用于预热铁结块的方法
专利汇可以提供用于预热铁结块的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种通 过热 气流预热 铁 结 块 的方法，其包括以下步骤：在铁结块床中提供铁结块；在 热交换器 中将气体加热到预热 温度 ；以及使热气通过铁结块床，所述气体流动速度使铁结块床中相对薄的层上发生热气温度的下降，从而在加热过程中使温度前沿沿所述床移动。，下面是用于预热铁结块的方法专利的具体信息内容。
1.一种通过热气流预热铁结块的方法，其包括以下步骤：
在铁结块床中提供铁结块；
在热交换器中将气体加热到预热温度；以及
使热气通过铁结块床，所述气体流动速度使铁结块床中相对薄的 层上发生热气温度的下降，从而在加热过程中使温度前沿沿所述床移 动。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括如下步骤：通过重 新加热气体并使所述气体重新经过铁结块床而重新使用离开铁结块床 的气体。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，热的循环气体流经所 述铁结块床，因此所述气体将大部分热能转移到所述结块上，然后又 在热交换器中被加热到预热温度。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，基于1m2的 所述结块床的表面，在整个加热时间内的加热气体流动速度的平均值 为4,000Nm3/h以下乘以以cm测定的所述结块的直径。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，对于 预热DRI球团，所述加热气体流动速度的平均值为6,000Nm3/hm2以 下。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，对于 预热HBI型煤，所述加热气体流动速度的平均值为12,000Nm3/hm2以 下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的方法，其特征在于，所述 加热气体从上经过自由空间而通过结块床。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于，碳含 量为2～5％的铁结块通过具有800℃～1,100℃温度的惰性加热气体加 热。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的方法，其特征在于，所述 加热气体的压力以脉动方式变化。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的方法，其特征在于，基于 平均压力，所述压力的变化最高达到20％。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的方法，其特征在于，通 过废气温度控制所述气体流动速度。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的预热方法，其特征在于， 在预热DRI球团时，将DRI床的高度和横截面的比调整到0.5到1.5 之间。
13.根据权利要求1～11中任一项所述的预热方法，其特征在于， 在预热HBI型煤时，将HBI型煤床的高度和横截面的比调整到1到3 之间。
14.根据权利要求1～9中任一项所述的预热方法，其特征在于， 通过在圆锥孔的横截面减小到所述加热容器的横截面的至少1/3处排 出所述循环加热气体。
背景技术
在炼钢中，由所谓的直接还原法自铁矿生产的铁结块的用途日益 增加。现在所述的铁结块通常称为DRI球团(也称为海绵铁)和HBI型 煤(briquette)。DRI球团为球形并且具有大约15mm的直径，HBI型煤 为立方形，尺寸为大约30×50×100mm。
然而，与废料相比，在熔炼中，结块有许多缺点。这首先因为下 述事实：由于加工原因，大约5～8％的铁作为浮氏体以氧化形式存在。 但是其与废料相比导致更低空隙体积的物理条件也妨碍了熔炼。因此， 例如在电弧炉中，与用于熔炼废料的400kWh/t的钢相比，用于熔炼结 块需要大约600kWh/t的钢。
为了减少该不利状况，例如，在大约650℃的温度将DRI球团从 直接还原工艺直接加料到熔炼炉中，从而节省了大约170kWh/t的钢。 如果直接还原设备和熔炼部件在空间上靠近，当然只能使用这个直接 连接。用于该目的的设备是精心设计的。
“Transactions”(p.11，vol.28，1988)”中也描述了通过使熔炉废气通 过HBI型煤床而用于预热HBI型煤的方法。因为在较高温度下的强氧 化作用，预热温度应在700℃以下。在这个温度只少量还原了认为是8 ％的浮氏体含量，并且在加入含碳铁浴(carbonaceous iron bath)时导致 熔渣不受控制地起泡。该说明书和附图进一步表明废气在高温离开HBI 型煤床。有效的预热时间认为是5～10分钟。
