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CN102378818B - 用于制造生铁或液态钢半成品的方法和设备 - Google Patents

用于制造生铁或液态钢半成品的方法和设备 Download PDF

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CN102378818B CN201080015337.XA CN201080015337A CN102378818B CN 102378818 B CN102378818 B CN 102378818B CN 201080015337 A CN201080015337 A CN 201080015337A CN 102378818 B CN102378818 B CN 102378818B
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Abstract

本发明涉及一种用于制造生铁或液态钢半成品的方法和设备，其中含金属的炉料和必要时的添加剂在还原区中利用还原气体至少部分地还原，接着加入到熔化区中并且在输入块状碳载体和含氧气的气体的条件下并且在形成还原气体的条件下熔化。在熔化区形成的还原气体输送到还原区并且在那里转化并且作为输出气体引出，从输出气体分离CO2并形成产出气体，它用于将粉末状碳载体加入到熔化区中。

Description

用于制造生铁或液态钢半成品的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于制造生铁或液态钢半成品的方法和设备，其中含金属的、尤其含氧化铁的炉料和必要时的添加剂在还原区借助还原气体至少部分地还原，接着加入到熔化区中并且在输入碳载体、尤其是焦炭和/或煤炭以及含氧气的气体的条件下并且在形成还原气体的条件下熔化，其中形成的还原气体输送到还原区并且在那里转化并且必要时在净化后作为输出气体引出。
背景技术
由现有技术，例如AT 406 485 B、WO 2010/006905 A1、WO 2009/149862 A1或EP 0 488 429 A2，已知利用喷射气体可以将细颗粒物质、例如碳载体通过喷射加入到熔化设备中。由此利用喷射气体和喷射器例如可以将粉末状碳加入到例如高炉或熔化气化器中。在此缺陷是，必须使用特殊的喷射气体如氮气、空气或天然气，它们增大在过程中的惰性气体体积、尤其在附加地内部气体回输时，并引起高的运行成本（对于天然气、气流）。此外，从DE 10 2006 048 600 A1和DE 10 2006 048 601 A1已知，将去除CO2的输出气体加入到熔化气化器中，以最大化可循环使用的输出气体量。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种方法和设备，它们避免在加入细颗粒含碳载体时的缺陷。
为此本发明提出一种用于制造生铁或液态钢半成品的方法，其中含金属的炉料在还原区中利用还原气体至少部分地还原，接着加入到熔化区中并且在输入块状碳载体以及含氧气的气体的条件下并且在形成还原气体的条件下熔化，其中形成的还原气体输送到还原区并且在那里转化并且作为输出气体引出，其特征在于，至少一部分输出气体在CO2分离装置中分离CO2并形成产出气体的条件下进行处理，并用于将粉末状碳载体加入到熔化区中，其中产出气体在至少一个混合室中与粉末状碳载体和输送气体汇合，然后加入到熔化区中，其中粉末状碳载体利用输送气体加入到混合室中，其中粉末状碳载体通过输入产出气体被加速并以更高的速度加入到熔化区中。还提出一种用于制造生铁或液态钢半成品的设备，具有还原设备，在其中可以将含金属的炉料和添加剂利用还原气体至少部分地还原；并且具有熔化设备，将至少部分还原的炉料或添加剂加入到熔化设备中并且可以在输入碳载体以及含氧气的气体的条件下并且在形成还原气体的条件下熔化，其中形成的还原气体输送到还原设备并且在那里转化，并且在净化后作为输出气体引出，其特征在于，设有CO2分离装置，用于从输出气体分离CO2并且用于形成产出气体，其中产出气体通过产出气体管道与至少一个用于加入粉末状碳载体到熔化设备中的加入装置连接，其中所述加入装置具有至少一个混合室，用于混合产出气体与粉末状碳载体和输送气体，其中该混合室与产出气体管道和用于输入粉末状碳载体的输送管道处于连接。
