【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、包含还原铁的铁水(hm)的生产通常需要(氧化)铁源(即铁矿石)、允许将铁的氧化形式还原成还原铁的还原剂(焦炭、还原气体)和其反应提供所需反应温度和能量的试剂(焦炭、煤、氧气、加热器)。由于在还原过程中使用焦炭，还原过程产生大量的co2。
2、通常期望减少还原过程中的co2输出。
3、因此，本专利技术的目的是提供一种能够生产具有减少的co2输出的铁水的设备和方法。
技术实现思路
1、本专利技术由所附权利要求限定。
2、公开了一种铁矿石还原和熔化设备，该铁矿石还原和熔化设备包括：
3、-熔炉，例如，高炉，该熔炉从炉底到炉顶包括：炉膛、风口层、炉身层和炉顶层，所述熔炉包括在该风口层上的至少一个第一气体注入器，和
4、-还原气体发生器，该还原气体发生器连接到该至少一个气体注入器，其中该设备适于在低于200kg/t铁水的焦比下操作。
5、通过在熔炉外提供还原剂，可以减少还原过程所需的焦炭(和任选的煤)的量，否则该量将用于为铁矿石提供还原剂。还原剂，例如还原气体，可包括氢气(h2)和一氧化碳(co)。以这种方式，可以实现低于200kg/t铁水的焦比。氢通常作为分子氢(h2)提供。
6、还原剂可包含30％-100％(vol/vol)氢气，任选地还包含10％-70％(vol/vol)的co以及少于35％、10％或5％(vol/vol)的不是co或h2的气态化合物。
7、第一还原剂发生器可
8、高炉还可包括至少一个闭锁式料斗，用于将材料从大气压力引入熔炉压力下的熔炉。
9、该至少一个闭锁式料斗确保高炉内的压力得以保持，并且因此还原和熔化过程可得以保持。
10、该铁矿石还原和熔化设备还可包括位于该炉身层上的至少一个第二气体注入器。
11、该至少一个第二气体注入器的位置可(例如直接)在粘聚区域的根部上方，粘聚区域的区域直接接触熔炉的壁(即在粘聚区域的根部上方)。
12、已令人惊讶地发现，通过也在炉身层处供应还原剂，可进一步降低总焦炭需求。以这种方式，可实现用于熔化矿石的所需的温度水平，同时在风口层处向还原剂提供较少的能量。此外，可减少在风口层处注入的还原剂的量。此外，通过炉身注入，需要穿过高阻力粘聚区域的气体更少。
13、该至少一个第一气体注入器可包括至少一个电驱动加热器。
14、电驱动加热器的优点在于，其可用于加热还原剂，而不会局部消耗煤或焦炭。由于加热器是电驱动的，加热器所需的能量可由co2稀薄能源产生。co2稀薄能源是指产生少量co2的能源(光伏能、风能、水能或核能)或产生的co2不超过其生产所用的量的能源(例如，来自非碳化植物材料的沼气)。
15、在还原气体发生器中生成的还原剂的路径可包括还原气体发生器、气体发生器和环管之间的管道、环管、环管和熔炉处的气体注入点(下降管、弯管和吹管)和风口之间的管道。如在本文档中使用的气体注入器包括吹管和风口。
16、该设备可适于在气体发生器和环管之间的管道中、在环管和气体注入器之间的管道中和/或在气体注入器中提供加热的还原剂。优选地，该设备可适于在环管和气体注入器之间的管道中提供加热的还原剂。
17、该设备，优先地，至少一个第一气体注入器可适于将还原剂加热到1600℃-2600℃、1900℃-2300℃、或2100℃-2200℃，并在风口层向熔炉提供加热的气体。
18、在这些温度下，还原剂对矿石的还原是有效的，并且在风口处气化的焦炭和煤的量可减少。
19、该设备可适于在风口层处以500nm3/t-1300nm3/t、900nm3/t-1300nm3/t或770nm3/t-1000nm3/t铁水的体积流量将还原气体注入到高炉中。
20、该设备可适于在炉身层处以200nm3/t-800nm3/t、250nm3/t-700nm3/t或250nm3/t-600nm3/t铁水的体积流量将还原气体注入到高炉中。
21、在这些体积流量值下，通过还原剂还原矿石是有效的，并且焦炭和煤的量可进一步减少。
22、至少一个第一气体注入器可被设计成加热还原剂，以在至少2巴至高达10巴的绝对压力、5巴至6巴的绝对压力或4巴至5巴的绝对压力下注入还原剂。
23、在这些压力值下，通过还原剂还原矿石是有效的，并且可获得高生产率。
24、优选地，关于相对于至少第一气体注入器的温度、体积流量和压力的上述三个条件中的每个条件可组合。
25、该至少一个第一气体注入器的该至少一个电驱动加热器适于在200kwh/t-700kwh/t、250kwh/t-600kwh/t或300kwh/t-550kwh/t铁水的电功率下操作。
26、电功率适合于将还原剂加热到期望的温度。
27、电驱动加热器可为等离子炬。等离子炬是电驱动装置，能够将气体加热到等离子体的物理状态。等离子炬可提供常规加热系统无法达到的高温气体。此外，等离子炬允许就流速和温度而言灵活操作。此外，其是具有小体积占用面积的紧凑技术。
28、等离子炬在提供期望温度方面尤其(能量)有效，并且在将气体从已经高的温度加热到甚至更高的温度时尤其有效，这对于标准技术来说几乎是不可能的。因此，通过将设备构造成向等离子炬提供加热到至少900℃或优选地1100℃的气体，可使用具有降低的功率需求的等离子炬。
29、该等离子炬可为包含电极或无电极的等离子炬。
30、在无电极等离子炬中，等离子体被感应点火，因此不需要电极。
