專利名稱：用于預熱鐵結塊的方法
用于預熱鐵結塊的方法
背景技術：
在煉鋼中，由所謂的直接還原法自鐵礦生產的鐵結塊的用途日益
增加。現在所述的鐵結塊通常稱為DRI球團(也稱為海綿鐵)和HBI型 煤(briquette)。 DRI球團為球形并且具有大約15 mm的直徑，HBI型煤 為立方形，尺寸為大約30x50x100 mm。
然而，與廢料相比，在熔煉中，結塊有許多缺點。這首先因為下 述事實由于加工原因，大約5~8%的鐵作為浮氏體以氧化形式存在。 但是其與廢料相比導致更低空隙體積的物理條件也妨礙了熔煉。因此， 例如在電弧爐中，與用于熔煉廢料的400kWh/t的鋼相比，用于熔煉結 塊需要大約600 kWh/t的鋼。
為了減少該不利狀況，例如，在大約650。C的溫度將DRI球團從 直接還原工藝直接加料到熔煉爐中，從而節省了大約170kWh/t的鋼。 如果直接還原設備和熔煉部件在空間上靠近，當然只能使用這個直接 連接。用于該目的的設備是精心設計的。
"Transactions，，(p.ll, vol. 28， 1988)，,中也描述了通過^吏熔爐廢氣通 過HBI型煤床而用于預熱HBI型煤的方法。因為在較高溫度下的強氧 化作用，預熱溫度應在70(TC以下。在這個溫度只少量還原了認為是8 %的浮氏體含量，并且在加入含碳鐵浴(carbonaceous iron bath)時導致 熔渣不受控制地起泡。該說明書和附圖進一步表明廢氣在高溫離開HBI 型煤床。有效的預熱時間認為是5~ 10分鐘。

發明內容
本發明的根本問題在于避免鐵結塊熔煉中存在的相對大的缺點， 并表現了有利地利用在其他情況下不利的所述結塊的物理條件用于預 熱方法的新方式，因此顯著地降低了用于熔煉的能量。
該問題的解決方案通過根據權利要求1所述的方法而實現。所述 方法的有益發展在從屬權利要求中闡明。
本發明的基礎是下述令人驚奇的發現當加熱氣體在特定條件下 流經鐵結塊床時，加熱氣體的溫度不是線性下降，而是加熱氣體在薄 層中幾乎完全被冷卻。所述層的層厚度取決于鐵結塊。所述層厚度對 球團為大約20 ~ 30 cm以及對型煤為大約50 cm。因此在加熱過程期間， 溫度前沿(temperature front)沿所述床移動，并且離開床的加熱氣體在完 全加熱總裝料前不久保持低溫。這使得可以循環用于加熱的惰性氣體 而不必額外冷卻。具體而言，在加熱過程開始，大約800~ IIO(TC的流 入溫度時，離開床的加熱氣體的溫度大約為室溫或者，即在大約10度 左右的范圍內。只有當溫度前沿經過幾乎整個床時，離開床的加熱氣 體的溫度開始升高，并且在加熱過程結束時，其達到約180~220°C。
基于結塊床的自由表面，當對于DRI球團，循環加熱氣體的平均 氣流速度為6,000NmVhm2以下，并且對于HBI型煤，其為 12,000NmVhm2以下時，可以獲得本發明的在結塊床中溫度分布的作 用。對于每1 m2的DRI球團的結塊床自由表面，平均氣流速度優選在 大約1,000到4,000 NmVh之間，且更優選在大約1,500到3,000 NmVh 之間，以及對于每1 m2的HBI型煤的結塊床自由表面，平均氣流速度 優選在大約2,000到7,000 Nm3/h之間，且更優選在大約2,500到5,000
NmVh之間。該量度標準初看是不合理的。結果該預熱時間太長，從而
如果總產物需要預熱，對于一個熔煉容器不得不使用多個預熱部件。 預熱時間越長，因此相應地導致越高的熱損失。然而，對于所述加熱 過程而言優點占優勢，因為循環的惰性氣體在離開被加熱的結塊床后 不必冷卻，從而總熱效率高于如果進行較快加熱的總熱效率。此外， 所述用于加熱的設備更簡單。
