專利名稱：還原金屬制造設(shè)備以及還原金屬的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種還原鐵或還原金屬的制造設(shè)備以及還原金屬的制造方法。該還原鐵或還原金屬是把由含有氧化鐵材料或非鐵金屬氧化物和含碳材料的還原材料制成的內(nèi)裝碳材塊狀料裝入移動(dòng)床式還原爐，經(jīng)加熱還原所制造的。
背景技術(shù)：
蓄熱式燃燒爐具有兩個(gè)吸排氣部，一個(gè)吸排氣部通過使燃料和燃燒用空氣的燃燒，作為燃燒一側(cè)使用，另一個(gè)吸排氣部用燃燒爐加熱，吸入所需氣體或燃燒氣體等高溫氣體，向外部排氣，作為排氣一側(cè)使用。在這些吸排氣部中分別設(shè)有蓄熱體，在排氣一側(cè)的吸排氣部當(dāng)吸入高溫氣體時(shí)使蓄熱體蓄熱，當(dāng)燃燒一側(cè)的吸排氣部作為燃燒爐使用時(shí)，用蓄熱體中積蓄的熱量將燃料和燃燒用空氣預(yù)熱。然后，這個(gè)燃燒一側(cè)通過向排氣一側(cè)的切換可利用排出的高溫氣體提高熱效率。所以，與以往不同的是可將蓄熱式燃燒爐用于金屬加熱爐，熱處理爐等工業(yè)用加熱爐或用于鐵水包耐火材料的干燥或預(yù)熱等。
但是，一般來說，在爐內(nèi)的高溫氣體中含有較多成分的粉塵和揮發(fā)性物質(zhì)時(shí)，蓄熱體的早期劣化和由于揮發(fā)性物質(zhì)使蓄熱體污染等問題令人不安，所以蓄熱式燃燒爐很難使用。
另外，在爐內(nèi)可燃性氣體為還原氣體時(shí)，如果用蓄熱式燃燒爐的排氣一側(cè)的吸排氣部將氣體原封不動(dòng)地吸入時(shí)，吸入的可燃性氣體就會(huì)使蓄熱體中毒或?qū)⒖扇夹詺怏w原封不動(dòng)排除爐外而由此造成環(huán)境污染等問題。
因此，為分離出帶有粉塵成分的氧化鐵，就要在爐和蓄熱體之間設(shè)置分離裝置，而且，要使用陶瓷等耐腐蝕性強(qiáng)的材料制作蓄熱體。
并且，自排氣一側(cè)向燃燒一側(cè)切換之前，由于排氣一側(cè)的管路布置或在蓄熱式燃燒爐內(nèi)用惰性氣體的置換也會(huì)防礙可燃性氣體的燃燒。
然而，用分離裝置或用惰性氣體置換，就需要這種裝置，蓄熱式燃燒爐的構(gòu)造就會(huì)變得復(fù)雜，同時(shí)，還會(huì)加大蓄熱式燃燒爐的設(shè)置空間，提高原始成本。而且，每當(dāng)將蓄熱式燃燒爐自排氣一側(cè)向燃燒一側(cè)切換時(shí)都有必要除去粉塵或用惰性氣體置換，這就會(huì)使切換時(shí)間變長(zhǎng)。
另外，若使用陶瓷等耐腐蝕性強(qiáng)的材料作為蓄熱體，耐腐蝕性材料價(jià)格較高，在爐內(nèi)揮發(fā)性物質(zhì)或粉塵較多時(shí)，由于揮發(fā)性物質(zhì)或粉塵的附著要經(jīng)常更換蓄熱體，增加運(yùn)行成本的同時(shí)使用過的廢蓄熱體也會(huì)惡化環(huán)境。
特別是，在將由含氧化鐵材料與含碳還原材料制成內(nèi)裝碳材塊狀料裝入移動(dòng)床式還原爐，加熱還原，制造還原鐵的還原鐵制造設(shè)備中，原料中的氧化鐵等會(huì)變?yōu)榉蹱畹姆蹓m很容易存在爐內(nèi)，另外，也有使用含有大量揮發(fā)性物質(zhì)原料的情況。而且，為了進(jìn)行還原，必須使?fàn)t內(nèi)有還原氣體，在還原鐵制造的設(shè)備中，吹入從含碳還原材料中產(chǎn)生的可燃性氣體或天然氣體等的可燃性氣體以構(gòu)成還原氣體。因此，在加熱開始的還原工序的前半部揮發(fā)性物質(zhì)很容易大量揮發(fā)，而且在還原工序的后半部為防止再氧化，維持高金屬率就必須保持充分的還原氣體，在這種情況下使用蓄熱式燃燒爐就很困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，并提供使用蓄熱式燃燒爐還原鐵的制造設(shè)備。
本發(fā)明提供的還原金屬的制造設(shè)備，是具有，把至少含氧化金屬材料和含碳還原材料作成的原料加熱還原的制造還原金屬的移動(dòng)床式還原爐、將所述原料裝入所述移動(dòng)床式還原爐的裝入部、將所述還原金屬?gòu)乃鲆苿?dòng)床式還原爐中排出的還原金屬排出部、自所述裝入部至所述還原金屬排出部的還原工序之間將爐內(nèi)廢氣從所述移動(dòng)床式還原爐中排出的氣體排出部和作為所述移動(dòng)床式還原爐的加熱源的蓄熱式燃燒爐的設(shè)備。而且，在上述的還原金屬制造設(shè)備中，所述蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述還原工序的前半部的所述裝入部與所述氣體排出部之間，并且，所述還原工程的前半部的蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述原料的表面溫度為1250℃以下區(qū)域的位置，所述氣體排出部設(shè)置在所述原料表面溫度為1250℃以下區(qū)域的后方位置。這樣，把蓄熱式燃燒爐設(shè)置在自裝入部至氣體排出部之間的揮發(fā)性物質(zhì)沒有揮發(fā)的還原工序前半部的位置，就不會(huì)由于揮發(fā)性物質(zhì)使蓄熱體劣化，不需要粉塵分離裝置，蓄熱式燃燒爐設(shè)置空間小，不會(huì)增加原始成本。
