[发明专利]从氧化的金属矿物中制造金属或金属合金的双联法及装置

说明书

本发明涉及从金属氧化物如矿物和已部分还原的矿物制造金属或金属合金的方法和装置，特别地，决不排除铁和铁合金。

已知有许多冶炼铁矿石以生产熔融态铁的方法。这些方法基于使用包括铁和炉渣熔池的冶金容器(此后指作“熔炼还原容器”)。

概括地说，这些已知的方法包括将铁矿石或已部分还原的铁矿石和含碳材料注入到铁和炉渣的熔池中。在此熔池中，该铁矿石或已部分还原的铁矿石被还原成金属铁，然后被熔化。要求碳质材料(以固态形式或气态形式)作为还原剂和热能的来源，并且还可以对该熔池渗碳以生产生铁(在金属中典型的是1-4％的碳)。

在许多已知的方法中，在将部分还原的铁矿石转入熔炼还原容器之前，利用熔炼还原容器中放出的反应气体预热和部分还原在预还原容器，如竖炉中铁矿石。这些已知的方法通常被描述为两阶段相联法。

本发明的目的是提供在已知双联法基础上改进的生产熔融铁的方法和装置。

本发明提供了从金属氧化物中制造金属或金属合金的方法，其包括下列步骤：

(i)将金属氧化物和/或已部分还原的金属氧化物以及固体碳质材料注入一个预还原容器中，并维持该容器中的温度至少为550℃，将金属氧化物和/或已部分还原的金属氧化物部分还原和至少将固体碳质材料部分脱挥发；和

(ii)将步骤(i)中得到的已部分还原的金属氧化物和至少已部分脱挥发的固体碳质材料注入包括金属和炉渣熔池的熔炼还原容器中，进一步将已部分还原的金属氧化物还原以生产熔融金属。

在预还原步骤(i)中生产出的至少已部分脱挥发的固体碳质材料是用在后续熔炼还原步骤(ii)中的碳源。如上所讨论的，在熔融还原步骤(ii)中，需要碳：

(a)将已预还原的金属氧化物还原成金属；

(b)提供热能的来源以熔化该金属氧化物；并且

(c)将熔池渗碳以在金属中提供熔池中制造金属合金所需的溶解碳的含量。

除预还原容器中制造的至少已部分脱挥发的固体碳质材料外，本发明并不排除向熔炼还原容器内的注入碳质材料。

例如，除注入在预还原容器内生产的至少已部分脱挥发的固体碳质材料外，本发明扩展为向熔炼还原容器中注入煤或其它合适的固体碳质材料或任意合适的气态碳质材料。

优选该至少已部分脱挥发的碳质材料为碎焦(char)。

术语“碎焦”在这里应被理解为只加热煤而不使煤燃烧的产品。

优选该预还原步骤(i)将该金属氧化物和/或已部分还原的金属氧化物不完全还原到至少50％的预还原程度。

术语“预还原程度”在这里被理解为从Fe₂O₃开始氧除去的百分数。

特别优选该预还原步骤(i)将该金属氧化物和/或已部分还原的金属氧化物不完全地还原到至少60％的预还原程度。

更特别优选的是该预还原步骤(i)将该金属氧化物和/或已部分还原的金属氧化物不完全还原到至少70％的预还原程度。

典型地，该预还原步骤(i)不完全还原该金属氧化物和/或已部分还原的金属氧化物到至少80％的预还原程度。

在预还原步骤(i)中向预还原容器中注入固体碳质材料的目的是提供：

(a)作为接下来用在熔炼还原步骤(ii)中的碎焦或其它至少已部分脱挥发的固体碳质材料的来源；和

(b)在预还原容器中预还原该金属氧化物的还原剂的来源。

优选向预还原容器中注入的固体碳质材料是煤。

在那种情况下，优选预还原容器中的温度维持在一个温度，通常小于1000℃，此时煤中固定的碳组分不易起到还原剂的作用。在这样一种情况下，煤中的挥发物质如烃类是还原剂的主要来源。特别地，该烃类热解形成还原剂CO和H₂O(和其它产品)。

应注意本发明不排除将煤中的固定碳在预还原容器中用作还原剂。

优选该预还原步骤(i)包含在预还原容器中形成金属氧化物和/或已部分还原的金属氧化物以及固体碳质材料的流化床。

特别优选向预还原容器中直接或间接注入空气而形成流化床。

优选在预还原容器中通过下列步骤维持温度至少为550℃：

(i)在预还原容器中燃烧煤和/或其它的碳质材料(包括气态碳质材料)；和/或

(ii)通过间接热交换提供热能。

优选在预还原容器中的温度至少维持在600℃。

特别优选在预还原容器中的维持温度至少为750℃。

更特别的优选在预还原容器中的温度至少维持在800℃。

优选维持预还原容器中的温度小于1000℃。