對于所述的惰性氣體流動速度的界限值應理解為總加熱期間的平
均數。例如，當加熱DRI球團時加熱循環的上半時期間，氣體流動速 度可以在8,000 NmVhn^以下。然后在下半時期間，氣體量持續降低到 1 ，000 NmVhm2。例如，人們也可以在6,000 NmVhm2開始并將總量持續 降低到1,000 NmVhm2。當加熱HBI型煤時，在加熱循環的上半時期間， 氣體流動速度可以例如為14,000 Nm3/hm2，然后在下半時期間，氣體 量持續降低到2,000 Nm3/hm2。然而，人們也可以在12,000 Nm3/hm2開 始并將加熱氣體的總量持續降低到2,000 NmVhm2。在兩個實施例中所 述的操作模式都具有的結果是，在總加熱時間內，加熱容器中壓力的 降低保持大致恒定。
為了滿足本發明的條件，必需相應地調整加熱容器的幾何形狀。 因此，在用于加熱DRI球團的預熱容器中，凈容器直徑與凈容器高度 的比應在0.5到1.5之間。平均凈容器直徑應大約與球團層的高度一樣。
在用于加熱HBI型煤的預熱容器中，容器直徑與容器高度的比應 在1至3之間。平均凈容器直徑應大約為結塊層厚度的一半。
所述條件適用于具有圓形橫截面的容器。當然所述條件可相應地 轉用到任何其它幾何形狀中。
根據本發明，如果加熱流從上面流到所述床上并從上到下流過床 是有益的。如果在具有這種操作模式的下部分提供圓錐形斜度則更有 益。然而，在用于加熱容器的上述幾何形狀中，不考慮所述部分。
已證明，下部區域中的形狀使在DRI床的幾乎完全均勻加熱方面
有可能獲得有益效果。如果下部區域的橫截面減小到上部加熱容器的
橫截面的大約1/3時，則可比橫截面恒定時更好地加熱床的最后部分。
令人驚奇地，已證明，所述再循環的"惰性氣體"可以為空氣。 在加熱過程開始時，空氣中的氧引起大約0.1%量的鐵氧化，但是其后 又被還原。僅很短時間后，空氣中存在的氧的量與鐵結合，然后用于 加熱過程的循環氣體僅僅由 一 夂氧化氣體組成。
在預熱鐵結塊時，浮氏體含量的高還原度有決定性的重要性。其 降低了大約25%的用于熔煉的能量需求。但是其通過防止另外偶然發 生的熔渣起泡，也使通常實用的含碳鐵浴的加入更簡單。
已令人驚奇地證明，在本發明的方法中結塊的浮氏體含量幾乎完 全被還原。其解釋為可能正好在浮氏體還原發生時，循環惰性氣體的 CO含量非常快地升高，從而為浮氏體還原創造了最佳條件。如果加熱
化對于此目的是足夠的。
本發明的減少循環氣體量和加熱容器的下部分中橫截面的圓錐斜 面有利于也在加熱容器的下部分中的結塊的浮氏體含量的高還原度。
浮氏體還原引起形成相當大量的CO，其被燒掉或被收集且用作用 于熱交換器的燃料氣體，從而這可替代大約一半的能量需求。
因此本發明的方法以兩種方式有利于重要的浮氏體含量還原。其 為循環氣體的高CO含量和相對長的加熱時間。
已證明，通過測定離開預熱容器的廢氣的溫度，可以簡單的方式
控制本發明海綿鐵的加熱條件。如果廢氣的溫度超過200。C,減小加熱 氣流。用于最佳加熱的條件一般是可重復的。然而需要偶爾的調整， 因為具有較小粒度的結塊部分或者精細部分會在加熱容器中的數量和 局部分布方面波動。
結塊的預熱溫度應在800。C到I，IO(TC之間。此外，如果結塊的C 含量至少為2%是有益的。這兩個條件有利于浮氏體含量的完全還原。
以在高預熱溫度下不燒結的方式處理球團的表面也屬于本發明的 本質。從豎爐中的直接還原法中已知這種處理。球團揚起的粉末一般 由MgO、 CaO或其復合物組成。在這個處理中，可以使用最高達1,100 。C的預熱溫度。
