本发明专利技术涉及通过以与还原性气体顺流的方式对粒状金属氧化物进行预还原来制备金属和／或铁合金的方法和设备。温度为６５０～１１００℃的还原性气体和金属氧化物颗粒由大致为竖直的预还原塔的下端供入，该预还原塔包括至少两个横载面呈圆形的腔室，该室的上下两端部横载面逐渐减小，在腔室间的中间区有一环形部件以减小横载面。在预还原塔的顶部收集还原性气体和预还原的金属氧化物颗粒的混合物。然后，预还原的金属氧化物颗粒被输送至冶炼炉，以便在加入还原性物料的条件下对其进行冶炼并最终还原成金属态。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及直接还原制备金属和铁合金的方法。本方法所使用的原料包括粒状含氧化物物料及粒状固态还原性物料。本方法特别适用于由含铁氧化物物料制备钢，也可用于由铁一镍氧化物矿制备铁镍合金、由含锰氧化物物料制备锰铁合金、以及铬氧化物的还原。本专利技术还涉及用气体处理固体物料的塔，该塔可用于例如用还原性气体对金属氧化物进行预还原。“粒状含氧化物物料”应被理解为是指粒度小于3毫米、最好是小于1毫米及平均粒度小于0.5毫米的物料。“粒状还原性物料”应被理解为是指粒度小于5毫米、最好是小于3毫米的含碳物质，例如祸煤、煤、无烟煤等。本专利技术的方法包括金属氧化物的预还原和在冶炼炉中对预还原的氧化物进行直接冶炼及最终还原，其中，预还原是通过氧化物颗粒与还原性气体顺流流动来实现的。本专利技术的方法特别适用于由粒状氧化物物料制备钢和铁锰合金。已知当还原性气体与金属氧化物颗粒顺流输送时，还原性气体可达到理论上的最佳利用率。然而，对于大多数金属氧化物，例如铁氧化物、锰氧化物、铬氧化物和镍氧化物，为达到充分的还原程度不得不使用长的还原塔，由于投资费用较高，故这种将粒状氧化物与还原性气体顺流输送使氧化物还原的方法并不是经济可行的。本专利技术的一个目的是提供一种方法，该方法可以经济可行的方式对与还原性气体顺流流动的粒状金属氧化物进行预还原。本专利技术的另一个目的是以经济可行的方式由固态粒状含碳物料制备还原性气体，并且在预还原的粒状金属氧化物的最终还原时使用该固态粒状含碳物料。本专利技术的再一个目的是提供一种用于处理与气体顺流的固态物料的塔。根据第一个实施方案，本专利技术涉及一种使粒状金属氧化物与还原性气体顺流，然后将预还原的氧化物熔炼并经最终还原来制备金属和铁合金的方法。本方法的特征在于将温度为650℃至1100℃的还原性气体和粒状金属氧化物至少由一个基本上竖直的还原塔的下端引入。该还原塔含有至少两个横截面大致为圆形的腔室，在腔室自身的上下两端横截面逐渐缩小;特征还在于，在各腔室间的中间区有一环形部件，它减小了腔室间中间区的横截面积。金属氧化物颗粒和还原性气体顺流流过还原塔，于还原塔的上部收集还原性气体和经预还原的金属氧化物颗粒的混合物，随后，将金属氧化物颗粒还送到冶炼炉，金属氧化物颗粒于其中被熔炼，并通过加入还原性物料使其还原成金属态。根据本方法的一个优选实施方案，预还原过程是在两个还原塔内进行，其中，新鲜的还原性气体和部分预还原的金属氧化物颗粒送入第一个还原塔的下端，由此，部分还原的金属氧化物颗粒和还原性气体以顺流的方式穿过第一还原塔，还原性气体和被还原到预定还原度的金属氧化物颗粒在第一还原塔的顶部被收集。然后把达到预定还原度的金属氧化物颗粒运送到冶炼炉，在此将预还原的金属氧化物颗粒熔炼并还原成金属态。同时将第一还原塔顶部收集到的还原性气体和未还原的金属氧化物颗粒一起送入第二还原塔的底部，金属氧化物颗粒和还原性气体以顺流方式传输经过第二还原塔，还原性气体和部分预还原的金属氧化物颗粒的混合物在第二还原塔的顶部被收集，并将部分预还原的金属氧化物颗粒送入第一还原塔的底部。根据本方法的一个优选实施方案，还原性气体的制备是通过将粒状含碳物料和含氧气体送入还原塔(对应的是第一还原塔)下部相联接的室中，由此使粒状含碳物料焦化(Coaked)并产生主要地含有CO和H2的还原性气体，随后焦化的还原性物料颗粒和还原性气体流入还原塔底部。在还原塔顶部把焦化的还原性物料和预还原的金属氧化物颗粒与还原性气体分离。焦化的还原性物料颗粒和预还原的金属氧化物颗粒被送入冶炼炉，在其中，焦化的还原性物料颗粒至少是构成了使预还原的金属氧化物颗粒最终还原所需的还原性物料的一部分。本专利技术还涉及到在顺流状态下用气体处理粒状固体物料的处理塔，特别是用还原性气体使粒状金属氧化物预还原的处理塔。