专利名称：由金属矿冶炼金属的方法
技术领域：
本发明涉及一种由金属矿冶炼金属，特别涉及由铁矿冶炼生铁的方法，其中，使含有金属氧化物的矿石与事先已由含碳和/或烃类物质得到的、含有碳和/或氢(以及可能时为其化合物)的还原气体进行反应接触。
通常，必须对主要由金属氧化物(甚至铁的不同氧化物)组成的矿石进行还原工艺过程，才能提取金属。这种还原借助于被用来对金属矿石作用的还原气体中所含碳和可能有的氢-或者也可能是其化合物而得以进行。
然后，对还原过的金属矿石进行熔炼过程。在还原和熔炼过程本身的区域内得到还原所需的气体，在所述区域中，将含碳物质(例如，焦炭、煤、油或天然气)加入已还原和加热金属的区段中，同时添加(空气中的)氧，随之而来的是分解或转化成含碳气体，这一气体被供至上述的还原过程。
就这方面而言，常规高炉法已为人们所知，在该方法中，在高炉中一由顶部至底部连续地—既发生金属矿石还原，还产生还原气体，以及紧接着将金属熔成液态。在此种高炉方法中，向铁矿石及可能使用的助熔剂中添加作为碳载体的焦炭。还已知的是，为了更好的控制高炉工艺过程，并为了节省焦炭，经喷枪将油或粉煤喷入高炉炉缸区段中的鼓风气流中。以此减少焦炭的消耗。这一补充喷入的物料(油或粉煤)必须以极细碎状态引入，以保证完全和充分的气化。关于将粉煤喷入高炉的概述包括刊载在期刊“Stahl und Eisen”中的两篇文章中(101(1981)81年1月12日，第35-38页及105(1985)，85年2月25日第4期，第211-220页)。特别在油价上涨的过程中，喷吹粉煤得以大力推行。已证明，在喷吹期间，由于可得到约10毫秒的短时间，尽管在某些工厂也进行过用较大粒径的试验，但只有用粒径低于0.1毫米的粉煤才能得到良好的结果，即几乎完全气化粉煤。
已经有人建议加入其他含碳废料如干燥的沉积残渣或其他含碳废料，如废渣、废纸、禾杆、褐煤以及还有废木材、塑料、橡胶或类似材料以代替喷吹油或粉煤(DE-A-2935544)。在没有相应的试验或结果的情况下，仅作出了如何将这些物质加入高炉的假定。在DE-A-4104252中还建议，将这一种类型的含碳废料以细粒或粉末状态通过风咀喷入高炉，同时给出加入沉积残渣(可流动的粉尘)作为实例。在这一工艺方法中也必须明确强调，被喷入的物质应使其成为细颗粒。
从上述已知方法出发，本发明的目的在于利用即使是被有机和/或无机物掺杂的塑料废物作为还原气体的组分来源。塑料废品总是可以大量得到，并造成严重的废料处理问题。塑料废品主要是，尽管不是唯一的，可以固体形式或作为通常是严重被污染的包装废料或作为生产塑料制品时得到的碎片或类似废料获得。
因此，本发明提供了，在上述种类的工艺方法中，供产生还原气体的含碳和/或烃类物质至少部分是以粉碎的、流化状态被喷入冶金竖炉，特别是高炉炉缸中鼓风气流的塑料，同时该塑料的粒度范围主要为1-10毫米，特别是5毫米。从而，例如塑料包装废料—其处理仍基本上是一个未解决的问题一以破碎形式被加入风咀区。
已经有人建议利用塑料废弃物作为高炉法中的还原剂来源并从而实际上使用了这些塑料。已知的方法提供了，以叠置挤压方法混合的塑料废弃物通过温度和剪切的作用，直至被分解成低分子物质为止，可作为重油的替代物喷入高炉鼓风气流中。然而，所谓液化塑料的降解挤压是一种设备上和工艺技术上花费都很大的措施，这使得整个方法更加困难并昂贵。此外，这一处理方法容易受到塑料废品中所含的金属、有机和无机杂质的干扰。
正如已经述及的那样，对于已知的将油或粉煤补充喷入竖炉，特别是高炉区中的鼓风气流，该物料必须以极细碎的形式喷入，以保证在有效的短时间内达到完全气化而没有任何显著的烟灰形成。如果煤颗粒的最大尺寸不是约0.1毫米，而是粒度较大，则仅导致不充分的结果。
