本发明属于冶金技术领域，涉及金属氧化物熔融还原金属的方法，具 体说是一种铁的氧化物"三步法"还原金属铁的方法。 背景技术
铁氧化物的一步法熔融还原是上世纪初提出的，是将铁矿粉和煤粉直
接喷到移动着的高温高碳的铁熔池表面，CO在熔池上部燃烧，产生大量
的热量满足系统需要。在实际应用中一步法有其局限性，主要有如下原因
①CO燃烧产生的大量的热不能有效地传递到还原区②高FeO渣对炉衬严 重侵蚀③高温煤气排出反应器热能利用下降。
铁氧化物的二步法熔融还原，是上世纪70年代开始开发的。主要由还 原器及终还原炉组成。二步法有很多种类，典型的预还原器是竖炉，使用 天然块矿或人造块矿，预还原阶段使用的还原气来自终还原产生的煤气， 很多情况下，这些煤气还兼做热载体气，预还原后的物料紧接着送入终还 原器，在终还原炉内送入煤粉和氧气，在高温熔融状态下进一步进行还原、 渗碳，渣铁分离。由于预还原器往往是竖炉同时又采用块矿，预还原速度 较低，容易造成粘结排料不畅，终还原炉出来的煤气利用率不高，热效率 低，竖炉顶部排出煤气温度往往较高，终还原炉加热燃料主要靠煤的燃烧 产生，在终还原炉中就产生额外的熔渣。
以上一步法或典型的二步法铁氧化物熔融还原成功地解决了生产铁水 不使用焦炭，而只使用非炼焦煤，二步法中还摆脱了高炉炼铁中软融带的不利影响，改变了原有的高炉炼铁的透气性问题，但一步法，二步法熔融 还原都有其固有的弱点。现代冶金技术要求精细化，要求改变粗放式的设 计生产方法。 发明内容
为克服现有技术的不足，充分利用还原过程析出的气体，提高熔融还 原产品的质量，本发明提供一种三步法金属还原的方法
三步法铁的氧化物还原分为三步。第一步是通过一定量的碳与铁氧化 物直接接触或者一氧化碳和某些碳氢化合物及氢气等与铁氧化物接触，这 种接触是在一定温度下，在隔绝空气，隔绝氧气的情况下进行的，在这种 温度下，铁的大部分氧化物被还原成金属铁，而这个温度可以是接近金属 铁熔化温度，也可以是某个较低的温度。不同的温度有不同的还原时间。 铁的氧化物与含碳的物质如煤，半焦，焦炭，焦油等接触， 一般还应混合
有类似CaO的溶剂及某些粘结剂和水，制成成型物，然后在某个温度下进 行加热，加热在还原炉内进行，并且隔绝空气或氧气，如在接近铁熔化的 温度加热则还原的速度很快，如比此温度较低的温度加热，还原速度则相 对要低，还原的结果是大部分铁的氧化物都转为金属铁，含碳高的成型物 可能得到含碳较高的还原炉产品，含碳低的成型物可能得到含碳较低的还 原炉产品。还原炉可以是竖炉，辊道式炉，推板式炉，罩式炉，焦炉等。 不论何种炉型，都有如下特点：装有成型物并隔绝空气，隔绝氧气，还原 炉所需的相当一部分或大部分以上的热量来自析出气体，析出气体转化成 还原炉所需热量的方法多种多样，在还原炉内对成型物加热可以在金属铁 接近熔化的温度，也可以在与之相比较低的温度，还原炉产品在隔离空气 的情况下排出还原炉及很多情况下析出气体在还原炉中的温度逐渐降低，从气体出口离开还原炉时温度相对较低。第二步是含碳的成型物在还原炉 内进行还原的过程，还是一个含碳气体产生和析出的过程。析出气体主要 有一氧化碳，碳氢化合物，氢气，二氧化碳，氮气等，这些析出气体在排 出还原炉之后有两个途径：第一个途径，收集这些气体进入气体处理装置， 在气体处理装置里完成除尘降温脱焦油，脱硫，脱氮氧化物，脱二恶英， 脱水并加压工作，使析出气体适宜于进入各类自动控制烧嘴进行加热。如 有必要可加入气体改质流程，使气体组分更适宜于用还原炉使用。第二个 途径是收集这些气体不进行气体处理或只进行简单的气体处理，很多情况 下，析出气体仍保持与出还原炉时相近的温度，直接用于类似终还原炉和 各种蓄热器的加热方面。第三步是：使用析出气体，在如下方面进行运用。 ①在终还原炉内与被换热过的空气或富氧混合燃烧，也可与纯氧混合燃烧， 对还原炉产品进行终还原或进行终还原并熔化，除渣，产生铁水或直接还 原钢水。析出气体燃烧提供了终还原炉要求的全部热量也可提供其要求的 部分热量，其余热量由其它燃料或能源提供。根据成型物的成分，还原炉 产品在终还原炉内进行终还原并熔化，可加入部分含碳物质如煤粉喷入燃 烧并可以参与还原过程，也可不加含碳物质只采用还原炉产品内剩余的含 碳物质完成终还原。②提供熔池加热炉，高温换热装置，空气换热装置， 外热式加热还原炉、调节熔炼炉等所需全部热量或部分热量，这些热量可 能直接来自析出气体的燃烧，也可能来自终还原炉高温烟气热载体加热， 也可能两者都有之。③将析出气体用于系统外的发电装置然后使用电能作 为三步法铁氧化物还原的全部或部分能源。
三步法铁氧化物还原方法不仅可用于铁氧化物的还原，还可以用 于其 它用碳物质做还原剂的物质还原过程。与现有技术相比，本发明的优点是：
1. 具有一步法熔融还原和二步法熔融还原的优点，三步法铁氧化物 还原不使用焦炭，只使用非焦煤。同时整个过程生产效率更高，工艺流程 更合理，生产环节更简洁，对外依赖更小，生产更加细化。
2. 还原炉可以是竖炉，辊道式窑，推板式炉，罩式炉，焦炉等，可 以根据要求和实际情况采用不同炉型。
3. 将原料，辅料等制成成型物，可以使由铁氧化物等所组成的成型 物形成几乎任何形状，使还原炉的透气性相对大大改善。
4、 为了使铁的氧化物进行还原，在还原炉内对成型物进行加热，加热 是在隔绝空气，隔绝氧气下进行的，加热温度可以为接近金属铁熔化温度， 也可以为比其较低的温度，比典型的二步法熔融还原更合理。
5. 当析出气体作为载体气进入还原炉一端时，进入的析出气体温度可 以很高，对还原炉进气端的已经被预热的成型物进行高温加热，控制进入 析出气体的数量，对接下来的成型物进行预热并使温度逐渐降低，使析出 气体出还原炉时有较低的温度。另外，对于外热式加热还原炉，合理排布 容器的形状，数量和排布位置，使析出气体和烟气排出还原炉时都有较低 的温度，使热效率更高。
6、 在终还原炉中完成终还原并熔化，除渣这个过程中只加入少量碳物 质如煤粉或不加碳物质只依靠成型物剩余碳物质完成终还原，利用析出气 体进行加热，熔渣量更少，终还原炉作业条件更好。
7、 整个系统几乎不产生任何多余的析出气体，从而避免将其输送到系 统有效部位之外。
8、 终还原炉不仅可以产生铁水，还可以根据成型物的成份产生直接还原钢，而直接还原钢直接在终还原炉内或在其它炉型中精炼可成为合格的 钢水，直接还原钢水也可直接冷却成型提供其它冶金、铸造等行业作为炼 钢原料，且比直接还原铁有更少的金属氧化物，更少的杂质及非金属夹杂， 从而使其后的熔炼产生更少的熔渣并且使熔炼更简单，节能，快速。
9、 三步法铁氧化物还原过程也是煤气化的工艺过程，由于与铁氧化物 还原同时进行，与独立气化工艺过程相比有较高的气化效率，根据成型物 的配料情况，调整析出气体的热值，可以得到高热值的析出气体，也可以 得到较低热值的析出气体。
10、 在相同设备投入情况下，产品产量更大，能耗更低，因析出气体 可以在还原炉内接近金属铁熔化的温度进行还原，还原速度很快，相比典 型的二步法熔融还原，终还原炉与还原炉产量更加匹配。另外，如采用外 热式加热还原炉方法，因隔离容器的形状，数量和排布位置的合理选择， 使还原炉产品产量大。，
11、 不论还原炉采用什么种类的炉型，由于析出气体可以和纯氧混合 燃烧产生高温烟气，高温烟气通过换热降温后，因其C02的含量很高，更 利于回收利用。而对析出气体在气体处理装置进行的处理更有利于对烟气 进行净化处理。相比一步法、两步法烧熔还原，三步法铁氧化物还原更容 易解决在除尘、废气等方面的环保问题。
