通过向熔炉-气化器内注入煤粉制造铁水的设备及其铁水制造方法技术

本发明专利技术涉及通过向熔炉－气化器内注入细碎的含碳材料而制造铁水的设备，及使用该设备制造铁水的方法。本发明专利技术的制造铁水的方法包括步骤：在还原反应器中还原含有铁矿石的混合物并将含有铁矿石的混合物转变成被还原材料，制备含有挥发性物质的块状含碳材料，作为熔化被还原材料的热源，将块状含碳材料装入熔炉－气化器的穹形的上部，并形成煤填充床，制备含有挥发性物质的细碎含碳材料，作为熔化被还原材料的热源，通过安装在熔炉－气化器上的鼓风口将氧气和细碎含碳材料注入煤填充床，将被还原材料装入与还原反应器相连的熔炉－气化器并制造铁水，并且将熔炉－气化器中的、由块状含碳材料和细碎含碳材料中含有的挥发性物质制得的还原气体供应到还原反应器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
专利
本专利技术涉及通过向熔炉-气化器内注入细碎(fine)的含碳材料而制造铁水的设备，及使用该设备制造铁水的方法；更具体而言，本专利技术涉及通过向熔炉-气化器内装入含碳材料及铁载体、并向熔炉-气化器内注入细碎的含碳材料而制造铁水的设备，以及使用该设备制造铁水的方法。相关技术描述钢铁工业是为建筑和汽车、船舶、家用器具等制造提供所需基本材料的核心工业。它也是人类有史以来一直发展的、历史最悠久的工业之一。炼铁厂在钢铁工业中起着关键的作用，在使用铁矿石和煤作为原料生产铁水(也就是，熔融状态的生铁)之后，由铁水生产出钢，随后供应给消费者。现在，世界上大约60％的铁的生产是通过采用由14世纪发展起来的鼓风炉熔炼法实现的。在鼓风炉熔炼法中，将经历烧结过程的铁矿石和以烟煤作为原料生产出的焦炭一起置于鼓风熔炉中，并向熔炉提供氧气以将铁矿石还原为铁，由此制造铁水。鼓风炉熔炼法是工厂生产铁水最常用的方法，考虑反应特性，该方法要求原料具有至少一个预定的强度水平，并具有能保证熔炉中渗透度的粒度。由于该原因，需要由特定的原煤经过处理所获得的焦炭作为碳源，以用作燃料和还原剂。此外，需要经历过连续烧结过程(agglomerating process)的烧结矿作为铁源。因而，现代的鼓风熔炉炼法需要原料预处理设备，例如焦炭制造设备和烧结设备。即，有必要装备鼓风炉之外的辅助设施，以及防止辅助设备所生成污染和使污染最小化的设备。因此，在额外的设施和设备上的巨大投资导致了制造成本增加。为了解决鼓风炉熔炼法中的这些问题，全世界的炼铁厂都做出了很大努力，以开发一种熔融还原方法，这样的熔融还原方法通过直接使用普通煤作为燃料和还原剂，并且直接使用铁矿石作为铁源，在熔炉-气化器内制造铁水。由于在熔炉-气化器内形成由煤组成的煤填充床，铁载体和添加物在煤填充床内熔融和结渣，并以铁水和炉渣形式排出。通过多个安装在熔炉-气化器外壁的鼓风口将氧气注入熔炉-气化器，并燃烧煤填充床。因此，氧气转化为高温还原气体，而且高温还原气体被供应到流化床反应器。高温还原气体还原并烧结铁载体和添加剂，然后被排出至外界。装入熔炉-气化器上部的块煤，在保持在约1000℃高温的熔炉-气化器的穹形部分中下落时，由于突然的热冲击而分化。在这种情况下，产生了大量的含有大量碳成分的粉尘。因此熔炉-气化器的渗透度因大量的粉尘而降低。为解决该问题，在熔炉-气化器上部安装粉尘燃烧器，在氧气被粉尘燃烧器注入熔炉-气化器时燃烧粉尘。通过燃烧粉尘，可以利用粉尘中碳成分的燃烧热。同时，块煤被装入熔炉-气化器并在其穹形部分中被快速加热。块煤中所含的挥发性物质首先热解为具有CnHm链结构的热解气体或具有环结构的焦油相。挥发性物质首先热解然后再热解成还原气体，例如CO气体和H2气体。热解过程所必需的热在该过程中被吸收，从而使穹形部分的温度降低了。因此，除了燃烧粉尘所需的氧气以外，额外的氧气由粉尘燃烧器或氧气燃烧器供应，以防止温度的降低。熔炉-气化器的穹形部分内所形成的还原气体的一部分，通过供应额外的氧气而被燃烧，从而防止了其温度的降低。然而，即使有这种燃烧，煤热解气或焦油的一部分也没有完全热解成CO2和H2。因此，由熔炉-气化器排出的还原气体中，包含了一部分含有未热解(depyrolyzed)碳氢化合物-例如CH4-的气体。如上所述，当块煤装入熔炉-气化器中时，挥发性物质中碳的燃烧热主要用于热解挥发性物质本身所产生的气体，并提高热解气体的温度。含碳材料部分地从熔炉-气化器中排出，而不产生燃烧热。因此，块煤中含有的含碳材料总量中，只有除去挥发性物质中的碳量的含碳材料才在熔炉-气化器下部被燃烧。因而，应当使用比实际需要量更多的含碳材料，以为生产铁水提供充足的热源。