專利名稱：：通過注入含烴氣體制造鐵水的方法和使用該方法制造鐵水的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種通過注入含烴氣體制造鐵水的方法和一種使用該方法制造鐵水的設(shè)備。更具體地講，本發(fā)明涉及一種制造鐵水的方法和一種制造鐵水的設(shè)備，其中，通過將含烴氣體注入到熔融氣化爐中以產(chǎn)生將還原鐵熔化所需的高質(zhì)量的還原氣體。
背景技術(shù)：
：鋼鐵工業(yè)是供應(yīng)在建筑中以及在我們使用的汽車、船舶、家用電器和許多其它產(chǎn)品的制造中所需的基本材料的核心工業(yè)。它也是具有同人類一起進(jìn)步的最悠久歷史之一的工業(yè)。在對鋼鐵工業(yè)起著關(guān)鍵作用的煉鐵中，在使用鐵礦石和煤作為原材料生產(chǎn)出鐵水(熔融狀態(tài)的生鐵)之后，由鐵水生產(chǎn)鋼，然后供應(yīng)給消費者。目前，世界上大約60%的鐵生產(chǎn)是通過使用從14世紀(jì)發(fā)展而來的高爐工藝實現(xiàn)的。在高爐工藝中，將已經(jīng)經(jīng)歷燒結(jié)工藝的煤礦石和利用煙煤生產(chǎn)的焦炭裝到高爐中，并向高爐供給熱氣，以將鐵礦石還原成鐵，從而制造出鐵水。然而，在高爐方法中，為了制造焦炭和燒結(jié)礦，需要提供附加的裝置。此外，存在這樣的問題，即附加的裝置帶來的環(huán)境污染嚴(yán)重。為了解決高爐方法的這些問題，在許多國家，針對生產(chǎn)鐵水的熔煉還原工藝進(jìn)行了大量的研究。在還原熔煉工藝中，通過直接使用普通的煤作為燃料和還原劑并使用鐵礦石作為鐵源而在熔融氣化爐中制造鐵水。這里，通過安裝在外壁中的多個風(fēng)口將氧氣注入到熔融氣化爐中，從而在熔融氣化爐中燃燒煤填充床。將氧氣轉(zhuǎn)換成熱還原氣體，并傳送到還原反應(yīng)器。然后，熱還原氣體還原鐵礦石，并^皮排到外面。將諸如塊煤或煤壓塊之類的煤裝到熔融氣化爐中作為熱源。制造成本取決于煤的裝料量。因此，應(yīng)當(dāng)將具有高還原比的鐵礦石裝到熔融氣化爐中，從而使煤的裝料量最小化。為此，應(yīng)當(dāng)將高質(zhì)量的還原氣體供給到還原反應(yīng)器，然后，應(yīng)當(dāng)盡可能高地提高鐵礦石的還原比?？梢酝ㄟ^使用還原氣體中含有的氫氣(H2)和一氧化碳(CO)還原鐵礦石。因此，必須在產(chǎn)生還原氣體的熔融氣化爐中產(chǎn)生大量的氫氣和一氧化碳。存在這樣的問題，即，為了產(chǎn)生如此大量的還原氣體，應(yīng)當(dāng)在熔融氣化爐中燃燒比所需量多的煤燃料。另外，因為將純氧氣注入到熔融氣化爐中，所以煤炭或焦炭燃燒的回旋區(qū)的溫度高，為大約4000。C。因為回旋區(qū)的溫度如此之高，所以對熔融氣化爐的下部作用了嚴(yán)重的熱負(fù)荷。因此，注入純氧氣所通過的風(fēng)口常常被熔化，因此被損壞。此外，高爐下部的耐火材料被損壞，因此，存在熔融氣化爐的壽命被縮短的問題。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明致力于解決以上問題，并提供了一種通過注入含烴氣體不僅增大了還原氣體的量而且提高了還原氣體質(zhì)量的制造鐵水的方法。另外，本發(fā)明致力于提供一種使用以上用于制造鐵水的方法來制造鐵水的設(shè)備。技術(shù)方案在一種根據(jù)本發(fā)明制造鐵水的方法中，該方法包括以下步驟在還原反應(yīng)器中還原鐵礦石，從而將鐵礦石轉(zhuǎn)化成被還原物質(zhì)；將成塊的含碳材料裝到與還原反應(yīng)器相連的熔融氣化爐中，并形成煤填充床；將含氧氣體注入到煤填充床中，并形成回旋區(qū)；在回旋區(qū)中燃燒成塊的含碳材料，并產(chǎn)生還原氣體；在形成回旋區(qū)之后將含烴氣體直接注入到回旋區(qū)中，然后進(jìn)一步產(chǎn)生還原氣體；將被還原物質(zhì)裝到熔融氣化爐中，使被還原物質(zhì)與還原氣體接觸，并使;故還原物質(zhì)熔化。