直接还原铁、液态生铁和钢的生产方法

摘要

本发明涉及直接还原铁、液态生铁和钢的一种生产方法,以及一种实施该方法的设备,其中由最好块状和/或球团状的铁矿石以及必要时添加剂组成的炉料在第一还原区直接还原成海绵铁,该海绵铁在熔化气化区中在加入碳载体和含氧气体的情况下熔化成液态生铁,并产生还原气体,该还原气体在烟气净化后输入第一还原区中,在该处反应并作为顶气排出,该顶气在进行烟气净化后,必要时输入另一个还原区,把铁矿石直接还原成海绵铁,并在与铁矿石反应后作为输出气体排出,并进行烟气净化,其中液态生铁和必要时另一个还原区的海绵铁送入炼钢过程尤其是按电炉钢方法进行的炼钢过程,其中炼钢过程的废气进行净化。

说明书

本发明涉及直接还原铁、液态生铁和钢的一种生产方法，以及一种实施该方法的设备，其中由最好块状和／或球团状的铁矿石以及必要时添加剂组成的炉料在第一还原区直接还原成海绵铁，该海绵铁在熔化气化区中在加入碳载体和含氧气体的情况下熔化成液态生铁，并产生还原气体，该还原气体在烟气净化后输入第一还原区中，在该处反应并作为顶气排出，其中顶气进行烟气净化后，必要时送入另一个还原区，把铁矿石直接还原成海绵铁，并在与铁矿石反应后作为输出气体排出，并进行烟气净化，其中液态生铁和必要时另一个还原区的海绵铁送入炼钢过程，最好按电炉钢方法进行的炼钢过程，其中炼钢过程的废气进行净化。

在净化来自熔化气化区的还原气体、来自第一还原区的顶气、必要时在净化另一还原区的输出气体时以及在净化炼钢过程的废气时，都会产生粉尘和／或淤渣，它们含有氧化形式和金属形式的铁以及还可能含有煤粉，视净化方法而定。这些粉尘和／或淤渣是废物或残余物。在治金工业中，为了达到无废物的冶炼以及出于经济原因，人们力求利用这些废物。

众所周知，这些残余物存放在废料堆，但应尽量避免残余物存放损失及其所含有用物的损失，并在用尽可能小的能耗和最佳利用其有用物的情况下实现残余物的利用。

从奥地利专利AT-B-376．241中已知一种含氧化形式的铁和／或金属形式的铁以及含碳的废物和残余物的利用方法。这种方法是在旋风分离器中分离出还原气体中的固体粒子以及从直接还原区排出的顶气中的固体粒子，并把分离出的固体与粘结料例如氧化铁粉混合、制砖并只送入熔化氧化区中。其中氧化铁粉来自高炉煤气净化设备，这样，高炉煤气净化设备中产生的固体同样可被利用。

DE-A-41 23 626提出了在用粘结料、造渣剂和还原剂的情况下进行冶金厂残余物的烧结，并把烧结块放在熔炼设备的上部配料区，同时在熔炼设备的这个配料区内进行烧结块的预热和干燥。配料按对流原理通过熔炼设备，并首先到达一个设置在熔炼设备内部的还原区，然后在熔炼设备的下部区域进行熔化。

EP-A-0 623 684提出了按化学成分分成三类进行收集含有煤粉和金属形式和氧化形式的铁的废物和残余物，即第一类主要含有氧化形式的铁、第二类主要含有金属形式的铁，第三类主要含有碳。将第一类材料放入直接还原区中并把属于第二类和第三类的材料直接放入熔化气化区中，从而实现利用。

如果废物和残余物按上述的不同材料进行分类，则这种方法是特别合适的。但当氧化形式的铁和金属形式的铁以及碳混合时，从冶金工业分选这些废物和残余物费用太大。

WO 96／22950公开了一种在用还原气体还原铁矿石时产生的并在洗涤器中作为淤渣分离出的粉尘的利用方法，这种淤渣脱水后，作为生产水泥的原材料使用。

所有上述方法的共同点是，只利用冶金工业产生的粉尘和／或淤渣的一部分。其它含有部分高浓度重金属和／或非铁金属的废物的清除则按常规的方法即存放在废物堆进行清除。

从WO 96／34120已知在洗涤废气例如高炉煤气、还原气体和转炉废气时作为淤渣分离出的含铁的冶金残余物烧结成块并全部与生铁，废钢和／或铁矿石和／或海绵铁共同用于按氧气顶吹方法进行的炼钢过程，这种方法的缺点是，由于烧结块的重新放入使一些对炼钢不希望的伴生元素例如非铁金属和重金属富集在炼钢过程中。所以总有一部分分离出的淤渣被引出。从而导致这种方法的高的运行费用，因为淤渣的引出部分必须重新进行存放。这种方法也不适合冶金工业中的封闭循环。