同时，未热解的碳氢化合物气体，例如CH4，从熔炉-气化器中被排出，同时部分地存在于还原气体中。此外，由于过量的氧气通过粉尘燃烧器被注入，因此，含有CO2和H2O的还原气体被部分地排出。由此带来问题，因为供应给还原反应器的还原气体的还原能力降低了。专利技术概述本专利技术旨在解决以上问题，并意图在通过向熔炉-气化器内注入细碎的含碳材料、并供应具有增强的还原能力的还原气体而制造铁水时，将燃料比降到最小。此外，本专利技术提供了一种制造铁水的设备，其通过注入细碎的含碳材料，提高了对煤的燃烧热的利用效率。为解决上述问题，本专利技术提供了一种制造铁水的方法，包括步骤在还原反应器中还原含有铁矿石的混合物并将含有铁矿石的混合物转变成被还原材料，制备含有挥发性物质的块状含碳材料，作为熔化被还原材料的热源，将块状含碳材料装入熔炉-气化器的穹形的上部，并形成煤填充床，制备含有挥发性物质的细碎含碳材料，作为熔化被还原材料的热源，通过安装在熔炉-气化器上的鼓风口将氧气和细碎含碳材料注入煤填充床，将被还原材料装入与还原反应器相连的熔炉-气化器并制造铁水，并且将熔炉-气化器中的、由块状含碳材料和细碎含碳材料中含有的挥发性物质制得的还原气体供应到还原反应器。在制备含有挥发性物质的细碎含碳材料，作为熔化被还原材料的热源的步骤中，细碎含碳材料中可含有8.0重量％-35.0重量％范围的挥发性物质，并且挥发性物质可含有碳和氢。细碎含碳材料的自由膨胀指数(FSI)优选不大于6.0。在制备含有挥发性物质的块状含碳材料，作为熔化被还原材料的热源的步骤中，块状含碳材料可含有20.0重量％-35.0重量％范围的挥发性物质，并且挥发性物质可含有碳和氢。优选地，块状含碳材料的粒度在8毫米-35毫米范围。制备块状含碳材料的步骤优选地包括步骤将原煤分成煤粉和块煤，并制备块状含碳材料，其中块煤与热气体接触然后被干燥。制造铁水的方法可以进一步包括步骤将分开后的煤粉作为细碎含碳材料注入煤填充床。制造铁水的方法可以进一步包括步骤传送在块煤与热气体接触时收集的煤粉，并将煤粉作为细碎含碳材料注入。块状含碳材料可包括煤压块，并且制备块状含碳材料的步骤可包括步骤将原煤分成煤粉和块煤，对煤粉成型然后制作煤压块。制作煤压块的步骤可包括步骤干燥煤粉，在煤粉中加粘合剂并混合，对加入粘合剂并混合后的煤粉成型，并制作煤压块。上述制作煤压块的步骤可进一步包括步骤传送在干燥煤粉的步骤中收集的煤粉，并将煤粉作为细碎含碳材料注入。优选地，在将细碎含碳材料注入煤填充床的步骤中，细碎含碳材料通过压碎原煤制成，并且，压碎的细碎含碳材料的粒度不大于3毫米。优选地，在将还原气体供应到还原反应器的步骤中，随着细碎含碳材料注入量的增加，还原气体的氧化率降低到0％以上至11.432％范围。优选地，随着细碎含碳材料注入量的增加，熔炉-气化器中的CH4气体量减少，并且随着CH4气体量减少，还原气体的氧化率降低。优选地，当x表示细碎含碳材料的注入量，y表示熔炉-气化器中的CH4气体减少量时，基本满足y＝0.0001x。在此，x的单位是千克/吨铁水(kg/t-p)，y的单位是％，0.0001的单位是％/(千克/吨铁水)。优选地，当x表示熔炉-气化器中的CH4气体量，y表示还原气体的氧化率时，基本满足-3.4718≤1.6653x-y≤1.3824。在此，x的单位是体积％，y的单位是％，1.3824的单位是％/体积％。优选地，当x表示熔炉-气化器中的CH4气体量，y表示还原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造铁水的方法，包括步骤：　　　　在还原反应器中还原含有铁矿石的混合物并将含有铁矿石的混合物转变成被还原材料；　　　　制备含有挥发性物质的块状含碳材料，作为熔化被还原材料的热源；　　　　将块状含碳材料装入熔炉－气化器的穹形的上部，并形成煤填充床；　　　　制备含有挥发性物质的细碎含碳材料，作为熔化被还原材料的热源；　　　　通过安装在熔炉－气化器上的鼓风口将氧气和细碎含碳材料注入煤填充床；　　　　将被还原材料装入与还原反应器相连的熔炉－气化器并制造铁水；和　　　　将熔炉－气化器中的、由块状含碳材料和细碎含碳材料中含有的挥发性物质制得的还原气体供应到还原反应器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：权瑛哲，许南释，朴映道，金学童，
申请(专利权)人：POSCO公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]