31、该无电极的等离子炬可为微波(mw)等离子炬和射频(rf)等离子炬。
32、该等离子炬也可为包含电极的等离子炬。电极可为石墨电极。
33、该包含电极的等离子炬可为直流等离子炬(dc等离子炬)或交流等离子炬(ac等离子炬)，尤其是3相交流等离子炬。
34、包含电极的等离子炬在为待注入到熔炉中的气体提供所需温度方面非常节能。
35、直流等离子炬的优点是其尺寸相当紧凑，即不需要大量空间。
36、交流等离子炬，尤其是3相交流等离子炬，在尺寸上不太紧凑，但是具有许多优点。
37、交流等离子炬，具体地3相交流等离子炬提供了扩散等离子体。等离子体被限制在点火区域，允许更好地控制等离子体的位置。由于交流，电极自然冷却，延长了其寿命。交流等离子炬可为水冷的。使用适当设计的外壳有助于优化热传递和效率损失。交流等离子炬不需要像直流等离子炬那样的涡流气体，并且炬的设计得以简化。因为等离子体的延伸可为有限的，所以耐火材料仅在小区域内需要。
38、等离子炬的电极间距离，具体地3相交流等离子炬的电极间距离，可采用移动倾斜电极来调节。电极间距离可为0mm-100mm、5mm-50mm或本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备包括：
2.根据权利要求1所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括位于所述炉身层上的至少一个第二气体注入器。
3.根据权利要求1或2所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述至少一个第一气体注入器包括至少一个电驱动加热器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述至少一个第一气体注入器适于将所述还原气体加热至1600℃-2600℃、1800℃-2600℃、2000℃-2600℃或2100℃-2200℃。
5.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述至少一个第一气体注入器适于以500Nm3/t-1300Nm3/t铁水的体积流量将所述还原气体注入到高炉中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述至少一个第一气体注入器适于在至少2巴至高达10巴的绝对压力、优选地4巴至5巴的绝对压力下注入所述还原气体。
7.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述至少一个第一气体
8.根据权利要求3所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述加热器是电阻加热器。
9.根据权利要求3所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述加热器是等离子炬，所述等离子炬是包含电极或无电极的等离子炬。
10.根据权利要求9所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述等离子炬是包含电极的等离子炬，并且所述铁矿石还原和熔化设备还包括等离子炬电极更换/修正装置，所述等离子炬电极更换/修正装置适于用未使用的电极自动更换所述等离子炬的至少一个使用过的或已腐蚀的电极/用至少一个新电极修正所述使用过的电极；或者/并且其中所述等离子炬是包含电极的等离子炬，并且所述铁矿石还原和熔化设备还包括电极糊柱或糊进料器。
11.根据权利要求10所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述等离子炬电极更换/修正装置还包括用于未使用的电极的储料台。
12.根据权利要求9所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述等离子炬是交流等离子炬，更优选地是3相交流等离子炬，具有3个或3的倍数个电极；或者其中所述等离子炬是具有2个或2的倍数个电极的直流等离子炬。
13.根据权利要求9所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述等离子炬具有1MW至10MW、优选地2MW至6MW、最优选地4MW至5MW的额定电功率。
14.根据权利要求9所述的铁矿石还原和熔化设备，所述等离子炬是无电极的等离子炬，其选自由以下各项组成的组：感应点火等离子炬、微波等离子炬、射频等离子炬或它们的组合。
15.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述高炉包括多个第一气体注入器或/和第二气体注入器，并且其中所述多个第一气体注入器和/或第二气体注入器基本上等距离地和/或圆形地布置，其中任选地相应注入器的出口彼此独立地均匀分布，彼此之间的距离在0.5m和2.5m之间，并且优选地在1.0m至1.5m之间。
16.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括传感器，所述传感器适于关于气体的CO、CO2、H2浓度分析所述炉顶层处的所述气体的组成，任选地还适于关于所述气体中的H2O、N2或CH4浓度分析所述气体的组成，或者/并且还包括适于测量所述炉顶层处的所述气体的温度的温度传感器；并且/或者还包括用于在气体清洁和预处理之后进行湿度测量的传感器。
