直接熔炼方法技术

本发明专利技术公开了一种用于直接熔炼含金属原材料的方法。在预还原容器中，固态的铁氧化物被部分还原。在直接熔炼容器中，部分还原的铁氧化物被熔炼成熔融的铁，该直接熔炼容器包含铁和炉渣的熔融熔池，并被供给有固态含碳材料作为还原剂和能量来源，且供给有含氧气体以用于后燃在该容器中产生的一氧化碳和氢气。直接熔炼步骤产生包含硫的废气，而该废气从直接熔炼容器中释放。仅一部分从直接熔炼容器中释放的废气被用于预还原步骤，在预还原容器中预还原铁氧化物。仅一部分废气被用于预还原步骤，以便控制与部分还原的铁氧化物一同返回到直接熔炼容器中的硫的量。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种方法，其用于由诸如矿石、部分还原的矿石、以及含金属废物流的含金属原材料以一种用于从含金属原材料中生产熔融铁的基于熔融熔池的直接熔炼过程生产熔融铁。术语“”应理解为意味着从含金属原材料中生产熔融材料，在本例中为熔融铁。
技术介绍
一种公知的生产熔融含铁金属的基于熔融熔池的为DIOS方法。DIOS方法包括预还原阶段和熔炼还原阶段。在DIOS方法中，矿石(-8mm)被预热(750℃)并在沸腾流化床中利用来自熔炼还原容器的废气预还原(10到30％)，其中该熔炼还原容器包含金属和炉渣的熔融熔池，且炉渣在金属上面形成一厚层。矿石的精细(-0.3mm)和粗(-8mm)成份在该方法的预还原阶段分离，而-0.3mm的矿石被收集在旋流器中，并与氮气一起喷射到熔炼还原熔炉中，同时粗矿石由重力而送入。预干燥的煤碳直接从容器的顶部送入熔炼还原熔炉中。煤碳在炉渣层分解成炭和挥发物质，而矿石融化成熔融的炉渣并形成FeO。FeO在炉渣/金属与炉渣/炭交界处还原而产生铁。在金属/炉渣与炉渣/炭交界处产生的一氧化碳生成一种泡沫状炉渣。氧气通过特殊设计的喷枪吹入，该喷枪将氧气引入泡沫状炉渣内部，并改善次级燃烧。氧气射流燃烧与熔融还原反应一同产生的一氧化碳，从而产生热量，该热量首先传导到熔融的炉渣，并然后通过底部吹入气体的强烈的搅动效应而传导到炉渣/金属交界处。从底部或熔炼还原容器侧面引入热的金属熔池中的搅动气体改善了热传导效率并增大了用于还原的炉渣/金属的交界面，并因而提高了容器的生产率和热效率。然而，由于强烈的搅动会因为增大了氧气射流和炉渣中金属液滴之间的反应而降低了次级燃烧，并随之降低了生产率并增加了耐火材料的磨损，因此喷射速度必须加以限制。炉渣和金属周期性排出。另一种用于生产熔融含铁金属的为Romelt方法。Romelt方法基于将大量、强烈搅动的炉渣熔池用作介质，该介质用于在熔炼还原容器中将含金属原材料熔炼成金属，并用于后燃气态反应产物，并按连续熔炼含金属原材料需要而传导热量。含金属原材料、煤碳、和熔剂(flux)经由容器顶部的开口靠重力送入炉渣熔池中。Romelt方法包括首先将一股富氧气体通过下排风口喷入炉渣中，以产生所需要的炉渣搅动，并将富氧空气或氧气的射流经由上排风口喷入炉渣中，以促进后燃。在炉渣中产生的熔融金属向下移动并形成金属层，然后经由前炉床排出。在Romelt方法中，金属层不是重要的反应介质。另一种公知的用于生产熔融含铁金属的为AISI方法。AISI方法包括预还原阶段和熔炼还原阶段。在AISI方法中，预热并部分预还原的铁矿石颗粒、煤碳或焦炭粉以及熔剂从顶部送入增压熔炼反应器中，在该反应器中包含金属和炉渣的熔融熔池。煤碳在炉渣层中脱去挥发成份，而铁矿石颗粒在炉渣中融化，并然后被炉渣中的碳(炭)还原。这种工艺条件导致炉渣起泡沫。在该过程中产生的一氧化碳和氢气在炉渣层内或恰好在炉渣层上方后燃，而提供吸热的还原反应所需的能量。氧气通过居中的水冷喷枪从顶部鼓入，而氮气通过在反应器底部的风口注入，以确保充分地搅拌，而利于后燃能量向熔池的热传导。产生的废气在送到用于预热以及颗粒向FeO或维氏体还原的竖炉中之前在热的旋流器中脱尘。与上述方法不同，另一种公知的依靠熔融的金属层作为反应介质，并一般称为Hismelt方法，该方法包括以下步骤(a)在直接熔炼容器中形成具有金属层和金属层之上的炉渣层的熔融熔池；(b)将含金属原材料和煤碳经由多个喷枪/风口注入金属层；(c)将含金属材料熔炼成金属层内的金属；(d)使熔融材料喷射而成为熔融熔池静止表面之上的溅沫、液滴及流束，以形成过渡区；以及(e)将含氧气体经由一个或多个喷枪/风口喷入容器中，以后燃从熔融熔池中释放的反应气体，从而熔融材料的溅沫、液滴和流束在过渡区中上升，随后下降，以利于向熔融熔池热传导，并因而过渡区使热量通过与过渡区接触的侧壁从容器中的损失降为最低。