[发明专利]通过向熔炉-气化器内注入煤粉制造铁水的设备及其铁水制造方法

说明书

本申请是2005年7月29日提交的名称为“通过向熔炉-气化器内注入煤粉制造铁水的设备及其铁水制造方法”的200580000323.X发明专利申请的分案申请。

发明背景

发明领域

本发明涉及通过向熔炉-气化器内注入细碎(fine)的含碳材料而制造铁水的设备，及使用该设备制造铁水的方法；更具体而言，本发明涉及通过向熔炉-气化器内装入含碳材料及铁载体、并向熔炉-气化器内注入细碎的含碳材料而制造铁水的设备，以及使用该设备制造铁水的方法。

相关技术描述

钢铁工业是为建筑和汽车、船舶、家用器具等制造提供所需基本材料的核心工业。它也是人类有史以来一直发展的、历史最悠久的工业之一。炼铁厂在钢铁工业中起着关键的作用，在使用铁矿石和煤作为原料生产铁水(也就是，熔融状态的生铁)之后，由铁水生产出钢，随后供应给消费者。

现在，世界上大约60％的铁的生产是通过采用由14世纪发展起来的鼓风炉熔炼法实现的。在鼓风炉熔炼法中，将经历烧结过程的铁矿石和以烟煤作为原料生产出的焦炭一起置于鼓风熔炉中，并向熔炉提供氧气以将铁矿石还原为铁，由此制造铁水。鼓风炉熔炼法是工厂生产铁水最常用的方法，考虑反应特性，该方法要求原料具有至少一个预定的强度水平，并具有能保证熔炉中渗透度的粒度。由于该原因，需要由特定的原煤经过处理所获得的焦炭作为碳源，以用作燃料和还原剂。此外，需要经历过连续烧结过程(agglomerating process)的烧结矿作为铁源。因而，现代的鼓风熔炉炼法需要原料预处理设备，例如焦炭制造设备和烧结设备。即，有必要装备鼓风炉之外的辅助设施，以及防止辅助设备所生成污染和使污染最小化的设备。因此，在额外的设施和设备上的巨大投资导致了制造成本增加。

为了解决鼓风炉熔炼法中的这些问题，全世界的炼铁厂都做出了很大努力，以开发一种熔融还原方法，这样的熔融还原方法通过直接使用普通煤作为燃料和还原剂，并且直接使用铁矿石作为铁源，在熔炉-气化器内制造铁水。

由于在熔炉-气化器内形成由煤组成的煤填充床，铁载体和添加物在煤填充床内熔融和结渣，并以铁水和炉渣形式排出。通过多个安装在熔炉-气化器外壁的鼓风口将氧气注入熔炉-气化器，并燃烧煤填充床。因此，氧气转化为高温还原气体，而且高温还原气体被供应到流化床反应器。高温还原气体还原并烧结铁载体和添加剂，然后被排出至外界。

装入熔炉-气化器上部的块煤，在保持在约1000℃高温的熔炉-气化器的穹形部分中下落时，由于突然的热冲击而分化。在这种情况下，产生了大量的含有大量碳成分的粉尘。因此熔炉-气化器的渗透度因大量的粉尘而降低。为解决该问题，在熔炉-气化器上部安装粉尘燃烧器，在氧气被粉尘燃烧器注入熔炉-气化器时燃烧粉尘。通过燃烧粉尘，可以利用粉尘中碳成分的燃烧热。

同时，块煤被装入熔炉-气化器并在其穹形部分中被快速加热。块煤中所含的挥发性物质首先热解为具有C_nH_m链结构的热解气体或具有环结构的焦油相。挥发性物质首先热解然后再热解成还原气体，例如CO气体和H₂气体。热解过程所必需的热在该过程中被吸收，从而使穹形部分的温度降低了。因此，除了燃烧粉尘所需的氧气以外，额外的氧气由粉尘燃烧器或氧气燃烧器供应，以防止温度的降低。熔炉-气化器的穹形部分内所形成的还原气体的一部分，通过供应额外的氧气而被燃烧，从而防止了其温度的降低。然而，即使有这种燃烧，煤热解气或焦油的一部分也没有完全热解成CO₂和H₂。因此，由熔炉-气化器排出的还原气体中，包含了一部分含有未热解(depyrolyzed)碳氢化合物-例如CH₄-的气体。

如上所述，当块煤装入熔炉-气化器中时，挥发性物质中碳的燃烧热主要用于热解挥发性物质本身所产生的气体，并提高热解气体的温度。含碳材料部分地从熔炉-气化器中排出，而不产生燃烧热。因此，块煤中含有的含碳材料总量中，只有除去挥发性物质中的碳量的含碳材料才在熔炉-气化器下部被燃烧。因而，应当使用比实际需要量更多的含碳材料，以为生产铁水提供充足的热源。同时，未热解的碳氢化合物气体，例如CH₄，从熔炉-气化器中被排出，同时部分地存在于还原气体中。此外，由于过量的氧气通过粉尘燃烧器被注入，因此，含有CO₂和H₂O的还原气体被部分地排出。由此带来问题，因为供应给还原反应器的还原气体的还原能力降低了。

发明概述