含油和铁氧化物的残余物的热处理方法

专利名称：含油和铁氧化物的残余物的热处理方法
技术领域：
本发明涉及含油和铁氧化物的残余物的热处理方法，所述的残余物以油性泥渣的形式存在，如来自钢厂的泥渣。
在钢铁工业的轧钢厂中，存在大量的含车间铁氧化物的泥渣，这些泥渣是在净化来自连续铸造车间和轧机机组的冷却水期间产生的。这些泥渣受油或油脂的污染程度取决于铁成分的粒度。铁成分的粒度越细，油或脂含量越高。最细的部分(＜40μm)可能含油14％，是显著含油的。由于高含油量，难于将这些泥渣返回现有的的生产线。于是，就尝试在烧结厂利用这些泥渣。但是，在燃烧这些泥渣的过程中所测得的二氧芑(dioxin)的浓度如此之高，以致于这种类型的处理既不经济也不合乎生态学的要求。因此，这些泥渣就被堆积在人工湖中，从而给环境带来潜在的危险，因为油和其它残余物会进入地下水中。
这些泥渣的典型成分如下表所示。
表1
本文中，“油”一般应理解成主要是指轧制钢铁时所使用的润滑剂和油脂。因此，它们主要是烃类，并含有这些润滑剂所具有的各种常规添加剂。
所以，本发明的任务是提出这种含油和铁氧化物的残余物的热处理方法。
根据本发明，这个问题可以在多膛炉中通过热处理含油和铁氧化物的残余物的方法来解决，所述的多膛炉具有若干一个比一个高的炉膛。将含油和铁氧化物的残余物与固体还原剂混合并连续供给多膛炉，先置于顶层炉膛然后逐步转移至下面的炉膛，含油和氧化铁的残余物在顶层炉膛被干燥，然后油蒸发并热解，而所述的还原剂则与铁氧化物反应直接生成还原铁，后者与还原剂的残余物一起在多膛炉的底炉膛处出料。
本发明的重要优势是，可以从含油和铁氧化物残余物的重要成分中获得副产品。通过处理之后，铁可以返回钢铁厂的生产作业中；油被热解，而且所产生的热解气体被烧掉。因而，油贡献给了所需处理热的产生。灰分基本上由惰性材料如SiO2、Al2O3、MgO等组成，还可能剩下过量的还原剂。
在本方法中，可以通过选择性的过程控制和连续的循环，供给泥渣型含油和铁氧化物的残余物，避免颗粒的结块。无论原料的密实度如何，本方法均提供细粒的最终产品。
如果使用成灰还原剂，将是特别有利的。由于固态的最终产品是细粒状的，因此可以容易地从铁中分离出灰分。例如，这种分离可以在热状态通过筛分来进行。
另一方面，冷却至700℃以下之后，可以通过磁性分离器从灰分和过量的还原剂中分离出还原铁。按这种办法得到的直接还原铁的质量实际上与还原剂的残余量无关。
然后，所得到的铁可以加工成团块，或直接导入熔化炉(电炉等)并进一步处理。
所产生的还原剂残余物可以与任何未使用过的还原剂一起用于独立的气化反应器，成灰成分作为液体炉渣被方便地分离，而所生成的原煤气作为燃烧气或还原气被用于多膛炉。因此，也可以使用灰分含量较高的廉价还原剂和/或使用过量较多的还原剂，以防止残余物的结块。
使用过量的还原剂，便于残余物的处理，以分离和再使用未使用过的还原剂。例如，如果未使用过的还原剂以足够粗的粒状存在，这可以通过筛选残余物来完成。可以将未使用过的还原剂直接引入多膛炉。
但是，部分所需的还原剂也可能沉积在炉子中较低的一个或多个炉膛上。
这样，可以将粗粒还原剂(1-3mm)导入多膛炉中较高的炉膛而将细粒还原剂(＜1mm)导入多膛炉中较低的炉膛。因此，可以很大程度上避免粉尘与废气一起出炉，并通过在更低的炉膛引入细还原剂颗粒而加速反应的进行。
通过加入粗粒的还原剂，降低了还原剂的消耗，因为在较高的炉膛中，小颗粒的还原剂通过与来自的废气中的H2O和CO2的反应很快地消耗掉。在较高的炉膛上，氧化气氛占优势。通过在较低炉膛选择性地供给还原剂，可以调整炉中的还原气氛至最佳浓度，从而获得较高的金属化度。
将处理空间细分成不同的区域，固态物从顶部连续地向下移动，而气态物从炉底沿炉子向上传导。通过将处理空间细分成不同的区域，可以对不同区域甚至每个炉膛的处理条件进行测量，而且如果需要可以选择性地改变。
通过安装于每个炉膛的耙子，使含油和铁氧化物的残余物连续地循环并逐步地转移至下面的炉膛。