图1为本发明辊道式炉还原装置示意图； 图2为本发明成型物示意图； 图3为终还原炉示意图； 图4换气室示意图；图5为熔池加热炉示意图；
图6为本发明三步法另一种方案辊道式炉还原装置示意图；图7为本发明罩式炉式三步法金属还原装置示意图；图8为罩式炉示意图；
图9为本发明另一方案罩式炉式三步法金属还原装置示意图；图10为另一种方式罩式炉示意图；图11为蓄热装置示意图；图12为辊道式炉装置示意图；图13为本发明第三方案辊道式炉还原装置示意图。具体实施方式实例1:
还原炉可以是竖炉、辊道式炉、推板炉、罩式炉、焦炉等炉型，以还原炉为辊道式炉为例。将成型物放置在由金属材料或非金属材料组成的底板上，底板放置在辊道上，辊道通过机械传动使底板向前运动，辊轴采用非金属或耐热金属，底板和辊轴要有高温强度，根据成型物的组成等要素，也可以不采用底板，而将成型物直接放置在辊道上，辊道式炉采用各种密封隔绝空气，隔绝氧气。成型物的形状如图2所示为长方形或圆柱形蜂窝状。辊道式还原炉装置如图1所示，成型物在烘干窑1上用系统排出低温
气体烘干并且保持一定的低温强度，然后装入辊道式炉的换气室，换气室3采用氮气保护，开启2阀门使烘干后的成型物进入换气室3，关闭阀门2，用k气将换气室3充满，将部分空气排出。换气室5采用析出气体保护，当4阀门开启时，成型物从换气室3进入5换气室，关闭4用析出气体将5换气室充满，将部分氮气排出。打开阀门6，让成型物 换气室5进入辊道式炉7内部辊道上，关闭6，从高温区间过来的析出气体对成型物进行预热，析出气体进入与还原炉壁平行的蜂窝状成型物的各个内孔，并从一端流出，成型物也开始析出气体，随着成型物由辊道驱动不断向高温区域移动，从高温区间过来的析出气体对成型物进行不断地预热，且成型物周
围的析出气体不断按某种温度曲线升高，直到成型物被推至换气室8炉头附近，从高温换热装置10来的高温析出气体通过9阀门对炉头上已经预热的成型物进行高温加热，高温析出气体在这里即是热载体，又是保护气体和还原剂，使成型物在经过一系列预热后进行强烈的还原过程，还原速度很大程度由高温换热装置IO来的析出气体温度来决定，如在接近金属铁熔化的温度加热，根据析出气体加热强度和还原条件，将大部分铁氧化物还原，所需时间为l分钟以上若干分钟，至更长时间。如进来的高温析出气体温度稍低，则需还原时间要长，高温析出气体还是已还原成型物的保护气体使其被还原部分的大部分不再被氧化。成型物在变化成还原炉产品后由辊道送至8换气室，在这里开启8—3阀门，使还原炉产品进入换气室，关闭8—3阀门，开启8—4阀门和8—5阀门送入氮气或其它的惰性气体，将析出气体从8—5阀门置换到被置换气体管道，当测量从8 — 5阀门流出的气体含一氧化碳、氢气及碳氢化合物在安全范围以内时打开8 —1，使高温的还原炉产品从换热室排出进入终还原炉11，然后将阀门8 — 1关闭，送入氮气后将换气室内的空气排出后，用析出气体将氮气排出，关闭8—4、8—5阀门，打开8—3阀门进行下一重复操作。整个换气室的操作过程也可不采取惰性气体换气，，采用抽真空形式或其它隔离空气下的机械传送装置。终还原炉有一个具有耐火材料衬里的可移动的保护罩11 一4，保护罩11-4与终还原炉炉体11 一3之间有一种相对严密的密封，可以使空气尽可能少地流入保护罩11-4与终还原炉炉体11-3组成的相对密闭的空间。在需要以电加热为全部能源的周期内，保护罩与终还原炉体要进行严密的密封， 隔绝空气，便于进行保护气体下的终还原和保护气体下的熔化加热。在还
