，颗粒可在将颗粒导入下一处理段之前进一步冷却。如上所述，室内部结构和入口管应进行选择以促进预热和预还原并尽量减少颗粒结块和在内避上粘附。选择入口管形状以达到平滑的圆形内表面，使死角最少，从而减少或排除熔浴反应器来的颗粒在管周围结块。一旦颗粒降到要求温度，就可从室中取出并送到下一步，例如，送到旋风分离器中。外部冷却达到合适的温度梯度。颗粒在高温区的停留时间可通过调节炉废气和载气之一种或二种的流速来进行控制。应注意到，氧化物颗粒一次通过该室或按要求多次通过该室。在本专利技术实施方案之一中，可将助熔剂加入新氧化物进料中或循环氧化物进料中，助熔剂夹带在气流中。现在来更详细地考虑来自例如熔浴反应器的废气的应用，其中含大量一氧化碳和氢气，该气出口温度为1400-1800℃。该废气通到图1中处理室1中，其中从入口管2进入该室。管2示于管3和4上游，后两管是用载气送新矿石的。(上游位置为常见)。对管2至3和4是空间关系以及1的内部尺寸进行选择以使矿石颗粒在管3和4附近的整个区域内迅速还原，后随其向前经过该室而冷却。这样一来，颗粒尽量减少了熔融并降低了粘性。管2以及管3和4的尺寸和空间位置应加以选择以减少颗粒与室壁的接触，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
用热废气预热和预还原金属氧化物矿的方法，其中包括经进口管将夹带在气体中的氧化物矿颗粒引入处理室，其中颗粒流和高温还原气流结合，方式是使颗粒迅速加热并进入流型，以使颗粒相互或与处理室内表面的接触尽量减少，主气流和夹带固体基本上并流。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗宾约翰巴特汉，罗德里克麦克弗森格兰特，詹姆斯文森特哈普，格伦阿什利蒂多，
申请(专利权)人：克拉服务有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]