在上述的還原金屬制造設(shè)備中，所述的蓄熱式燃燒爐由至少使氧化性氣體和燃料燃燒的第1蓄熱式燃燒爐與利用所述移動(dòng)床式還原爐內(nèi)的可燃性氣體至少使氧化性氣體燃燒的第2蓄熱式燃燒爐組成，在所述還原工序的前半部中設(shè)置所述第1，第2蓄熱式燃燒爐的同時(shí)，所述第2蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述第1蓄熱式燃燒爐下部。而且，所述蓄熱式燃燒爐能夠利用所述移動(dòng)床式還原爐內(nèi)的可燃性氣體至少使氧化性氣體燃燒，在所述還原工序的前半部設(shè)置至少使氧化性氣體與燃料燃燒的燃燒爐，同時(shí)，所述蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述燃燒爐的下部。這樣，才能使自內(nèi)裝碳材塊狀料內(nèi)部產(chǎn)生的還原性氣體(可燃性氣體)在該內(nèi)裝碳材塊狀料的周圍高效率燃燒。從而提高向該內(nèi)裝碳材塊狀料的傳熱效果，促進(jìn)該內(nèi)裝碳材塊狀料的加熱和還原反應(yīng)。
在上述的還原金屬制造設(shè)備中，所述原料至少由含氧化鐵金屬與含碳還原材料混合物制成的所述內(nèi)裝碳材塊狀料，用此材料制造還原鐵，或所述原料至少是以非鐵金屬氧化物和含碳還原材料的混合物制成的所述內(nèi)裝碳材塊狀料，用此材料制造還原金屬，而且，所述蓄熱式燃燒爐的蓄熱體為還原鐵或鐵礦石粒料。為此，由于使用鐵礦石的粒料或還原鐵作為蓄熱體，價(jià)格便宜，無論是揮發(fā)性物質(zhì)還是粉塵附著在上面，都不會(huì)作廢，并且由于作為本發(fā)明的還原鐵制造設(shè)備的原材料使用，因此不會(huì)增加運(yùn)行成本，同時(shí)不會(huì)由于廢棄用過的蓄熱體而產(chǎn)生環(huán)境惡化等問題。
在上述的還原金屬制造設(shè)備中，所述蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述還原工序后半部的所述氣體排出部與所述還原金屬排出部之間，并且，所述蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述移動(dòng)床式還原爐的上部，相對(duì)于移動(dòng)床式還原爐的爐床基本處于水平或略微向上，而且，所述還原工序后半部的蓄熱式燃燒爐的燃燒氣體是氧化氣體，所述內(nèi)裝碳材塊狀料周圍的氣體為還原氣體。因此，將蓄熱式燃燒爐設(shè)置在氣體排出部與還原鐵排出部之間的還原工序后半部，蓄熱式燃燒爐周圍與內(nèi)裝碳材塊狀料周圍的氣體分別保持為氧化性氣體和還原性氣體，不需要用惰性氣體置換的裝置，可以縮小蓄熱式燃燒爐的設(shè)置空間，同時(shí)，可縮短蓄熱式燃燒爐自排氣一側(cè)向燃燒一側(cè)的切換時(shí)間。并且，由于將蓄熱式燃燒爐設(shè)置在移動(dòng)床式還原爐的上部，并相對(duì)于移動(dòng)床式還原爐的爐床基本處于水平或略微向上，因此，氧化性氣體就不會(huì)直接接觸內(nèi)裝碳材塊狀料表面，破壞內(nèi)裝碳材塊狀料周圍的氣體，可防止已還原的內(nèi)裝碳材塊狀料再氧化，維持高金屬化率。
本發(fā)明提供的還原金屬的制造方法，是把至少含氧化金屬材料與含碳還原材料制成的內(nèi)裝碳材塊狀料加熱還原制造成還原金屬，在該還原金屬制造方法中，將所述內(nèi)裝碳材塊狀料裝入移動(dòng)床式還原爐，用設(shè)置在所述移動(dòng)床式還原爐上部的蓄熱式燃燒爐加熱所述內(nèi)裝碳材塊狀料，同時(shí)，自所述內(nèi)裝碳材塊狀料的裝入至排出的還原工序前半部中排出爐內(nèi)氣體。在上述還原金屬制造方法中，使用在所述還原工序后半部中設(shè)置在所述移動(dòng)床式還原爐上部并且相對(duì)于移動(dòng)床式還原爐的爐床基本保持水平或略微向上所配置的蓄熱式燃燒爐加熱所述內(nèi)裝碳材塊狀料，同時(shí)，由于將所述蓄熱式燃燒爐中的燃燒氣體作為氧化性氣體使用而使所述蓄熱式燃燒爐周圍具有氧化性氣體，而在所述內(nèi)裝碳材塊狀料周圍保持有還原氣體。