專利名稱：還原含氧化鐵的固體的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及還原含氧化鐵的固體，尤其鐵礦石的方法與裝置，其中在預(yù)熱和/或焙燒段中加熱并至少部分地焙燒精細(xì)粒化的固體，在預(yù)熱和/或焙燒段下游的第一流化床反應(yīng)器內(nèi)初步還原，在第二流化床反應(yīng)器內(nèi)還原，并在第二反應(yīng)器下游的壓塊段中在高于500℃的溫度下壓塊。
根據(jù)DE4410093C1，已知直接還原鐵礦石獲得海綿鐵(DRI)的方法，其中在具有循環(huán)流化床的第一反應(yīng)器內(nèi)，在介于550至650℃的溫度下進(jìn)行初步還原。在下游的具有經(jīng)典流化床的第二反應(yīng)器內(nèi)，其中含有氫氣的加熱的氣體作為用于流化目的還原劑引入所述第二反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)一步還原固體，以便例如產(chǎn)物具有大于90％的金屬化度。
在海綿鐵(DRI)的運(yùn)輸過程中，由于安全原因，例如由于著火的危險(xiǎn)和由于更好地處理(形成粉塵)的原因，鐵通常被壓塊。在鐵還原之后進(jìn)行這種壓塊，仍然熾熱的海綿鐵大多數(shù)冷卻，同時(shí)被供應(yīng)到壓塊裝置中。然而，為了增加坯塊的強(qiáng)度，希望在例如約700℃的相當(dāng)高的溫度下發(fā)生壓塊。但在這一溫度下，精細(xì)?；暮＞d鐵具有非常差的流動(dòng)性，這使得更加難以壓塊。為了改進(jìn)海綿鐵的流動(dòng)性并確保良好的可加工性，在壓塊之前，通過壓塊裝置上游的壓力進(jìn)料器，將約0.5wt％的氧化鎂(MgO)加入到海綿鐵中，氧化鎂對(duì)海綿鐵坯塊的強(qiáng)度或穩(wěn)定性不具有可度量的負(fù)面影響，但由于加工步驟成本高，因此它昂貴，結(jié)果海綿鐵坯塊的制造成本也升高。另外，氧化鎂吸濕且被非常精細(xì)地粒化，通常粒度低于100微米，因此它難以儲(chǔ)存和使用。
根據(jù)DE-OS1458756，由氧化鐵礦石生產(chǎn)海綿鐵的方法也是已知的，其中應(yīng)當(dāng)在相當(dāng)高溫下進(jìn)行還原。為了避免被稱為bogging或結(jié)垢的效果，其中所述效果在這樣的高溫下還原的過程中發(fā)生且固體粘附或焊接在一起形成聚集體，結(jié)果流化床下沉到還原反應(yīng)器內(nèi)，提出添加約0.05wt％非常精細(xì)粉碎的鎂的氧化物或碳酸鹽。這些添加劑應(yīng)當(dāng)相當(dāng)精細(xì)地粒化，和優(yōu)選粒度顯著小于297微米，尤其小于44微米。然而，這還導(dǎo)致在儲(chǔ)存或使用添加劑的過程中以上所述的問題。另外，在這一方法中，必須在還原段之前，藉助例如壓力進(jìn)料器將添加劑加入到鐵礦石中。對(duì)于進(jìn)行該方法的裝置來說，這導(dǎo)致投資成本的升高。由于在還原段溫度較低，因此當(dāng)鎂的碳酸鹽加入到還原段中時(shí)，在這一已知方法中實(shí)現(xiàn)相當(dāng)差的焙燒。這僅僅可通過較長(zhǎng)的保留時(shí)間來彌補(bǔ)，然而，這同樣是非所需的。另一方面，當(dāng)將氧化鎂，而不是鎂的碳酸鹽加入到還原段中時(shí)，不出現(xiàn)這些問題。然而，這牽涉以上所述的高成本且氧化鎂的難以處理性能的缺點(diǎn)。
因此，本發(fā)明的目的是提供還原含氧化鐵的固體的方法與裝置，其特征在于產(chǎn)物改進(jìn)的流動(dòng)性和較低的能耗。
根據(jù)本發(fā)明，通過以上提及的方法解決這一目的，其中將菱鎂礦(MgCO3)與含氧化鐵的固體一起加入到預(yù)熱和/或焙燒段中，其中菱鎂礦在預(yù)熱和/或焙燒段中至少部分焙燒，獲得氧化鎂。與氧化鎂相比，菱鎂礦以明顯較低的成本獲得，結(jié)果可降低由海綿鐵生產(chǎn)坯塊的成本。由于菱鎂礦至少部分焙燒獲得氧化鎂，因此在壓塊之前海綿鐵的流動(dòng)性得到改進(jìn)。因此也可在高溫下發(fā)生壓塊，其中在高溫下，海綿鐵的流動(dòng)性通常劣化。藉助這一熾熱的壓塊，與在較低溫度下的冷壓塊相比，坯塊的強(qiáng)度增加。