原炉产品放置在终还原炉后关闭保护罩，开启烧嘴ll一l，使管道11 一5 来的析出气体和从管道11一6来的经预热过的空气混合燃烧，管道11一6 也可不输入空气，而输入富氧气体或纯氧，根据还原炉产品的不同，可以 选择打开粉煤通道11—8，使粉煤喷入还原炉产品内，完成终还原，可以 不喷入煤粉或少喷入煤粉，利用剩余含碳物质完成终还原，终还原炉还设 有CaO等溶剂加入口 11-7。根据析出气体的热值不同及助燃气体的不同， 终还原炉可附助电加热装置或完全采用电加热装置11一2，可采用感应加 热，也可采用电弧炉、电渣炉、等离子炉等方法进行辅助或全部加热。析 出气体迸入终还原炉前可采用预热方法或用高热值气体全部或部分取代析 出气体，以增加加热速度。在终还原炉内，还原炉产品完成终还原反应， 并熔化，除渣后，得到铁水或直接还原钢水。如图3所示，在终还原炉ll 中经过燃烧使终还原炉内还原炉产品加热后排出的高温烟气经管道11—9 进入高温换热装置IO，然后经过阀门12进入空气换热装置13，将从风机 14经阀门15来的空气进行预热，通过阀门16进入终还原炉进行助燃。这 个助燃过程也可由纯氧代替。经过空气换热器进一步降温的烟气的一部分 或全部可通过出气口 17进入烘干炉1，对放置在烘干炉中的成型物进行烘 干，烘干温度应在不使成型物有明显析出气体形成为宜，目的是使成型物 进入辊道式炉前有一定的低温强度并使成型物的含水量降低，有利于析出 气体的成份组成，从烘干炉l中排出的烟气进入除尘器18，引风机19，从 烟囱20中排出。本系统将放置成型物还原炉中产生的析出气体通过引风机 21、气体处理装置22后，析出气体一部分通过阀门23进入终还原炉、高温换热装置，主要是参与燃烧加热（通往高温换热装置io，管道未在图中
标出）。而另一部分通过阀门24进入高温换热装置10在进入辊道式炉7 内。如果终还原炉中采用的是纯氧助燃加热，不仅使还原炉产品熔化更迅 速，采用设备良好的密封，从烟囱20出来的烟气中CO2含量很高，回收容 易并且回收效率很高。回收后可以用于需要大量C02的流程或集约农业， 使C02在系统内的排放量很小。成型物放置在还原炉中可采用不同组成的 成型物相间摆放，例如可相间一块或多块含碳成型物摆放一块或多块不含 碳成型物，利用含碳成型物产生的大量的含碳析出气体对不含碳成型物进 行还原，记录其相对位置，当还原炉产品进入终还原炉时，含碳成型物得 到的还原炉产品可制造铁水，不含碳成型物得到的还原炉产品可以制造直 接还原钢。在还原炉中较之全部采用含碳成型物而使用一部分不含碳或少 含碳成型物使析出气体的热值较低。也可以使用两套图2所示装置系统， 一套用于含碳成型物为原料的还原产品的生产并最终在终还原炉中以生产 铁水为主， 一套用于不含碳或少含碳成型物为原料的还原炉产品的生产并 最终在终还原炉中以生产直接还原钢为主。将放置含碳成型物还原炉中产生 的析出气体通过本系统气体处理装置后，析出气体没有或只有很少用于终还原 炉、高温换热装置等方面，而是通过系统l、系统2，两个还原炉前的高温换热 装置进入放置含碳成型物的还原炉和放置不含碳成型物的还原炉内，其中从放 置不含碳成型物还原炉内产生的析出气体进入其本身系统的气体处理装置，用 于两套系统的终还原炉，高温换热装置等方面。这样析出气体进入终还原炉时 还有较高的热值，也可满足终还原炉、高温换热装置等的需要，在图2的系统 内，在析出气体进入终还原炉、高温换热装置之前，也可设预热装置，即采用 换热器或隔绝空气的蓄热装置，对析出气体进行预热，以提高在终还原炉、高温换热装置的加热速度。也可以将终还原炉设为电加热的炉型。如图13经过还 原炉7的物料直接迸入终还原炉11。析出气体经高温换热装置后从还原炉底部 进入终还原炉，然后再进入还原炉。而高温换热装置采用如图11的换热形式。 由析出气体和预热过的空气混合燃烧加热，然后预热进入终还原炉的析出气体。 而由此产生的烟气则进入空气换热器13，然后进入烘干炉烘干成型物，之后经 过气体处理装置18，抽风机19后由烟囱20排出。 实例2
