[发明专利]还原铁的方法

说明书

本发明涉及直接还原合适的原料而生产铁的方法。该方法具有直接还原低品位含铁原料，如铁砂的特殊用途，这种原料是目前尚未因此目的而被工业上所采用的。然而，该方法也具有还原较高品位的原料，如通常进行常规熔炼操作的铁矿石的用途。该方法也可用于熔炼含铁废料。

用常规高炉炼铁的缺点是：为了保持每吨所产生的金属的低成本须进行投入大量资金的大规模经营。该方法需要块状焦炭来作燃料和还原剂。然而，生产焦炭是昂贵的而且产生由如硫化氢之类的气体散发及因形成含尘空气导致的环境问题。该方法还需要块状料，而流行的作法是将原料和熔剂烧结。烧结厂的作业也有大量资金和环境处理费用的问题。通常用高炉法制铁只有在年产铁超过百万吨的非常大的工厂中才可以考虑。

对于年产铁为20万-1百万吨的较小的工厂，电炉作业已经在发展，此电炉一般用预还原料和废铁进行作业，而且铁的化合物发生还原的量通常是该法的次要组成。为进行这种还原，该法要使用焦炭，因此也具有与高炉法相同的缺点。为了加热，该法还用电，而在大部分地区这对高温熔炼而言都是昂贵的能源。

许多直接熔炼工艺已经提出并已发展成实验厂的规模，这包括在铁熔池和渣熔池中，在部分燃烧还原的条件下用纯氧进行的煤的直接燃烧，或用较高富集程度的氧的喷入燃料的直接燃烧。这些方法一般都要用部分还原的铁矿石作原料，因此就造成需要提供预还原设备及作为该法的一个部分的预还原作业。这必然带来了较大的操作复杂性及较大的资金花费。

正在研究中的工艺一般采用底部喷咀将燃料、空气和含铁原料喷入金属熔池。这带来了昂贵的高压喷射问题及喷咀附近耐火材料的恶劣条件的问题。某些工艺已采用将燃料和空气顶吹喷入熔池顶部表面的方法，但这对熔池的热传递相当差，熔炼反应也相当地慢。

本发明旨在提供一种适用于低品位含铁原料生产铁及能在环境方面进行比常规采用的方法更有吸引力的作业的方法。

本发明提供一种在反应炉中对含铁原料进行熔炼以使原料中的铁成分还原成熔融铁的生产铁的方法，所述反应炉内有一个熔池，其中含有矿渣或含有熔融金属，该熔融金属上面有一矿渣层，其特征在于，

(a)将燃料和还原剂物料以及含氧气体通过至少一支顶吹埋入式喷枪喷吹入所述矿渣中，以使熔池的至少一个还原区中产生进行加热和还原的条件；

(b)在所述的至少一个还原区或邻近所述至少一个还原区，将原料与另外的煤还原剂和熔剂一起加入所述反应炉，以使所述原料进行熔炼还原；

(c)通过所述的至少一支喷枪控制含氧气体和燃料和还原剂物料的喷吹速度，以达到所需的，足够的还原条件；

(d)使熔炼时产生的CO和H₂以及被燃烧气体自溶池带出的碳的粉尘，在反应炉内熔池的上方进行二次燃烧；以及

进行步骤(c)的控制时，要使所喷射的含氧气体含有40-100体积％的氧含量，并足以使通过所述至少一支喷枪所喷射的燃料和还原剂物料充分达到40～50重量％的燃烧程度。

埋入式顶吹提供强的还原条件。燃料和喷入的还原剂可包括细粒状的煤、燃料油、天然气、液化石油气或其它合适的含碳材料。在细粒煤的情况下，燃料借助载气被喷射，而此气体可至少部分地含燃料燃烧所需的氧。载气任选地可含一种惰性气体如氮，和空气、和富氧空气或和纯氧的混合物，或者它可仅是惰性气体。燃烧所需的部分氧可以经流过喷枪而喷入。它与燃料和还原剂物料流分开喷入，而仅在该喷枪的下端和/或在渣熔池中这些分开的流才混合。将至少一部分氧以这种隔开的流进行喷射，它可包括单独的氧、空气、富氧空气或这类气体与惰性气体，如氮的混合气体。

如已指出，将氧和燃料和还原剂物料的喷射速率控制到满足所需的还原条件，这些条件最好是强还原的。因此，被喷射的气体的氧含量为40％-100％，并足以使燃料和还原剂物料的燃烧程度为40％-50％。

另外的煤还原剂最好是块煤。它随含铁原料装入熔池，最好以该原料的20-60％(重量)的比例装入。根据原料的情况还可将合适的熔剂如石灰或硅石随原料加入。在熔炼操作期间至少另外的煤还原剂和原料是连续加入的，而出渣和出铁金属则既可是连续地也可是分批地。