而且，在所述還原工序的前半部中，用設(shè)置在所述內(nèi)裝碳材塊狀料的表面溫度為1250℃以下區(qū)域的位置上的蓄熱式燃燒爐加熱所述內(nèi)裝碳材塊狀料的同時(shí)在所述還原工序的前半部所述內(nèi)裝碳材塊狀料的表面溫度為1250℃以下區(qū)域的后方位置上排出爐內(nèi)氣體。根據(jù)這一方法，由于將蓄熱式燃燒爐設(shè)置在裝入部與氣體排出部之間的揮發(fā)性物質(zhì)沒有揮發(fā)的還原工序前半部位置，就不會(huì)因揮發(fā)性物質(zhì)使蓄熱體劣化，也不需要粉塵分離裝置，縮小了蓄熱式燃燒爐的設(shè)置空間，不會(huì)增加原始成本。而且，將蓄熱式燃燒爐設(shè)置在氣體排出部與還原鐵排出部之間的還原工序的后半部的位置上，蓄熱式燃燒爐周圍和內(nèi)裝碳材塊狀料周圍的氣體分別保持有氧化氣體和還原氣體，不需要使用惰性氣體置換的裝置，以此縮小蓄熱式燃燒爐的設(shè)置空間，也可在短時(shí)間內(nèi)完成蓄熱式燃燒爐由排氣一側(cè)向燃燒一側(cè)切換。并且，由于蓄熱式燃燒爐被設(shè)置在移動(dòng)床式還原爐上部并相對(duì)于所述移動(dòng)床式還原爐的爐床基本保持水平或略微向上配置，因此，氧化性氣體不會(huì)直接接觸內(nèi)裝碳材塊狀料表面，也不會(huì)破壞內(nèi)裝碳材塊狀料周圍的氣體，所以，可防止已還原的內(nèi)裝碳材塊狀料的再氧化，維持高金屬化率。
在上述還原金屬制造方法中，所述蓄熱式燃燒爐由至少使氧化性氣體與燃料燃燒的第1蓄熱式燃燒爐和利用所述移動(dòng)床式還原爐內(nèi)的可燃性氣體至少使氧化性氣體燃燒的第2蓄熱式燃燒爐組成，將所述第1，第2蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述還原工序的前半部，同時(shí)將所述第2蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述第1蓄熱式燃燒爐的下側(cè)，并且，所述蓄熱式燃燒爐利用所述移動(dòng)床式還原爐內(nèi)的可燃性氣體至少使氧化性氣體燃燒，在所述還原工序的前半部設(shè)置一使氧化性氣體與燃料燃燒的燃燒爐，同時(shí)，所述蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述燃燒爐的下側(cè)。在這種情況下，內(nèi)裝碳材塊狀料內(nèi)部產(chǎn)生的還原性氣體(可燃性氣體)可在該內(nèi)裝碳材塊狀料周圍高效率燃燒。因此，可提高向該內(nèi)裝碳材塊狀料的傳熱效果，促進(jìn)該內(nèi)裝碳材塊狀料的加熱和還原反應(yīng)。
在上述還原金屬制造方法中，所述蓄熱式燃燒爐的蓄熱體為還原鐵或鐵礦石粒料，而且，所述內(nèi)裝碳材塊狀料由至少含氧化鐵材料與含碳還原材料混合制成所述內(nèi)裝碳材塊狀料，用此種材料得到還原鐵，或所述含氧化鐵材料的一部分或全部為非鐵金屬氧化物，用此種材料得到還原鐵金屬。由于使用鐵礦石粒料或使用還原鐵作蓄熱體，價(jià)格便宜，即便揮發(fā)性物質(zhì)或粉塵附著上也不會(huì)廢棄，可作為本發(fā)明還原鐵制造設(shè)備的材料，它不會(huì)增加運(yùn)行成本，同時(shí)，廢棄使用過的蓄熱體也不會(huì)產(chǎn)生使環(huán)境惡化等問題。


下面對(duì)附圖進(jìn)行簡(jiǎn)單說明。
圖1出示的是本發(fā)明的蓄熱式燃燒爐設(shè)置在還原工序前半部時(shí)的還原鐵制造設(shè)備。
圖2出示的是本發(fā)明的蓄熱式燃燒爐設(shè)置在還原工序后半部時(shí)的還原鐵制造設(shè)備。
圖3出示的是加熱內(nèi)裝碳材塊狀料時(shí)其表面溫度，脫鋅率，鋅發(fā)生量比關(guān)系圖。
圖4為蓄熱式燃燒爐的設(shè)置例。
圖5A為爐內(nèi)的內(nèi)裝碳材塊狀料與蓄熱式燃燒爐的位置關(guān)系圖，圖5B為圖5A中的A-A處的截面圖。
圖6A出示的是爐截面圖中的蓄熱式燃燒爐周圍以及內(nèi)裝碳材塊狀料周圍的氣體的示意圖，圖6B是圖6A的氧氣氣體與還原氣體的分布圖。
圖7A出示的是燃燒一側(cè)為吸排氣部2a與排氣一側(cè)為吸排氣部2b狀態(tài)的蓄熱式燃燒爐，圖7B出示的是燃燒一側(cè)為吸排氣部2b與排氣一側(cè)為吸排氣部2a狀態(tài)的蓄熱式燃燒爐。
圖8是本發(fā)明的蓄熱式燃燒爐設(shè)置在還原工序前半部和后半部?jī)煞綍r(shí)的還原鐵制造設(shè)備的示意圖。
圖9出示的是蓄熱式燃燒爐有無時(shí)燃料原單位的差。
圖10出示的是內(nèi)裝碳材塊狀料的組成。