这一点的原因尤其在于煤中挥发组分的比例相对较小，以致不能以充分规模进行“破坏或分裂(Zerspratzen)”单个颗粒并从而不能增加反应表面。然而，对于喷射实际上主要由挥发组分组成的油，同样也必须使其雾化成显著低于0.1毫米的颗粒尺寸。
最严密的结论是，甚至其化学组成非常接近于油的塑料也必须被磨细至相当的粒度以保证在高炉中充分和快速的反应。然而，这样细磨特别对热塑性塑料是不可能的，因为当被磨得非常细时，该材料变稠。还要考虑将这些塑料冷却到低温以使该材料变脆并在该状态将其磨碎。然而，这一方法由于费用的原因对本发明目的来说是不可接受的。
然而令人惊奇地发现，如果在粉碎、破碎或热研磨之后，塑料具有大得多的颗粒尺寸，即主要在1-10毫米范围，特别为5毫米，当塑料被喷入冶金竖炉的鼓风气流时，得到非常良好的结果；这样的颗粒尺寸可不用大的费用而得到。同时这样的颗粒尺寸具有的优点在于，在塑料处理、流态化和定量给料区中没有像例如喷入粉煤时那样的爆炸危险，因此当作为流态化气体时不需要惰性气体，而可以使用压缩空气。当喷入的塑料是比表面积大的粘结块(Agglomerats)状态时，可得到特别好的结果。特别是发现塑料-粘结块的松密度大于0.35具有优越性。
塑料的这一令人惊奇的性能的原因可能在于其材料组成在粉碎后的特性在化学上类似组成的油的情况下，所形成的致密小滴具有极为不利的表面对质量的比，并从而只有对直径小的具有足够的反应性能，而在塑料的情况下，由于粉碎过程，比表面积因机械应变和热应变相结合而被裂开并由此增加，以致该材料甚至在仅是部分粉碎后仍显示出优良的反应性能。
从而发现，当使用一步反应工艺时，可以在小代价的粉碎后，将塑料或废塑料在高炉方法中用作为极有价值的还原剂，由此不仅节省了煤或焦炭，而且也可有效地利用废塑料。
在冶金竖炉是高炉的情况下，塑料通过设置在空气喷咀或风咀中的喷枪以流态化状态喷入鼓风气流中。为这一目的，所有喷枪可以被供给流态化塑料颗粒，或某些喷枪供给流态化塑料颗粒而其余的供给油或煤(如迄今所用的)。安排成使供给塑料颗粒的喷枪和那些供给油或煤的喷枪围绕风咀装置的四周彼此均匀地分布，这样一种安排情况是较有利的。
喷枪上的喷射压力以高于高炉压力0.5·105-1.5·105帕为佳。喷枪中的流速高到使得喷枪中的塑料可避免由于来自炉内的热反射而造成的烧结(由于熔化或初熔(Anschmelzen))，流速与喷枪截面积之比较佳为20000和40000L/(秒·米)之间，特别是25000L/(秒·米)。当将粉煤或油喷入高炉风咀中的喷枪时不必检查这一因素，因为这些另外的物质不会熔化，从而没有烧结的危险。
高炉中混合后的鼓风温度范围通常为1000-1250℃。温度太低导致塑料气化不充分或太慢。从而混合后的鼓风温度较佳为高于1100℃。
塑料的喷入量可在广泛范围内变化；但由于塑料-粘结块的特殊性能，可高于例如喷油时的量。如果塑料的喷入量高于70千克/吨RE，则为了保证良好的气化，将O2加入鼓风气流中。发现对高于70千克/吨RE值的每千克/吨RE，鼓风富氧0.05-0.1％，较佳富氧0.08％是有利的。
塑料颗粒的定量给料和流态化可以不同方法进行。一种方法的要点在于，塑料颗粒在分设的装置中连续流态化，而后定量给料。这一解决方案的优点在于定量给料装置可以简单方式进行，例如通过机械式螺旋-定量给料装置或斗轮-定量给料装置。另一方法的要点在于，使塑料颗粒在组合式流态化装置和定量给料装置中进行流态化和定量给料。然而，这一解决方案，由于变动的炉压，需要快速控制环路，借助该环路可使喷射压力与炉压相适应。一种特别简单的解决方案是使用气密斗轮给料装置(Zellenradschleuse)。
由从属权利要求将清楚地知道本发明其他有利的实施方案。
下面通过实施例，参照附图更详尽地解释本发明。
其中
图1示出了包括供给流态化塑料的相关设备和供给热鼓风气流的相关设备的高炉示意图；图2示出了供选择的实施方案；以及图3示出了将流态化塑料喷入高炉风咀或喷咀的喷咀-喷枪装置。