本發明方法的應用使在電弧爐中熔煉結塊的能量需求降低到200 kWh/t鋼以下。通過高預熱溫度，在熔煉過程中也更容易耐受礦石的較 高的礦渣含量。


附圖中示出了進行本發明的方法的示例性設備。所述設備由加熱 容器、用于加熱惰性氣體的再生裝置、風扇和濾布組成。該再生裝置 可以為整體再生塔(bulk regenerator)。然而，除了再生塔外，可以使用 回流換熱器。這使裝置更簡單，但是降低了最高可能溫度和熱效率。
具體實施例方式
在濾布中分離的灰塵為金屬的且因此是可自燃的。因此需要采取 相應的措施使過濾器總是充滿惰性氣體。灰塵可以被簡單地氧化，然
而，如果氣體富集了少量水蒸汽，20。C的飽和溫度是足夠的。
特別優選的實施方式在于改變本方法的整體再生塔的組合。在這 種情況下，用充分增加的疏松材料的層厚度運轉該再生塔。放射狀流 過的疏松層的厚度通常為大約60cm，在本發明的應用中大約為兩倍。 因此，儲存的熱足以加熱整個DRI裝料。這也導致用于惰性氣體循環 的需要的壓力的有益組合。在整體再生塔中壓力下降持續減少時，其 在預熱容器中升高。因此在加熱過程中進行壓力下降的特定調節。
加熱容器的形狀是重要的。讓我們以加料50t海綿鐵的加熱為例。 對于50t的DRI球團，需要容器的內部體積為大約30 m3。容器具有 3.3 m的凈直徑和圓柱部分為4m的高度，其中大約3.5 m充滿球團。 在所述球團上保留了引入熱惰性氣體的自由空間。熱氣體從上到下流 經填充物。容器的下部分由圓錐斜面組成，該圓錐斜面的下部分有排 出冷卻的惰性氣體的出口。
為加熱裝料，將總共40,000 Nm3的惰性氣體量流經要加熱的球團。 根據本發明，人們以8,000 NmVhn^惰性氣體流動速度開始。在加熱容 器直徑3.3 m時，橫截面為8.6 m2以及氣體流動速度為68,800 NmVh。 IO分鐘后，在40分鐘內氣體的量持續降低到1,000 NmVhm2。總加熱 時間為大約50分鐘。加熱循環末端廢氣溫度為180°C。不必冷卻循環 惰性氣體。
讓我們以加料50 t的HBI的加熱為第二個實施例。對于50 t的HBI, 需要大約20 m3容器內部體積。該容器具有2 m的凈直徑和6 m圓柱部
分的高度，其中大約5.5 m充滿HBI。在所述床上保留引入惰性氣體 的自由空間。熱氣從上到下流經填充物。容器的下部分由圓錐斜面組 成，其下部分有用于排出冷卻惰性氣體的出口。
為加熱裝料，總共40,000 Nm3惰性氣體量流經要加熱的床。根據 本發明，以7,000 Nm3/hm2惰性氣體流動速度開始。在加熱容器直徑為 2 m時， 一黃截面為3.1 m2以及氣體流動速度為21,700 Nm3 /h。 20分鐘 后在2小時內氣體量持續降低到3,000 Nm3 /hm2。總加熱時間大約為 2.3小時。加熱循環末端廢氣溫度為180°C。不必冷卻循環惰性氣體。
可通過在加熱容器底部的滑道形封閉裝置將加熱后的球團加料到 熔煉容器中。然而，將容器進行設計以使其具有加料盒的形狀，然后 上邊界成為可移動的或鉸接蓋是有利的。然后當加入廢料時，通過傾 倒到熔煉容器中將預熱后的結塊清空。
與熔煉容器連接的持續預熱是難以構思的。因此對于在20分鐘內 持續加料的50 t的球團，需要使用120,000 Nm3 /h的加熱氣體流動速 度，這需要非常精細的再生裝置和高壓力。對于加熱容器，這也導致 不可實現的條件。
這里提供了特別優點。然而不限于這種結合。其可以結合任何熔煉部 件而使用。例如，熔煉部件也可以為轉換器(converter)。預熱DRI可能 顯著增加DRI的加入。這里，使用與具有反應氣體的熱氣后燃燒的底 部吹動轉換器(bottom blown converter)結合的方法特別有利。對于球團 中大約4%的碳含量，應用本發明的方法而不進一步提供能量和液體生 鐵，在這種轉換器中可以制備液體鋼。