圖11用鐵礦石粒料制作的蓄熱體的組成。
具體實(shí)施例方式
下面，參照?qǐng)D1～圖11，以還原鐵制造設(shè)備為例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行說明。
本發(fā)明的還原鐵制造設(shè)備使用的是圖7A，圖7B中所示的蓄熱式燃燒爐。蓄熱式燃燒爐2有2個(gè)吸排氣部(2a，2b)。首先，如圖7A所示的狀態(tài)，一側(cè)的吸排氣部2a是燃料與燃燒用空氣由燃料管路3，經(jīng)燃料切換閥5a通過蓄熱體7a然后進(jìn)行燃燒，作為燃燒側(cè)使用。另一側(cè)的吸排氣部2b，在吸排氣部2a的燃燒一側(cè)吸入已加熱空氣或燃燒氣體等的高溫氣體，通過蓄熱體7b，經(jīng)排氣切換閥6b從排氣管4b向外部排出氣體。這時(shí)，高溫氣體的顯熱積蓄在蓄熱體7b中。處于這種狀態(tài)時(shí)，燃料切換閥5b，排氣切換閥6a關(guān)閉。然后，經(jīng)過一段時(shí)間，切換至圖7B的狀態(tài)，另一側(cè)的吸排氣部2b是燃料與燃燒用空氣由燃料管路3，經(jīng)燃料切換閥5b通過蓄熱體7b然后進(jìn)行燃燒，作為燃燒側(cè)使用。另一側(cè)的吸排氣部2a，在吸排氣部2b的燃燒一側(cè)吸入已加熱空氣或燃燒氣體等高溫氣體，通過蓄熱體7a，經(jīng)排氣切換閥6a從排氣管4a向外部排出氣體。這時(shí)，利用蓄熱體7b積蓄的熱量加熱燃料和燃燒用空氣，同時(shí)將高溫氣體的顯熱積蓄在蓄熱體7b中。處于這種狀態(tài)時(shí)，燃料切換閥5a，排氣切換閥6b關(guān)閉。然后，經(jīng)過一段時(shí)間，再次切換至圖7A的狀態(tài)。依這樣反復(fù)進(jìn)行利用高溫氣體的顯熱提高熱效率。
使用上述的蓄熱式燃燒爐用于與本發(fā)明有關(guān)的實(shí)施例1出示在圖1中。本發(fā)明的還原鐵制造設(shè)備使用的是移動(dòng)爐床爐的旋轉(zhuǎn)爐床爐。原料為將含金屬氧化材料的氧化鐵材料與含碳還原材料預(yù)先進(jìn)行混合，必要時(shí)要添加粘合劑制成粒狀或球狀的內(nèi)裝碳材塊狀料1。將這種內(nèi)裝碳材塊狀料1從塊狀料裝入部10裝入，必要時(shí)要用未出示在圖中的攪拌機(jī)攪勻。然后，塊狀料自床爐8上塊狀料裝入部10向作為還原金屬排出部的還原鐵排出部11移動(dòng)，在這之間的還原工序中進(jìn)行還原制成還原鐵。
在爐內(nèi)，通過自塊狀料裝入部10至還原鐵排出部11之間設(shè)置的蓄熱式燃燒爐2的燃燒一側(cè)的吸排氣部可加熱至最高溫度為1350℃到1400℃左右，爐床旋轉(zhuǎn)1周之間可按規(guī)定的金屬化率加熱還原，從還原鐵排出部11將還原鐵排出爐外。
爐內(nèi)氣體，自塊狀料裝入部10至還原鐵排出部11之間設(shè)置的氣體排出部12排出，同時(shí)也可自蓄熱式燃燒爐2的排氣一側(cè)的吸排氣部排出。
這樣，通過使用蓄熱式燃燒爐2，使其吸排氣部(2a，2b)作為燃燒一側(cè)的吸排氣部和排氣一側(cè)的吸排氣部交互地反復(fù)進(jìn)行燃燒和排氣(蓄熱)，通過蓄熱體對(duì)燃料以及燃燒用空氣進(jìn)行預(yù)熱來提高熱效率。
當(dāng)內(nèi)裝碳材塊狀料1自裝入裝置裝入時(shí)，由于爐內(nèi)的高溫氣體使其溫度急劇上升。這時(shí)，內(nèi)裝碳材塊狀料1中含有的揮發(fā)性成分進(jìn)行揮發(fā)。如圖3所示，若內(nèi)裝碳材塊狀料1的表面溫度超過1250℃，則內(nèi)裝碳材塊狀料1的原料中含有的具有代表性揮發(fā)性物質(zhì)鋅(Zn)開始急劇揮發(fā)。如含有這種揮發(fā)性物質(zhì)的氣體從蓄熱式燃燒爐2的排氣一側(cè)排出，揮發(fā)物就會(huì)附著在蓄熱體上使蓄熱體堵塞，蓄熱體的蓄熱性能就會(huì)下降。所以，本發(fā)明中使用的蓄熱式燃燒爐2設(shè)置在還原工序的前半部，內(nèi)裝碳材塊狀料中的揮發(fā)性物質(zhì)沒有揮發(fā)的區(qū)域，即設(shè)置在所述表面溫度為1250℃以下的區(qū)域是理想的。
而且，在本發(fā)明中可將氣體排出部12設(shè)置在設(shè)有蓄熱式燃燒爐2的內(nèi)裝碳材塊狀料1的表面溫度在1250℃以下區(qū)域的后方處。由于氣體排出部12設(shè)置在這個(gè)位置上，自表面溫度上升至1250℃以上內(nèi)裝碳材塊狀料1中揮發(fā)的揮發(fā)性物質(zhì)不會(huì)自發(fā)生部向前流動(dòng)，而是要使它從氣體排出部12排出，因此，含有揮發(fā)物的氣體就不會(huì)從設(shè)置在還原工程前半部的蓄熱式燃燒爐2排出。所以，蓄熱式燃燒爐2的蓄熱體就不會(huì)被揮發(fā)物附著，就不會(huì)由于蓄熱體的劣化或堵塞而引起的蓄熱性能下降。而且，使?fàn)t內(nèi)氣體向排出部12流動(dòng)，可防止粉塵向蓄熱式燃燒爐2流動(dòng)，蓄熱式燃燒爐2就不會(huì)吸入粉塵，也就不會(huì)有由于粉塵附著在蓄熱體上而引起蓄熱體劣化或堵塞使蓄熱性能下降。
