专利名称：用于制造熔融铁的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造熔融铁的设备，该设备防止在利用粉矿的熔融 还原法中在流化床反应器的旋风器内细铁矿彼此粘附。
背景技术：
钢铁工业是提供建筑所需的和制造汽车、船只、家用电器以及我们使用 的许多其它产品所需要的基本材料的核心工业。钢铁工业也是与人类一起进 步的历史最长的工业之一。在在钢铁工业中起枢纽作用的铸铁厂中，在利用 铁矿和煤作为原料生产出熔融铁(熔融状态的生铁)之后，从熔融铁炼钢， 然后被供应给消费者。
目前，世界上约60%的铁产品通过使用14世纪发展来的高炉法制造而 成。在高炉法中，利用烟煤生产出的焦炭和经过烧结法而成的铁矿被装入高 炉，并将热气提供给高炉，以将铁矿还原成铁，从而制造熔融铁。
用于制造熔融铁的高炉法需要强度超过特定水平并在高炉中可确保透气 性的材料。因此，用作燃料的碳材料和增塑剂依赖于生成特殊燃料焦炭的焦 炭。经过一系列工艺的烧结矿主要用作铁源。
因此，在现代高炉法中，需要包括原料预加工设备(例如，焦炭制造设 备和烧结设备)来加工铁矿，除需要高炉外，不仅需要获得辅助设备，而且 还需要用于防止在辅助设备中产生污染和最小化在辅助设备中产生污染的设 备。因此，投资量相当大，最终增加了制造成本。
为了解决高炉法的这些问题，在许多国家，通过直接利用原煤作为燃料 和还原剂以及通过直接利用出矿率(output ore)在世界上达80 %或者更高的 细铁矿作为铁源，对用于制造熔融铁的熔融还原法进行了大量研究。
在熔融还原法中，通常使用包括矿石的预还原和最终还原的两步还原法。 传统的炫融还原设备由流化床还原反应器和熔融气化器构成，流化床还原反 应器形成泡沫流化床，熔融气化器连接到泡沫流化床，形成煤填充床(coal packed-bed )。室温下的细铁矿和添加剂被装入熔融气化器中，并被预还原。
由于热还原气体从熔融气化器被供应给流化床还原反应器，所以室温下 的细铁矿和添加剂接触热还原气体，然后它们的温度升高。同时，室温下的 细铁矿和添加剂按照等于或者高于90%的比率被还原，并按照等于或者高于 30%的比率被增塑，然后被装入熔融气化器中。
同时，多个旋风器将在流化床还原反应器中的矿石作为细铁矿颗粒进行 收集、通过重力使它们落下，并使其在流化床中再循环。
在旋风器中形成高密度流的细铁矿。此时，流化床还原的操作温度等于
或者高于700度，细铁矿连续接触还原气体。在这种情况下，细铁矿的表面
的粘附性，即，细铁矿颗粒之间的物理粘附状态变高。
因此，在旋风器中，细铁矿颗粒彼此粘附，由于在流化床还原反应器的 操作中，还原气流使旋风器持续地振动，所以越来越促进这种粘附。
如果细铁矿颗粒的尺寸等于或者大于预定尺寸，则旋风器被粘附的材料 堵塞，从而细铁矿的流动被中断。如上所述，如果在旋风器中所述流动被中 断，则由于细铁矿不能被回收而会损失大量的细铁矿。
此外，由于去除形成在旋风器中的粘附材料需要大量的工时，所以由粘 附材料而引起的旋风器的堵塞现象显著降低了流化床还原反应器的运行率。
发明内容
技术问题
为了解决上述问题，提出本发明以提供一种用于制造熔融铁的设备，所 述设备防止在使细铁矿流化的还原过程中细铁矿颗粒在旋风器中形成粘结。 技术方案
根据本发明示例性实施例的用于制造熔融铁的设备包括i)至少一个 流化床还原反应器，还原和增塑铁矿，并将铁矿转换成还原材料；ii)熔融 气化器，还原材料矿被装入所述熔融气化器中，并且氧气被注入到所述熔融 气化器中，所述熔融气化器制造熔融铁；iii)还原气体供应线路，将从熔融 气化器排放的还原气体供应给流化床还原反应器，其中，流化床还原反应器 包括安装在流化床还原反应器中以收集细铁矿的旋风器，并且所述气体注入 器通过注入含碳气体防止细铁矿粘附，并且气体注入器连接到旋风器。
气体注入器可在流化床还原反应器的上下方向上连接到流化床还原反应器。气体注入器可连接到流化床还原反应器的上部。
所述用于制造熔融铁的设备还可包括i )排气管，布置在旋风器的上 方，用于排放气体；法兰，将旋风器连接到旋风器排气管，其中，气体注入 器包括气体注入线路，所述气体注入线路穿透法兰，并连接到旋风器的内部。