本发明旨在避免现有技术的上述缺点并提出一种生产海绵铁、液态生铁和钢的方法，这种方法可把烟气净化时分离出的全部粉尘和／或淤渣进行利用。特别是，本发明方法可对分离出的粉尘和／或淤渣提供各种不同的利用可能性而无须考虑它们从废气中分离出的成分。此外，完全避免了迄今为止在利用这种粉尘和／或淤渣时由于含有重金属化合物而必须进行堆放。

根据本发明，这个目的是这样实现的：在净化炼钢过程中的废气时分离出的含铁的粉尘和／或淤渣与其它在净化熔化氧化区的还原气体时，在净化第一还原区的顶气时和在净化另一个还原区的输出气体时产生的粉尘和／或淤渣共同烧结成块，并将烧结块作为炼铁的熔炼过程和／或还原过程的炉料和／或生产水泥进行再利用，生产的液态生铁和可能另一氧化区的海绵铁以及用本方法范围内产生的粉尘和／或淤渣制成的烧结块以及可能的本厂废钢形成炼钢过程的只含铁的炉料。

本发明的方法首次实现了把在烟气净化时分离出的全部粉尘和／或淤渣共同烧结成一种海绵铁生产、生铁生产和炼钢的混合物并将从中产生的混合烧结块进行再利用。由于炼钢过程的只含铁的炉料，所以熔化气化区的产品及液态生铁以及可能另一还原区的产品及海绵铁使在炼钢过程烟气净化时分离出的粉尘和／或淤渣不合重金属成分。

最好从第一还原区排出的顶气、可能从另一还原区排出的输出气体以及从熔化气化区排出的还原气体的至少一部分进行煤气洗涤并分别将产生的待烧结成块的淤渣共同进行再处理。从而可使投资费用降低到最低限度。

根据本发明方法的一种优选结构型式，在烧结成块的淤渣首先进行剩余湿度脱水，从而减少淤渣的体积和便于随后处理工序中淤渣的搬运。

炼钢过程排出的废气最好进行干式除尘并将产生的粉尘与待烧结的脱水的淤渣一起进行再处理。

待烧结的脱过水的淤渣最好在连续的两级方法中与在炼钢过程干式除尘时产生的粉尘、与其它的氧化粉尘、生石灰和可能的煤粉进行混合，然后进行制粒。氧化粉尘最好来自实施本方法的一种设备中，例如来自另一还原区的产品除尘和／或来自连接在实施本发明方法一种设备后面的钢处理过程的浇注车间的除尘。

制成的粒料最好在其再利用之前进行干燥。这样，可提高粒料的强度和粒料的热稳定性。

在迄今为止的炼钢方法中都需要使用废钢，即所谓外购废钢。这种外购废钢含有铅和锌之类的重金属并在炼钢时造成一些人所熟知的问题，这些问题是由于这些重金属富集在电炉的气相中所致。根据本发明的方法则不需要使用外购废钢，因为液态的生铁和可能的海绵铁形成炼钢过程的炉料和因为混合烧结块以其氧化铁的成分而可作为废钢的理想的代用品。必要时可将所谓的本厂废钢即在本发明方法后面范围的钢处理过程中产生的废钢用在炼钢过程中。但这种本厂废钢没有重金属，所以不会引起重金属的带入。

根据本发明，烧结块最好在另一个炼钢过程中尤其是在一个按电炉炼钢方法或按氧气顶吹方法进行的炼钢过程中进行再利用。

此外，根据本发明，烧结块最好供入熔化气化区和／或第一还原区进行再利用。烧结块由于含有碳而在熔化氧化区提供宝贵的能量。在第一还原区中，氧化铁的含量减少成金属铁或海绵铁，而烧结块的含碳量则部分地转变成还原气体并对顶气的质量起着有利的作用。

根据另一个实施例，烧结块供入高炉过程进行再利用。由于烧结块的化学成分以及由于可达到的机械强度，这种烧结块特别适用于高炉过程，其中含碳量又提供能量。

根据本发明，烧结块最好作生产水泥的原材料使用。由于在烧结块中已经含有生产水泥所需的水泥材料的成分即氧化铁、氧化硅、氧化铝和氧化钙或氢氧化钙，所以这些烧结块例如可加入一种生产水泥用的管式转炉设备中。