通过连续的循环，可以防止还原剂和含油和铁氧化物的残余物结块。循环速率取决于很多因素，如耙子的几何形状、各层的厚度等。炉膛上的含油和铁氧化物的残余物、还原剂和任何还原铁宜每1-3分钟至少循环一次，其结果是很大程度上防止了结块。
可以将含氧的气体注入炉膛，所需要的热量必须通过燃烧过量的生产气体来提供。
使用至少250℃的含氧气体是有利的。
另外，可以在多膛炉的最低炉膛上注入气态还原剂。这确保了氧化物的还原更彻底。
根据进一步优选的实施方案，用燃烧器加热炉子中的一个或多个炉膛。
为了不至于因加热系统的废气降低炉子较低部分的还原气体的浓度，这种情况下也可以间接地即通过辐射供给能量。
根据另一优选的实施方案，气体于一个或多个炉膛从多膛炉中排出。随后，可以让这些热气体通过CO2洗涤塔，以减少气体的量并增加气体的还原电势，或者让这些热气体通过其中存在碳的附加反应器，以便热气体中存在的二氧化碳依据Boudouard平衡与碳反应形成一氧化碳，从而增加气体的还原电势。之后，使富含一氧化碳的气体返回多膛炉。
如果需要，可以在炉子的较低部分的一个或多个炉膛中加入添加剂。
这种情况下，在加入添加剂炉膛的上面的炉膛排出气体是有利的。
根据一优选的实施方案，气体在一特定的炉膛下面从多膛炉中排出，然后在该炉膛上面再注入多膛炉中。
可以将含碳和金属的铁氧化物粉尘或泥渣于该炉膛导入炉中。一旦它们达到一定的温度(约900℃)，重金属氧化物就开始与还原剂反应，由此，所生成的重金属蒸发并与废气一起从多膛炉中出料。
重金属在其生成的炉膛上排出是有利的，并单独处理而不同于其它废气。
然后将废气氧化，例如在后燃烧室氧化，重金属转化成重金属氧化物，之后该重金属氧化物可以用过滤设备从废气中分离出来。来自电炉或转炉钢厂的含重金属的粉尘和泥渣的典型成分如下表所示。
表2
多膛炉可以在特定的过压下操作，以获得进一步增加的产率。与直径约50m的水封的转炉相比，这种操作在多膛炉上可以很容易地实现，多膛炉仅在驱动轴上有小的密封。这种情况下，必须提供进料和出料的气压阀。
根据本发明的另一方面，提出了多膛炉在含油和铁氧化物残余物的热处理方面的用途。
进一步优选的实施方案列于从属权利要求中。
下面将借助于附图，描述本发明的一个实施方案。


图1是用于热处理含油和铁氧化物残余物的多膛炉的剖面图。
图1示出了多膛炉10的剖面图，所述的多膛炉带有若干个(此处为12个)上下排列的炉膛12。这些自立的炉膛12以及炉壳14、炉盖16和炉底18均由耐火材料制成。
在炉子10的炉盖16上，提供了出口20和开口22。通过出口20可以排出炉中的气体，通过开口22可以将含油和铁氧化物的残余物与还原剂的混合物装填至顶炉膛上。
轴24安装于炉子的中央，在所述的轴24上装有遍布每个炉膛的耙子26。
所述的耙子26按这样的方式设计，以使它们在一个炉膛上先由外向里移动材料，然后在下面的炉膛上由里向外移动材料，以便从顶部向下传送材料通过炉子10。
将含油和铁氧化物的残余物与固体还原剂如褐煤焦炭、石油焦炭或煤在炉子10的外面混合，然后将含油和铁氧化物的残余物与还原剂的混合物装填于顶炉膛。由于该混合物粘稠方面的一致性，因此用泵(未示出)将其导入多膛炉中。
含油和铁氧化物的残余物也可以在与固体还原剂混合之前或之后于炉子之外进行预干燥。
将含油和铁氧化物的残余物与还原剂的混合物装填于炉子10的第一炉膛之后，用耙子26来散布该混合物并将其传送至该炉膛的边缘，在此边缘处，该混合物通过为此而设计的几个开口28落入下面的炉膛。含油和铁氧化物的残余物与还原剂的混合物又从这里向炉膛的中央传输，然后再落入下面的炉膛。含油和铁氧化物的残余物以及还原剂在传输过程中逐步地被加热。
轴24和耙子26是风冷的并在耙子上提供开口，空气通过此开口可流入炉子内部，并用于那里的复燃。
此间，水分通过与炉膛12和上升的热气体接触，而从混有还原剂的含油和铁氧化物的残余物中分离出来。因此炉子10的顶炉膛属于干燥和预加热区。当大部分水蒸发之后，油和烃类开始蒸发并被热的上升气体带走。另外，由于高温和氧的存在，一些油和导入的还原剂在炉子的上部燃烧。燃烧过程产生的二氧化碳反过来与还原剂中过量的碳反应并转化成一氧化碳。该一氧化碳与含铁氧化物的残余物反应并将铁氧化物还原成铁。
