[发明专利]铁矿石颗粒的流态化床型还原设备及方法

说明书

本发明涉及一种在生产生铁或工业纯铁过程中用于还原细铁矿石的流态化床型还原设备，以及一种用这种设备还原铁矿石颗粒的方法，更具体一些，涉及一种能够有效地还原处于稳定的流态化状态的尺寸范围较宽的细铁矿石的流态化床型还原设备，以及一种采用该设备还原细铁矿石的方法。

从经过还原的铁矿石生产生铁的传统方法通常包括采用高炉的方法和采用竖炉的方法。在后一种方法中，在竖炉中被还原的铁矿石要在一电炉中熔化。

就用高炉生产生铁的方法而论，要用大量的焦炭作为热源和还原剂。按照这一方法，铁矿石要以烧结矿的形式加入，以便改进透气性和还原作用。为此，采用高炉的传统方法需要一个用于生产焦煤的炼焦炉和用于生产烧结矿的设备。因此，采用高炉的方法是一种需要巨额投资和高能量消耗的方法。由于高质量的炼焦煤在世界上分布不均，同时它的储藏量正在减少，因此它的短缺随着钢产量的增加而变得更加严峻。另一方面，用竖炉还原铁矿石的方法需要一个预热步骤，以使铁矿石球团化。由于这种方法还采用天然气作为热源和还原剂，因此它有一个缺点，即它在商业上只能在天然气易于保证供应的地区实现。

最近，有一种熔化还原法，它作为一种新的生铁制造方法已经引起了注意，它能用非焦化煤代替焦炭从铁矿石生产生铁。

这种熔化还原法一般采用这样一个系统，其中，在单独的炉子中被预还原的铁矿石在熔炼炉中被全部还原，以产生铁水。在还原炉中，铁矿石在被熔化以前以固相被还原。换句话说，装入还原炉中的铁矿石在与从熔炼炉中产生的热还原气体接触时被还原。

在此方法中所用的还原过程可按照铁矿石与还原气体接触的情况分为移动床型和流态化床型。众所周知，用于还原尺寸分布宽的细铁矿石的最有希望的方法之一是流态化床型法，其中，铁矿石以流态化状态被还原气体还原，该还原气体通过装在反应器下部的分配器来供应。

在日本专利公开公报No.平成3-215621中公开了流态化床型还原炉的一个例子。如图1所示，此炉子包括一圆柱形还原炉91和一旋风除尘器95。当通过入口92加入铁矿石，同时通过管路93和分配器96以适当的流量将还原气体送入还原炉91时，铁矿石在分配器的上方形成一流态化床，从而能与还原气体混合并被其搅拌。在此状态下，铁矿石可由还原气体还原。送入炉子中的还原气体在铁矿石颗粒层中形成气泡，好似液体被煮沸，然后，该还原气体穿过颗粒层上升，由此形成一铁矿石颗粒的流态化床。因此，此流态化床是一个起泡流态化床。经过还原的铁矿石通过出口94排出还原炉91。

就在上述公开文献中公开的流态化床型还原设备而言，需要在形成有效的流态化床时使还原气体的流量减至最小，这样，不仅减少了铁矿石的扬析，而且提高了还原气体的效率。为达到此目的，如果在流态化床中，还原气体沿流态化床纵轴的流量不变，铁矿石颗粒的颗粒尺寸就应当严格地限制在一定的范围内。换句话说，用于形成有效的流态化床所需要的还原气体的速度应当控制在最小的流态化速度和极限速度之间。因此，对于这样一种流态化床型还原炉来说，应当按照铁矿石颗粒的粒度对其进行筛分，从而使只有那些颗粒范围差不多的铁矿石才能被装入还原炉中。如果在流态化粗铁矿石(这种铁矿石在低的气体速度下不会被流态化)所需要的高气体速度下进行这一操作，由于细矿石的极限速度小于工作的气体速度，将会导致大量的细铁矿石扬析。其结果将使旋风除尘器的除尘效率大大降低，从而加大原材料的损失。另外，由于细铁矿石在还原炉中的平均停留时间短于粗铁矿石的，所以使环流的细铁矿石的还原率下降。

发明人根据他们的研究和试验结果提出了本发明，它可以解决在传统方法中会遇到的上述问题。

因此，本发明的目的在于提供一种流态化床型还原设备和一种用此设备还原细铁矿石的方法，它们可以有效地还原处于稳定的流态化状态的尺寸范围较宽的细铁矿石，从而可以大大地减少颗粒的扬析，提高还原率，并提高还原气体的效率。

根据此目的，发明了一种设备，它包括按顺序布置的多级流态化床型炉。在此系统中，将每个反应器都做成锥形，亦即反应器的直径沿向上的方向增加，以便能稳定地流态化颗粒尺寸范围宽的细铁矿石。该还原设备包括一用于干燥和预热细铁矿石颗粒的炉子，和至少一个用于还原经过干燥/预热的铁矿石的还原炉。