通过按照本发明的方法，至少一部分输出气体在分离CO2后用于将粉末状碳载体加入到熔化区中。由此可以将作为顶气从还原设备引出并且在净化后作为输出气体存在的还原气体量减小，并且使在方法中使用的输出气体量增大。在方法中作为循环气体使用的、即重新输送到方法中的输出气体量同样可以减小，因为代替在传统的工艺中常见的驱动气体如氮气，使用过程自身的气体，由此降低在循环中输送的气体量。由此可以减少用于在方法中输送输出气体必需的能量（例如用于压缩的电流），因为在过程气体中存在极少的惰性气体成分并因此对于压缩、加热和冷却过程气体只需使用极少的能量。同样降低在过程中不能利用的输出气体份额，此外可以显著节省喷射气体量并且由此降低用于制造生铁的设备运行成本。作为另一优点，还原气体或循环气体不会由于尾气污染并由此也不降低还原潜能。此外通过加入还原气体（从其中已经分离CO2）作为驱动气体提高了通过氧气喷嘴或风嘴口提高进行的能量加入，由此可以节省焦炭或碳形式的还原剂。
按照本发明方法的有利方案，使产出气体在至少一个混合室中与粉末状碳载体（必要时与输送气体一起地）汇合，然后加入到熔化区中。产出气体导致将粉末状碳载体加入到熔化区中的流动速度明显提高。可以利用输送气体将粉末状碳载体加入到混合室中。通过输入产出气体加速粉末状碳载体并以更高的速度加入到熔化区中。通过这种提高喷入速度，例如可以避免由于炉渣造成堵塞或由于生铁飞溅造成损伤。通过压力和产出气体量或通过输送气体量，可以有针对性地控制加入到熔化区或者适配于工作参数。
按照本发明方法的特别有利的方案，与富氧气体一起将产出气体和粉末状碳载体、必要时与输送气体一起地加入到熔化区中。粉末状碳载体作为能量载体并用于形成还原气体。为此其有利地直接在加入富氧气体时添加，由此燃烧并由此实现能量加入。有利地是，例如使在熔化区中必需的热风或富含氧气的热风作为富氧气体，并且与粉末状碳载体和必要时的输送气体一起地加入到熔化区中。
按照本发明方法的另一有利方案，所述产出气体、粉末状碳载体、必要时输送气体和富氧气体一起地首先喷入到风嘴口或氧气喷嘴中，然后喷入到熔化区中。风嘴口在高炉中是常见的装置，通过它可以将热的、尤其富氧的气体加入到熔化区中。氧气喷嘴是熔化还原设备中的装置，它们将较高O2含量、优选超过90%O2的含氧气体加入到熔化设备的熔化区、例如熔化气化器中。其大多环形地围绕熔化区设置，由此实现均匀地加入气体。
有利地可以将上述气体和粉末状碳载体一起地喷入到熔化区中，其中使气体与粉末状碳载体实现充分混合。
按照本发明方法的特殊方案，输出气体在CO2分离装置中处理前进行压缩和/或冷却。通过这些措施一方面可以调节对于CO2分离有利的工作参数，另一方面可以影响产出气体的压力和温度。
按照本发明方法的适合方案，在CO2分离装置中分离的富含CO2的气体作为尾气排出，并且尤其与来自还原区的输出气体一起地中间存储。尾气具有通常剧烈波动的成分，由此也使其热值不是恒定的。通过中间存储可以均衡尾气特性。通过混合多余的、不作为产出气体使用的输出气体，可以使输出气体与尾气一起地首先存储并且接着用于外部使用，例如供提供热值使用。
按照本发明方法的有利方案，在CO2分离装置中分离的富含CO2的气体作为尾气和/或来自还原区的输出气体为了加热所述产出气体在加热装置中至少部分地燃烧。通过燃烧可以利用尾气和/或输出气体的所含能量并由此实现成本有利地加热输出气体。在燃烧时产生的废气被冷却并且必要时进行净化。
按照本发明方法的另一有利方案，将加热的产出气体导入到还原区和/或熔化区中。由此可以明显提高在方法中保留并且作为循环气体可以再在还原区、在熔化区或作为产出气体在熔化区中使用的输出气体份额。
按照本发明方法的有利方案，将从还原区中引出的还原气体进行干式除尘和/或湿式净化。因为引出的还原气体具有较大的灰尘载体或细固体颗粒份额，有利的是，首先进行净化，其中能够干式或湿式地净化处理，但是也可以组合两种净化方式。净化的引出的还原气体按照本发明可以作为输出气体使用或者用于其它应用，例如热利用。
按照本发明用于制造生铁或液态钢半成品的设备包括还原设备，在其中可以将含金属的、尤其含氧化铁的炉料和必要时的添加剂利用还原气体至少部分地还原；并且包括熔化设备，将至少部分还原的炉料或添加剂加入到熔化设备中并且可以在输入碳载体、尤其是焦炭和/或煤炭以及含氧气的气体的条件下并且在形成还原气体的条件下熔化。在熔化设备中形成的还原气体输送到还原区并且在那里转化，并且必要时在净化后作为输出气体引出。所述设备还包括CO2分离装置，用于从输出气体分离CO2并且用于形成产出气体。CO2分离装置通过产出气体管道与至少一个加入装置为了加入、尤其喷入粉末状碳载体到熔化设备中而连接。通过CO2 分离装置可以将CO2并优选也将剩余的水蒸气（H2O）分离，它们对于熔化过程或同时运行的还原气体产生和在还原区中的还原是不利的，由此调节高价值的产出气体，具有高份额的还原成分如一氧化碳（CO）和氢气（H2）。粉末状碳载体大量地在许多金属冶金工艺中使用，例如也在处理块状碳时。