气体注入线路可按照螺旋形盖住旋风器。气体注入线^各的 一部分可按照 弹簧形盖住旋风器。
同时，流化床还原反应器还可包括惰性气体供应装置，所述惰性气体供 应装置连接到气体注入线路，并将惰性气体供应到旋风器中。
惰性气体供应装置可包括i )惰性气体供应线路，连接到气体注入线 路；ii)自动阀，周期性地打开和闭合惰性气体供应线路。
此时，惰性气体可以是氮气。
同时，旋风器可包括i )锥体部，收集细铁矿；ii)料腿部，连接到 锥体部的下端，排放收集的细铁矿，其中，多个气体注入器壳连接到料腿部。
此外，所述气体注入器可包括i )第一气体注入器，连接到位于锥体 部和料腿部之间的连接点；ii)第二气体注入器，连接到料腿部的下端；iii) 两个或者少于两个第三气体注入器，彼此隔开预定距离，位于第一气体注入 器和第二气体注入器之间。
含碳气体可包括曱烷。
此外，在气体注入器和旋风器彼此连接的部分，气体的流动速度可以在 4m/s到8m/s范围内。
同时，气体注入器可安装在多个流化床还原反应器中的直接连接到熔融 气化器上的流化床还原反应器中。 有益的效果
在根据本发明的用于制造熔融铁的设备中，通过抑制在利用细铁矿的流 化还原过程中流化床还原反应器中的旋风器中的细铁矿的粘附，可防止细铁 矿的损失。
此外，由于可防止粘附材料的形成以及不需要耗费时间将其去除，所以 可提高流化床还原反应器的运行率。
图1是根据本发明实施例的用于制造熔融铁的设备的示意性视图2是设置在图1的用于制造熔融铁的设备中的流化床还原反应器和气
体注入器的示意性视图3是设置在图2的流化床还原反应器中的旋风器和气体注入线路(line) 的示意性^L图4是设置在图2的流化床还原反应器中的旋风器和其它类型的气体注 入线路的示意性视图5是示出在旋风器中细铁矿粘附的温度的曲线图。
具体实施例方式
将参照附图描述本发明的优选实施例，以使本领域技术人员能够实现本 发明。所述实施例仅仅在于说明本发明，并且本发明不局限于此。
图1是用于制造根据本发明实施例的熔融铁的设备100的示意性视图。 图1中示出的用于制造熔融铁的设备100的构造仅仅在于举例说明本发明， 本发明不局限于此。因此，可按照其它形式对所述构造进行修改，并且还可 包括其它装置。
如图1所示，用于制造熔融铁的设备100主要包括流化床还原反应器10、 熔融气化器30和还原气体供应线路40。
此外，用于制造熔融铁的设备IOO还可包括连接在流化床还原反应器10 和熔融气化器30之间的用于制造压制铁(compacted iron )的设备50以及热 压均衡装置(hot pressure equalizing device ) 60。此外，用于制造熔融铁的设 备100可包括用于制造熔融铁所需要的各种装置。
流化床形成在其中的流化床还原反应器10彼此依次连接，以在流化床中 还原细铁矿，并将其转换成还原材料。每个流化床还原反应器IO通过还原气 体供应线路40接收从熔融气化器30的煤填充床排放的还原气体。
流化床还原反应器10通过使还原气体进入并在其中流动，将细铁矿和添 加剂转换成还原材料。
同时，例如，如图l所示，多个流化床还原反应器IO可设置有预热还原 反应器10a、第一预还原反应器10b、第二预热还原反应器lOc和最终还原反 应器10d。
用于制造压制铁的设备50压制还原材料以确保熔融气化器30中通风。 用于制造压制铁的设备50包括装料斗52、 一对辊子54、轧碎机56和还原材
料储存料箱58。此外，用于制造压制铁的设备50可包括各种需要的装置。 装料斗52储存从含铁的混合物还原的还原材料。 一对辊子54挤压还原
材料并制造压制的还原材料。轧碎机56将压制的还原材料粉碎成适合的尺寸。还原材料储存料箱58暂时储存粉碎的还原材料。
热压均衡装置60位于用于制造压制铁的设备50和熔融气化器30之间。
热压均衡装置60安装在熔融气化器30之上，以控制压力。由于熔融气化器
30内部被高度加压，所以热压均衡装置60均匀地控制压力，并允许粉碎的
还原材料容易地装入熔融气化器30中。还原材料储存料箱61可暂时储存还
原材料。