如图6所示，与实例1相似，不同的是增加了熔池加热炉25和调节熔 炼炉26。将经高温换热装置10换热后经阀门9的析出气体从熔池加热炉 25底部或炉侧喷嘴或透气耐火材料装置进入铁水熔池，通过铁水熔池被加 热到高温后进入与之紧密相联的还原炉7中，作热载体，还原剂或保护气 体对成型物进行还原，增加熔池加热的目的，是减轻高温换热装置10的负 担，使之可以在较低的温度下对析出气体进行预热，然后通过熔池加热炉 25对析出气体进行加热，使析出气体加热到接近金属铁熔化温度，便于更 安全、效率更高地对成型物进行快速加热，熔池加热炉25可以多种多样， 只要能安全方便地加热析出气体即可，本例中的熔池加热炉的工作原理是， 在铁水从终还原炉中通过阀门25 — 5进入熔池加热炉，形成熔池25 — 11， 此时25 — 12空间是析出气体气氛，打开25 — 1阀门，25—3阀门，关闭25 一2阀门使析出气体通过喷嘴25-10或透气耐火材料进入到熔池25 — 11， 析出气体被加热到高温，从熔池上部排出进入25—12空间，因熔池加热炉 与还原炉密封相连，高温析出气体立即进入还原炉。与此同时，将在熔池 25—9被降温的铁水放出到一定位置，这个位置使析出气体不易从25—7 排出，从25—7倒出的辨水进入26调节熔炼炉，在打开25 — 7的同时，打开25—6阀门将从终还原炉来的铁水在隔绝空气隔绝氧气的情况下进入 25—9熔池到一定位置，关闭25—6阀门和25—7阀门，关闭25—3阀门， 打开25—2阀门，将析出气体通过25 — 8喷嘴或透气耐火材料进入熔池25 _9，使已经被预热的析出气体在其中加热到高温进入空间25 — 12，从而 进入与熔池加热炉紧密相联的还原炉对已经被预热了的成型物进行加热， 与此同时打开25—4阀门和25—5闽门，将熔池25 — 11的已被析出气体降 温的铁水在排出进入调节熔炼炉26，同时将终还原炉来的铁水在隔绝空 气、隔绝氧气的情况下从25—5阀门进入熔池25 — 11。被预热的析出气体 通过熔池，不仅使熔池中铁水降温，而且使铁水的成份产生一定变化。因 此从熔池加热炉25中排出的铁水进入调节熔炼炉26，通过与终还原炉11 类似的调节熔炼炉26对铁水的成份进行调整，必要时还要使用析出气体， 打开阀门28，阀门27，使析出气体和被预热的空气和富氧气体混合燃烧进 行加热，有必要时可以喷入部分煤粉。熔池加热炉和调节熔炼炉都可以根 据情况采用与终还原炉类似的电加热进行部分或全部加热，可采用感应加 热、电弧炉加热、电渣炉加热、等离子加热等。调节熔炼炉产生的高温烟 气排气管道与终还原炉保护罩排气管道相联，送至高温换热装置10。 实例3
采用三步法外热式加热还原炉有很多，可以是竖炉、辊道式炉、推板 炉、连续加热炉、罩式炉和焦炉等。本例是以一种类似于罩式炉的外热式 加热还原炉作为还原炉的系统。见图7 、图8，采用成型物为图2所示的 蜂窝式成型物，其长度如不足可以采用对孔叠加，也可采甩块状、球状、 长方状或圆柱状成型物，放置在还原炉底座29-11，底座上有耐火保温材料 29-10，在耐火材料整体上开有很多呈直角的连接通道29-12，通过风扇29-15使析出气体通过成型物的蜂窝通道进入直角连接通道29-12流出后再 沿金属耐热材料（或非金属耐火材料）容器壁29-17回到风扇29-15处， 这样就方便地将隔离容器壁上的热量带入成型物，对成型物进行均匀加热。 超过设定压力的析出气体就会从29-14排出进入下一个外热式还原加热炉 的隔离容器中，即与29-16相同的位置。从终还原炉来的高温烟气由29-13 进入还原炉的加热室29-18，作为热载体的高温烟气对29-17的隔离容器壁 进行加热后从29-l排出，直接进入到下一个相似的外热式加热还原炉，加 热室由保温耐火材料29-5和钢结构29-6组成，并设有自动烧嘴29-3、通 入析出气体的管道29-2，和被预热的空气管道29-4。