由于在預(yù)熱和/或焙燒段中一起加熱菱鎂礦和含氧化鐵的固體，因此不需要通過強(qiáng)熱還原劑，例如氫氣，來確保還原含氧化鐵的固體的兩個(gè)反應(yīng)器的供熱。因此，吸熱還原方法的能量效率可增加，因?yàn)楹趸F的固體和菱鎂礦已經(jīng)在預(yù)熱和/或焙燒段中加熱到還原所要求的溫度下。
由于共同供應(yīng)含氧化鐵的固體和菱鎂礦到預(yù)熱和/或焙燒段，因此不必在反應(yīng)器上游的壓力進(jìn)料器之前添加額外的氧化鎂到該固體中。按照這一方式，還省去了常用的獨(dú)立地供應(yīng)氧化鎂的投資成本。菱鎂礦常常含有雜質(zhì)，例如氧化鐵和/或石灰石，這些雜質(zhì)不干擾進(jìn)一步的加工步驟，但對(duì)于鐵的進(jìn)一步的加工來說，部分地甚至是所需的。
本發(fā)明方法的能量效率可進(jìn)一步增加，因?yàn)樵陬A(yù)熱和/或焙燒段中，在400-1250℃的溫度下，尤其在540-1000℃下一起焙燒菱鎂礦以及含氧化鐵的固體。根據(jù)本發(fā)明，焙燒的溫度范圍也可介于1000至約1250℃。由于與已知方法相比，在預(yù)熱和/或焙燒段中尤其高的溫度，因此不需要通過強(qiáng)熱常常用作還原劑的氫氣來進(jìn)行藉助氫氣吸熱還原氧化鐵的供熱。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，與含氧化鐵的固體一起加入到預(yù)熱和/或焙燒段中的大于50％，優(yōu)選約90％菱鎂礦的粒度介于300微米至3毫米，尤其介于400微米至1毫米。對(duì)于本發(fā)明的方法來說，也可使用粒度介于1.25至3毫米的菱鎂礦。菱鎂礦的儲(chǔ)存和處理性能因此得到改進(jìn)，且沒有劣化海綿鐵的流動(dòng)性。在本發(fā)明方法中，相對(duì)粗糙?；牧怄V礦或氧化鎂在預(yù)熱和/或焙燒段中或者在其下游提供的反應(yīng)器內(nèi)粉碎。在壓塊中使用氧化鎂的合適度增加，且沒有劣化添加劑的處理性能。
當(dāng)介于0.1至5wt％，尤其約0.5wt％的菱鎂礦在供入到預(yù)熱和/或焙燒段中之前和/或期間被加入到含氧化鐵的固體中時(shí)，根據(jù)本發(fā)明將實(shí)現(xiàn)尤其在壓塊段中，海綿鐵的改進(jìn)的流動(dòng)性和良好的可加工性。從第二反應(yīng)器供應(yīng)到壓塊段中的固體，例如含有介于0.1至5wt％，尤其約0.5wt％的氧化鎂，所述氧化鎂通過在預(yù)熱和/或焙燒段中焙燒菱鎂礦而獲得。為了進(jìn)一步改進(jìn)在壓塊段中在第二反應(yīng)器內(nèi)被還原的固體的可加工性，可將該固體與氧化鎂一起在壓塊段上游的加熱段中加熱到高于600℃的溫度，尤其約700℃的溫度，且可將其在熾熱的條件下引入到壓塊段中。這便于進(jìn)一步降低在壓塊段內(nèi)成形所要求的能耗。
為了大大地避免在還原過程中在反應(yīng)器內(nèi)形成聚集體，含氧化鐵的固體在第一和第二反應(yīng)器內(nèi)，優(yōu)選在低于700℃下，尤其在約630℃下被還原。在這些溫度下，不會(huì)發(fā)生現(xiàn)有技術(shù)稱為bogging的現(xiàn)象。結(jié)果，供應(yīng)到預(yù)熱和/或焙燒段中的菱鎂礦不要求已經(jīng)在形成氧化鎂的還原段中，但會(huì)確保在供應(yīng)到壓塊裝置中時(shí)海綿鐵的流動(dòng)性。因此在還原過程中，含氧化鐵的固體在第一和第二反應(yīng)器內(nèi)的流化度尤其高，結(jié)果可出現(xiàn)良好的傳熱和與還原劑的良好反應(yīng)。含氧化鐵的固體在第一和第二反應(yīng)器內(nèi)被還原，獲得金屬化度大于75％，尤其大于90％的金屬鐵。