至少提供一个入口30于炉子10的侧壁上(通常在上面的第三个炉膛)，通过所述的入口可以将额外的还原剂导入炉中。这些还原剂既可以是气态的也可以是液态的或固态的。这些额外的还原剂为例如一氧化碳、氢、天然气、石油和石油衍生物或固态的碳载体如褐煤焦炭、石油焦炭、高炉灰、煤等。
以导入炉子10中更下面的炉膛的煤作还原剂时，还原剂在那里通过耙子26与经加热的含油和铁氧化物的残余物混合。存在于含油和铁氧化物的残余物中的铁氧化物，在通过多膛炉10的传输过程中，被高温和存在的一氧化碳逐步地还原成金属铁。
位于多膛炉10各点的固态、液态和气态的还原剂以及含氧气体的进料是受控的，而且在临界点时可以排放过量的气体。这使得可以精确地控制含油和铁氧化物残余物的还原，并实现处理条件的最佳化。
在侧壁上提供用于注入含氧热(250-500℃)气体的喷嘴30，通过喷嘴30空气或另外的含氧气体可以进料至炉子10中。由于高温和氧的存在，部分碳燃烧成二氧化碳，所述的二氧化碳反过来又与存在的过量的碳反应并转化成一氧化碳。一氧化碳最终将金属氧化物还原。
由于该反应主要是吸热的，因此，在炉子的较低部分安装燃烧器32以确保炉子的底炉膛中均匀的高温是合乎逻辑的。燃气或粉煤燃烧器可以用于这种情况。
这些燃烧器32可以用燃气或用粉煤与空气一起点燃，用于预热和/或额外的加热。额外的还原气体可以通过氧与燃烧材料之间的定量比例来产生，或在过量空气的情况下，实现生产气体的复燃。当燃烧粉煤时，燃烧器中会产生过量的一氧化碳。在外燃烧室的情况下，可以防止燃烧过的煤灰进入炉子并与铁混合。燃烧室的温度按这种方式选择，以使所产生的炉渣能够以液体的形式排放并且以玻璃体的形式处置。通过产生一氧化碳，炉子10中固态碳载体的消耗降低了，并因此降低了最终产品中的灰分含量。
最后的炉膛或最后的两个炉膛中，用特殊喷嘴44供给气态还原剂如一氧化碳或氢气。铁氧化物的还原可以在这种还原电势增加了的气氛中完成。
随后，所产生的铁通过炉子10的炉底18中的出口46与灰分一起出炉。
在出口46出炉的铁与灰分和任何还原剂(可以进一步使用)一起在冷却器48中冷却。随后，通过磁性分离器50，将还原铁从还原剂的灰分和任何还原剂(可以进一步使用)中分离出来。
然后，可以进一步使用的还原剂52在外燃烧室34中燃烧。将由还原剂燃烧所产生的气体引入炉子10中，同时将还原剂的残余物以灰分或液体炉渣的形式通过出口除去。
从炉子出来的气体混合物经出口20进入后燃烧器54，在此燃烧气体混合物中可燃烧的气体。随后将气体混合物导入供有冷却介质的冷却器56中冷却。接下来，借助于旋风过滤器58净化经冷却的气体混合物，之后再将其向外排放。
除了可以使用含油和铁氧化物的废弃物之外，该炉子10允许使用具有不同问题的废弃物，如受污染的含铁氧化物的粉尘。
因此，可以将来自电炉或转炉钢厂的含有铁氧化物的粉尘或泥渣(其中几乎不含碳)，或来自高炉废气净化的粉尘通过一特殊的开口30导入炉子10中。通过固体和气体还原剂以及含氧气体于多膛炉的不同点的受控进料，以及临界点处可以排出过量的气体，可以精确地控制残余物的还原，并在最佳的条件下进行处理。
由于这些含铁氧化物的粉尘或泥渣经常受重金属氧化物的污染，炉子中大部分向上流动的气体，可以在炉膛下面(含重金属氧化物的粉尘或泥渣装填于该炉膛上)通过侧壁上的排气连接部件60从炉子10中排出并通过该炉膛上面的入口62重新注入炉子10中。因此，该炉膛上的气体数量很少，含重金属氧化物的粉尘或泥渣导入于该炉膛上。导入炉子之后，存在于粉尘或泥渣中的重金属氧化物被还原并气化。然后，在该炉膛上通过侧壁上出口64将之以相对较少的气体数量从炉子10中除去。
然后将少量体积的重金属含量相对较高的气体单独净化。由于废气数量较少，相应炉膛上的气流速率也就低，因而仅少量的粉尘随废气一起排出。因此，废气中的重金属浓度很高。