本發明的方法不局限于加熱所述的鐵結塊。鐵合金常常具有與HBI
型煤相似的結塊尺寸，但是其在結塊尺寸中具有相當大的波動幅度。。 這些物質也可在根據本發明的裝置中加熱。對于較高的小尺寸部分， 在本發明范圍的下限內工作是有利的，即加熱容器的直徑與高度的比
應為大約l,以及氣體的量應在5,000Nm3/hm2以下。根據顆粒的譜圖 實驗確定最佳值。本發明的教導使得顯著節省了用于熔煉的能量，并 相應地增加了生產力。
權利要求
1、一種通過熱氣流預熱鐵結塊的方法，其包括以下步驟在鐵結塊床中提供鐵結塊；在熱交換器中將氣體加熱到預熱溫度；以及使熱氣通過鐵結塊床，所述氣體流動速度使鐵結塊床中相對薄的層上發生熱氣溫度的下降，從而在加熱過程中使溫度前沿沿所述床移動。
2、 根據權利要求1所述的方法，其進一步包括如下步驟通過重 新加熱氣體并使所述氣體重新經過鐵結塊床而重新使用離開鐵結塊床 的氣體。
3、 根據權利要求1或2所述的方法，其中，熱的循環氣體流經所 述鐵結塊床，因此所述氣體將大部分熱能轉移到所述結塊上，然后又 在熱交換器中被加熱到預熱溫度。
4、 根據權利要求1 ~3中任一項所述的方法，其中，基于1 1112的 所述結塊床的表面，在整個加熱時間內的加熱氣體流動速度的平均值 為4,000 Nm3/h以下乘以以cm測定的所述結塊的直徑。
5、 根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，對于 預熱DRI球團，所述加熱氣體流動速度的平均值為6,000 Nm3/hm、V、 下。
6、 才艮據權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，對于預熱HBI型煤，所述加熱氣體流動速度的平均值為12,000 NmVhn^以下。
7、 根據權利要求1~6中任一項所述的方法，其特征在于，所述 加熱氣體從上經過自由空間而通過結塊床。
8、 根據權利要求1~7中任一項所述的方法，其特征在于，碳含 量為2~5%的鐵結塊通過具有800°C ~ uoo。c溫度的惰性加熱氣體加熱。
9、 根據權利要求1~8中任一項所述的方法，其特征在于，所述 加熱氣體的壓力以l永動方式變化。
10、 根據權利要求1 ~9中任一項所述的方法，其特征在于，基于 平均壓力，所述壓力的變化最高達到20。/。。
11、 根據權利要求1~10中任一項所述的方法，其特征在于，通 過廢氣溫度控制所述氣體流動速度。
12、 根據權利要求1 ~ 11中任一項所述的預熱方法，其特征在于， 在預熱DRI J求團時，將DRI床的高度和橫截面的比調整到0.5到1.5 之間。
13、 根據權利要求1 11中任一項所述的預熱方法，其特征在于， 在預熱HBI型煤時，將HBI型煤床的高度和橫截面的比調整到1到3 之間。
14、根據權利要求1~9中任一項所述的預熱方法，其特征在于， 通過在圓錐孔的橫截面減小到所述加熱容器的橫截面的至少1/3處排 出所述循環加熱氣體。
全文摘要
一種通過熱氣流預熱鐵結塊的方法，其包括以下步驟在鐵結塊床中提供鐵結塊；在熱交換器中將氣體加熱到預熱溫度；以及使熱氣通過鐵結塊床，所述氣體流動速度使鐵結塊床中相對薄的層上發生熱氣溫度的下降，從而在加熱過程中使溫度前沿沿所述床移動。
文檔編號C21B13/00GK101184854SQ200680018509
公開日2008年5月21日 申請日期2006年1月4日 優先權日2006年1月4日
發明者布羅茨曼·卡爾 申請人:薩斯特股份公司