采用還原含氧化鐵的固體的裝置進(jìn)一步解決本發(fā)明的目的，其中所述裝置包括預(yù)熱和/或焙燒段，各自構(gòu)成流化床反應(yīng)器的第一和第二反應(yīng)器，和壓塊段，其特征在于預(yù)熱段包括同時(shí)連續(xù)或不連續(xù)引入含氧化鐵的固體和菱鎂礦的設(shè)備，和在壓塊段的上游提供加熱段。由于含氧化鐵的固體和菱鎂礦被一起引入，因此它們?cè)陬A(yù)熱和/或焙燒段中加熱，結(jié)果不需要通過強(qiáng)熱還原劑來確保隨后氧化鐵的吸熱還原所要求的熱量。在壓塊段上游的加熱段還使得從還原反應(yīng)器中引出的海綿鐵與由菱鎂礦獲得的氧化鎂一起可加熱到例如約700℃的溫度，這一溫度對(duì)于壓塊來說是最佳的?？稍谙鄬?duì)低溫下進(jìn)行還原，以便氧化鐵焙燒形成聚集體大大地受到抑制。
在其內(nèi)發(fā)生還原的兩個(gè)串聯(lián)連接的反應(yīng)器可例如是具有固定流化床的流化床反應(yīng)器。然而，為了在還原過程中提供改進(jìn)的傳質(zhì)與傳熱，兩個(gè)反應(yīng)器中的至少一個(gè)應(yīng)當(dāng)優(yōu)選是具有循環(huán)流化床或環(huán)形流化床的流化床反應(yīng)器。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，第一和/或第二反應(yīng)器具有多個(gè)噴嘴或入口開口以供應(yīng)加熱的氣態(tài)還原劑，例如氫氣。還原劑也可用于流化在反應(yīng)器內(nèi)還原的固體。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的能量效率可得到改進(jìn)，因?yàn)轭A(yù)熱和/或焙燒段包括具有下游的第一旋風(fēng)分離器的第一預(yù)熱器，例如文丘里(Venturi)預(yù)熱器，和具有下游的第二旋風(fēng)分離器的第二預(yù)熱器(焙燒段)，第一和/或第二旋風(fēng)分離器藉助用于循環(huán)從廢氣中分離的粉塵的導(dǎo)管與第一文丘里預(yù)熱器相連。在預(yù)熱和/或焙燒段中加熱的粉塵因此用于預(yù)熱含氧化鐵的固體和菱鎂礦。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案和附圖
的隨后說明，也可看出本發(fā)明的進(jìn)一步的改進(jìn)、優(yōu)點(diǎn)和可能的應(yīng)用。附圖中所述和/或所示的所有特征本身或其任何結(jié)合形成本發(fā)明的主題，而與它們是否包括在權(quán)利要求或其補(bǔ)充附注(backreference)中無關(guān)。
唯一的附圖示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的方法和裝置的工藝流程圖。在該附圖所示的還原含氧化鐵的固體的方法中，例如潮濕的鐵礦石與菱鎂礦(MgCO3)藉助供應(yīng)導(dǎo)管1引入到文丘里預(yù)熱器2中，在此干燥并加熱含氧化鐵的固體和菱鎂礦。藉助導(dǎo)管3，含氧化鐵的固體與菱鎂礦一起被引入到旋風(fēng)分離器4中，充滿了粉塵的廢氣在此與固體相分離。
充滿粉塵的廢氣藉助導(dǎo)管5供應(yīng)到過濾器6，例如靜電沉淀器或滌氣器中，粉塵由此經(jīng)導(dǎo)管7循環(huán)到預(yù)熱段中。
在旋風(fēng)分離器4內(nèi)從廢氣中分離的固體經(jīng)導(dǎo)管8供應(yīng)到其中燃燒器9a連接到其上的焙燒段9或第二預(yù)熱器中，藉助所述焙燒段9或第二預(yù)熱器，將大部分的能量供應(yīng)到該工藝過程中。在焙燒段9中，將固體和菱鎂礦預(yù)熱到例如約850℃的溫度。由于在焙燒段9內(nèi)的這一高溫，因此菱鎂礦被焙燒以獲得氧化鎂，將其與含氧化鐵的固體一起經(jīng)導(dǎo)管10供應(yīng)到第二旋風(fēng)分離器11中。在此從充滿了粉塵的廢氣中分離固體，所述廢氣經(jīng)導(dǎo)管12供應(yīng)到第一文丘里預(yù)熱器2中。結(jié)果，藉助第二旋風(fēng)分離器11中的廢氣，文丘里預(yù)熱器2中加熱并干燥含氧化鐵的固體和菱鎂礦。
