[发明专利]高产率熔融还原法

说明书

本发明涉及一种金属矿石的熔融还原方法，该方法包括一组联合工艺，其中金属矿石在一个或多个阶段中被部分还原，然后在熔炼反应器中完全还原成金属。

在熔池中还原金属和氧的化合物，较佳地是还原金属矿石，以及通过碳质燃料和氧气向熔体提供必需的能量已不是新技术，并且已有许多与熔融还原有关的保护性权利和先前的文献。

在采用各种空气精炼方法炼钢当中，已经有在转炉中用碳还原矿石的尝试。其中包括将吹炼介质供体中的氧含量用来氧化部分碳以产生必需的热量。在1932年的德国专利No.605975中叙述了一种方法，其中吹炼介质和碳互相分开并交替地供入熔体，而令人感兴趣的是，碳是以含碳气体的形式加入。在权利要求中用以下文字记载了此项技术：“一种在转炉中或在设置有风口的鼓风炉中炼钢的方法，其中矿石在铁熔池中被还原，而碳由含氧吹炼介质载带流加，其特征在于，空气或富氧空气或纯氧和天然气或自身释放碳的或具有还原作用的气体被交替地用作吹炼介质和碳载体。”

对于在金属熔池中还原金属矿石而言，达到经济操作的主要作用是通过以下方法达成的：将熔池上方气体空间中的主要含CO和H₂的反应气体后燃烧，并将所产生的热循环回熔池。这种反应气体的后燃烧和向熔池成功传热的学说通过世界性的受保护的方法，例如在美国专利No.4195985中首次被叙述，并用于改善钢精炼过程中的热平衡。这篇专利的14栏39行还叙述了使用铁矿石取代废钢作为炼钢过程的冷却剂。这种方法特殊优越的形式和它为达到更高后燃烧率的进一步发展，以及专用的设备，均在例如美国专利No.5052918中以国际上受保护的关于反应气体后燃烧的方法及设备的形式被确立下来。

冶炼含碳2-3％的铁/粗钢的良好构思的方法在德国专利No.3318005中被叙述。在这种方法中，在盛有近似120t铁熔体的熔化容器内每小时生产70t粗钢。该方法是一种包括熔化反应器、气体调节容器和预还原矿石竖炉的联合系统。这种由矿石炼铁的方法的特征是：由铁熔体产生的反应气体在熔化容器中部分后燃烧，从而使所产生热量的大部分传至熔体，而反应气体在通往矿石还原容器的途中用还原剂冷却并还原。这种方法的特征不仅在于给定的生产率，还在于产生较少量的80000Nm³/n循环气体，用该气体将110t铁矿石还原至金属化程度近似75％，然后该气体以近似为CO41％，CO₂30％，H₂23％，H₂O1％，N₂4％的组成离开竖炉，接着被用作辅助性气体，例如用于加热目的。

在此叙述的现有技术清楚地指明了对熔融还原方法进行经济操作起主要作用的各个步骤。例如，在炼钢过程中还原铁矿石的基本构思在较长时间以前就已被提出，而以上最后提到的方法则在其实施例中叙述了熔融还原的实际应用，其具有生产数据以及气体组成和气体量。与之相对照的是，许多新授权的熔融还原专利仅包括原则性的公知步骤，而没有这些方法有关数量的定量数据和物料平衡。与此有关的随意的例子是美国专利No.4985068，它的独立权利要求如下：“一种氧化铁熔融还原的方法，包括：(a)将径预还原的氧化铁装入密闭的熔炉；(b)通过用氧燃烧过剩天然气加热、熔化并还原所说的氧化铁成为熔融金属，通过溶解金属中的游离碳使熔融金属增碳，并形成反应产出气体；(c)在熔池上方将热空气引入密闭的熔炉并氧化部分产出的气体以生成燃料气；(d)将该燃料气体净化并冷却至约800℃-950℃；(e)使所述氧化铁与所述洁净燃料气体接触以实现预还原功能；以及(f)放出熔融的铁产物。”

在1991年9月于Glasgow举行的欧洲炼铁会议上，作者Cusack/Hardie/Burke在他们的论文集“Hlsmelt-Second Genera-tion Direct Smelting”中提交了一份有关熔融还原研究的扩展性的报告，这篇文献指明了许多重要的工艺参数及其相互关系。该文献涉及随反应气体与所得到的炼铁需用煤的后燃烧程度而变化的矿石预还原度，以及工业上公知的熔融还原方法研究的各个阶段及其主要特征。该文献叙述了HIsmelt工艺的简化物料平衡和热平衡，并叙述了构成每小时14吨或每年100000吨生铁的生产能力的试验工厂。