本發(fā)明的實(shí)施例2出示在圖2中。如圖2所示，本發(fā)明將蓄熱式燃燒爐2設(shè)置在還原工程后半部。隨著還原的進(jìn)行，自內(nèi)裝碳材塊狀料1內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生含有大量CO的氣體。這種氣體與內(nèi)裝碳材塊狀料1中含有的氧化鐵的成分在內(nèi)部還原形成還原鐵并產(chǎn)生CO2，其余CO氣體析出內(nèi)裝碳材塊狀料1的表面，防止還原鐵的再氧化。特別是，在還原工序的后半部，隨著還原的完成析出在內(nèi)裝碳材塊狀料1表面的CO慢慢減少。因此，為了維持內(nèi)裝碳材塊狀料和爐內(nèi)的氣體的溫度，就要將爐上部的蓄熱式燃燒爐2的燃燒一側(cè)28朝下設(shè)置，這樣在內(nèi)裝碳材塊狀料1周圍立刻布滿氧化氣體而導(dǎo)致再氧化。而且，還原性氣體會(huì)被就在蓄熱式燃燒爐2旁邊的蓄熱式燃燒爐2的排氣一側(cè)2b吸入。為此，在本發(fā)明中，如圖5所示，設(shè)置蓄熱式燃燒爐2相對(duì)于爐床基本保持水平或略微向上。這樣蓄熱式燃燒爐2的燃燒一側(cè)2a處的燃燒氣體不會(huì)破壞內(nèi)裝碳材塊狀料1周圍的氣體，所以不會(huì)發(fā)生還原鐵的再氧化，在維持高金屬化率的同時(shí)防止可燃性還原氣體被蓄熱式燃燒爐2的排氣一側(cè)2b吸入。
另外，如圖6A所示，本發(fā)明使蓄熱式燃燒爐2的燃燒一側(cè)2a處的燃燒氣體成為含有大量氧的氧化性氣體。這樣，可使在還原工序產(chǎn)生的可燃性還原氣體燃燒，保持如圖6B所示的在內(nèi)裝碳材塊狀料1周圍的還原氣體和在蓄熱式燃燒爐2周圍的氧化氣體。以此防止由內(nèi)裝碳材塊狀料1還原形成的還原鐵再氧化，并防止蓄熱式燃燒爐2的排氣一側(cè)2b吸入還原可燃性的還原氣體，同時(shí)在爐內(nèi)有效地利用還原氣體可以維持爐內(nèi)溫度，降低能源成本。
與使蓄熱式燃燒爐2的燃燒氣體成為含有大量氧的氧化性氣體相反，雖在圖中沒有出示，但最好向內(nèi)裝碳材塊狀料1的上方和蓄熱式燃燒爐2的下方吹入空氣或氧氣，這時(shí)，吹入空氣或氧氣的方向，最理想為與爐床基本保持水平或略微向上。這樣，使蓄熱式燃燒爐2的燃燒氣體成為具有過剩的多氧的氧化氣體，所以不會(huì)有燃燒不安定現(xiàn)象，可有效地使還原工序中產(chǎn)生的可燃性還原氣體燃燒，氧化性氣體也不會(huì)直接與內(nèi)裝碳材塊狀料表面接觸，內(nèi)裝碳材塊狀料周圍的氣體也不會(huì)被破壞，因此可防止已還原的內(nèi)裝碳材塊狀料的再氧化，維持高金屬化率等得到與上述同樣的效果。
另外，在還原工程的后半部中的內(nèi)裝碳材塊狀料1中不含有只保持還原環(huán)境碳成分時(shí)，在還原工程的后半部向已成為還原鐵的內(nèi)裝碳材塊狀料1吹入烴類氣體(CnHn)也可防止還原鐵的再氧化。這時(shí)，是使蓄熱式燃燒爐2的燃燒氣體成為富氧的氧化性氣體，或是吹入空氣或氧氣使烴類氣體也與還原氣體一起燃燒，得到與上述同樣的效果。
并且，如圖2所示，本發(fā)明將爐內(nèi)氣體排出的氣體排出部12設(shè)置在還原工序后半部之前是理想的。例如把氣體排出部12設(shè)置在設(shè)有蓄熱式燃燒爐2的還原工程的后半部時(shí)，不只是蓄熱式燃燒爐2的燃燒氣體，內(nèi)裝碳材塊狀料1周圍的可燃性氣體也都由氣體排出部12流出。這樣，可燃性氣體就有可能被蓄熱式燃燒爐2的排出一側(cè)2b吸入，同時(shí)，發(fā)生還原鐵的再氧化。但是，若將氣體排出部12設(shè)置在還原工序后半部之前，內(nèi)裝碳材塊狀料1周圍的可燃性氣體從內(nèi)裝碳材塊狀料1周圍流過向氣體排出部12流出。這樣可燃性氣體自氣體排出部12排出之前可得到充分燃燒，也可有效地利用。而且由于在氣體排出部12周圍沒有設(shè)置蓄熱式燃燒爐2，就不會(huì)吸入蓄熱式燃燒爐2排出一側(cè)2b的可燃性氣體，也不發(fā)生還原鐵的再氧化。
在還原工序后半部，前述內(nèi)裝碳材塊狀料1中含有的揮發(fā)性物質(zhì)(Zn等)幾乎全部氣化，毫無問題地自所述氣體排出部12排出。
