[发明专利]铁矿石的熔融还原方法

说明书

本发明是关于一种铁矿石熔融还原的方法，本方法中氧化铁实质上是在液体状态下还原，此过程的热平衡所需的能量是通过向熔体加入碳质燃料以及将由此产生的反应气体（主要是CO和H₂）进行再燃烧而产生的。

有许多已经知道的方法，都是将已经过预还原的矿石同煤一起熔化并将由此产生的气体利用来还原铁矿石。

德国“（专利）公开说明书”3133575号的方法，改进了向熔化炉内供给热量的方式：通过向熔池表面上吹氧，将从铁熔体放出的反应气体吸入至熔体上方的空间内，一起带到熔池表面，一部分被燃烧，所产生的热就传递给铁熔体。在这种已知的方法中，液态的铁是通过将铁矿石加入至铁熔池式反应炉内制得的。与此同时生成的一氧化碳气体可用于对铁矿石进行预还原。然而，此方法中的燃料消耗量是比较高的。

德国专利2843303号的方法也包含了同样的缺点。在此方法中，大块的煤加入至铁熔池上面的流态化床中，而将气体用于对铁矿石进行预还原。从在气相中已经过预还原至高度金属化的铁矿石制造出1吨液态铁，需要约900公斤优质煤。然而，此方法还产生相当大量的剩余气体，其可利用性实质上决定了此方法的经济效果。

德国“（专利）公开说明书”3418085号叙述了一种由矿石制造铁的方法，此方法中用从熔化炉中产生的反应气体在矿石还原炉中将矿石还原至金属化程度为约50%。此方法中，从铁熔体放出的反应气体有30-40%在熔化炉中再燃烧，所产生的热大部分被传递给熔体。然后此反应气体在从熔化的组合料流至矿石还原炉的途中由于加进了还原剂（诸如天然气或煤粉）而被还原，同时也被冷却。

另一个已知的方法是用已被实质上预还原至金属化程度为92-94%的铁矿石，在熔化炉中同碳质的固体载能体加氧气一起进行熔化。由此产生的气体用于对矿石进行预还原，为了改善其利用率，此气体进行循环，并除去其中的CO₂组分。

这样，后两种方法都要兼备三个步骤以达到最小的燃料消耗量，即一种方法是用带有再燃烧的熔融还原，用从熔化炉出来的废气进行的热气体还原，以及在气相状态对矿石进行预还原;另一种方法是用煤和氧而不是用再燃烧法进行熔化，将所产生的气体用于预还原，以及在气体循环过程中除去CO₂。用这两种方法由铁矿石制造出1吨铁需要大约600公斤煤。

本发明要解决的问题就是提供一种方法，它需要从外部能源（例如碳质燃料）供给的能量比例比较小。

本发明的方法解决此问题的办法是将反应气体相继地在含氧的喷射气流中进行两次或更多次再燃烧，这些含氧的喷射气流是喷入至几个事实上是彼此独立的反应空间中。

术语“事实上彼此独立的反应空间”是指一个含氧的喷射气流从该空间将周围的气体吸入气流中进行再燃烧，而此过程对其他喷射气流是彼此独立的。这些反应空间通常是沿着反应气体流动的方向一个跟一个地排列的。

按照本发明，反应气体至少要再燃烧两次，即在第一次再燃烧之后再次被吸入含氧的燃烧气体中进行再燃烧，所产生的能量大部分用于熔融还原过程，例如用于熔化所加入的磨细的矿石，而同时铁矿石也会被预还原至维氏体（Wüstite）阶段。

本发明的一个有效益的实施方案是使第二次再燃烧的喷射气流冲击点处的还原条件弱于第一次再燃烧的喷射气流冲击点处的还原条件。为了在第二步中得到高的再燃烧率，该处的还原势（reductionpotential）应比第一次再燃烧的喷射气流冲击点处的低一些，因为喷射气流通常都已高度氧化，很可能要同熔化炉内的液相发生反应。

按照本发明，喷射气流在其中起作用的那些反应空间，可以由两个单独的但直接相连的炉体组成。例如，第一个反应炉可以是一个鼓形的转炉，它同第二个反应炉，例如一个熔化用的旋风分离器相连。然而足以令人惊奇的是，经验表明即使在一个炉体内，各次再燃烧的喷射气流的反应空间仍能以一定方式保持彼此分开，以便容许进行两个阶段的反应气体的再燃烧。本发明的一个实质性的特点是，即反应气体相继地在含氧的喷射气流中再燃烧两次或更多次，而这些喷射气流是喷入至事实上是彼此分开的各反应空间中。