将排出的气体混合物中的可燃气体在后燃室66中燃烧。将该气体混合物的残余部分在冷却器68中冷却，并借助于旋风过滤器70净化，然后再排放至大气。
伴随含油和铁氧化物的废弃物一起进料于炉子中，存在于粉尘中的铁氧化物被还原成铁。
所有上升的气体，包括还原剂的挥发性成分，均可以在含重金属和铁氧化物和还原剂(如果需要)用多膛炉外面的烘干设备中完全燃烧，因此可以以最佳的方式利用炉子废气的余热。
权利要求
1．含油和铁氧化物的残余物于多膛炉中的热处理方法，所述的多膛炉具有若干互为上下的炉膛，将该含油和铁氧化物的残余物与固体还原剂混合并连续导入多膛炉，先于顶炉膛展开然后逐步转移至较低的炉膛，该含油和铁氧化物的残余物在顶炉膛干燥，然后所含的油蒸发并热解，而所述的还原剂则与铁氧化物反应生成直接还原铁，后者与还原剂的残余物一起在多膛炉的底炉膛处出料。
2．权利要求1的方法，其特征在于所述的还原铁从多膛炉中出料之后，先被冷却至700℃以下，再通过磁性分离器从还原剂残余物中分离出来。
3．权利要求1或2的方法，其特征在于所述的直接还原铁从多膛炉中出料之后，是通过筛选在热状态下与还原剂残余物分离的。
4．前述权利要求之一的方法，其特征在于所述的直接还原铁被进一步加工成团块。
5．前述权利要求之一的方法，其特征在于所述的直接还原铁熔化时伴有或不伴有残余物。
6．权利要求2或3之一的方法，其特征在于从多膛炉中出料之后，将任何未使用过的还原剂从残余物中分离出来。
7．权利要求2-6之一的方法，其特征在于将所述的还原剂残余物在气化反应器中燃烧，成灰成分以液体炉渣的形式分离，而所形成的粗煤气作为燃气或还原气进料于多膛炉。
8．权利要求1的方法，其特征在于所述的还原剂可以以固体、液体和/或气体的方式导入多膛炉。
9．前述权利要求之一的方法，其特征在于所述的还原剂可以导入多膛炉中的不同炉膛。
10．权利要求9的方法，其特征在于粗粒还原剂可以导入多膛炉中较高的炉膛，而细粒还原剂可以导入多膛炉中较低的炉膛。
11．前述权利要求之一的方法，其特征在于将过量的还原剂导入多膛炉。
12．前述权利要求之一的方法，其特征在于将含氧气体有选择性地注入不同的炉膛。
13．权利要求12的方法，其特征在于所述的含氧气体的温度至少为250℃。
14．前述权利要求之一的方法，其特征在于所述的气态还原剂注入多膛炉的底炉膛。
15．前述权利要求之一的方法，其特征在于炉子中的一个或多个炉膛是直接或间接加热的。
16．前述权利要求之一的方法，其特征在于气体在一个或多个炉膛上从多膛炉中排出。
17．权利要求16的方法，其特征在于所排出的气体的还原电势增加了，以及该气体随后被导入多膛炉。
18．前述权利要求之一的方法，其特征在于气体是在一特定炉膛的下面从多膛炉中排出的。
19．权利要求18的方法，其特征在于所排出的气体的还原电势增加了，以及该气体随后被导入多膛炉。
20．前述权利要求之一的方法，其特征在于含重金属和铁氧化物的粉尘或泥渣被导入一炉膛并在该炉膛炉上还原，而且所产生的重金属在该炉膛上气化。
21．权利要求20的方法，其特征在于所述的含重金属的气体在其形成的炉膛上单独排出。
22．前述权利要求之一的方法，其特征在于该方法是在过压下进行的。
23．多膛炉在根据前述权利要求之一的方法，生产铁的用途。
24．多膛炉在根据权利要求1-22之一的方法，处理含油和铁氧化物残余物的用途。
全文摘要
本发明涉及用多膛炉热处理含油和铁氧化物的再循环物的方法。所述的炉子具有若干重叠的层。将含油和铁氧化物的再循环物与固体还原剂混合并连续供给多膛炉,先置于顶层然后逐步转移至下面的层。再循环物在最上层被干燥。然后,油蒸发并热解,而所述的还原剂则与铁氧化物反应直接生成还原铁。之后,该直接还原的铁与还原剂的残余物一起在多膛炉的最低层处出料。
文档编号C22B7/00GK1312863SQ99809734
公开日2001年9月12日 申请日期1999年8月30日 优先权日1998年9月2日
发明者托马斯·汉斯曼, 罗曼·弗里登, 马克·索尔维 申请人:保尔·沃特公司