在终还原炉来的高温 烟气不足以使还原炉中成型物保持设定温度时，自动烧嘴自动点燃并使成 型物被加热至设定的温度。调节自动烧嘴的火焰，保持这个设定温度。还 原炉底座与还原炉体用压紧装置29-7进行密封，中间留有防止底座及炉体 密封部位变形的冷却装置29-8，可以是水冷或气体冷却。在成型物加热完 成成为还原炉产品后，从通道29-9通入惰性气体（如氮气）将析出气体从 出口 29-14中排出至管道（图中未标出），当检测到容器中气体流出为安全 范围内气体后，开启加紧装置29-7，将架在一定高度钢结构上的外热式加 热还原炉底座下放置一台去掉高温烟气收集罩的终还炉，打开底座29-11， 排出还原炉产品，装入终还原炉34，是与图3类似的终还原炉，从气体处 理装置通过加压机32阀门33来的经过处理后的析出气体，与由风机35、 通过阀门36，来的空气通过空气预热装置37预热在终还原炉34的中混合 并燃烧，对还原炉产品进行加热，在加热时可根据还原炉产品的情况，可 以调节加入煤粉的量。终还原炉也可使用纯氧作为助燃气体，加速终还原 和熔化，并进行除渣。也可不加煤粉，只依靠还原炉产品内部剩余碳物质进行终还原。在图7中可以选择单台还原炉单独操作，装、出料等过程可 独立于其它还原炉在系统流程下进行。为了说明简单，可采用单排操作， 现以单排操作为例，产生的高温烟气根据整个流程的需要选择性地开启阀 门49、 50、 51、 55、 56、 57、 58使其通过，即当其中一排外热式加热还原 进行加热时，另一排在预热，另外一排在进行还原炉产品的出料并装入成 型物，终还原炉来的高温烟气及由原炉炉体上的自动烧嘴产生的烟气选择 性的通过阀门42、 43、 45进入自动烧嘴不点燃的另外一排外热式加热还原 炉的加热室对此排还原炉进行预热。这些高温烟气从这排还原炉的加热室 分别通过并被降温后进入预热器37，被再次降温后进入烘干炉38，将还原 炉底座及底座上的成型物放置在烘干炉内，从烘干炉排出的烟气经过引风 机39从烟囱40排出，放置在还原炉底座的成型物烘干后保持一定的低温 强度，并使成型物的水份下降，有利于析出气体成份组成，成型物烘干后 装入正在加料的某排还原炉其中的一个，并用29-7的加紧装置加紧，通过 惰性气体如氮气，将空气排出到安全程度，通过析出气体将氮气排出到排 出管道后，即可作为预热的还原炉，在完成预热后，即可作为直接接受高 温烟气的那排还原炉而成为加热状态的还原炉，而另一排刚完成装料并进 行气体置换后的外热式加热还原炉加热室接受这排还原炉来的热烟气进行 预热。与此同时，析出气体也从加热还原炉通过管道，从各个还原炉容器 中通过，提供成型物加热的气体，然后进入加热还原炉的预热那一排，使 析出气体降温后进入引风机30后进入气体处理装置。还原炉的气体置换也 可采用抽真空系统及其它隔绝空气的机装置替代。如果高温烟气温度过高， 可以通过阀门47、 48、 58的控制分流进入加热状态那一排，对其它还原炉 进行高温加热。从气体处理装置来的析出气体也可以通入还原炉的隔离容器内增加气体浓度有利于成型物加热，此时析出气体可以是低温的也可以
通过类似于10的高温换热装置进行换热，不排除组合熔池加热炉，使高温
的析出气体进入隔离容器内。每一排操作时，也允许根据系统要求，此排 的单个还原炉的操作状态与其它还原炉不同。
实例4
