[发明专利]生产用于还原金属矿石的还原气体的方法及设备

说明书

本发明涉及生产用于还原块状金属矿石、尤其是铁矿石的还原气体的方法，其中，在气化区中，通过在供氧的条件下发生碳载体、尤其是煤的气化而形成该还原气体，接着将该还原气体冷却至便于还原过程使用的还原气体温度，本发明还涉实施该方法的设备。

开始时所述类型的方法比如可从DE-C-3034539和EP-B-0114040中得知。用这些公知方法，通过在熔融气化区中、在供以碳载体和含氧气体的条件下的熔炼，由至少部分被预还原的海绵铁得到生铁或钢的预产物，而且还生成含CO和H₂的还原气体。在熔融气化区中形成的还原气体的温度在1000-1200℃的范围内。在此温度下，释放出来的碳氢化合物分解。同时，基于这种温度，CO₂和H₂O转变为CO和H₂，所以它们的含量降至6％以下的CO₂和4％以下的H₂O。

为在还原反应器中能够使用，这种非常热的还原气体必须在将其引入还原反应器之前进行冷却。按照DE-C-3034539，为此比如设有与后续的除尘塔相连的喷雾冷却器。将部分经这样冷却的还原气体混入出自熔融气化区的还原气体。这种用同类的经冷却的还原气体按常规方式进行的、将还原气体冷至约700-900℃的冷却，防止了在其还原期间、在还原区中矿石颗粒还原成初熔体，但又不使还原气体的还原势下降。

不利的是，这样冷却过的还原气体在热力学上不稳定；就象按多相的水-气平衡发生的CO与H₂生成H₂O和C的反应一样，按鲍氏平衡由CO生成CO₂和C，该反应和开始所述的反应一样也是放热反应。这使还原气体温度升高，从而也使竖炉炉料温度上升。还将形成结团。因而，不仅还原过程受干扰，而且来自还原区的竖炉炉料的产率也受影响。

由FR-A-2236951已知一种方法，其中将在一个电炉中形成的热还原气体导入一个直接位于该电炉的上方的还原竖炉中，并在进入该还原竖炉时通过鼓入水、水蒸汽、二氧化碳、烃或其它冷却介质而冷却，以便阻止在还原竖炉中含金属氧化物的物料结团。如此冷却后的还原气体中的CO₂-和H₂O含量相对较高。

在FR-A-766167中叙及了一种方法，其中将在一个熔融设备中形成的热还原气体直接导入到一个还原室中，其中在该还原设备的拱顶区，即在导入还原室之前，或是通过导入除去了碳酸后的用过的还原气体、或是通过导入由碳酸或水蒸汽和碳组成的混合物，使所说热还原气体冷却，以便避免投料在还原室中结团。

本发明旨在避免这些不足和困难，其目的在于，提供开始时述及的那类方法及实施此方法的设备，它能产生其温度在有利于金属矿石还原的范围内的还原气体，因而也就是使还原气体的温度低于这样一个温度，在该温度下，至少被部分还原的金属矿石中会发生初熔和堵塞(结团形成)等情况。此外，将避免对气体运载系统中的金属材料、即反应器和输气管道、内部构件等的化学侵蚀。

用开始时述及的那类方法达到了这一目的：为防止鲍氏反应和多相水-气反应，及由此而产生的对还原气体、因而也是对金属矿石的加热，通过加入H₂O和／或CO₂，将一种经历了不是通过向还原气体中加入H₂O／CO₂所导致的冷却的还原气体转变为在还原气体的温度下、在热力学上较为稳定的还原气体。

通过有目的地添加H₂O和／或CO₂，就有目的地影响了或阻止了还原剂CO和H₂受热力学条件导致的分解。调整了还原气体的浓度范围，在该浓度下可抑制强放热的鲍氏反应和多相水-气反应，从而，不会发生还原气体温度的过度升高。与此同时，用此方法使还原气体的氧化程度受到控制，对金属材料的化学侵蚀受到抑制。

有利的是，H₂O和／或CO₂的加入量使得在有利于还原反应的温度下几乎达到还原气体的鲍氏和多相水-气平衡为止。

可通过加同类的冷却气体、炉顶煤气和／或H₂O和／或CO₂进行还原气体的冷却是可取的。

通过加水蒸汽来加H₂O及通过加含CO₂的气体来加CO₂是适宜的。