发明内容
本发明的根本问题在于避免铁结块熔炼中存在的相对大的缺点， 并表现了有利地利用在其他情况下不利的所述结块的物理条件用于预 热方法的新方式，因此显著地降低了用于熔炼的能量。
该问题的解决方案通过根据权利要求1所述的方法而实现。所述 方法的有益发展在从属权利要求中阐明。
本发明的基础是下述令人惊奇的发现：当加热气体在特定条件下 流经铁结块床时，加热气体的温度不是线性下降，而是加热气体在薄 层中几乎完全被冷却。所述层的层厚度取决于铁结块。所述层厚度对 球团为大约20～30cm以及对型煤为大约50cm。因此在加热过程期间， 温度前沿(temperature front)沿所述床移动，并且离开床的加热气体在完 全加热总装料前不久保持低温。这使得可以循环用于加热的惰性气体 而不必额外冷却。具体而言，在加热过程开始，大约800～1100℃的流 入温度时，离开床的加热气体的温度大约为室温或者，即在大约10度 左右的范围内。只有当温度前沿经过几乎整个床时，离开床的加热气 体的温度开始升高，并且在加热过程结束时，其达到约180～220℃。
基于结块床的自由表面，当对于DRI球团，循环加热气体的平均 气流速度为6,000Nm3/hm2以下，并且对于HBI型煤，其为 12,000Nm3/hm2以下时，可以获得本发明的在结块床中温度分布的作 用。对于每1m2的DRI球团的结块床自由表面，平均气流速度优选在 大约1,000到4,000Nm3/h之间，且更优选在大约1,500到3,000Nm3/h 之间，以及对于每1m2的HBI型煤的结块床自由表面，平均气流速度 优选在大约2,000到7,000Nm3/h之间，且更优选在大约2,500到5,000 Nm3/h之间。该量度标准初看是不合理的。结果该预热时间太长，从而 如果总产物需要预热，对于一个熔炼容器不得不使用多个预热部件。 预热时间越长，因此相应地导致越高的热损失。然而，对于所述加热 过程而言优点占优势，因为循环的惰性气体在离开被加热的结块床后 不必冷却，从而总热效率高于如果进行较快加热的总热效率。此外， 所述用于加热的设备更简单。
对于所述的惰性气体流动速度的界限值应理解为总加热期间的平 均数。例如，当加热DRI球团时加热循环的上半时期间，气体流动速 度可以在8,000Nm3/hm2以下。然后在下半时期间，气体量持续降低到 1,000Nm3/hm2。例如，人们也可以在6,000Nm3/hm2开始并将总量持续 降低到1,000Nm3/hm2。当加热HBI型煤时，在加热循环的上半时期间， 气体流动速度可以例如为14,000Nm3/hm2，然后在下半时期间，气体 量持续降低到2,000Nm3/hm2。然而，人们也可以在12,000Nm3/hm2开 始并将加热气体的总量持续降低到2,000Nm3/hm2。在两个实施例中所 述的操作模式都具有的结果是，在总加热时间内，加热容器中压力的 降低保持大致恒定。
为了满足本发明的条件，必需相应地调整加热容器的几何形状。 因此，在用于加热DRI球团的预热容器中，净容器直径与净容器高度 的比应在0.5到1.5之间。平均净容器直径应大约与球团层的高度一样。
在用于加热HBI型煤的预热容器中，容器直径与容器高度的比应 在1至3之间。平均净容器直径应大约为结块层厚度的一半。
所述条件适用于具有圆形横截面的容器。当然所述条件可相应地 转用到任何其它几何形状中。
根据本发明，如果加热流从上面流到所述床上并从上到下流过床 是有益的。如果在具有这种操作模式的下部分提供圆锥形斜度则更有 益。然而，在用于加热容器的上述几何形状中，不考虑所述部分。
已证明，下部区域中的形状使在DRI床的几乎完全均匀加热方面 有可能获得有益效果。如果下部区域的横截面减小到上部加热容器的 横截面的大约1/3时，则可比横截面恒定时更好地加热床的最后部分。
令人惊奇地，已证明，所述再循环的“惰性气体”可以为空气。 在加热过程开始时，空气中的氧引起大约0.1％量的铁氧化，但是其后 又被还原。仅很短时间后，空气中存在的氧的量与铁结合，然后用于 加热过程的循环气体仅仅由非氧化气体组成。
在预热铁结块时，浮氏体含量的高还原度有决定性的重要性。其 降低了大约25％的用于熔炼的能量需求。但是其通过防止另外偶然发 生的熔渣起泡，也使通常实用的含碳铁浴的加入更简单。
已令人惊奇地证明，在本发明的方法中结块的浮氏体含量几乎完 全被还原。其解释为可能正好在浮氏体还原发生时，循环惰性气体的 CO含量非常快地升高，从而为浮氏体还原创造了最佳条件。如果加热 气体的压力以脉动方式变化可以支持这个结果。最高达20％的压力变 化对于此目的是足够的。
本发明的减少循环气体量和加热容器的下部分中横截面的圆锥斜 面有利于也在加热容器的下部分中的结块的浮氏体含量的高还原度。
