在炼铁工艺中引入含金属进料的方法与流程

在炼铁工艺中引入含金属进料的方法
1.本发明涉及在炼铁工艺中引入含金属进料的方法，该方法包括以下步骤：通过干燥装置，优选压滤机预干燥含铁泥渣至量为15至30％(w/w)的水分，将预干燥的含铁泥渣与粘合剂材料混合以获得颗粒尺寸小于4毫米的颗粒并且将该颗粒干燥至最大3％(w/w)水分，由此形成含金属进料。
2.本发明还涉及用于炼铁工艺的含金属进料和生产这样的金属进料的方法。
3.将泥渣转化成颗粒的方法在食品和饲料生产领域是已知的。制备颗粒，还称作颗粒状材料、团粒或粒料，在钢铁工业中也是已知的。通常，这以烧结和粒料材料的形式产生。
4.含铁的泥渣例如碱性氧气炉炼钢泥渣或bos-泥渣是炼钢工艺的副产物并含有铁。典型地，这种泥渣含有从约20％(w/w)至约40％(w/w)变化的水分。在目前的实践中，这种泥渣要么经由烧结厂再循环，要么作为废料输出并储存。
5.然而，在使用作为替代的炼铁工艺的炼钢场所如熔炼还原容器中，例如tata steel的hlsarna工艺，不再需要烧结厂。在hlsarna方法中不能使用烧结体，因为它不能通过气动运输进行运输。因此，含铁的bos-泥渣不能通过烧结厂再循环，从而留下废物存储作为不够标准的唯一选择。参与寻找更环境友好的解决方案的发明人发现了这是不可接受的选择并开始思考反映循环经济思想的更好方式。
6.因此目的是提供能够从炼钢工艺再循环这种废材料并将这种材料变成可在作为替代的炼铁工艺中充分利用的事物的方法。此外，本发明的目的是使获得的材料可通过气动运输系统运输。另一目的是能够在料仓中储存再循环的材料用于之后使用。又一目的是减小工艺中灰尘(带走的灰尘)的量，使得减小钢铁厂的直接环境中灰尘的量，并且工人和附近居民都有产生更好生活品质的更健康的环境。
7.因此，提供了在炼铁工艺中引入含金属进料的方法，其中该方法包括以下步骤：通过干燥装置预干燥含铁泥渣至量为15至30％(w/w)的水分，将预干燥的含铁泥渣与粘合剂材料混合以获得颗粒尺寸小于4毫米的颗粒并且将该颗粒干燥至最大3％(w/w)水分，由此形成含金属进料，其中随后将含金属进料注入冶金容器的旋流部。测试证明了如此形成的含金属进料具有如将在下面解释的非常有利的性质，并可在没有任何进一步调整的情况下注入冶金容器的旋流部。
8.作为第一步骤，通过干燥装置优选压滤机预干燥含铁泥渣至量为15至30％(w/w)的水分。预干燥含铁泥渣是重要的。然而，如果没有控制好这个过程并且含铁泥渣具有太低的水分含量，它可引起泥渣再氧化，当使用bos-泥渣时可为这样的情况。这是不需要的过程，因为泥渣可仅以还原的形式使用在炼铁工艺中。水分含量应在15-30％(w/w)之间并优选在20和25％(w/w)水分之间。发明人注意到如果在预干燥的0至72小时内并优选在0至24小时内混合泥渣(第二步骤)以避免再氧化过程，20％(w/w)水分或更少是可能的。含有20至25％(w/w)水分的含铁泥渣是优选的，因为发明人发现了它优化用于在炼铁工艺中使用的颗粒尺寸，以及它需要较少量的粘合剂材料。可使用含铁泥渣从而含有赤铁矿(fe2o3)、磁铁矿(fe3o4)、方铁矿(feo)或铁(fe)形式的铁。
9.作为第二步骤，将预干燥的含铁泥渣与粘合剂材料混合以获得颗粒尺寸小于4毫
米的颗粒。粘合剂优选是有机粘合剂因为这将防止炼铁工艺中额外的炉渣形成。合适的粘合剂材料是纤维素衍生物，优选一种基于纤维素的长链聚电解质，可通过nouryon得到。使用添加量为0.2-0.4％(w/w)的粘合剂材料实现好的结果。低于0.2％(w/w)，材料的完整性不足，使它不适合于气动运输，因为材料将分裂。大于0.4％(w/w)，颗粒对于气动运输而言变得过大且过重。合适的混合器是eirich强力混合器，旋转速度为1000至1500转/分钟。发现小于4毫米的颗粒尺寸(直径)对于气动运输目的而言是期望的颗粒尺寸，并且发明人优选小于3毫米的颗粒尺寸。如果混合预干燥的泥渣小于60秒、优选小于45秒，则实现期望的颗粒尺寸。应注意本专利申请中提及的颗粒尺寸直径是颗粒的最大颗粒尺寸直径。任选地，可过滤颗粒以确保最大颗粒尺寸直径小于4毫米。
10.获得的颗粒，也称作微团粒或小粒料，具有非常有利的性质，因为可将它们储存在料仓中并且因为在接下来的步骤中将它们干燥，所以至少部分防止再次氧化，这意味着保持了部分预还原的氧化铁(feo)的发热值。