该塔的特征在于它包括至少两个腔室，每个腔室的横截面基本上为圆形，并在室的上下端部横截面均逐渐缩小，以及至少是在腔室间的中间区设置有一环形部件，以减小室间中间区的横截面积。根据本专利技术所述处理塔的第二个实施方案，在各室间的中间区有一横截面为圆形的管，管的直径小于腔室的直径。与已知的以顺流方式还原氧化物颗粒的方法相比，本专利技术的方法使运送氧化物颗粒的气体量大大减少。进一步，本专利技术的方法可获得稳定的流动体系而不必担心在低气体速率时氧化物颗粒会发生下流。与已知的在气流中进行氧化物颗粒顺流还原的系统相比，本专利技术的一个主要优点是，还原度可用一种以前并不熟知的方式来控制。如此，还原性气体的组成在每一个腔室内均具有一定范围，这导致了离开腔室的所有颗粒都将有基本相同的还原度，而且，在还原塔顶部收集的预还原颗粒也将具有基本相同的还原度。关于此点的原因将在下面解释。与作为例子的流化床还原法或平直(straight)塔还原性气体顺流还原法相比，这是一个非常重要的优点。在流化床还原中，流化室内会具有还原度显著不同的颗粒，从几乎未还原的颗粒到已还原成金属态的颗粒。就还原度而言，来自流化床的预还原颗粒将是不均匀的，对平直(straight)塔亦是如此。根据本专利技术的方法，氧化物颗粒、还原性气体及可能存在的焦化(coaked)还原性物料颗粒的混合物流入还原塔的下腔室。调节气流使气体速度大于氧化物颗粒的向下运动速度。进一步调节气体和氧化物颗粒的量，使气体和氧化物颗粒获得向上的稳定的流动。由于流动条件，大部分颗粒将会迎着室壁向外运动并沿壁落下。下流的氧化物颗粒将会进入腔室下部的环形部件中并再次进入向上流动的气体中及再次被向上运送。在横截面开始缩小的腔室上部，气体速度将会增加并显著高于氧化物颗粒的向下运动。位于室上部的氧化物颗粒因此将会被向上运送到下一个室中，于那里上述过程被重复。由于在所有室中平均气体速率将高于颗粒的向下运动，因此就不会发生氧化物颗粒的聚积，进入某一腔室的氧化物颗粒的量与离开该室的氧化物颗粒的量将是相同的。由于上面所提到的氧化物颗粒沿室壁向下流动，各室下端附近处的颗粒体积密度将会增加，因而氧化物颗粒在室中的停留时间将会大大超过还原性气体的停留时间。在环形部件的区域中，高的气体速度导致了氧化物颗粒不会下落到下边的室中。因而，环形部件造成了各室间的有效分离，还原塔中的这种腔室的分离保证了处于还原塔上部的预还原颗粒不会下落到还原塔的下部，在该处气体将进一步把氧化物颗粒还原，直至氧化物颗粒的熔炼和烧结不可避免地发生。还原塔内氧化物颗粒的停留时间及体积密度的增加程度取决于腔室的个数、腔室的直径与高度比、环形部件的形状、气体体积、颗粒体积及颗粒粒度。本专利技术方法的另一个优点是，还原塔内氧化物颗粒沿室壁的连续向下流动可防止氧化物颗粒在壁上沉积和烧结。在直接还原工艺中经常发生的沉积和烧结问题由此可通过本专利技术的方法以简单且安全的方式得以解决。借助上述的优选的还原性气体制备方法，可获得非常高的还原性物料的利用率，因为煤和一部分固体碳的挥发物在气化室被转化成还原性气体，同时其余的还原性物料、粒状焦碳(coake)随着氧化物进入冶炼炉，在冶炼炉中它们被用作预还原氧化物的冶炼及最终还原所需要的还原性物料。然而，本专利技术的方法也可利用按任何常规方法所制备的还原性气体来实现。氧化物颗粒在送入还原塔前最好经预热，更为可取的是将来自还原塔的排出气用于预热。现本文档来自技高网...
【技术保护点】
通过粒状金属氧化物与还原性气体以顺流的形式预还原、以及对经预还原的含金属氧化物物料进行最终熔炼及还原来制备金属和／或铁合金的方法，其特征在于：温度为６５０～１１００℃的还原性气体和粒状金属氧化物从至少一个基本上竖直的预还原塔的下端供入，该塔包括至少两个腔室，所说的腔室的横截面基本呈圆形，腔室的上下两端部横截面均逐渐减少，并且至少在腔室间的中间区设有一环形部件以减小横截面（积），金属氧化物颗粒与还原性气体顺流流过预还原塔，以及预还原的金属氧化物颗粒和还原性气体的混合物从还原塔的顶部排出，然后，预还原的金属氧化物颗粒被输送到冶炼炉以便熔炼并通过加入还原性物料使其最终被还原成金属态。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：托拉尔夫巴森，罗宾艾菲泰蒂，
申请(专利权)人：埃尔凯姆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：NO[挪威]
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