本發(fā)明所使用的蓄熱式燃燒爐2的設(shè)置數(shù)量根據(jù)還原鐵制造規(guī)模，處理量和蓄熱式燃燒爐2的熱輸出力等設(shè)計(jì)條件確定適當(dāng)個(gè)數(shù)。圖1是將蓄熱式燃燒爐2設(shè)置在還原工序前半部，圖2是將蓄熱式燃燒爐2設(shè)置在還原工序后半部，也可如圖8所示將蓄熱式燃燒爐2設(shè)置在還原工序前半部和后半部?jī)蓚?cè)。另外，如圖1，2所示將蓄熱式燃燒爐2只設(shè)置在還原工序前半部或后半部時(shí)，應(yīng)分別在還原工序后半部或前半部使用圖中未出示的其他形式的燃燒爐。而且，如圖8所示的將蓄熱式燃燒爐2設(shè)置在還原工序前半部和后半部?jī)蓚?cè)的情況下，只用蓄熱式燃燒爐無法維持爐內(nèi)溫度時(shí)也可使用蓄熱式燃燒爐2以外的其他形式的燃燒爐。
設(shè)置多數(shù)蓄熱式燃燒爐時(shí)，可以由至少使氧化性氣體與燃料燃燒的第1蓄熱式燃燒爐和利用所述移動(dòng)床式還原爐的可燃性氣體至少使氧化性氣體燃燒的第2蓄熱式燃燒爐組合，第2蓄熱式燃燒爐應(yīng)設(shè)置在第1蓄熱式燃燒爐下側(cè)(第1蓄熱式燃燒爐與爐床之間)，即將蓄熱式燃燒爐上下兩方多段設(shè)置。這時(shí)，內(nèi)裝碳材塊狀料內(nèi)部產(chǎn)生的還原性氣體(可燃性氣體)可在該內(nèi)裝碳材塊狀料周圍高效率地燃燒。所以，既提高了向該內(nèi)裝碳材塊狀料傳熱的效果，又促進(jìn)了該內(nèi)裝碳材塊狀料的加熱和還原反應(yīng)，特別是在需要快速加熱的還原工序前半部更為有效。另一方面，若在還原工序后半部的燃燒爐設(shè)置的太靠下側(cè)，還原鐵也有可能再氧化，所以，后半部的第2蓄熱式燃燒爐最好設(shè)置的與第1蓄熱式燃燒爐同樣高度或在稍高的位置。而且，第1蓄熱式燃燒爐可采用蓄熱式燃燒爐以外的其他形式的燃燒爐，例如氣體燃燒爐，重油燃燒爐，微粉碳吹入式燃燒爐等。而第1與第2蓄熱式燃燒爐的位置關(guān)系最好是第1在上，第2在下，但若位置相反在生產(chǎn)上也沒有問題。
蓄熱式燃燒爐2水平方向的設(shè)置角度無論是燃燒一側(cè)還是排氣一側(cè)最好都與移動(dòng)床的移動(dòng)方向垂直，也可如圖4所示的那樣蓄熱式燃燒爐2的燃燒一側(cè)和排氣一側(cè)沿各自的方向設(shè)置。
作為蓄熱式燃燒爐，不只是使燃料和空氣、氧、或者富氧的空氣等氧化性氣體燃燒，也不只是向爐內(nèi)吹入燃料和空氣、氧、或者富氧的空氣等氧化性氣體，也可是為防止裝入爐內(nèi)的內(nèi)裝碳材塊狀料中產(chǎn)生的可燃性氣體和還原鐵的再氧化利用吹入爐內(nèi)的可燃性氣體進(jìn)行燃燒。
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例3進(jìn)行說明。本發(fā)明中蓄熱式燃燒爐2使用的蓄熱體是鐵礦石粒料或還原鐵。鐵礦石粒料或還原鐵中由于不含碳材和揮發(fā)性成分即使用高溫氣體加熱也不會(huì)產(chǎn)生還原性氣體或揮發(fā)性成分，所以用于蓄熱體不會(huì)有問題。而且，鐵礦石粒料或還原鐵與陶瓷等通常所用的蓄熱體材料相比成本低，作為蓄熱體使用完后的鐵礦石粒料或還原鐵還可作為鐵源在本發(fā)明的還原鐵制造設(shè)備或高爐中進(jìn)行再利用，并且，鐵礦石粒料或還原鐵中即使附著有揮發(fā)性成分，如作為用于本發(fā)明的還原鐵制造設(shè)備的原料，不只可以有效地除去揮發(fā)性成分，還可降低更換蓄熱體時(shí)所花費(fèi)的成本。
在此，作為所使用的蓄熱體不只是使用了由用上述鐵礦石制成粒料的鐵礦石粒料以及用還原鐵制造方法制造的還原鐵，若使用氧化了的還原鐵或制鐵廠所用的焙燒(燒結(jié))的鐵礦石粒料，還容易從市場(chǎng)上買到而且便宜。由于這種材料是燒結(jié)成的或是已氧化的，其形狀穩(wěn)定并且性質(zhì)穩(wěn)定也便于操作。
本發(fā)明中使用的含有金屬氧化物的材料為鐵礦石，氧化鐵精礦，從電氣爐或在煉鐵廠生產(chǎn)的含有鐵成分或金屬氧化物的鐵粉末、鐵屑、鱗片等作廢材料。使用的含碳還原材料可為煤、焦炭、木炭、油焦炭等材料。
在上述實(shí)施例中雖例舉說明了含有氧化鐵的材料，但是，氧化鐵的一部分或全部也可以是由對(duì)錳(Mn)、鎳(Ni)、鉻(Cr)等非鐵金屬的氧化物進(jìn)行同樣的還原，使用于蓄熱式燃燒爐也沒有問題。
下面，例舉圖8中所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明所使用的內(nèi)裝碳材塊狀料的組成出示在圖10中。將圖10中所示組成的內(nèi)裝碳材塊狀料加熱時(shí)，所述內(nèi)裝碳材塊狀料的表面溫度、揮發(fā)性物質(zhì)的代表鋅的脫Zn率、和它的發(fā)生量比出示在圖3中。脫Zn率是原料中的Zn量為1時(shí)求出的脫Zn率，發(fā)生量比為1分鐘后的發(fā)生量作為1，在這之后時(shí)間中的發(fā)生量作為所求的發(fā)生量比。