在第二旋風(fēng)分離器11中分離的固體經(jīng)具有壓力進(jìn)料器的導(dǎo)管13供應(yīng)到第一反應(yīng)器14中，所述第一反應(yīng)器14包括例如循環(huán)流化床。通過供應(yīng)氫氣，加熱的含氧化鐵的礦石在第一反應(yīng)器14內(nèi)被初步還原并經(jīng)導(dǎo)管15引入到第二反應(yīng)器16內(nèi)，所述第二反應(yīng)器16可以是固定流化床反應(yīng)器。作為還原劑的加熱的氫氣也被引入到第二反應(yīng)器16內(nèi)，結(jié)果氧化鐵在第二反應(yīng)器16內(nèi)被還原。
具有高度金屬化的海綿鐵與氧化鎂一起從第二反應(yīng)器16中引出并經(jīng)導(dǎo)管17引入到加熱段18內(nèi)，在此加熱固體到約700℃的溫度并在熾熱的條件下經(jīng)導(dǎo)管19引入到壓塊段20內(nèi)。
可在反應(yīng)器14和16的下游提供循環(huán)旋風(fēng)分離器，在此粉塵狀固體從離開反應(yīng)器的氣體中分離。在廢氣處理段21中，這些廢氣可在加熱器22內(nèi)清洗并加熱，之后循環(huán)到反應(yīng)器14、16內(nèi)。
實(shí)施例(還原鐵礦石)在對(duì)應(yīng)于附圖的裝置中，將具有7.8％濕氣的61.2t/h的潮濕鐵礦石和300kg/h粒度小于1mm的菱鎂礦經(jīng)導(dǎo)管1供應(yīng)到文丘里預(yù)熱器2中。在文丘里預(yù)熱器2中干燥并加熱鐵礦石與菱鎂礦，并經(jīng)旋風(fēng)分離器4引入到焙燒段9內(nèi)，在此加熱鐵礦石和菱鎂礦到850℃的溫度。
在過濾器6中分離2.6t/h粉塵，其來自在旋風(fēng)分離器4內(nèi)分離的充滿粉塵的廢氣，所述粉塵含有25kg/h的氧化鎂。將這一粉塵經(jīng)導(dǎo)管7循環(huán)到預(yù)熱段中。
在預(yù)熱器9內(nèi)加熱到850℃的54.2t/h的鐵礦石與150kg/h焙燒成氧化鎂的菱鎂礦一起經(jīng)具有壓力進(jìn)料器的導(dǎo)管13引入到反應(yīng)器14和反應(yīng)器14下游提供的反應(yīng)器16內(nèi)。在約630℃的溫度下，在反應(yīng)器14和16內(nèi)還原提供37t/h金屬化度為91％的產(chǎn)物。含有約34t/h的金屬鐵和150kg/h的氧化鎂的產(chǎn)物經(jīng)導(dǎo)管17引入到進(jìn)一步的加熱段18內(nèi)。在該段內(nèi)加熱金屬鐵和氧化鎂到700℃，并在熾熱的條件下經(jīng)導(dǎo)管19引入到壓塊段20內(nèi)。
附圖標(biāo)記列表1 導(dǎo)管2 (第一)文丘里預(yù)熱器3 導(dǎo)管4 (第一)旋風(fēng)分離器5 導(dǎo)管6 過濾器7 導(dǎo)管8 導(dǎo)管9 焙燒段(第二預(yù)熱器)9a 燃燒器
10 導(dǎo)管11 (第二)旋風(fēng)分離器12 導(dǎo)管13 具有壓力進(jìn)料器的導(dǎo)管14 (第一)反應(yīng)器15 導(dǎo)管16 (第二)反應(yīng)器17 導(dǎo)管18 加熱段19 導(dǎo)管20 壓塊段21 廢氣處理段22 加熱器
權(quán)利要求
1.還原含氧化鐵的固體，尤其鐵礦石的方法，其中將精細(xì)?；墓腆w在預(yù)熱和/或焙燒段(2，9)中加熱并至少部分地焙燒，在預(yù)熱和/或焙燒段(2，9)下游的第一流化床反應(yīng)器(14)內(nèi)預(yù)還原，在第二流化床反應(yīng)器(16)內(nèi)還原，并在高于500℃的溫度下在第二反應(yīng)器(16)下游的壓塊段(20)中壓塊，其特征在于，將菱鎂礦與含氧化鐵的固體一起加入到預(yù)熱和/或焙燒段(2，9)中，其中將菱鎂礦在預(yù)熱和/或焙燒段(2，9)中至少部分焙燒以獲得氧化鎂。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于將菱鎂礦與含氧化鐵的固體一起在預(yù)熱和/或焙燒段(2，9)中，在400-1250℃的溫度下，尤其在540-1000℃的溫度下焙燒。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于大于50％，尤其約90％的與含氧化鐵的固體一起加入到預(yù)熱和/或焙燒段(2，9)中的菱鎂礦的粒度介于300微米至3毫米，尤其介于400微米至1毫米。