浮氏体还原引起形成相当大量的CO，其被烧掉或被收集且用作用 于热交换器的燃料气体，从而这可替代大约一半的能量需求。
因此本发明的方法以两种方式有利于重要的浮氏体含量还原。其 为循环气体的高CO含量和相对长的加热时间。
已证明，通过测定离开预热容器的废气的温度，可以简单的方式 控制本发明海绵铁的加热条件。如果废气的温度超过200℃，减小加热 气流。用于最佳加热的条件一般是可重复的。然而需要偶尔的调整， 因为具有较小粒度的结块部分或者精细部分会在加热容器中的数量和 局部分布方面波动。
结块的预热温度应在800℃到1,100℃之间。此外，如果结块的C 含量至少为2％是有益的。这两个条件有利于浮氏体含量的完全还原。
以在高预热温度下不烧结的方式处理球团的表面也属于本发明的 本质。从竖炉中的直接还原法中已知这种处理。球团扬起的粉末一般 由MgO、CaO或其复合物组成。在这个处理中，可以使用最高达1,100 ℃的预热温度。
本发明方法的应用使在电弧炉中熔炼结块的能量需求降低到200 kWh/t钢以下。通过高预热温度，在熔炼过程中也更容易耐受矿石的较 高的矿渣含量。
附图说明
具体实施方式
特别优选的实施方式在于改变本方法的整体再生塔的组合。在这 种情况下，用充分增加的疏松材料的层厚度运转该再生塔。放射状流 过的疏松层的厚度通常为大约60cm，在本发明的应用中大约为两倍。 因此，储存的热足以加热整个DRI装料。这也导致用于惰性气体循环 的需要的压力的有益组合。在整体再生塔中压力下降持续减少时，其 在预热容器中升高。因此在加热过程中进行压力下降的特定调节。
加热容器的形状是重要的。让我们以加料50t海绵铁的加热为例。 对于50t的DRI球团，需要容器的内部体积为大约30m3。容器具有 3.3m的净直径和圆柱部分为4m的高度，其中大约3.5m充满球团。 在所述球团上保留了引入热惰性气体的自由空间。热气体从上到下流 经填充物。容器的下部分由圆锥斜面组成，该圆锥斜面的下部分有排 出冷却的惰性气体的出口。
为加热装料，将总共40,000Nm3的惰性气体量流经要加热的球团。 根据本发明，人们以8,000Nm3/hm2惰性气体流动速度开始。在加热容 器直径3.3m时，横截面为8.6m2以及气体流动速度为68,800Nm3/h。 10分钟后，在40分钟内气体的量持续降低到1,000Nm3/hm2。总加热 时间为大约50分钟。加热循环末端废气温度为180℃。不必冷却循环 惰性气体。
让我们以加料50t的HBI的加热为第二个实施例。对于50t的HBI， 需要大约20m3容器内部体积。该容器具有2m的净直径和6m圆柱部 分的高度，其中大约5.5m充满HBI。在所述床上保留引入惰性气体 的自由空间。热气从上到下流经填充物。容器的下部分由圆锥斜面组 成，其下部分有用于排出冷却惰性气体的出口。
为加热装料，总共40,000Nm3惰性气体量流经要加热的床。根据 本发明，以7,000Nm3/hm2惰性气体流动速度开始。在加热容器直径为 2m时，横截面为3.1m2以及气体流动速度为21,700Nm3/h。20分钟 后在2小时内气体量持续降低到3,000Nm3/hm2。总加热时间大约为 2.3小时。加热循环末端废气温度为180℃。不必冷却循环惰性气体。
可通过在加热容器底部的滑道形封闭装置将加热后的球团加料到 熔炼容器中。然而，将容器进行设计以使其具有加料盒的形状，然后 上边界成为可移动的或铰接盖是有利的。然后当加入废料时，通过倾 倒到熔炼容器中将预热后的结块清空。
与熔炼容器连接的持续预热是难以构思的。因此对于在20分钟内 持续加料的50t的球团，需要使用120,000Nm3/h的加热气体流动速 度，这需要非常精细的再生装置和高压力。对于加热容器，这也导致 不可实现的条件。
已结合作为熔炼部件的电弧炉对本发明进行了描述。如上所述， 这里提供了特别优点。然而不限于这种结合。其可以结合任何熔炼部 件而使用。例如，熔炼部件也可以为转换器(converter)。预热DRI可能 显著增加DRI的加入。这里，使用与具有反应气体的热气后燃烧的底 部吹动转换器(bottom blown converter)结合的方法特别有利。对于球团 中大约4％的碳含量，应用本发明的方法而不进一步提供能量和液体生 铁，在这种转换器中可以制备液体钢。
本发明的方法不局限于加热所述的铁结块。铁合金常常具有与HBI 型煤相似的结块尺寸，但是其在结块尺寸中具有相当大的波动幅度。。 这些物质也可在根据本发明的装置中加热。对于较高的小尺寸部分， 在本发明范围的下限内工作是有利的，即加热容器的直径与高度的比 应为大约1，以及气体的量应在5,000Nm3/hm2以下。根据颗粒的谱图 实验确定最佳值。本发明的教导使得显著节省了用于熔炼的能量，并 相应地增加了生产力。
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