具有代表性的揮發(fā)性元素鋅在原料中主要以氧化鋅的形式存在，加熱時(shí)發(fā)生的反應(yīng)，Zn汽化，附著并堆積在蓄熱體上。特別是在大約1200~1250℃以上時(shí)如圖3所示急劇揮發(fā)。所以本發(fā)明將蓄熱式燃燒爐設(shè)置在內(nèi)裝碳材塊狀料的表面溫度在1250℃以下的位置，以防止揮發(fā)性物質(zhì)向蓄熱體附著。而且，在1250℃溫度以下的工序的后部設(shè)置氣體排出部12，就是使內(nèi)裝碳材塊狀料1中產(chǎn)生的鋅等揮發(fā)性物質(zhì)由氣體排出部12排出爐外。
在還原工序的后半部，由于所述塊狀料的溫度很高，塊狀料中的鋅幾乎全部揮發(fā)。而且，在本發(fā)明中，由于在設(shè)有蓄熱式燃燒爐位置的還原工序前半部設(shè)置了氣體排出部12，所以可防止在還原工序的前半部產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)帶入還原工序的后半部。
本實(shí)施例，如圖9所示，通過蓄熱式燃燒爐的設(shè)置位置，燃料原單位可降低約1.26GJ/t·DRI(每1噸還原鐵1.26J(0.3Gcal))。燃料原單位隨生產(chǎn)規(guī)模(爐的大小和生產(chǎn)量)而變動(dòng)。本實(shí)施例使用的是外經(jīng)21.5m，內(nèi)徑14.0m的旋轉(zhuǎn)爐床爐，還原鐵的生產(chǎn)量為20t/h作為實(shí)施條件運(yùn)行的。
蓄熱體所使用鐵礦石粒料原料組成的一個(gè)例子出示在圖11中。將直徑5~15mm的鐵礦石粒料過篩，使用直徑為6~9mm的作蓄熱體。可以確認(rèn)鐵礦石粒料與以往使用的氧化鋁材質(zhì)等的蓄熱體具有同樣性能，在使用上沒有問題。使用后的鐵礦石粒料還可作為鐵源在本實(shí)施例的還原爐中再利用。由于鐵礦石粒料是具有90~95％Fe2O3和Fe3O4的材料，幾乎不生成SiO2-FeO·AI2O3系的低融點(diǎn)化合物，即使用于蓄熱體也會(huì)抑制表面熔融、氣體透氣性和溶著等蓄熱體劣化現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種還原金屬制造設(shè)備，其特征為具有將由至少含氧化金屬材料和含碳還原材料構(gòu)成的原料加熱還原制造出還原金屬的移動(dòng)床式還原爐；將所述原料裝入所述移動(dòng)床式還原爐的裝入部；將所述還原金屬?gòu)乃鲆苿?dòng)床式還原爐排出的還原金屬排出部；自所述裝入部至所述還原金屬排出部的還原工序之間從所述移動(dòng)床式還原爐排出爐內(nèi)氣體的氣體排出部；作為所述移動(dòng)床式還原爐的加熱源的蓄熱式燃燒爐，所述蓄熱式燃燒爐位于所述還原工序后半部在所述氣體排出部與所述還原金屬排出部之間，并且，所述蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述移動(dòng)床式還原爐的上部，相對(duì)于所述移動(dòng)床式還原爐基本水平或略微向上。
2.按照權(quán)利要求1中所述的還原金屬制造設(shè)備，其特征為，所述蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述還原工序的前半部，所述裝入部與所述氣體排出部之間。
3.按照權(quán)利要求2中所述的還原金屬制造設(shè)備，其特征為，位于所述還原工序的前半部的蓄熱式燃燒爐被設(shè)置在所述原料的表面溫度為1250℃以下的區(qū)域，所述氣體排出部被設(shè)置在所述原料的表面溫度為1250℃以下的區(qū)域后部的位置。
4.按照權(quán)利要求1中所述的還原金屬制造設(shè)備，其特征為，所述蓄熱式燃燒爐由至少使氧化性氣體與燃料燃燒的第1蓄熱式燃燒爐和利用所述移動(dòng)床式還原爐內(nèi)可燃性氣體至少使氧化性氣體燃燒的第2蓄熱式燃燒爐組成，在所述還原工序前半部設(shè)置所述第1、第2蓄熱式燃燒爐，同時(shí)，將所述第2蓄熱式燃燒爐設(shè)置在第1蓄熱式燃燒爐的下側(cè)部。
5.按照權(quán)利要求1中所述的還原金屬制造設(shè)備，其特征為，所述蓄熱式燃燒爐利用所述移動(dòng)床式還原爐內(nèi)可燃性氣體至少使氧化性氣體燃燒，在所述還原工序前半部設(shè)置至少使氧化性氣體與燃料燃燒的燃燒爐，同時(shí)所述蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述燃燒爐的下側(cè)部。
