[发明专利]炼铁方法

说明书

本发明要求1997年9月3日递交的、专利申请号为60/057,446的临时申请的优先权。

本发明涉及炼铁，特别是用熔融法生产铁。具体说，本发明涉及将一氧化碳引入炼铁装置的熔炼炉。

通常是将铁矿石、燃料(一般为煤或煤炭)和氧气引入炉子来生产铁。在炉子的顶部或炉子之上的反应室内，铁矿石(主要是氧化铁)通过与一氧化碳和碳接触而被初步还原为氧化亚铁，在炉子的下部，氧化亚铁与一氧化碳和其它还原性气体接触而被进一步还原为金属铁。一氧化碳是通过燃料的不完全燃烧而产生的，燃料与氧气一起被引入到炉子的下部。在此炼铁过程中，在炉子的底部形成一层熔融的铁，在熔融的铁的顶部形成一层矿渣，该矿渣是由与燃料一起引入炉子的成渣剂和包含在矿石中的杂质产生的。

排出炉子的废热气体通常包含下述(体积％)的气体：约10-35％的一氧化碳，约2-15％的氢，约40-55％的二氧化碳，余量大部分为氮气，水汽，硫化物(SO_x,H₂S等)和氮的氧化物(NO_x)。废气中也带有固体矿石和灰分。废气通常是通过颗粒分离器以除去固体矿石和灰分，然后通过废气锅炉以回收热能，然后进行处理以除去硫和氮的氧化物，然后再进行燃烧以回收包含在气体中的一氧化碳的燃烧值，最后排至大气中。

为了提高炼铁过程的效率，可将惰性气流(如氮气)鼓人至熔融的铁中以搅拌熔融物，从而改善熔融物中未转化的氧化亚铁和一氧化碳及碳之间的接触。将氮气引入至炉子中有一些缺点。因为氮是惰性的并且没有燃烧值；必须将额外的燃料引入至炉子中以提供把氮气加热至操作温度所需的能量。此外，氮气增加了由炉子顶部排出的废气的体积，因此增加了用于炉子的废气处理装置的尺寸。还有，炉子内部的高温使得一些氮气转化为氮的氧化物，因此增加了废气中污染物的浓度，并且废气中氮的存在降低了该气体的燃烧值。

人们在不断地寻求提高炼铁过程操作效率的方法。本发明通过显著减少或全部避免将氮气故意地引入炉子中，通过提高在炉子中的燃料转化效率和通过减少燃料消耗以减少熔融铁中的硫含量来使操作效率得到显著提高。

本发明包括用还原性气体代替部分或全部引入至炼铁反应器中所形成的熔融铁相和/或矿渣相中的氮搅拌气体。

在一个概括的实施方式中，本发明包括由铁矿石生产铁的方法，该方法包括如下步骤：

(a)在带有储料区的反应器内使含碳燃料与氧气一起燃烧，从而产生热量和一氧化碳；

(b)在所述的热量存在下，使铁矿石和成渣剂在反应器内与一氧化碳接触，从而使矿石中的氧化铁转化为熔融的铁，并且在所述的储料区内形成熔融的铁相和炉渣相；以及

(c)定期从所述的反应器中排除熔融的铁和矿渣；

本发明的改进包括将还原性气体引入至熔融的铁相、至矿渣相或同时至该两相。

在本发明的一个较佳实施例中，其反应器包括上部的旋流器段和下部的转化器段。在该较佳实施例中，高纯度的氧气和铁矿石被切向喷射至反应器的旋流器段。此外，含碳燃料和高纯度氧气被导入至反应器的转化器段。

在另一个较佳实施例中，还原性气体至少有一部分是富含一氧化碳的气体。该富含一氧化碳的气体可以由含有一氧化碳的尾气来制备。在该实施例中，这种富含一氧化碳的气体可以使该含有一氧化碳的尾气通过一个除去二氧化碳的系统而得到。该除去二氧化碳的系统较好的是一个含有二氧化碳选择吸附剂的吸附系统。

另一个较好的方面，水蒸气、一种或一种以上氮的氧化物、一种或一种以上硫的氧化物或这些气体的任意组合被从含一氧化碳尾气中除去。

在本发明的另一个较好的实施例中，至少部分的还原性气体是使含有一氧化碳的尾气通过一个气体分离系统而得到的，该气体分离系统包含从含有一氧化碳的尾气中分离出氮、氩或其混合物的装置。在一个更佳的实施例中，该气体分离系统包含一种或多种吸附剂。在另一个较佳实施例中，至少部分的还原性气体是使含有一氧化碳的尾气不仅通过去除二氧化碳的系统而且通过上述的气体分离系统而得到的。该较佳实施例的一个更好的方面，是含有一氧化碳的尾气首先通过一个去除二氧化碳的系统，然后再通过气体分离系统。