17.根据权利要求16所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括气体注入器调节装置，所述气体注入器调节装置被构造成基于在所述炉顶层处的确定的气体组成来调整由所述第一气体注入器和/或第二气体注入器注入的所述气体的组成和/或所述气体的体积，并且任选地被构造成基于铁水生产率和由所述设备输出的所述铁水的组成来调整所述气体的组成和/或所述气体的体积。
18.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括氧气供应装置，所述氧气供应装置适于以小于120Nm3/t铁水、小于80Nm3/t铁水、小于40Nm3/t铁水、小于30Nm3/t铁水、0Nm3/t铁水将氧气注入到所述高炉中。
19.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括氧气供应装置，所述氧气供应装置被构造用于经由氧气注入端口在熔炼炉的所述风口层处注入氧气。
20.根据权利要求19所述的铁矿石还...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备包括：
2.根据权利要求1所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括位于所述炉身层上的至少一个第二气体注入器。
3.根据权利要求1或2所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述至少一个第一气体注入器包括至少一个电驱动加热器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述至少一个第一气体注入器适于将所述还原气体加热至1600℃-2600℃、1800℃-2600℃、2000℃-2600℃或2100℃-2200℃。
5.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述至少一个第一气体注入器适于以500nm3/t-1300nm3/t铁水的体积流量将所述还原气体注入到高炉中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述至少一个第一气体注入器适于在至少2巴至高达10巴的绝对压力、优选地4巴至5巴的绝对压力下注入所述还原气体。
7.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述至少一个第一气体注入器的所述至少一个电驱动加热器适于在200kwh/t-600kwh/t铁水的电功率下操作。
8.根据权利要求3所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述加热器是电阻加热器。
9.根据权利要求3所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述加热器是等离子炬，所述等离子炬是包含电极或无电极的等离子炬。
10.根据权利要求9所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述等离子炬是包含电极的等离子炬，并且所述铁矿石还原和熔化设备还包括等离子炬电极更换/修正装置，所述等离子炬电极更换/修正装置适于用未使用的电极自动更换所述等离子炬的至少一个使用过的或已腐蚀的电极/用至少一个新电极修正所述使用过的电极；或者/并且其中所述等离子炬是包含电极的等离子炬，并且所述铁矿石还原和熔化设备还包括电极糊柱或糊进料器。
11.根据权利要求10所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述等离子炬电极更换/修正装置还包括用于未使用的电极的储料台。
12.根据权利要求9所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述等离子炬是交流等离子炬，更优选地是3相交流等离子炬，具有3个或3的倍数个电极；或者其中所述等离子炬是具有2个或2的倍数个电极的直流等离子炬。
13.根据权利要求9所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述等离子炬具有1mw至10mw、优选地2mw至6mw、最优选地4mw至5mw的额定电功率。
14.根据权利要求9所述的铁矿石还原和熔化设备，所述等离子炬是无电极的等离子炬，其选自由以下各项组成的组：感应点火等离子炬、微波等离子炬、射频等离子炬或它们的组合。
15.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述高炉包括多个第一气体注入器或/和第二气体注入器，并且其中所述多个第一气体注入器和/或第二气体注入器基本上等距离地和/或圆形地布置，其中任选地相应注入器的出口彼此独立地均匀分布，彼此之间的距离在0.5m和2.5m之间，并且优选地在1.0m至1.5m之间。