4.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于介于0.1至5wt％，尤其約0.5wt％的菱鎂礦在供入到預(yù)熱和/或焙燒段(2，9)中之前和/或期間被加入到含氧化鐵的固體中。
5.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于從第二反應(yīng)器(16)供應(yīng)到壓塊段(20)中的固體含有介于0.1至5wt％，尤其約0.5wt％的氧化鎂。
6.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于在壓塊段(20)上游的加熱段(18)中，在第二反應(yīng)器(16)內(nèi)被還原的固體與氧化鎂一起被加熱到高于約600℃的溫度，尤其約700℃的溫度，并在熾熱的條件下被引入到壓塊段(20)內(nèi)。
7.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于含氧化鐵的固體在第一和第二反應(yīng)器(14，16)內(nèi)在低于700℃的溫度下，尤其在約630℃下被還原，以獲得金屬化度大于75％，尤其大于90％的金屬鐵。
8.菱鎂礦作為助熔劑材料的用途，其中在生產(chǎn)海綿鐵坯塊的方法中，尤其在前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法中，將菱鎂礦與含氧化鐵的固體一起進(jìn)料，以便在從還原段供應(yīng)到壓塊段的過程中增加熾熱海綿鐵的流動(dòng)性。
9.用于還原含氧化鐵的固體，尤其進(jìn)行權(quán)利要求1-7任何一項(xiàng)的方法的裝置，該裝置包括預(yù)熱和/或焙燒段(2，9)，各自構(gòu)成流化床反應(yīng)器的第一和第二反應(yīng)器(14，16)，和壓塊段(20)，其特征在于，預(yù)熱和/或焙燒段(2，9)包括用于同時(shí)連續(xù)或不連續(xù)引入含氧化鐵的固體和菱鎂礦的設(shè)備(1)，和在壓塊段(20)的上游提供加熱段(18)。
10.權(quán)利要求9的裝置，其特征在于兩個(gè)反應(yīng)器(14，16)中的至少一個(gè)是具有循環(huán)流化床和/或環(huán)形流化床的流化床反應(yīng)器。
11.權(quán)利要求10的裝置，其特征在于第一和第二反應(yīng)器(14，16)具有多個(gè)供應(yīng)加熱的氣態(tài)還原劑如氫氣的噴嘴或入口開口。
12.權(quán)利要求9-11任何一項(xiàng)的裝置，其特征在于，預(yù)熱和/或焙燒段(2，9)包括具有下游的第一旋風(fēng)分離器(4)的第一文丘里預(yù)熱器(2)和具有下游的第二旋風(fēng)分離器(11)的第二預(yù)熱器(9)，第一和/或第二旋風(fēng)分離器(4，11)藉助用于循環(huán)從廢氣中分離的粉塵的導(dǎo)管(5，7)與第一文丘里預(yù)熱器(2)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及還原含氧化鐵的固體，例如鐵礦石的方法，其中在預(yù)熱段(2，9)內(nèi)加熱并至少部分地焙燒精細(xì)?；墓腆w。在預(yù)熱段(2，9)下游的第一流化床反應(yīng)器(14)內(nèi)，初步還原該固體，并在第二流化床反應(yīng)器(16)內(nèi)進(jìn)一步還原。在第二反應(yīng)器(16)的下游提供壓塊段(20)，在此固體在高于500℃的溫度下壓塊。為了增加該方法的能量效率和改進(jìn)在壓塊段(20)內(nèi)固體的流動(dòng)性，將菱鎂礦與含氧化鐵的固體一起加入到預(yù)熱段(2，9)中，在預(yù)熱段(2，9)中至少部分焙燒菱鎂礦，獲得氧化鎂。此外，本發(fā)明涉及相應(yīng)的裝置。
文檔編號(hào)C21B13/00GK1826416SQ200480020832
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月9日
發(fā)明者S·斯耐德, M·希爾什, D·納博 申請(qǐng)人:奧托昆普技術(shù)公司