在图1中，示出了常规设计的高炉1，该高炉在其较低部具有包括炉缸(Gestell)区、围绕四周均匀分布的、并通过管道5的多个喷咀或风咀20(见图3)以及供给在热风炉4中加热的鼓风3的环形风管2。鼓风3可富集氧3a(O2)。为清晰起见，在图1中仅示出了一个喷嘴20。
一些或全部喷嘴20装有一个或多个喷枪18，借助该喷枪可以喷吹补充燃料。在迄今已知的高炉中，该燃料或是粉煤，或是油，由此达到高炉1的较佳操作并节省焦炭。在风嘴装置中，通常的喷嘴20数目例如为32，每一喷嘴的直径例如为140毫米。为供给粉煤或油通常提供典型直径为12或8毫米的两个喷枪。在本发明的情况下，每个喷嘴20仅有一个供给流态化塑料的喷枪18，且其具有例如28mm的直径。
在风嘴装置中，或者可以对所有喷枪18供给流态化塑料，或者可以对喷嘴20进行混合装备，这就是说，一些喷嘴具有例如两个油喷枪，而其他喷嘴20再装备一个塑料喷枪18。然而，为了保证塑料喷枪18和油喷枪的分布围绕风嘴装置四周彼此之间均匀，这是有用的。
在本实施例中，按如下进行塑料的处理将比表面积大粒径为1-10毫米，较佳5毫米的粘结块状粉碎塑料由塑料处理车间6供至料仓7。塑料的使用导致发现了松密度大于0.35的粘结块是良好的。适于这一目的的有塑料-杯形包装容器或类似物品，而例如塑料薄膜，在粉碎时具有较小的松密度，因此在喷吹前或喷吹时必须进行专门的计量措施，以使能喷吹足够的量。
在图1中，示出了一种喷吹容器8，塑料-粘结块通过粗颗粒筛14被供入其中，该塑料-粘结块通过由鼓风机11喷吹流态化气体通过管道12和13而被流态化。对一个例如体积约3米3的喷吹容器，需要约2-25米3流态化气体/小时。然后，在单独的定量给料装置9中，例如机械式螺旋-定量给料装置或由斗轮-定量给料装置定量给料流态化塑料并通过管道10被均匀地供至风嘴装置相应的喷枪18。通过以流态气流输送，即用高比例气体，例如以5-30千克塑料/1千克流态化气体进行塑料颗粒的运输。在本实施例情况下，使用压缩空气作为流态化气体，因为由于塑料颗粒尺寸为1-10毫米，不存在爆炸的危险。
塑料的喷吹量可在广泛范围(例如30-150千克塑料/吨RE)内变化。还发现，与油相比，可喷吹高于1.5倍(Faktor)的塑料量，气化相同良好。如果喷入塑料量大于70千克/吨RE，则为了保证良好气化，如已提及的，较佳的是将O2加入鼓风气流中。对高于70千克/吨RE值的每千克塑料/吨RE，鼓风应富集0.05-0.1％O2，较佳为0.08％O2。为了良好的气化，来自热风炉4的混合后的鼓风温度为1100℃以上。喷枪18的喷吹压力，较佳是超过高炉1中压力0.5·105-1.5·105帕。
与粉煤或油比较，塑料在较高温度时熔化，因此有这样的一个危险，在其离开喷吹喷枪18之前，塑料可被来自高炉内的热反射所烧结。为此理由，带有悬浮塑料颗粒的气体流速对于喷枪18的管子截面积比例必须足够大，以避免熔化或初熔，并从而避免喷枪18中的塑料被热反射烧结。流速与喷枪截面积的合适比例为在20000-40000L/(秒·米)范围内，优选25000L/(秒·米)。如果该值太低，则有烧结的危险，如果太高，造成喷枪18过度的高损耗。此外，在所有运输管道中，特别在喷枪18的连接区域18a内，必须避免在流动过程中断和缩小以及还必须避免曲线半径小于1米。
在图1的装置中，通过分设的定量给料装置9进行定量给料。另一解决方案示于图2并可是以一步操作进行流态化和定量给料，在喷射容器的下部区域中，为这一目的装置一个作为定量给料装置的球阀19。通过调节流态化气体的压力和量来细调。然而，这一解决方案需要根据高炉1内部的可变压力，准确和快速的调整压缩空气向喷射容器8的上部管道13的供给。因此，为这一目的，在高炉1中的适当位置提供了一个压力传感器，该传感器通过控制环路17快速地重新调节管道13中的一个阀门，以使得到准确的定量给料。