11.然后将颗粒干燥至最大3％(w/w)水分，由此形成含金属进料。优选的是最大水分含量为2％(w/w)。干燥显著改进颗粒的处理，尤其是在气动运输系统中。优选通过带式干燥器进行这个干燥步骤。这具有主要优点在于可高效地使用来自工厂自身环境的热。在正常的加工条件下损失这种热。灰尘排放也显著减少，导致工人和钢厂附近的人们更好的环境情况。使用带式干燥器的另一优点在于颗粒将变得更坚固并且不容易破裂。因此它们易于运输。发明人发现了干燥还提高颗粒的强度。当颗粒进入干燥器时，它们具有大约7nm/团粒的强度。当离开干燥器时这提高至大于20nm/团粒。测量团粒强度的合适设备是eirich taxt织构分析仪。测量团粒强度的合适方法是iso 4700:2015。代替带式干燥器，还可使用鼓式干燥器作为替代。
12.作为最后步骤，随后将含金属进料注入冶金容器的旋流部。由于在以上描述的步骤之后获得的化学组成和物理性质，将颗粒准备作为含金属进料注入冶金容器。熔化性质也极其重要。因为含有铁的泥渣也含有一定量的钙(大约10％)，所以颗粒的熔化行为是优化的。但是，如果含铁泥渣的化学组成不太优化，可添加碳(焦炭)来改进熔化行为。出于相同的目的，还可添加熔剂材料(例如石灰石)。
13.使用这个方法具有另外的优势在于没有气体化合物如so
x
或no
x
的排放，因为这不是热过程，所以在该过程期间没有形成这些化合物。此外，有益的是团粒相对大，并因此它们防止旋流器中并因此还在通过出口进入工厂的直接环境中灰尘的形成。通常以小得多的颗粒尺寸(作为粉末)注入含金属进料，并且这种粉末还可堵塞在一起从而使炼铁工艺不太优化
14.优选地，冶金容器是熔炼还原容器。这种熔炼还原容器具有减小排放如co2的良好记录。因此这是减轻气候改变并减小二氧化碳量的优选选择。我们现在发现由于全球变暖，艾默伊登附近的海滩达到过去属于像伊帕内玛海滩的地方的温度。不幸的是对于一些，著名的女郎不想搬家。
15.优选地，通过气动运输系统将含金属进料注入冶金容器的旋流部。引入含金属进料的通常方式是经由气动运输，因为在目前的加工条件下注入含金属粉末。通过使材料颗粒化，还能够气动地运输材料并将其引入冶金容器的旋流部，同时避免前面提到的堵塞。团粒也可储存在料仓中以用于下一批次。这也意味着不需要进一步调整现有的装备。
16.将在下文中参考根据发明方法操作的设备的示例性实施方案(对于所附权利要求不是限制性的)的附图进一步阐明本发明。
17.在附图中：
18.图1显示具有旋流部的冶金容器；
19.无论何时在附图中使用相同的附图标记，这些标记指代相同的部件。
20.图1描述根据专利申请ep-a-0 726 326中公开的工艺制铁所需要的基础元件，其中容器1在容器1的顶部施加有旋流器10。如图1显示在容器1顶部将含金属进料4注入熔炼旋流器10。此时含金属进料4熔融并部分预还原，这之后它滴入容器1中并形成熔融的铁2。此外图1显示熔融铁浴2、炉渣层3、含碳材料引入点5和含氧气体引入点7、铁出口8、炉渣出口9和反应气体出口11。对本发明而言，仅含金属进料4的引入点是重要的。
21.进行实验来研究几种团粒的尺寸分布和抗压强度。使用5l eirich混合器使用两步骤混合工序产生团粒。首先，将bos-泥渣和粘合剂(peridur 300d)一起装载并在2000rpm下混合45秒以确保好的均化。其次，在500rpm下混合材料45秒以达到稳定的造粒。改变bos泥渣中水分量和粘合剂含量。表格显示对于测试参数的颗粒尺寸分布指标。
[0022][0023]
使用hosokawa粉末测试仪对不同颗粒尺寸(3mm、1mm、0.4mm)下过滤的颗粒的流动性研究表明最大颗粒尺寸应小于4mm、优选小于3mm以便能够顺利气动注入。因此，团粒应优选具有d90小于4mm、更优选小于3mm。可任选通过过滤器去除具有较大颗粒尺寸的团粒。d10应优选大于0.5以避免被带走。通过下落测试来测试团粒的机械阻力以确定优化粘合剂含量。500g的每种样品选自成熟的团粒(在空气中从原始水分干燥)并从2m的高度落下2次，对于所有团粒而言前后的团粒颗粒尺寸分布类似，表明甚至在粘合剂含量为0.2％时好的机械阻力。大体上，期望较低的粘合剂含量，因为这将减小团粒的总成本。样品4还经历原始团粒和干燥团粒的平板压缩测试。原始团粒和干燥团粒的平均直径分别为2.4和2.7mm。原始(15至30％水分)和干燥的(至多3％水分)团粒的平均破裂力分别为4.65和18.05n。因此，干燥的团粒坚固得多并更适合于气动运输和储存。
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虽然上述参考本发明的示例性实施方案讨论了本发明，但是本发明不限于这些特定实施方案，其可以许多方式变化而不偏离本发明。因此，不应使用讨论的示例性实施方案解释所附权利要求与其严格一致。与此相反，实施方案仅仅意图解释所附权利要求中的措辞，而不意图将权利要求限制为这些示例性实施方案。因此，应仅按照所附权利要求来解释发明的保护范围，其中应使用这些示例性实施方案来解决权利要求的措辞中可能的模糊。