本发明另一实例件如图9、图10所示，系统主要由还原炉5-5、终还 原炉5-15、高温换热装置5-16及气体处理装置5-1等组成。在还原炉（如 图5-5)放置成型物，成型物是类似图2蜂窝状或其它形状。成型物长度如 不足可以对孔叠加。从高温换热装置来的高温析出气体作为热载体和还原 剂从5-5-9进入到还原炉内，也可从底座5-5-8及5-5-6直接进入蜂窝的孔 内。高温析出气体进入还原炉内在风扇5-5-3的驱动下，进入成型物的蜂 窝孔内，使成型物均匀加热，析出气体从5-5-4排出进入下一个还原炉， 位置类似于5-5-9，或从还原炉底部进入，位置类似于5-5-8及5-5-6。这时 5-6阀门打开及其它还原炉这个位置阀门都关闭。5-4关闭，还原炉其它这 个位置阀门都关闭，只有5-20打开，从5-16高温析出气进入管道5-9后通 过阀门5-6进入还原炉5-5阀门5-7关闭，而还原炉其它此位置阀门都打开， 析出气体对还原物进行力卩热还原并被降温后从5-20阀门进入阀门5-19，引 风机5-2进入气体处理装置。在气体处理装置内，进行除尘降温、脱焦油、 脱硫、脱水、脱氮氧化物和二恶英，必要的情况下还要进行析出气体改质 以利于还原炉使用，然后析出气体经过加压分别进入高温换热装置5-16或 终还原炉5-15，在此之前，也可设另外一个高温换热装置对析出气体进行 加热提供给终还原炉（图中未标出）。高温换热装置有很多，图11所示为 蓄热式高温换热装置，析出气体通过5-16-4与陶门5-16-5来的预热后的空气混合在5-16-3烧嘴中燃烧，这时5-16-9关闭，髙温烟气从5-16-8排出与 终还原炉高温烟气在管道混合，将为5-16-6相同的或不相同的物质蓄热体 加热，蓄热体由耐火非金属材料或耐热金属或它们的混合物组成。当将蓄 热体加热到高温从5-16-2通入氮气等惰性气体将密封型腔5-16-1内的烟气 从5-16-8阀门排出到一定的安全程度后通入析出气体使型腔充满析出气 体，将残存的氮气排出5-16-8并通过5-16-7排到5-16 (图中未标出），确 认氮气已被全部排出后，'关闭5-16-8阀门，开启5-16-9阀门和5-16-10阀 门，使被加热到高温的析出气体直接进入5-21管道然后进入还原炉。打开 5-6进入还原炉内，而其它还原炉这个位置的阀门都关闭。高温换热装置另 外一个型腔工作原理类似，即当一个型腔处于析出气体燃烧加热型腔内的 蓄热体时，另外一个型腔内析出气体通过被加热到高温的蓄热体使析出气 体也加热到高温并被送入还原炉。当5-5的成型物被加热完毕，成型物成 为还原炉产品后，关闭阀门5-3、 5-4、 5-6和5-7，同时打开阀门5-22、 5-20， 这时从高温换热装置来的析出气体从5-22进入到下一个还原炉5-17内， 并从5-20进入管道5-23内。将氮气等惰性气体从5-5-7充入5-5内，气体 从5-5-2排出，当检测到还原炉内气氛在安全范围，打开5-5-5密封装置， 使还原炉产品进入其底座下预先放置的移去收集罩的终还炉内，将此终还 炉移走放置在5-15位置，装上烟气收集罩，同时将由烘干炉5-12烘干完 毕的成型物和底座放置在5-5内并关闭密封装置。从5-5-7通入氮气，使空 气被排出后，从5-5-7通入低温的析出气体使还原炉内的氮气排出，还原 炉充满析出气体，然后关闭5-20阀门，打开5-7用5-4阀门使析出气体从 还原炉5-17到还原炉5-5，并从阀门5-4进入5-23管道。5-15终还原炉类 似于图3所示终还原炉，从空气换热装置5-13来的被预热空气与析出气体在烧嘴混合后燃烧，将还原炉产品加热到高温完成终还原并熔化，进行除 渣后，得到铁水或直接还原钢水。可加入煤粉也可根据还原炉产品的情况 不加入，只依靠还原炉內部剩余的碳物质完成终还原，终还原炉还设有类