也可通过气密性斗轮给料装置达到塑料颗粒的流态化和定量给料。在这一场合，可省支喷射容器8。
权利要求
1.一种由金属矿冶炼金属，特别是由铁矿冶炼生铁的方法，其中，使含有金属氧化物的矿石与事先已由含碳和/或烃类的固体物质得到的、含有碳和/或氢(以及可能时为其化合物)的还原气体进行反应接触，其特征在于，将流化态粉碎塑料以鼓风气流喷入冶金竖炉，特别高炉(1)炉缸中，同时该塑料的粒度范围主要为1-10毫米，特别是5毫米。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于，将塑料颗粒尤以5-30千克塑料/1千克流态化气体(特别是空气)的比例用流态气流输送法输送。
3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将塑料以比表面积大的粘结块状态喷入。
4.权利要求3所述的方法，其特征在于，所述粘结块的松密度大于0.35。
5.权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，经由设置在高炉(1)风咀(20)中的各喷枪(18)，将塑料以流态化状态喷入空气流中。
6.权利要求5所述的方法，其特征在于，向所有喷枪(18)供给流态化塑料颗粒。
7.权利要求5所述的方法，其特征在于，向某些喷枪(18)供给流态化塑料颗粒，并向其余的供给油或煤，同时供给塑料颗粒的喷枪(18)和那些供给油或煤的喷枪(18)围绕风咀装置的四周彼此均匀分布。
8.权利要求5所述的方法，其特征在于，喷枪(18)的喷吹压力高于高炉(1)内压力0.5·105-1.5·105帕。
9.权利要求5所述的方法，其特征在于，流速与喷枪(18)直径之比要高得使喷枪(18)中的塑料可避免由于热反射而造成的烧结(由于熔化或初熔)，流速特别是在20000和40000L/(秒·米)之间，较佳为25000L/(秒·米)。
10.上列权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，混合后的鼓风温度高于1100℃。
11.上列权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，塑料的喷入量大于70千克/吨RE时，鼓风气流富集O2，特别是每过量千克塑料/吨RE富集以0.05-0.1％，较佳富集以0.08％O2的量。
12.权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，将塑料颗粒在分设的装置(8，9)中相继地流态化和定量给料。
13.权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，将塑料颗粒在组合式流态化装置和定量给料装置(8，19)中流态化并定量给料，同时喷射压力根据炉压经由快速控制环路(17)不断地得到调节。
14.权利要求13所述的方法，其特征在于，使用气密性斗轮给料装置作为组合式流态化和定量给料装置。
全文摘要
本发明涉及一种由金属矿冶炼金属，特别是由铁矿冶炼生铁的方法。本发明要点在于用于产生还原气体、含碳和/或烃类的物质至少部分是由塑料组成的。当使用冶金竖炉，特别高炉(1)时，将塑料在鼓风气流中以粗颗粒、流化态状态喷入竖炉炉缸，而塑料的粒度范围主要为1-10毫米。
文档编号C21B5/00GK1118173SQ94191247
公开日1996年3月6日 申请日期1994年12月17日 优先权日1993年12月21日
发明者H·迪哈斯, J·扬斯, H·蒙肯, M·沃斯 申请人:不来梅钢铁工厂有限公司