16.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括传感器，所述传感器适于关于气体的co、co2、h2浓度分析所述炉顶层处的所述气体的组成，任选地还适于关于所述气体中的h2o、n2或ch4浓度分析所述气体的组成，或者/并且还包括适于测量所述炉顶层处的所述气体的温度的温度传感器；并且/或者还包括用于在气体清洁和预处理之后进行湿度测量的传感器。
17.根据权利要求16所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括气体注入器调节装置，所述气体注入器调节装置被构造成基于在所述炉顶层处的确定的气体组成来调整由所述第一气体注入器和/或第二气体注入器注入的所述气体的组成和/或所述气体的体积，并且任选地被构造成基于铁水生产率和由所述设备输出的所述铁水的组成来调整所述气体的组成和/或所述气体的体积。
18.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括氧气供应装置，所述氧气供应装置适于以小于120nm3/t铁水、小于80nm3/t铁水、小于40nm3/t铁水、小于30nm3/t铁水、0nm3/t铁水将氧气注入到所述高炉中。
19.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括氧气供应装置，所述氧气供应装置被构造用于经由氧气注入端口在熔炼炉的所述风口层处注入氧气。
20.根据权利要求19所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述氧气注入端口布置在所述第一注入器内。
21.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括气体清洁装置，其中任选地所述气体清洁装置适于控制所述熔炉的炉顶压力以及/或者再循环所述高炉的炉顶气。
22.根据权利要求21所述的铁矿石还原和熔化设备，所述设备适于向来自所述气体发生器的气体提供氢气并向所述第二注入器供应所述气体，以及/或者适于向所述还原气体发生器的上游或入口添加氢气。
23.根据权利要求22所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述还原气体发生器包括co2分离装置或/和催化重整器，或/和非催化重整器，优选地没有催化剂的再生重整器，其被构造成在1100℃或更高的温度下提供还原气体；其中任选地所述还原气体发生器被构造成向所述风口层、所述炉身层或两者提供还原气体，并且用于所述风口层和所述炉身层的所述还原气体发生器可以不同。
24.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述第一注入器适于提供密度低于0.80kg/nm3、优选地低于0.60kg/nm3并且最优选地低于0.30kg/nm3的至少一种还原气体。
25.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，其中所述第一注入器适于以低于800kg/t hm、优选地低于775kg/t hm并且更优选地低于750kg/t hm的总质量流量注入所述至少一种还原气体。
26.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括向所述第一注入器提供还原气体的至少一个氢含量控制器，并且所述氢含量控制器适于将所述还原气体的氢含量调整至高于30vol.-％、优选地高于40vol.-％、更优选地高于50vol.-％的值。
27.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括向所述第二注入器提供还原气体的第二氢含量控制器，并且所述氢含量控制器适于将所述还原气体的氢含量调整至高于25vol.-％、优选地高于30vol.-％、更优选地高于40vol.-％的值。
28.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括上游调节装置，所述上游调节装置适于在高于2barg、优选地高于4barg并且更优选地高于5barg的压力水平下将在所述风口层处注入所述铁矿石还原和熔化设备中的所述还原气体的所述质量流量控制在800kg/t hm，优选地低于775kg/t hm，并且更优选地低于750kg/t hm。
29.根据前述权利要求中任一项所述的铁矿石还原和熔化设备，所述铁矿石还原和熔化设备还包括调节单元，所述调节单元适于通过根据在风口层处注入的第一还原气体的量和/或组成和/或通过风口层处的所述氧气注入端口注入的氧气量控制通过所述炉身层处的所述第二注入器注入的第二还原气体的量和/或组成来将到达粘聚区域的含氧化铁材料的平均还原度调整至高于85％的值。
30.根据权利要求10至14所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯·彼得·金泽尔，费尔南德·迪德隆，迈赫迪·巴尼亚萨迪，埃文盖洛斯·德利孔斯坦蒂斯，季季宏，
申请(专利权)人：保尔伍斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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