[發明專利]通過向熔爐-氣化器內注入煤粉制造鐵水的設備及其鐵水制造方法

有效

• 申請號: 201010505327.6
• 申請日: 2005-07-29
• 公開（公告）號: CN101956036A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 權瑛哲;許南釋;樸映道;金學童
• 申請（專利權）人: POSCO公司
• 主分類號: C21B13/00
• 分類號: C21B13/00;C21B13/14
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 鄭建暉;楊勇

本申請是2005年7月29日提交的名稱為“通過向熔爐-氣化器內注入煤粉制造鐵水的設備及其鐵水制造方法”的200580000323.X發明專利申請的分案申請。

發明背景

發明領域

本發明涉及通過向熔爐-氣化器內注入細碎(fine)的含碳材料而制造鐵水的設備，及使用該設備制造鐵水的方法；更具體而言，本發明涉及通過向熔爐-氣化器內裝入含碳材料及鐵載體、并向熔爐-氣化器內注入細碎的含碳材料而制造鐵水的設備，以及使用該設備制造鐵水的方法。

相關技術描述

鋼鐵工業是為建筑和汽車、船舶、家用器具等制造提供所需基本材料的核心工業。它也是人類有史以來一直發展的、歷史最悠久的工業之一。煉鐵廠在鋼鐵工業中起著關鍵的作用，在使用鐵礦石和煤作為原料生產鐵水(也就是，熔融狀態的生鐵)之后，由鐵水生產出鋼，隨后供應給消費者。

現在，世界上大約60％的鐵的生產是通過采用由14世紀發展起來的鼓風爐熔煉法實現的。在鼓風爐熔煉法中，將經歷燒結過程的鐵礦石和以煙煤作為原料生產出的焦炭一起置于鼓風熔爐中，并向熔爐提供氧氣以將鐵礦石還原為鐵，由此制造鐵水。鼓風爐熔煉法是工廠生產鐵水最常用的方法，考慮反應特性，該方法要求原料具有至少一個預定的強度水平，并具有能保證熔爐中滲透度的粒度。由于該原因，需要由特定的原煤經過處理所獲得的焦炭作為碳源，以用作燃料和還原劑。此外，需要經歷過連續燒結過程(agglomerating?process)的燒結礦作為鐵源。因而，現代的鼓風熔爐煉法需要原料預處理設備，例如焦炭制造設備和燒結設備。即，有必要裝備鼓風爐之外的輔助設施，以及防止輔助設備所生成污染和使污染最小化的設備。因此，在額外的設施和設備上的巨大投資導致了制造成本增加。

為了解決鼓風爐熔煉法中的這些問題，全世界的煉鐵廠都做出了很大努力，以開發一種熔融還原方法，這樣的熔融還原方法通過直接使用普通煤作為燃料和還原劑，并且直接使用鐵礦石作為鐵源，在熔爐-氣化器內制造鐵水。

由于在熔爐-氣化器內形成由煤組成的煤填充床，鐵載體和添加物在煤填充床內熔融和結渣，并以鐵水和爐渣形式排出。通過多個安裝在熔爐-氣化器外壁的鼓風口將氧氣注入熔爐-氣化器，并燃燒煤填充床。因此，氧氣轉化為高溫還原氣體，而且高溫還原氣體被供應到流化床反應器。高溫還原氣體還原并燒結鐵載體和添加劑，然后被排出至外界。

裝入熔爐-氣化器上部的塊煤，在保持在約1000℃高溫的熔爐-氣化器的穹形部分中下落時，由于突然的熱沖擊而分化。在這種情況下，產生了大量的含有大量碳成分的粉塵。因此熔爐-氣化器的滲透度因大量的粉塵而降低。為解決該問題，在熔爐-氣化器上部安裝粉塵燃燒器，在氧氣被粉塵燃燒器注入熔爐-氣化器時燃燒粉塵。通過燃燒粉塵，可以利用粉塵中碳成分的燃燒熱。

同時，塊煤被裝入熔爐-氣化器并在其穹形部分中被快速加熱。塊煤中所含的揮發性物質首先熱解為具有C_nH_m鏈結構的熱解氣體或具有環結構的焦油相。揮發性物質首先熱解然后再熱解成還原氣體，例如CO氣體和H₂氣體。熱解過程所必需的熱在該過程中被吸收，從而使穹形部分的溫度降低了。因此，除了燃燒粉塵所需的氧氣以外，額外的氧氣由粉塵燃燒器或氧氣燃燒器供應，以防止溫度的降低。熔爐-氣化器的穹形部分內所形成的還原氣體的一部分，通過供應額外的氧氣而被燃燒，從而防止了其溫度的降低。然而，即使有這種燃燒，煤熱解氣或焦油的一部分也沒有完全熱解成CO₂和H₂。因此，由熔爐-氣化器排出的還原氣體中，包含了一部分含有未熱解(depyrolyzed)碳氫化合物-例如CH₄-的氣體。

如上所述，當塊煤裝入熔爐-氣化器中時，揮發性物質中碳的燃燒熱主要用于熱解揮發性物質本身所產生的氣體，并提高熱解氣體的溫度。含碳材料部分地從熔爐-氣化器中排出，而不產生燃燒熱。因此，塊煤中含有的含碳材料總量中，只有除去揮發性物質中的碳量的含碳材料才在熔爐-氣化器下部被燃燒。因而，應當使用比實際需要量更多的含碳材料，以為生產鐵水提供充足的熱源。同時，未熱解的碳氫化合物氣體，例如CH₄，從熔爐-氣化器中被排出，同時部分地存在于還原氣體中。此外，由于過量的氧氣通過粉塵燃燒器被注入，因此，含有CO₂和H₂O的還原氣體被部分地排出。由此帶來問題，因為供應給還原反應器的還原氣體的還原能力降低了。

發明概述