Hismelt方法的一优选形式中，将承载气体、含金属原材料、煤碳、和熔剂经由喷枪喷入熔池中而形成过渡区，从而，承载气体和固态材料穿透金属层并导致熔融材料从熔池中喷射，其中喷枪通过容器的侧壁向下并向内延伸。Hismelt方法的这种形式是在该方法先前形式上的改进，在先前形式中，过渡区通过承载气体和煤碳通过喷枪从底部喷射到熔池中而形成，这导致熔融材料的液滴、溅沫和流束从熔池中喷射。Romelt、DIOS、AISI和Hismelt可以将煤碳用作能量来源和还原剂。这是优于需要炭为能量源和还原剂的高炉技术的优点。Romelt、DIOS、AISI和Hismelt可以用较广范围的含金属原材料工作。铁矿石是用于通过Romelt、DIOS、AISI和Hismelt方法生产熔融铁的含金属原材料的主要来源。对于，一种工艺选择为直接将铁矿石供给到直接熔炼容器中。另一工艺选择为在预还原容器(其可以是竖炉或流化床、或其他适宜的容器)中预热并部分还原固态的铁矿石，将预热/部分还原的铁矿石传送到包含铁和炉渣熔融熔池的直接熔炼容器中，并在直接熔炼容器中将预热/部分还原的铁矿石熔炼成熔融铁。这个工艺选择也可以包括利用来自直接熔炼容器的废气，以在预还原容器中预热/预还原铁矿石。该工艺选择的一项优点为其提供了使总能量消耗最小的可能性。这种工艺选择的一项缺点为在直接熔炼容器中挥发并作为废气一部分排出的不期望的杂质，一般为诸如硫和碱性盐的煤碳衍生的杂质与预热/预还原的铁矿石一起返回到直接熔炼容器中，并累积在容器中。尤其是，硫在预还原容器中与FeO反应并生成FeS，而碱性盐凝结在预还原容器中，从而FeS和凝结的碱性盐与预热/部分还原的铁矿石一起被传送到直接熔炼容器中。FeS返回到直接熔炼容器中干扰了熔炼过程的反应位置，并会明显地影响生产。对这种问题的一种解决方案为增加熔炼介质的温度。然而，这会导致耐火材料磨损增大，并且，在温度增加过大情况下，会导致磷分配到金属中，而不是炉渣中，从而，这是一个主要的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是减轻上面段落中描述的公知的两阶段，并尤其是熔炼介质为金属的的缺点。根据本专利技术，提供了一种用于直接熔炼含金属原材料的方法，该方法包括以下步骤(a)在预还原容器中部分还原固态的铁氧化物，并生成部分还原的铁氧化物；(b)在直接熔炼容器中将步骤(a)中所产生的部分还原的铁氧化物直接熔炼成熔融的铁，该直接熔炼容器包含铁和炉渣的熔融熔池，并被供给作为还原剂和能量来源的固态含碳材料，且被供给含氧气体，用于后燃在该容器中产生的一氧化碳和氢气；(c)在直接熔炼步骤(b)中产生包含硫的废气，并将废气从直接熔炼容器中释放；以及(d)仅利用一部分在预还原步骤(a)过程中从直接熔炼容器中释放的废气以在预还原容器中预还原铁氧化物，从而控制从预还原容器返回到直接熔炼容器中的硫的数量。在预还原步骤(a)过程中仅利用一部分来自直接熔炼容器的废气，而不是利用全部废气的步骤(d)的效果为至少使不期望的杂质(一般为煤碳衍生的杂质)在直接熔炼容器中累积率最小。如上所述，公知的两阶段的缺点为在直接熔炼容器中挥发的大量的不期望的杂质，一般为诸如硫和碱性盐的煤碳衍生杂质在预还原容器中回收，并此后返回到直接熔炼容器中。优选，步骤(d)包括控制从直接熔炼容器中释放并在预还原步骤(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于直接熔炼含金属原材料的方法，该方法包括以下步骤： （ａ）在预还原容器中部分还原固态铁氧化物，并产生部分还原的铁氧化物； （ｂ）在直接熔炼容器中将步骤（ａ）中产生的部分还原的铁氧化物直接熔炼成熔融的铁，该直接熔炼容器包含铁和炉渣的熔融熔池，并被供给有作为还原剂和能量来源的固态含碳材料，且供给含氧气体，以用于后燃在该容器中产生的一氧化碳和氢气； （ｃ）在直接熔炼步骤（ｂ）中产生包含硫的废气，并将废气从直接熔炼容器中释放；以及 （ｄ）在预还原步骤（ａ）中仅利用一部分从直接熔炼容器中释放的废气，以在预还原容器中预还原铁氧化物，从而控制从预还原容器返回到直接熔炼容器中的硫的量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗德尼J德赖，
申请(专利权)人：技术资源有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]