因此这种加工碳载体的方法主要是经济方面的优点。同样可以通过再利用从还原设备引出的还原气体改善生铁制造方法的总效率，由此例如可以降低产生每吨生铁的碳载体总量。通过利用加入粉末状碳载体到熔化设备的产出气体能够不使用常见的喷射气体如氮气、液化气或天然气。由此由于更低的惰性气体份额总体上降低过程气体量，由此也能够实现更小的设备用于气体处理或气体管道。
按照本发明装置的可选择方案，所述加入装置具有混合室，用于混合产出气体与粉末状碳载体和必要时的输送气体，其中该混合室与产出气体管道和用于输入粉末状碳载体的输送管道处于连接。首先将粉末状碳载体加入到混合室中，这一点例如可以利用输送气体或者也可以通过重力通过输送管道实现。通过产出气体管道添加产出气体施加对于加入必需的喷入速度和喷入能量，由此可以加入粉末状碳载体到熔化设备中。通过混合室产生产出气体与粉末状碳载体之间的充分混合，由此实现均匀地加入。
按照本发明装置的可能的变型方案规定，所述加入装置具有加入管道，它使混合室与至少一个喷嘴连接。通过喷嘴明显提高流动速度，由此也能够以高压喷入到混合室中，例如在常见的熔化设备中是这种情况。此外又提高粉末状碳载体充分旋流，由此在熔化设备中实现非常均匀的分布。通过设有多个混合室和/或多个喷嘴可以保证在熔化设备中均匀地分布粉末状碳载体。
按照本发明装置的特别有利的方案，所述加入装置具有供给管道，用于加入含氧气的气体。粉末状碳载体可以与含氧气体一起地加入，其中在加入到熔化设备中时实现粉末状碳载体和产出气体的直接燃烧及粉末状碳载体的气化。
按照本发明装置的另一可能的方案，所述供给管道和加入管道汇合在喷嘴中。由此该喷嘴形成几乎均匀的喷嘴射流，它加入到熔化设备中。由此对于加入含氧气体并对于粉末状碳载体无需单独的装置。它们可以组合到一起。因此对于加入粉末状碳载体可以利用用于加入含氧气体本来就已经存在的那些装置。
按照本发明装置的特别有利的方案，所述喷嘴是高炉的风嘴口或熔化设备的氧气喷嘴。该风嘴口大多用于加入热风到熔化设备中。氧气喷嘴是熔化还原设备中的装置，它们将高O2含量、优选超过90%O2的含氧气体加入到熔化设备的熔化区中。为此设有大多环形的装置，用于尽可能均匀地加入热风。但是代替热风也可以将富氧的气体、例如氧气含量大于90%的气体吹入到熔化设备中。由此可以将富氧气体和粉末状碳载体一起地喷入到熔化设备中。通过这个方案保证特别有效地转化粉末状碳载体，使它们作为能量载体并且特别好地用于形成还原气体。
按照本发明装置的有利方案，所述还原设备由高炉的竖井或由还原竖井或由旋流层设备或由旋流层设备串联组构成，并且所述熔化设备由高炉的下部分或由熔化气化器构成。由此可以加工非常宽泛的含金属氧化物或含氧化铁的炉料和添加剂，其中还原设备例如可以匹配于含金属氧化物或含氧化铁的炉料的粒度和成分或者匹配于块状碳载体的种类。通过选择熔化设备同样可以使本设备和本方法正好与要被加工的含金属氧化物或含氧化铁的炉料相协调。
按照本发明装置的可能变型方案规定，在顶气排出管道中为了从还原设备排出还原气体设有净化装置、尤其是干式净化器和/或湿式净化器。通过净化装置分离随还原气体从还原设备排出的灰尘载体和例如细的固体颗粒。除了干式净化、例如集尘袋、热气旋流器、织物过滤器或热气过滤器也可以设有湿式净化器，例如环缝洗涤器或文丘里洗涤器。此外也能够实现上述净化设备的组合。净化的、从还原设备引出的还原气体按照本发明可以作为输出气体使用或者输送到其它应用或利用。
按照本发明装置的有利方案，所述净化装置利用输出气体管道与CO2分离装置连接，其中在输出气体管道中设置压缩机和/或至少一个冷却器。首先压缩然后冷却输出气体，其中也冷凝并分离大部分水蒸气（H2O），由此可以建立对于CO2分离最佳的条件。
按照本发明装置的有利方案，设有加热装置，用于在产出气体加入到还原设备和/或熔化设备中之前加热所述产出气体，其中该加热装置可以通过至少部分地燃烧尾气和/或输出气体加热。由此可以使要加入到熔化设备和/或还原设备中的产出气体相应地热匹配。通过在加热装置中燃烧尾气或输出气体可以特别成本有利地加热所述产出气体。通过使加热装置与熔化设备并与还原设备连接的管道可以导入加热的产出气体。也可以通过按照本发明的加入装置实现导入到熔化设备中。
