[发明专利]由细粒含氧化铁物料制备生铁水或半成品钢水的方法

说明书

本发明涉及一种由细粒含氧化铁物料制备生铁水或半成品钢水的方法，其 中在至少一个预还原阶段中利用还原气将细粒含氧化铁物料初步还原，接着在 最终还原阶段中将其还原成海绵铁，在熔融气化区内加入碳载体及含氧气体使 海绵铁熔融，并且产生含有CO和H₂的还原气，将还原气导入最终还原阶段，在 这里进行反应后排出，接着导入至少一个预还原阶段，在这里进行反应后排出。 本发明还涉及一种执行该方法的装置。

例如专利EP 969 107 A1就已公开了一种此类方法。通常使用级联布置的多 个流化床反应器将铁矿还原成海绵铁。在流化床反应器内进行还原反应的过程 中，铁矿颗粒具有强烈的结块倾向，且这种效应随着铁矿颗粒细度、还原气温 度以及金属化率的增大而增强。正是鉴于这一原因，迄今为止只有下列流化床 工艺可以实现工业应用且清洁与维护费用以及设备可用率尚可接受：使用金属 化率较低约为70％的海绵铁，或者使用粒度较粗(0-10mm)的矿粉，且最后一 个流化床反应器使用800℃以下的还原气温度，预还原反应器使用700℃和760 ℃之间的还原气温度进行反应。但是较低的还原气温度也会带来热量输入较小 的缺点。此外，在各个流化床反应器以及流化床反应器之间的连接管道上还会 出现热量损失，其大于块矿在还原竖炉内进行还原反应的过程中的热量损失。 因此在不输入附加能量的情况下，仅可有限维持各个串联流化床反应器内最佳 金属化过程所需的还原气温度。

可以采取各种辅助措施来补偿这种能量欠缺。可以通过提高每吨炉料的单 位还原气流量，或者吹入氧气使CO和H₂进行额外的部分燃烧的方式，输入所需 的额外热能。除了提高明显的热量输入之外，也可通过提高单位还原气流量的 方式，使得少量CO和H₂在流化床反应器之间的连接管道内燃烧，以便将还原气 温度升高到下一个流化床反应器所需的最佳值。此外，提高单位还原气流量还 可达到下列目的：与较小的铁矿颗粒相比，较大的铁矿颗粒需要在还原气氛下 停留更长的时间，为了使较大的铁矿颗粒也能达到相对较高的金属化率，可通 过燃烧部分CO和H₂，使得还原气的还原能力对于下一个流化床反应器不低于预 先设定的极限值。

对于在一个或多个串联流化床反应器中进行的熔融还原方法，例如专利EP 969107A1所公开的方法，可使用煤炭作为气化剂，使用氧气或富氧空气作为 氧化剂，在熔融气化炉中产生还原氧化铁以及煅烧添加剂所需的还原气。在熔 融气化炉内，气化过程中所产生的热量将海绵铁和必要的添加剂熔炼成生铁和 炉渣，每隔一定的时间将其放出。如果将熔融气化炉与还原竖炉配合使用，例 如法，可使用挥发性成分含量高于27％的煤炭，在熔融气化炉内产生 的还原气流量足以使还原竖炉稳定工作。如果将熔融气化炉与流化床反应器配 合使用，则仅可通过前述附加措施(例如较高的单粒还原气流量以及燃烧部分 CO和H₂)来达到优化运行工况的效果。

已知也可以从CO₂清除装置中的流化床反应器中抽出净化炉气，将其重新 提供给还原工艺，或者使用高挥发煤炭运行熔融气化炉，以便流化床反应器能 够使用较高的单位还原气流量进行工作。使用挥发性成分含量高且热值低的气 化剂需要非常大的气化剂与氧化剂单位用量，并且会产生非常高的单位炉渣率， 因此甚不经济。因此，出于技术和成本方面的考虑，应优先选用气体制备系统 来提高还原气流量。当然，当使用挥发性成分含量低的煤炭时，由于CO₂清除 设备中的炉气(废气)产出率较低，使用该方法所产生的附加气体流量不足以 生产金属化率相对均匀的海绵铁，尤其当单位燃料用量与所希望的那样比较低 时。

本发明的目的和任务就在于避免这些缺点和难题，对上述使用细粒含氧化 铁物料制备生铁水或半成品钢水的方法和装置进行适当改进，使得熔融气化炉 的效率高于与其对应的流化床反应器，从而使得生产过程更加稳定。此外还要 大大减少或者至少尽量避免通过在连接管道内燃烧CO和H₂的方式在流化床反 应器之间输入能量的必要性。

本发明所述的这一任务可通过下列方式加以解决：将一部分细粒含氧化铁 物料经过至少一个预还原阶段和一个最终还原阶段送入熔融气化区之中，将另 一部分细粒含氧化铁物料直接或者与碳载体和含氧气体共同送入熔融气化区之 中。