通过压缩细煤而制成的块煤或者煤饼被供应到熔融气化器30中，从而形 成煤填充床。供应给熔融气化器30的块煤或者煤饼通过在煤填充床上部的热 分解反应和与在煤填充床的下部通过鼓风口 202注入的氧气的燃烧反应而被 气化。在熔融气化器30中产生的高温还原气体通过连接到最终还原反应器 1 Od的后端的还原气体供应线路40继而被供应给流化床还原反应器10,并被 用作还原剂和流化气体。
以下，将详细解释根据本发明实施例的用于制造熔融铁的设备100的流 化床还原反应器10。图2是流化床还原反应器10和气体注入器20的示意性 视图。
如图2所示，分配板12布置在流化床还原反应器10的下部，以将从流 化床还原反应器10的下部进入的还原气体分散到其上部，从而在其中形成细 铁矿和气体的均匀的流动。
此外，流化床还原反应器10设置有将细铁矿颗粒收集在其中的旋风器14。
虽然在图2中示出了两个旋风器14，但这仅仅是举例说明本发明，本发 明不局限于此。因此，旋风器14的数量可变化。
旋风器14的上部形成为漏斗形锥体部14a,旋风器14下部连接到锥体 部14a,并形成为具有预定直径的管形料腿部(tube-shaped dipleg portion) 14。 在流化床还原反应器10的料腿部14b中形成细铁矿的高密度流。
此外，用于排放旋风器14的气体的排气管(off-gas duct) 16和将旋风器 14连接到排气管16的法兰18设置在流化床还原反应器10的上部。
此外，由于从熔融气化器30排放的热还原气体被供应给直接连接到至少
一个流化床还原反应器10的熔融气化器30的最终还原反应器10d(见图1 ), 并且最终还原反应器10d中的温度等于或者高于700°C,因此细铁矿颗粒之 间的粘附现象极有可能会变得严重。因此，通过安装气体注入器20和将碳气 供应给旋风器14能够防止细铁矿颗粒彼此粘附。
气体注入器20包括气体供应线路202和气体注入线路204。流量计206 和流量调节阀208安装在气体供应线路202上。可通过流量计206测量碳气 的量，可通过流量调节阀208控制供应给旋风器14的碳气的量。
此时，可通过在700度进行的热分解由碳气产生固定碳(所述700度是 最终还原反应器的操作温度)，并且由于需要一种分解反应是吸热反应的气 体，所以气体含有至少预定量(例如，约50%)的曱烷。例如，液化天然气 (LNG)可用作碳气。
曱烷被注入到旋风器14中，以通过在细铁矿流中的下面的反应被分解。
CH4—C + 2H2
由上述分解反应产生的碳颗粒沉淀在旋风器14的料腿部14b中的细铁矿 颗粒的表面上。因此，防止了细铁矿颗粒之间的粘附。
此外，化学式1的分解反应是吸热反应，在该吸热反应中，每l摩尔的 曱烷吸收90403千卡热量。通过分解反应注入碳气的位置附近的温度不变。 从而进一 步防止细《失矿颗粒之间的粘附。
如图2所示，气体注入线路204可沿着流化床还原反应器10的上下方向 连接到流化床还原反应器10。鉴于流化床还原反应器IO保持在高温下并具 有沿着上下方向延伸的形状，所以热膨胀和热收缩主要沿着流化床还原反应 器10的上下方向发生。因此，如果气体注入线路204沿着侧向被连接，则流 化床还原反应器10的热膨胀和热收缩会使气体注入线路204破裂。气体注入 线路204被沿着上下方向连接以防止上述现象。具体地讲，使气体注入线路 204连接到流化床还原反应器10的上部的设计纟艮简单。
另 一方面，如果在气体注入线路204和料腿部14b的连接点210碳气的 速度小于4m/s，则由于细铁矿回流到气体注入线^各204中而存在会使气体注 入线路204的连接点堵塞的危险。如果所述速度是8m/s或者更大，则存在细 铁矿的流动会被在气体注入线路204的连接部分210注入的气体的推进力扰 乱的危险。
因此，在气体注入线路204和料腿部14b的连接点210,被注入到旋风 器14的料腿部14b中的碳气的流动被控制在从4m/s到8m/s。
同时，惰性气体供应装置22连接到旋风器14，并安装在气体注入器20 的气体供应线路202上，以将惰性气体供应到气体供应线路202中。
惰性气体供应装置22包括惰性气体供应线路22,连接到气体注入线 路202;自动阀222，周期性地打开和关闭惰性气体供应线路22。例如，惰 性气体可以是氮气。
