[发明专利]制备在金属制造方法中使用的还原剂的方法和设备、使用所述设备的金属制造方法和金属制造装置

说明书

本发明涉及制备在金属制造方法中使用的具有高温的还原剂的方 法和设备和使用所述设备的金属制造方法和装置。

使用还原剂的金属制造方法在本领域中众所周知。EP 0 936 272 公开了一种冶炼金属矿石即铁矿石的方法和设备，其中将氧化铁和作 为还原剂的热炭进料到一级反应器中以还原氧化铁并由此生成元素铁 的熔池，产生含氧化铁的熔渣层。

该热炭在二级反应器中通过部分氧化挥发性物质由包含固定碳和 含烃挥发物的含碳物质来制备。在二级反应器中同时产生包含烃、CO、 CO₂、水蒸汽和H₂的燃料气体，其具有大于0.25的CO∶CO₂比。使这种燃 料气体燃烧，以使得产生喷射火焰，将该火焰导入由氧化铁组成的熔 渣层中。

该一级反应器可包括转炉和在其顶部的熔融用旋风分离器，也称 为旋风分离器转炉(CCF)。将铁矿石细粒引入熔融用旋风分离器中。将 氧气和来自转炉的气体物流形式的燃料也引入熔融用旋风分离器中。 结果是，铁矿石被预还原并熔融。由于旋风作用，将液体金属物流与 气体物流分离。

液态的预还原了的铁矿石沿熔融用旋风分离器的内壁向下流入转 炉中，在那里发生进一步或最终还原。转炉中所需的还原剂以来自二 级反应器的热炭、煤或它们的组合的形式引入。使用一个或多个喷枪 将氧气引入转炉中。在二级反应器中，可使用氧化剂如(富氧)空气或 氧气部分氧化煤。二级反应器的实例包括适于具有窄粒度分布的粒状 煤原料的流化床、适于具有较宽粒度分布的粒状煤原料的喷射床反应 器和采用粉碎的煤原料的载流反应器。

EP 0 726 326公开了通过在熔融用旋风分离器中在预还原段然后 在作为冶金容器的转炉中在最终还原段直接还原铁矿石来生产熔融金 属即生铁的方法和装置。这种已知方法包括输送铁矿石到在预还原段 中的熔融用旋风分离器中并借助于来源于冶金容器中的最终还原段的 还原性工艺气体在那里将其预还原的步骤。

还原性工艺气体在熔融用旋风分离器中的后燃也通过供应氧气进 行，以使得熔融用旋风分离器中的铁矿石至少部分熔融。预还原的且 至少部分熔融了的铁矿石从熔融用旋风分离器向下进入在位于下方的 冶金容器中。在冶金容器中的最终还原通过直接供应固体颗粒形式的 煤到熔渣层和供应氧气到冶金容器中而在熔渣层中实现，由此生成还 原性工艺气体。这种还原性工艺气体通过供应氧气部分后燃。该部分 后燃在熔渣层中至少部分实现，以使得后燃比率不大于0.55。剩余的 还原性工艺气体在熔融用旋风分离器中消耗。据说尽管在冶金容器中 后燃程度低，但仍得到低的煤消耗。这种已知方法产生的具有较大化 学能含量的排出气体越多，设定的后燃比率越低。该方法还容许使用 较低廉的高挥发性煤。

WO 2004/031324公开了一种在热解条件下处理物料的方法和装 置。这种已知装置包括外壳，其中提供有挤出螺杆。待处理的原料的 实例包括产生炭或焦炭的煤。该螺杆配置降低了与反应期间塑性相有 关的问题，如影响传热和加工性能的粘结、差的混合性质。还据说这 种已知装置本身可用来使用还原剂将铁矿石还原为钢。

虽然以上论述的现有技术说明了各种改善制铁工艺的努力，但仍 然需要进一步优化这些工艺，特别是鉴于煤消耗、能量消耗和环境上 有害的副产物如二氧化碳的排放。

本发明的第一目标是以能量有效的方式制备还原剂如部分炭化了 的煤。

本发明的一个目标是减少金属制造中的煤消耗。本发明的其它目 标是减少金属制造中的CO₂排放。

又一目标是使煤被一种或多种替代能源(部分)代替，由此容许CO₂排放进一步减少。

另一目标是提供所产生的具有高CO₂含量的废气，它可以在不需要 成本高的CO₂捕获措施的情况下再次使用或储存。

根据本发明的第一方面，提供了在金属制造方法中使用的具有高 温的还原剂的制备方法，包括

a)使用热源加热含碳原料的热解步骤，其中将所述原料热解到至 多80％变成具有高温的部分炭化了的含碳产物的程度并由所述含碳原 料产生包含挥发性物质的热解废气，

b)燃烧所述热解废气的燃烧步骤，由此产生燃烧废气，