附图说明
下面借助于附图1和2示例地且不受限制地详细解释本发明。附图中：
图1示出按照本发明的设备与高炉，
图2示出加入装置的细节。
具体实施方式
图1示出按照本发明的设备，具有用于制造生铁RE的高炉。高炉的下部形成具有熔化区的熔化设备2，高炉的竖井形成具有还原区的还原设备1。从还原设备1引出的还原气体已经在还原区中转化。这意味着，利用还原气体在还原设备1中可以至少部分地还原含金属氧化物或含氧化铁的炉料和必要时的添加剂，其中消耗的还原气体作为顶气被引出。至少部分还原的含金属氧化物或含氧化铁的炉料加入到熔化区，在其中形成还原气体。
为了继续利用顶气首先大多必需设有气体净化器。这个净化器可以有利地两级地通过干式净化器12和后置的湿式净化器13实现。这些净化装置设置在顶气排出管道11中。通过输出气体管道14使湿式净化器13与CO2分离装置3连接。这个分离装置例如以变压方法或真空变压吸附方法运行。在输出气体管道14中大多设有压缩机15和后置于压缩机的冷却装置16，例如水冷器，由此有针对性地对CO2分离调节输出气体温度并且可以冷凝并分离大部分在输出气体中含有的水蒸气。在CO2分离时分离富含CO2的气体、尾气并且形成产出气体，它具有高含量的还原成分如氢气和一氧化碳。
图2示出加入装置5的细节。产出气体通过产出气体管道4加入到至少一个混合室6中。通过输送管道7将粉末状碳载体、例如粉末状碳利用输送气体、例如氮气输入到混合室6中并且利用产出气体通过加入管道8输送到喷嘴9。供给管道10也通到喷嘴9，通过供给管道可以加入富氧的气体。由此将富氧的气体、输送气体、产出气体和粉末状碳载体一起地加入或喷入到熔化设备中。有利地可以设有多个喷嘴，它们可以这样设置，使它们直接喷入到熔化设备、例如高炉的风嘴口或氧气喷嘴中。
加入装置8可以由喷枪构成，它也可以包括混合室6。此外加入管道8也可以由独立的喷入通道构成，它通到喷嘴9中。喷嘴9可以形成高炉的风嘴口或熔化设备的氧气喷嘴，例如熔化气化器。
优选将供给管道10和加入管道8在伸进到风嘴口或氧气喷嘴中的喷枪尖端上或喷嘴通道上汇合在风嘴口或氧气喷嘴中。两个方案利用风嘴口或氧气喷嘴，它们是公知的装置，由此也可以使按照本发明的方法或装置转化到现有的设备上。
附加地可以设有加热装置17，在其中通过至少部分地燃烧来自CO2分离装置3的尾气和/或输出气体，可以至少部分地加热所述产出气体。这些加热的产出气体部分可以加入到还原设备1或熔化设备2中。
多余的输出气体或尾气可以存储在气体存储器18中，其中均衡气体成分。这是必需的，因为来自变压方法或真空变压吸附方法的尾气成分是非常剧烈波动的，由此也引起热值的剧烈变化。接着气体混合物例如可以用于热利用。
附图标记清单
1 还原设备
2 熔化设备
3 CO2分离装置
4 产出气体管道
5 加入装置
6 混合室
7 输送管道
8 加入管道
9 喷嘴
10 供给管道
11 顶气排出管道
12 干式净化器
13 湿式净化器
14 输出气体管道
15 压缩机
16 冷却装置
17 加热装置
18 气体存储器。

Claims (22)

1.一种用于制造生铁或液态钢半成品的方法，其中含金属的炉料在还原区中利用还原气体至少部分地还原，接着加入到熔化区中并且在输入块状碳载体以及含氧气的气体的条件下并且在形成还原气体的条件下熔化，其中形成的还原气体输送到还原区并且在那里转化并且作为输出气体引出，其特征在于，至少一部分输出气体在CO2分离装置中分离CO2并形成产出气体的条件下进行处理，并用于将粉末状碳载体加入到熔化区中，其中产出气体在至少一个混合室中与粉末状碳载体和输送气体汇合，然后加入到熔化区中，其中粉末状碳载体利用输送气体加入到混合室中，其中粉末状碳载体通过输入产出气体被加速并以更高的速度加入到熔化区中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与富氧气体一起将产出气体和粉末状碳载体加入到熔化区中。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述产出气体、粉末状碳载体和富氧气体一起地首先喷入到风嘴口或氧气喷嘴中，然后喷入到熔化区中。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，输出气体在处理前在CO2分离装置中压缩和/或冷却。