通过上面的构造，惰性气体也可通过惰性气体供应线路202和气体注入 线路204被周期性地供应给旋风器14。因此，通过供应惰性气体防止气体注 入线路204被堵塞。也就是说，碳气在通过气体注入线路204的同时被分解， 通过惰性气体将碳推出气体注入线路204,从而将碳排放到旋风器14中。因 此，防止气体注入线^各204被堵塞。
在每个旋风器14上可设置多个具有上述构造的气体注入器20。气体注 入器20最好安装在细铁矿流动淤塞的位置，也就是说，安装在旋风器14的 部分14a和料腿部14b连接的连接点和料腿部14b的端部。细铁矿的流动在 连接点开始。
因此，气体注入器20可包括第一气体注入器20a和第二气体注入器20b。 在第一气体注入器20a中，连接点210a形成在旋风器14的锥体部14a和料 腿部14b连接的位置。在第二气体注入器20b中，连接点210b形成在料腿部 14b的端部。
此外，料腿部14b可包括按照预定间隔的气体注入器20的更多的连接部 分210。然而，如果气体注入到旋风器14的太多点，则可扰乱细铁矿的流动。 因此，还可安装两个或者更少的第三气体注入器20c，所述第三注入器20c 布置在第一气体注入器20a的连接部分210a和第二气体注入器20b的连接部 分210b之间。
虽然图2示出了设置有四个气体注入器20的用于制造熔融铁的设备的构 造，但是本发明不限于此。
以下，详细解释气体注入线路204的构造。图3是旋风器14和围绕旋风 器14安装的螺旋形气体注入线路204的示意性视图。图4是作为气体注入线 路204的另一示例的气体注入线路204的一部分呈弹簧形的构造的示意性视 图。
如图3和图4所示，气体注入线路204形成在流4匕床还原反应器中，同
时穿过法兰18。气体注入线路204连接到旋风器14的料腿部14b。
气体注入线路204可形成为具有螺旋形或者弹簧形以盖住旋风器的表 面。具体地讲，如图4所示，如果气体注入线路204的长度长，则气体注入 线路204的一部分可形成弹簧形。因此，即使气体注入线路204长，也可被 柔性地安装，并且可很好地承受热膨胀。
流化床还原反应器中的温度上升和冷却使旋风器14膨胀或者收缩，然后 剪应力作用在气体注入线路204和旋风器14的料腿部14b之间的连接点210 上。然而，如图3所示，由于气体注入线路204形状呈巻曲形或者弹簧形， 所以作用在连"t妻点上的剪应力^皮吸收，^v而防止连4妄点210石皮裂。
器中形成的还原气流引起的旋风器14的振动。
另一方面，气体注入线路204和旋风器14的料腿部14b之间的连接点 210被焊接。因此，防止从气体注入线路204注入的碳气泄漏到旋风器14的外部。
以下将参照实验示例描述本发明。实验示例仅^又是举例说明本发明，本 发明不局限于此。 实验示例
已经与含有还原气体的气体接触了预定时间的细铁矿被置于面板上，所 述面板按照顺时针方向从0度逐渐旋转。此时，测量细铁矿塌落的角度。此 外，通过改变气体的温度来进行多次实验。这里，塌落角度是细铁矿由于重 力开始从面板脱离的角度。粘附现象发生和细铁矿不从面板脱离的时间由180 度指示。
示例1
测量与含有还原气体和含有50%甲烷的气体的混合气体接触了预定时 间的细铁矿的塌落角度。 示例2
测量与含有还原气体和含有100%曱烷的气体的混合气体接触了预定时 间的细铁矿的塌落角度。 对比示例
作为与实验示例相比较的对比示例，测量仅与还原气体接触了预定时间
的细铁矿的塌落角度。
图5是示出实验示例和对比示例的实验结果的曲线图。如图5所示，在
实验示例1中，与还原气体和含有50%曱烷的气体接触的细铁矿的粘附温度 是760。C。此外，在实验示例2中，与还原气体和含有100%曱烷的气体接触 的细铁矿的粘附温度是800。C。此外，仅与还原气体接触的细铁矿的粘附温 度是725°C。
如上所述，实验示例1和2的粘附温度分别比对比示例的粘附温度高 35。C和75。C。也就是说，根据上述实验的结果，随着气体温度逐渐升高，粘 附现象最先发生在对比示例中。在实验示例中发生粘附现象的温度高于在对 比示例中发生粘附现象的温度。也就是说，在实验示例1和2中的粘附现象 没有在对比示例中的粘附现象严重。