似CaO溶剂的加料口，可加入溶剂。从终还炉高温烟气收集罩收集的高温 烟气通过管道5-14进行空气换热装置5-13，被降温后进入烘干炉5-12，对 放置在还原炉底座上的成型物进行烘干，使成型物有一定的低温强度并且 使水份尽可能少地带入还原炉内。烟气从烘干炉排出进入引风机5-11从烟 囱5-10排出。由于终还炉和高温换热装置的助燃空气可以由氧气代替，加 强烘干炉等密封，也便于收集到较高含量的C02 。高温换热装置也可以和 熔池加热炉组合，使析出气体更便于升高到更高温度。5-5-3的风扇也可以 不加，仅凭析出气体与成型物非强制换热。比较实例3，实例4完全依靠 高温析出气体热载体加热，去掉隔离容器可以使加热温度更高，加热速度 更快，同时省去了隔离容器的消耗。实例4的系统还可以和实例3组合， 即实例4中从终还原炉和高温换热装置中来的高温烟气可以先进入实例3 那样的外热式加热还原炉的组合后再进入空气换热器5-13，外热式加热还 原炉排列类似于图-9中管道5-23内的排列，只不过加入连接外热式加热室 管道和阀门即可。实例4'中还原炉的排列可以为横排式的，如实例3类似 排列。实施例3中还原炉也可以像实例4那样排列。各自的还原炉数量， 可根据系统状况增加或减少。 实例5
现代焦炉有多种形式。各不相同。焦炉主要是由炭化室、蓄热室和燃 烧室三个部分构成，炭化室两侧是燃烧室，两者是并列的，下部是蓄热室。 燃烧室由火道构成。成型物可由炉顶加入炭化室，炭化室两端有炉门，当成型物接受到由燃烧室透过炉壁的热量加热到高温成为还原产品后，被推入在焦炉外设置的终还原炉，从焦炉来的析出气体经过气体处理装置或不经气体处理装置直接与从蓄热室来的被预热的空气混合后在终还原炉对还原炉产品进行加热，完成终还原并熔化除渣得到铁水或直接还原钢水。从终还原炉高温烟气收集罩中来的高温烟气进入燃烧室火道，对炉墙进行加热并传热至炭化室，然后烟气进入蓄热室，蓄热室通过换向对来自风机的空气进行预热后在终还原炉使用。终还原炉设有煤粉加入装置，可以加入煤粉，也可以不加入，只依靠还原炉产品的剩余含碳量即能完成终还原。从蓄热室排出的烟气可对成型物进行烘干。用焦炉作为还原炉形式是外热式加热还原炉形式，其热量来自于作为隔离容器效果的炭化室炉壁，可以再设高温换热装置对析出气体加热，然后加热后的气体通过炭化室，加速
成型物的还原。实例3、实例4、实例5中每个还原炉个体中放置的成型物成份可以不同，另外它们之间或在一个实例中相同的系统可以多套组合，组合的还原炉产品可以相同或不同，总之要达到最佳的热效率、最大产率、最佳的环境排放和循环优化生产效果。实例6
采用上述1〜5实例的任何系统或采用其它还原炉炉型如竖炉等，将大部分为碳物质的成型物或不含铁氧化物大部分为碳物质的成型物放置到还原炉中，碳物质主要组成可以是褐煤，烟煤等煤种，在还原炉适宜形成焦碳或半焦的温度形成焦碳或半焦。以褐煤半焦工艺（褐煤加热采用辊道炉）为例。本实施例如图12所示，系统以褐煤为主添加粘结剂形成成型物，成型物从7-7换气室进入辊道式炉，从7-8高温换热装置来的析出气体和从7-1用于冷却进入辊道式炉的析出气体在7-2汇合后，合成适宜褐煤形成半焦的温度，温度可根据煤的不同进行调节，使被预热的成型物在7-2处形成半焦，并在7-1处半焦冷却到常温通过换气室7-3排出。从7-2来的适宜温度的析出气体对成型物进行加热并预热后进入气体处理装置7-4，从7-5去另一个如例1的系统2中的高温换热装置中被加热后进入系统2还原炉，而还原炉放置着不含碳或只少量含碳的成型物，对成型物进行还原，使成型物质成为还原炉产品并对成型物进行预热后，进入系统2气体处理装置后的析出气体对系统2的终还原炉、高温换热装置、系统l的高温换热装置（从7-10来）进行加热，在系统2终还原炉中完成终还原、熔化除渣过程得到直接还原钢。此系统1工艺得到半焦可用于其它三步法还原作为活性较高的还原剂，在7-4得到焦油可广泛用于石化领域，在系统2使用的成型物中不含或含有少量煤，因还原炉产品含煤灰分及含碳量较低，易于得到直接还原钢。