[发明专利]直接还原制备生铁或铁合金的方法及实施此方法的预还原塔

说明书

本发明涉及直接还原制备金属铁合金的方法。本方法所使用的原料包括粒状含金属氧化物物料及粒状固态还原性物料。本方法特别适用于由含铁氧化物物料制备生铁，也可用于由铁-镍氧化物矿制备铁镍合金、由含锰氧化物物料制备锰铁合金、以及由铁-铬氧化物制备铬铁合金。

本发明还涉及以与还原性气体顺流方式使粒状金属氧化物预还原的预还原塔。

“粒状含金属氧化物物料”应被理解为是指粒度小于3毫米、最好是小于1毫米及平均粒度小于0.5毫米的物料。

“粒状还原性物料”应被理解为是指粒度小于5毫米、最好是小于3毫米的含碳物质，例如褐煤、煤、无烟煤等。

本发明的方法包括金属氧化物的预还原和在冶炼炉中对预还原的氧化物进行直接冶炼及最终还原，其中，预还原是通过氧化物颗粒与还原性气体顺流流动来实现的。

本发明的方法特别适用于由粒状含金属氧化物物料制备生铁和铁锰合金。

已知当还原性气体与金属氧化物颗粒顺流输送时，还原性气体可达到理论上的最佳利用率。然而，对于大多数金属氧化物，例如铁氧化物、锰氧化物、铬氧化物和镍氧化物，为达到充分的还原程度不得不使用长的还原塔，由于投资费用较高，故这种将粒状氧化物与还原性气体顺流输送使氧化物还原的方法并不是经济可行的。

本发明的一个目的是提供一种方法，该方法可以经济可行的方式对与还原性气体顺流流动的粒状金属氧化物进行预还原。

本发明的另一个目的是以经济可行的方式由固态粒状含碳物料制备还原性气体，并且在预还原的粒状金属氧化物的最终还原时使用该固态粒状含碳物料。

本发明的再一个目的是提供一种以与还原性气体顺流方式使粒状金属氧化物预还原的预还原塔。

根据第一个实施方案，本发明涉及一种使粒状金属氧化物与还原性气体顺流，然后将预还原的氧化物熔炼并经最终还原来制备生铁和铁合金的方法。本方法的特征在于将温度为650℃至1100℃的还原性气体和粒状金属氧化物至少由一个基本上竖直的还原塔的下端引入。该还原塔含有至少两个横截面大致为圆形的腔室，在腔室自身的上下两端横截面逐渐缩小;特征还在于，在各腔室间的中间区有一环形部件，它减小了腔室间中间区的横截面积。金属氧化物颗粒和还原性气体顺流流过还原塔，于还原塔的上部收集还原性气体和经预还原的金属氧化物颗粒的混合物，随后，将金属氧化物颗粒还送到冶炼炉，金属氧化物颗粒于其中被熔炼，并通过加入还原性物料使其还原成生铁或铁合金。

根据本方法的一个优选实施方案，预还原过程是在两个还原塔内进行，其中，新鲜的还原性气体和部分预还原的金属氧化物颗粒送入第一个还原塔的下端，由此，部分还原的金属氧化物颗粒和还原性气体以顺流的方式穿过第一还原塔，还原性气体和被还原到预定还原度的金属氧化物颗粒在第一还原塔的顶部被收集。然后把达到预定还原度的金属氧化物颗粒运送到冶炼炉，在此将预还原的金属氧化物颗粒熔炼并还原成金属态。同时将第一还原塔顶部收集到的还原性气体和未还原的金属氧化物颗粒一起送入第二还原塔的底部，金属氧化物颗粒和还原性气体以顺流方式传输经过第二还原塔，还原性气体和部分预还原的金属氧化物颗粒的混合物在第二还原塔的顶部被收集，并将部分预还原的金属氧化物颗粒送入第一还原塔的底部。

根据本方法的一个优选实施方案，还原性气体的制备是通过将粒状含碳物料和含氧气体送入还原塔（对应的是第一还原塔）下部相联接的室中，由此使粒状含碳物料焦化（Coaked）并产生主要地含有CO和H₂的还原性气体，随后焦化的还原性物料颗粒和还原性气体流入还原塔底部。在还原塔顶部把焦化的还原性物料和预还原的金属氧化物颗粒与还原性气体分离。焦化的还原性物料颗粒和预还原的金属氧化物颗粒被送入冶炼炉，在其中，焦化的还原性物料颗粒至少是构成了使预还原的金属氧化物颗粒最终还原所需的还原性物料的一部分。

本发明还涉及以与还原性气体顺流方式使粒状金属氧化物预还原的预还原塔。该塔的特征在于包括至少两个腔室，每个腔室的横截面基本上为圆形，并在室的上下端部横截面均逐渐缩小，以及至少是在腔室间的中间区设置有一环形部件，以减小室间中间区的横截面积。

根据本发明所述处理塔的第二个实施方案，在各室间的中间区有一横截面为圆形的管，管的直径小于腔室的直径。

与已知的以顺流方式还原氧化物颗粒的方法相比，本发明的方法使运送氧化物颗粒的气体量大大减少。进一步，本发明的方法可获得稳定的流动体系而不必担心在低气体速率时氧化物颗粒会发生下流。