[发明专利]用来生产热金属的工艺和设备

说明书

技术领域

本发明涉及热金属的生产，其中还原的矿石用作中间产物。

背景技术

从包含氧化铁的细的原材料（例如，铁矿石）的热金属的回收主要通过后面紧接着熔炼还原（例如，在高炉中）的成块（烧结、球团化）实现。通过将细的原材料预先还原到还原的矿石并且通过随后将这种还原的矿石熔炼成热金属，可以避免成块。例如，本申请人已经开发出所谓的“Circofer”工艺，其中固体状态的铁矿石在例如850-950℃和例如4巴的压力下与煤一起直接还原以获得海绵铁（参考WO 2005/116275A，WO 2005/116273A）。直接还原的产物通常通过磁力分离被分离为特别地为煤的副产物的非磁性部分和包含铁的磁性部分。作为中间产物的包含铁的磁性部分（即，还原的矿石）随后在熔炼还原工艺中被进一步处理（例如，通过本申请人的所谓的“Auslron”工艺或在埋弧炉中）以获得热金属。

在（热）磁力分离之前，从直接还原取出作为中间产物的、在一方面还原的矿石并且在另一方面煤灰和残余的碳（炭）的还原的混合物必须至少被冷却到768℃的铁的居里温度以下，以便在熔炼之前实现非磁性副产物的高效率分离。到目前为止，很少构思可用于冷却还原的混合物。例如，提出通过水的间接冷却。然而，在这种情况中，来自直接还原的还原的混合物的热能的相当大的部分损失掉。根据US4,073,642，中间产物在经典的流化床中通过空气被间接冷却。同样，在这种情况中，由于用来冷却的空气不能被再循环到“Circofer”工艺，热能的相当大的部分损失掉。许多其它公开根本没有提出冷却构思。

在通过“Circofer”工艺的铁矿石的直接冷却中，具有高的温度的还原流化气体被供应到流化床以便直接还原。当在450℃和800℃之间的温度范围中使用强烈渗碳气氛（具有高CO含量的气氛）时，存在以下危险：通过所谓的“金属粉化”的设备材料的高温腐蚀。这种类型的损坏的外观不是一致的并且从主面腐蚀到点腐蚀。腐蚀产物基本上由石墨和细的金属粒子组成。“金属粉化”可以导致设备材料的快速材料失效。为了避免这种高温腐蚀，具有高的镍、铬、铝和/或硅的含量的昂贵的高合金钢必须用于与热的流化气体接触的所有部件，诸如，特别地气体加热器。

因此，上述技术的缺点在于，由于包含铁的中间产物的冷却的相当大的能量损失，和要使用的气体加热器材料的高成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点并且提供用于热金属的能量优化的生产的工艺和设备。

根据本发明，这个目的通过分别具有独立权利要求1和12的特征的工艺和设备被实现。从从属权利要求可以取得本发明的优选方面。

在用来生产热金属的本发明的工艺中，其中粒状铁矿石在流化床反应器中在至少850℃的温度下通过还原剂被部分地还原，并且特别地，还原的混合物的磁性部分在熔炼还原单元中被熔化成热金属，还原的混合物在被供应到熔炼还原单元之前在热交换器装置中被冷却到700℃到800℃，优选地到740℃到760℃，其中预热的工艺气体用作冷却介质。

令人惊讶地，根据本发明可以发现，当在热交换器装置中仅仅略微冷却之后，来自预先还原的还原的混合物被供应到热磁力分离器，在该热磁力分离器中，非磁性部分在熔炼之前被分离，则热金属的回收的能量需求可以显著降低。在热磁力分离器中获得的还原的矿石仍然具有650℃到750℃的足够高的温度，使得随后熔炼还原的能量消耗可以显著地减小。

由于另外循环流化床优选地用于预先还原，由于流化床中的高的质量和热传递，可以实现在最小能量消耗下的所用材料的一致还原。

为实现特别高效的程序，提供循环工艺气体。根据优选实施例，工艺气体因此是优选地包含一氧化碳（CO）和元素氢（H₂）的再循环气体，该再循环气体已经从还原反应器被取出、除尘、冷却且很大程度上释放还原产物水蒸气（H₂O）和二氧化碳（CO₂）。

优选地，工艺气体被预热到300℃到500℃，优选地到350℃到450℃，并且特别地到390℃到410℃。

通过将工艺气体适度预热到位于高温腐蚀的临界温度范围以下的温度，可以防止设备材料的渗碳（“金属粉化”），即使不将昂贵的高合金钢用于工艺气体加热器。

根据本发明，工艺气体被热交换器装置中的还原的混合物加热到700℃到800℃，优选地到740℃到760℃。