[发明专利]冶金方法和设备

说明书

本发明是关于冶金方法和设备。

世界上的铁，大部分是在高炉中冶炼出来的。高炉是竖炉的一种，其主要功用是把铁矿石还原成为铁。由铁矿石、焦炭和熔剂组分构成的炉料从高炉的顶部装入炉内，形成炉床，吹入预热的空气使焦炭燃烧，产生一氧化碳，一氧化碳将铁矿石还原为铁，利用焦炭燃烧所放出的热使还原产生的铁熔化，铁和炉渣作为熔融产物由炉的底部排出。在靠近炉底的部位鼓入空气，以使炉床下面形成一个高温氧化区。为了在炉子的焦炭循环区内产生高温(一般是在2100-2200℃范围内)，可以使鼓入的空气中富含氧气。上述的焦炭循环区有时也称作“燃烧空窝”(raceway)。在这种炉子中总是希望能降低焦炭消耗。实现这一目的的方法之一是将颗粒状的煤与空气流一起喷吹到炉子中。美国专利4887800中描述了一种用于实现这一目的的装置。向炉内喷吹煤粉的作法有一个缺点，即，相对于焦炭来说，煤燃烧所需要的氧的比例比较大并且对高炉产生较大的热负荷。向高炉内喷吹煤粉的比率越大，鼓入空气中富氧的比率也要越高，这样才能使炉子的焦炭循环区内的温度保持在选定的2100-2200℃范围内。这个缺点限制了煤在高炉炼铁及其它冶金工艺方法中的应用。

已经知道有许多不同的方法可用于对煤进行预处理以改善其燃烧特性，例如美国专利3250016公布了一种方法，用以制备向高炉风口中喷吹的煤，该方法包括：将煤的细粉料装入流化床干燥器中；把来自高炉的炉顶气体导入该流化床干燥器中；由干燥器中排出干燥的煤；筛分上述经过干燥的煤，分离出去尺寸过小的颗粒，也就是最大尺寸约为3.2mm(这是适于喷吹的尺寸)的颗粒，将尺寸过大的煤颗粒磨碎，进一步筛分，清理，压制，对干燥器中出来的废气进行干燥。这种方法涉及到在还原气氛中及较低的温度下对煤进行干燥。欧洲专利申请467375中公布了使用非氧化性气氛(例如氮)来干燥煤的方案。但是，无论是US-A-3250016还是EP-A-467375都没有公布在预处理区中分离除去煤中的挥发性烃的工艺步骤，因此它们没有提出克服上述缺点的技术措施。

广义地说，本发明提供了一种冶金方法，它包括：在主反应器中进行使碳质材料转变成还原气体的反应；将纯氧或富氧的空气导入主反应器中，使其参与上述的一个或多个反应；在主反应器中熔炼金属；在一个独立于上述主反应器的副反应器中使颗粒状的煤部分地氧化，形成颗粒状的炭和热气体；在高温下将至少一部分炭送入主反应器中，但不送入或仅送入一部分热气体，所述的部分炭构成了上述碳质材料的一部分或全部。

另外，本发明还提供了用于实施这一冶金方法的设备，它包括：一个用于进行使碳质材料转变成还原气体的反应并用来熔化金属的主反应器，该主反应器至少有一个进口，用于将纯氧或富氧的空气导入主反应器中，参与上述的一个或多个反应；一个独立子上述主反应器的副反应器，用于使颗粒状的煤部分地氧化，形成颗粒状的炭和热气体，该副反应器有一个供上述煤使用的进口和一个供氧化性气体使用的进口；用于在高温下将至少一部分炭及仅仅一部分热气体(或没有热气体)导入主反应器以提供部分或全部所速碳质材料的装置。

所述的部分炭最好是被连续地送入主反应器。所述的部分炭被送入主反应器时的温度最好是与它在副反应器中形成时的温度基本上是相同的，但在任何情况下这一温度至少是150℃。

炭最好是在主反应器的上游被分离成两部分，第一部分是比较细的颗粒，第二部分是比较粗的颗粒。第二部分炭的一部分，最好是全部，被送入主反应器中。

颗粒状煤的部分氧化最好是在流化床中进行。

流化床可以具有均匀的气流速度。

作为一种供选择的方案，流化床可以具有火口床或喷射床柱型式，或者相反，装备有一个或多个再循环区。

一般情况下，要想完全避免一部分热气体与上述的部分炭一起进入主反应器中是很困难的，但最好是减小进入主反应器的热气体的比例，以便降低主反应器中氧的消耗率并避免不得不将该气体预热至主反应器的操作温度。如果颗粒状的煤的部分氧化是在流化床中完成的，那么，第一部分炭颗粒可以夹带在由部分氧化反应所产生的热气体中带出流化床外。第二部分炭(例如)可以通过流化床侧壁上的一个或多个出口从流化床中排出。有一部分热气体将与第二部分炭一起排出，但大部分热气体往往是垂直向上由流化床中排出。