这就意味着，由于由分解的曱烷形成的碳沉积在细铁矿的表面上，所以 细铁矿颗粒之间的粘附变得困难。因此，根据本发明，在温度等于或者高于 700。C时，细铁矿颗粒之间的粘附现象显著降低，所述700°C的温度是流化 床还原反应器，尤其是最终还原反应器的操作温度。
虽然以上已经详细描述了本发明的示例性实施例，但应该清楚地理解， 教导于此的基本发明构思的许多更改和/或修改仍然落在由权利要求及其等 同物限定的本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种用于制造熔融铁的设备，所述设备包括至少一个流化床还原反应器，还原和增塑铁矿，并将铁矿转换成还原材料；熔融气化器，还原矿被装入所述熔融气化器中，并且氧气被注入到所述熔融气化器中，所述熔融气化器制造熔融铁；还原气体供应线路，将从熔融气化器排放的还原气体供应给流化床还原反应器，其中，流化床还原反应器包括安装在流化床还原反应器中以收集细铁矿的旋风器，其中，气体注入器连接到旋风器，所述气体注入器通过注入含碳气体来防止细铁矿粘附。
2、 如权利要求l所述的设备，其中，气体注入器在流化床还原反应器的 上下方向上连接到流化床还原反应器。
3、 如权利要求2所述的设备，其中，气体注入器连接到流化床还原反应 器的上部。
4、 如权利要求3所述的设备，还包括 排气管，布置在旋风器的上方，用于排放气体； 法兰，将旋风器连接到旋风器排气管，其中，气体注入器包括气体注入线路，所述气体注入线路穿透法兰，并 连接到旋风器的内部。
5、 如权利要求4所述的设备，其中，气体注入线路按照螺旋形盖住旋风器。
6、 如权利要求5所述的设备，其中，气体注入线路的一部分按照弹簧形 盖住旋风器。
7、 如权利要求l所述的设备，其中，流化床还原反应器还包括惰性气体 供应装置，所述惰性气体供应装置连接到气体注入线路，并将惰性气体供应 到旋风器中。
8、 如权利要求7所述的设备，其中，惰性气体供应装置包括 惰性气体供应线路，连接到气体注入线路； 自动阀，周期性地打开和闭合惰性气体供应管。
9、 如权利要求7所述的设备，其中，惰性气体是氮气。
10、 如权利要求l所述的设备，其中，旋风器包括 锥体部，收集细铁矿；料腿部，连接到锥体部的下端，排放收集的细铁矿， 其中，多个气体注入器连接到料腿部。
11、 如权利要求IO所述的设备，其中，所述气体注入器包括第一气体注 入器，所述第一气体注入器连接到位于锥体部和料腿部之间的连接点。
12、 如权利要求10所述的设备，其中，所述气体注入器包括第二气体注 入器，所述第二气体注入器连接到料腿部的下端。
13、 如权利要求IO所述的设备，其中，所述气体注入器包括两个或者少 于两个第三气体注入器，所述第三气体注入器彼此隔开预定距离，从而位于 锥体部和料腿部之间的连接点与料腿部的下端之间。
14、 如权利要求l所述的设备，其中，含碳气体包括曱烷。
15、 如权利要求1所述的设备，其中，在气体注入器和旋风器彼此连接 的部分，气体的流动速度在4m/s到8m/s范围内。
16、 如权利要求l所述的设备，其中，气体注入器安装在多个流化床还 原反应器中的直接连接到熔融气化器上的流化床还原反应器中。
全文摘要
根据本发明示例性实施例的用于制造熔融铁的设备包括i)至少一个流化床还原反应器，还原和增塑铁矿，并将铁矿转换成还原材料；ii)熔融气化器，还原矿被装入所述熔融气化器中，并且氧气被注入到所述熔融气化器中，所述熔融气化器制造熔融铁；iii)还原气体供应线路，将从熔融气化器排放的还原气体供应给流化床还原反应器。流化床还原反应器包括安装在流化床还原反应器中以收集细铁矿的旋风器。气体注入器连接到旋风器，所述气体注入器通过注入含碳气体来防止细铁矿粘附。
文档编号G11B13/00GK101371306SQ200680049476
公开日2009年2月18日 申请日期2006年12月26日 优先权日2005年12月26日
发明者南宫源, 李晙赫, 申明均, 金常铉 申请人:Posco公司;西门子奥钢联金属技术股份有限公司