[其他]用固态碳质还原剂还原细粒含铁矿料的方法

说明书

本发明述及用固态碳质还原剂在多个串联的流化床中直接还原含氧化铁矿料的方法，其中在第一流化床中维持弱还原条件，而在第二流化床中维持强还原条件。

在采矿和较贫铁矿的加工过程中，细粒矿石的可得到量不断增加。这种细粒矿石可用各种特殊的流化床方法在低于其熔融温度下直接还原，因为这些方法提供了极为有利的物料与热量的传输条件。在用固态碳质还原剂直接还原时，必须先后进行下列各种步骤：矿石及煤的加热、低温炼焦、煤的气化、矿石的还原以及可能进行的最终产品冷却。

西德专利说明书2253228公开了一种方法，其中将碎煤用作直接还原的还原剂，金属化率为60-80%。该种还原系在两个串联的，低度扩张并具一定床面的传统流化床中进行的。矿石和煤加入第一流化床中并用予热过的空气流化，产生还原势小的气体，实现主要为氧化铁成分向Feo阶段的还原。经予还原的炉料流入第二流化床，并把弱还原性的废气供向蒸汽发生器。第二流化床也供以予热过的空气作为流化气体，而且在第二流化床中产生强还原性气体，以进行所需的金属还原。还原产物流入一个熔融反应器中，向该反应器供以所需的热量，其中主要以电能加热。强还原性废气也供向蒸汽发生器。在该工艺中，第二流化床中形成的局部过热产生瞬时熔融相，它在空气入口喷嘴上趋于形成结壳，从而强烈干扰操作的均衡进行。

已出版的西德专利申请2510116公开了一种方法，其中直接还原系用固态碳质材料在一座循环流化床中进行的。该流化床反应器分为两段，一段在另一段之上，两者并不互相分离。矿石和煤装入反应器的中间部位，而且含氧气体也喷入上述中间部位。所需的热量由碳质材料在反应器上部部份燃烧而产生，以使碳质材料焦化并脱去挥发分，同时氧化铁在850-1000℃还原到一定程度。固体和气体的悬浮体从上部排出。将固体从该悬浮体中分离出来并循环到反应器的中部。在将CO₂和水蒸汽从气体中除去以后，将该气体作为流化还原气体供入反应器的下部。还原后的物料和焦碳从该下部排出。该方法也出现前述的问题。

本发明的目的在于，保证在流化床中用固体碳质还原剂直接还原时，避免形成局部过热，并特别避免在用来供给含氧气体的喷嘴上结壳，以及进行令人满意的操作顺序。

按照本发明使该目的得以实现，其中将含氧化铁的物料和固体碳质还原剂装入第一扩张流化床，将含氧气体作为流化气体引入第一流化床，在第一流化床中，所选择的气体滞留时间短得使还原势所产生的还原反应不超越FeO状态。由第一流化床排出的气-固悬浮体供给第二扩张流化床。将一种强还原性气体作为流化气体供入第二流化床，从第二流化床上部排出一种强还原性气体和大部份所产生的脱去挥发分的碳质物料，将脱去挥发分的碳质物料与气体分离并循环到第一流化床中，将由第二流化床出来的部分气体净化并进行处理，以除去CO₂，然后作为流化气体循环到第二流化床，将金属化率为50-80%的被还原矿料和脱去挥发分的碳质物料残余物从第二流化床的下部卸出，经脱去挥发份的碳质物料从第二流化床的上部向第一流化床循环的速率为含氧化铁矿料装入第一流化床速率的倍数，而且从第一流化床供向第二流化床的悬浮体，其热含量被用来提供第二流化床所需的热量。

“扩张流化床”这个词汇是用来描述在高于固态颗粒维持悬浮的最低速度（沉降颗粒的极限速度）时运行的高扩张流化床。而在“传统的”流化床中，浓密相由一层特殊的浓密层使之与复盖气空间隔开，扩张流化床通过具有不确定边界层的分布状态来区别。虽然反应器中固体浓度在向上方向不断减小，但在浓密相和复盖气空间之间没有特殊的浓密层。气-固悬浮体从反应器上部排出。用付鲁德（Froude）和阿基米德（Archimedes）数对操作条件进行的限定指出下列范围：

0.1≤3/4Fr²· (ρ_g)/(ρ_k-ρ_g) ≤10

式中

0.01≤Ar₃≤100

Ar= (d_K³·g(ρ_K-ρg))/(ρ_g·v²)

F_r²= (u²)/(g·d_K)

u＝气体的相对速度，m/s

Ar＝阿基米德数

Fr＝副鲁德数

ρ_g＝气体密度，kg/m³