[发明专利]用于生产热的直接还原铁的方法和装置

说明书

本发明涉及在移动床竖炉中氧化铁的气体直接还原，在该竖炉中颗粒的移动床由于重力通过所述竖炉而下沉;更具体地说，涉及在高温度下卸出适用于热压制或直接熔融的还原铁颗粒，而允许一实用的并经济的竖炉和它的用作固体处理的辅助设备，以及在总的过程中保持能量的设计。本发明也适用于在高温度下处理包含金属铁的颗粒的其它类型的容器，例如储存斗或竖仓。

在先有技术中已知有数个关于在一移动床还原反应器中用上升还原气体流反方向地还原铁矿石颗粒的下沉床的设计，该还原气体一般包含氢气和一氧化碳。这些竖炉通常为圆柱体状并被绝热和衬以耐火材料，使得竖炉的金属壁能耐受在800℃至1000℃量级的高还原温度，也能耐受颗粒的下沉床的磨耗和压力。

为了使所有颗粒均匀地被还原和为了获得成分均匀的产品，需设计用于颗粒固体的质量流的竖炉。如本技术领域中所用的，名词“质量流”是指固体在容器中固体的床的体积的所有区域内移动。特别需要设计产生颗粒通过所述竖炉的还原部分均匀流动的竖炉。这意味着所有的颗粒以一单向活塞式流动即相同速度流动，必然的，各颗粒在所述还原部分内有相同的停留时间。同样，为保证气体有效地均匀反向流动而通过竖炉，必须通过对气体入口和出口的正确设计谨慎处理。

固体的停留时间是可通过放置在竖炉底部的适宜的调节固体卸料速率的机构来调节。这机构可为旋转式或星形式喂料器、振动喂料器等在先有技术中所公知的机构。作为优选，参看授予本申请人及他的合作者的美国专利第4，427，135号中所述事宜。为了使卸料机构具有一实用的尺寸，竖炉的底部的固体卸料出口的截面积小于还原部分的截面积，以及为此原因，竖炉的较低部分通常采取向下会聚的锥体的形状。

为了在圆柱体状还原区保持单向活塞式流动，已知须在卸料锥体中具有颗粒的质量流，即所述颗粒，包括那些与炉壁接触的颗粒在内，须在所述颗粒所占据的体积内的所有区域中流动。为此，锥形部分的角必须按所述粒子互相之间和相对于锥体壁的内表面的材料和状况（例如，温度、粒度分布、表面的粗糙度等）的流动特征而进行选择。该角是如此选择，以便避免悬料而在该竖炉内形成可能干扰重力流动的颗粒拱顶或圆顶。当处理潜在粘性的或粘结的颗粒例如热的直接还原铁（也叫做直接还原铁DRI或海绵铁）时，这是特别关键的问题。

为了在高温度下卸出DRI，看来似乎合乎逻辑的是，需要避免热损失，同样也说明不能从锥体壁中移走热量。这样提出了在锥体部分的壁上覆盖与通常放置在这些炉的圆柱体还原部分的壁上的相同的绝热和耐火材料，以便使热损耗达到最小。

然而，申请人认识到由于耐火材料的粗糙性妨碍颗粒流通过卸料锥体，该锥体需要更陡的锥体壁以便维持到该锥体内的必需的颗粒的质量流。另外，申请人也发现了DRI的流动特性随着温度而变化，对于温度的提高给出了相应的表现摩擦的增加。这又需要一个更陡的卸料锥体壁。

另一方面，在实用上，不可能建造具有较例如最近完成的在低温下卸出DRI所需的更陡锥体壁的直接还原炉，因为那些竖炉将会太长及成本过高，或者卸料的开孔会太大。另外，由较长的锥体造成所述颗粒由于在较长的停留时间处在竖炉内的高温下而趋向压实或粘结。

在解决上述问题的一个尝试中，过去曾经提出过用操作内部机构来促进固体的流动。这种替代的解决办法是不实用的，因为所述机构是在还原炉中极其恶劣的内部条件下工作的，同时，也由于它们阻碍均匀流动并产生一种不需要的细颗粒。

由于在可能最高温度下卸出DRI以适用于直接熔融或直接热压制具有很大的意义，因此仍存在高于至少500℃而最好在高于700℃的温度下生产DRI的需求。

本发明是以一新颖的和在本技术领域内特别有益和有用的反直觉的方式解决这些互相矛盾的需求的。

因此，本发明的一个目的以一个经济的和实用的方式提供生产热的DRI的一种方法和装置。

本发明的另一个目的是提供一个用于利用重力从一垂直的竖炉中在没有固体流动问题和以良好质量卸出热DRI的一种方法和装置。

本发明的又一个目的是提供一种用于维持类似于那些冷卸料的竖炉的下部的总的较短尺寸，使得热的DRI颗粒由于重力而流动，在此同时，允许DRI按体积计算的平均温度维持在适宜于直接熔融和热压制的水平上的方法和装置。