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在CO2分离装置中分离的富含CO2的气体作为尾气排出，并且与来自还原区的输出气体一起地中间存储。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在CO2分离装置中分离的富含CO2的气体作为尾气和/或来自还原区的输出气体为了加热所述产出气体在加热装置中至少部分地燃烧。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，将加热的产出气体导入到还原区和/或熔化区中。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将从还原区中引出的还原气体进行干式除尘和/或湿式净化。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所形成的还原气体在净化后作为输出气体引出。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，与富氧气体一起将产出气体和粉末状碳载体与输送气体一起地加入到熔化区中。
11.一种用于制造生铁或液态钢半成品的设备，具有还原设备（1），在其中可以将含金属的炉料利用还原气体至少部分地还原；并且具有熔化设备（2），将至少部分还原的炉料或添加剂加入到熔化设备中并且可以在输入碳载体以及含氧气的气体的条件下并且在形成还原气体的条件下熔化，其中形成的还原气体输送到还原设备并且在那里转化，并且作为输出气体引出，其特征在于，设有CO2分离装置（3），用于从输出气体分离CO2并且用于形成产出气体，其中产出气体通过产出气体管道（4）与至少一个用于加入粉末状碳载体到熔化设备（2）中的加入装置（5）连接，其中所述加入装置（5）具有至少一个混合室（6），用于混合产出气体与粉末状碳载体，其中该混合室（6）与产出气体管道（4）和用于输入粉末状碳载体的输送管道（7）处于连接。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述加入装置（5）具有加入管道（8），它使混合室与至少一个喷嘴（9）连接。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述加入装置（5）具有供给管道（10），用于加入含氧气的气体。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述供给管道（10）和加入管道（8）汇合在喷嘴（9）中。
15.如权利要求12或13所述的设备，其特征在于，所述喷嘴（9）是高炉的风嘴口或熔化设备（2）的氧气喷嘴。
16.如权利要求12或13所述的设备，其特征在于，所述还原设备（1）由高炉的竖井或由还原竖井或由旋流层设备或由旋流层设备串联组构成，并且所述熔化设备（2）由高炉的下部分或由熔化气化器构成。
17.如权利要求11所述的设备，其特征在于，在用于从还原设备（1）排出还原气体的顶气排出管道（11）中设有净化装置。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述净化装置利用输出气体管道（14）与CO2分离装置（3）连接，其中在输出气体管道（14）中设置压缩机（15）和/或至少一个冷却器（16）。
19.如权利要求11所述的设备，其特征在于，设有加热装置（17），用于在产出气体加入到还原设备（1）和/或熔化设备（2）中之前加热所述产出气体，其中该加热装置（17）可以通过至少部分地燃烧尾气和/或输出气体加热。
20.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述净化装置是干式净化器（12）和/或湿式净化器（13）。
21.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所形成的还原气体能在净化后作为输出气体引出。
22.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述至少一个混合室（6）设置用于混合产出气体与粉末状碳载体和输送气体。
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