本发明方法的材料通量为(在存在另一个还原区的情况下)：

由熔化气化区产生的液态生铁：约80吨／小时

由另一还原区产生的海绵铁：约98．5吨／小时

由炼钢过程产生的钢：约160吨／小时

湿法洗涤器淤渣(干态物)和粉尘：

由还原气体洗涤和顶气洗涤所产生的：约4．6吨／小时

由输出气体洗涤所产生的：约6．5吨／小时

由炼钢过程的废气产生的粉尘：约2．5吨／小时

其他的氧化粉尘：约0．5吨／小时

按本发明制造的粒料由下列主要成分(相对于干态物料的重量百分比)：

·铁和氧化铁    50-60％

·氢氧化钙      20-25％

·碳            10-14％

·像Al₂O₃、SiO₂等等那样的煤灰成分 4-7％

下面结合图1所示的一个实施例来详细说明本发明。该图表示实施本发明方法的设备的一个优选实施例。

块状的含铁炉料如铁矿石4和适量的未煅烧的添加剂5从上方经一根进料管3装入一个作为竖炉1构成的还原反应器中即装入它的还原区2中。竖炉1与一个熔化气化器6连接，在该气化器中由碳载体和含氧气体产生一种还原气体，该还原气体经一根进气管7供入竖炉1中并以对流方式流经竖炉中的炉料4、5。在进气管7中设置有一个作为洗涤器8构成的气体洗涤装置和气体冷却装置，为了调节温度，还原气体的至少一部分气流通过该装置。

熔化气化器6具有固体块状碳载体10的一根进料管9和含氧气体的进气管11。在熔化气化器6的熔化气化区12下方收集熔化的液态生铁13和熔化的液态熔渣14，它们分别经出料口16，15排出。

在竖炉1的还原区2中部分或全部还原成海绵铁的炉料4，5经一根或多根输送管道17例如借助于螺旋输送机供入熔化气化器6。在竖炉1的上部连接一根在还原区产生的顶气的出气管18，为了除去粉尘和水气，该顶气同样供入一个作为洗涤器19构成的气体洗涤装置。

在洗涤器19中净化的顶气在脱除CO₂后(图中未示出)作为还原气体供入另一个还原反应器20，该还原气体经一根还原气体进气管46流入竖炉20中。

另一个还原反应器20同样作为竖炉构成并象第一还原反应器那样按对流原理进行工作。在这个还原反应器20中，块状和／或球团状的铁矿石21同样在一个还原区22中直接还原成海绵铁，该海绵铁经一个出料装置23从竖炉20中排出。

从另一个还原反应器20中经一根管道24排出的输出气体同样在一个输出气体洗涤器25中进行净化和冷却，以清除粉尘并降低水气，然后可供别的使用。

从熔化气化器6排出的生铁以及可能从另一个还原反应器20排出的海绵铁加入一个电炉26中，作炼钢用。在这个电炉26中炼钢时产生的含尘废气在一个除尘设备27中净化。

在还原气体洗涤器8、顶气洗涤器19以及可能还有输出气体洗涤器25中产生的淤渣送入一个浓缩器28。浓缩后的淤渣从浓缩器28经一根输送管29输入一个淤渣干燥装置30，例如一个沉降式离心机中。

干燥后的淤渣与电炉26的废气除尘设备27产生的粉尘、与其它的氧化粉尘31例如铁矿石磨损粉尘和浇注车间粉尘以及与煤粉32在一个混合和制粒装置33a、33b的混合器33a中进行混合。此外，为了进一步降低脱水后的淤渣的残余湿度，在混合器33a中添加生石灰34作为胶结料。然后把这种由淤渣、粉尘和生石灰组成的混合物送入混合和制粒装置33a、33b的制粒机33b中。所以在这个混合和制粒装置33a、33b中进行由淤渣、粉尘和生石灰组成的混合物的二级制粒。在这种二级制粒方法中，混合和制粒工序在相互隔开的反应器中进行，这些反应器具有不同的尺寸并配有独立的传动装置以及具有混合和制粒用的混合和制粒工具。

粒料经一根输送管35供入一个干燥装置36中。制粒后的粒料的干燥最好连续地在第三机组内进行，该第三机组配有可加热的双层外套。

按本发明制出的粒料以其化学成分及其机械性能而具有多种用途。

根据一种方案，干燥后的粒料经一根输送管37并经块状含氧化铁炉料4和添加料5的进料管3加入竖炉1中。根据另一种方案，粒料则经输送管37加入熔化气化器中。

根据本发明的又一种方案，粒料经一根输送管38加入电炉26中。根据本发明的另一种结构型式，粒料用输送管道或运输工具39例如用火车送入一个与本发明设备空间隔开的熔化设备和／或还原设备40例如高炉40a中或另一种炼钢设备最好一种炼钢转炉40b或电炉40c中。

根据本发明的另一种结构型式，粒料用一种运输工具41例如用火车送到水泥厂42。

根据这种方式可把来自熔化气化器6的还原气体，来自第一还原反应器1的顶气、来自炼钢设备26的废气和可能还有来自另一个还原反应器20的输出气体在洗涤器8、19、25或在除尘27产生的全部粉尘和／或淤渣这样进行利用，即把由这些粉尘和／或淤渣制成的烧结块供入第一还原区2和／或熔化气化区12和／或炼钢设备26和／或水泥厂42和／或另一种熔化设备和／或还原设备40中。由于最好作为电炉构成的炼钢设备26的无废钢的运行方式，首次实现了在生产生铁、海绵铁和钢的这种设备中进行废气净化时产生的全部废物和残余物一起加以利用。