6.按照權(quán)利要求1中所述的還原金屬制造設(shè)備，其特征為，所述原料為由至少含有氧化鐵的金屬與含有碳還原材料的混合物組成的所述內(nèi)裝碳材塊狀料，用此塊狀料制造還原鐵。
7.按照權(quán)利要求1中所述的還原金屬制造設(shè)備，其特征為，所述原料為由至少非鐵金屬氧化物與含有碳還原材料的混合物組成的所述內(nèi)裝碳材塊狀料，用它制造還原鐵。
8.按照權(quán)利要求1中所述的還原金屬制造設(shè)備，其特征為，所述蓄熱式燃燒爐的蓄熱體是還原鐵或鐵礦石粒料。
9.按照權(quán)利要求1中所述的還原金屬制造設(shè)備，其特征為，位于所述還原工序后半部的蓄熱式燃燒爐的燃燒氣體是氧化氣體，而圍繞所述內(nèi)裝碳材塊狀料的氣體是還原氣體。
10.一種還原金屬的制造方法，是將由至少含氧化金屬材料和含碳還原材料制成的內(nèi)裝碳材塊狀料加熱還原制造還原金屬，其中包括將所述內(nèi)裝碳材塊狀料裝入移動(dòng)床式還原爐；在所述內(nèi)裝碳材塊狀料裝入至排出的還原工序后半部中，在所述移動(dòng)床式還原爐上部的相對(duì)于所述移動(dòng)床式還原爐基本水平或略微向上的蓄熱式燃燒爐加熱所述內(nèi)裝碳材塊狀料，同時(shí)由于使所述蓄熱式燃燒爐的燃燒氣體成為氧化氣體而使該蓄熱式燃燒爐周圍存在氧化氣體，同時(shí)，保持圍繞在所述內(nèi)裝碳材塊狀料周圍的氣體為還原氣體。
11.按照權(quán)利要求10中所述的還原金屬制造方法，其特征為，利用設(shè)置在所述移動(dòng)床式還原爐上部的蓄熱式燃燒爐加熱所述內(nèi)裝碳材塊狀料，同時(shí)在所述內(nèi)裝碳材塊狀料裝入至排出的還原工序的前半部排出爐內(nèi)氣體。
12.按照權(quán)利要求11中所述的還原金屬制造方法，其特征為，在所述還原工序的前半部，用設(shè)置在所述內(nèi)裝碳材塊狀料的表面溫度為1250℃以下的區(qū)域的蓄熱式燃燒爐加熱所述內(nèi)裝碳材塊狀料，同時(shí)在所述還原工序的后半部，所述內(nèi)裝碳材塊狀料的表面溫度為1250℃以下的區(qū)域后方位置排出爐內(nèi)氣體。
13.按照權(quán)利要求11中所述的還原金屬制造方法，其特征為，所述蓄熱式燃燒爐由至少使氧化性氣體與燃料燃燒的第1蓄熱式燃燒爐和利用所述移動(dòng)床式還原爐內(nèi)可燃性氣體至少使氧化性氣體燃燒的第2蓄熱式燃燒爐組成，將所述第1、第2蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述還原工序前半部，同時(shí)，所述第2蓄熱式燃燒爐設(shè)置在第1蓄熱式燃燒爐的下側(cè)部。
14.按照權(quán)利要求11中所述的還原金屬制造方法，其特征為，所述蓄熱式燃燒爐為利用所述移動(dòng)床式還原爐內(nèi)可燃性氣體至少使氧化性氣體燃燒的裝置，在所述還原工序前半部設(shè)置至少使氧化性氣體與燃料燃燒的燃燒爐，同時(shí)所述蓄熱式燃燒爐設(shè)置在所述燃燒爐的下側(cè)部。
15.按照權(quán)利要求11中所述的還原金屬制造方法，其特征為，所述蓄熱式燃燒爐的蓄熱體是還原鐵或鐵礦石粒料。
16.按照權(quán)利要求11中所述的還原金屬制造方法，其特征為，所述內(nèi)裝碳材塊狀料由至少含氧化鐵的金屬材料與含碳還原材料的混合物組成的，用此材料能得到還原鐵。
17.按照權(quán)利要求11中所述的還原金屬制造方法，其特征為，所述含氧化鐵材料的一部分或全部為非鐵金屬氧化物而且用此材料能得到還原非鐵金屬。
全文摘要
一種還原金屬制造設(shè)備，其蓄熱式燃燒爐的燃燒氣體是氧化性氣體，而圍繞內(nèi)裝碳材塊狀料的氣體是還原性氣體，所述蓄熱式燃燒爐處于水平方向，并且一側(cè)的蓄熱式燃燒爐的吸排氣部的燃燒氣體在另一側(cè)的蓄熱式燃燒爐的吸排氣部可實(shí)現(xiàn)蓄熱、排氣并相對(duì)設(shè)置，蓄熱式燃燒爐的設(shè)置在還原工序的后半部，在它的前方設(shè)有氣體排出部，而且，所述蓄熱式燃燒爐的設(shè)置位置在內(nèi)裝碳材塊狀料的表面溫度1250℃以下的工序上，在此工序的后方設(shè)有氣體排出部。
文檔編號(hào)F27B9/16GK1782106SQ200510125099
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2000年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月15日
發(fā)明者立石雅孝, 鐵本理彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所