優(yōu)選地，在進(jìn)一步產(chǎn)生還原氣體的過程中，含烴氣體的注入速率小于含氧氣體的注入速率。優(yōu)選地，含氧氣體的注入速率與含烴氣體的注入速率之比在1.5至3.0的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，在進(jìn)一步產(chǎn)生還原氣體的過程中，在使含烴氣體與含氧氣體隔開的同時將含烴氣體注入到熔融氣化爐中。優(yōu)選地，通過安裝在熔融氣化爐中的風(fēng)口將含氧氣體注入到熔融氣化爐中，注入含氧氣體所通過的風(fēng)口的直徑O與從含烴氣體在熔融氣化爐中的注入位置到含烴氣體的點燃開始位置的水平距離F滿足下式7.0SF/①S14.0。優(yōu)選地，在進(jìn)一步產(chǎn)生還原氣體的過程中，通過安裝在熔融氣化爐中的噴管將含烴氣體注入到回旋區(qū)中，含烴氣體在噴管出口處的速率大于含烴氣體在噴管進(jìn)口處的速率。優(yōu)選地，在形成回旋區(qū)的過程中，將蒸汽與待供給的含氧氣體混合。優(yōu)選地，通過安裝在熔融氣化爐中的風(fēng)口將蒸汽與含氧氣體一起注入，并且，在混合開始位置處，蒸汽和含氧氣體之間的角在18度至26度的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，在蒸汽被注入到熔融氣化爐中之前，將蒸汽與含氧氣體混合，并且，注入含氧氣體所通過的風(fēng)口的直徑①、按照含烴氣體與含氧氣體隔開的方式注入含烴氣體所通過的噴管的直徑d與從含氧氣體在熔融氣化爐中的注入位置到含氧氣體的混合開始位置的水平距離L滿足下式10.0^L/(①+d)S20.0優(yōu)選地，在進(jìn)一步產(chǎn)生還原氣體的過程中，含烴氣體包括從由液態(tài)天然氣(LNG)、液態(tài)石油氣(LPG)、高爐煤氣(BFG)和焦?fàn)t煤氣(COG)組成的組中選擇的至少一種氣體。體供給到還原反應(yīng)器。一種根據(jù)本發(fā)明制造鐵水的設(shè)備包括還原反應(yīng)器，將鐵礦石還原，并將鐵礦石轉(zhuǎn)化成被還原物質(zhì)；熔融氣化爐，將被還原物質(zhì)和成塊的含碳材料裝到熔融氣化爐中，其中，熔融氣化爐與還原反應(yīng)器相連，并且熔融氣化爐形成煤填充床，并制造鐵水。將含氧氣體注入到煤填充床中，形成回旋區(qū)，然后產(chǎn)生還原氣體。在形成回旋區(qū)之后，將含烴氣體直接注入到回旋區(qū)，從而進(jìn)一步產(chǎn)生還原氣體。通過使還原氣體與被還原物質(zhì)接觸來制造鐵水。優(yōu)選地，含烴氣體的注入速率小于含氧氣體的注入速率。優(yōu)選地，含氧氣體的注入速率與含烴氣體的注入速率之比在1.5至3.0的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，熔融氣化爐還包括安裝在其側(cè)面的風(fēng)口。風(fēng)口包括穿透開口，將含氧氣體注入到熔融氣化爐中；噴管，與穿透開口隔開，并將含烴氣體注入到熔融氣化爐中。優(yōu)選地，含烴氣體離開所通過的噴管出口的內(nèi)徑小于含烴氣體流入所通過的噴管進(jìn)口的內(nèi)徑。優(yōu)選地，噴管的內(nèi)徑在噴管的出口附近沿著含烴氣體流動的方向逐漸地減小，然后在接近噴管出口的位置保持在相同的直徑。優(yōu)選地，將含氧氣體注入到熔融氣化爐中所通過的風(fēng)口的直徑O與從含爛氣體在熔融氣化爐中的注入位置到含烴氣體的點燃開始位置的水平距離F滿足下式7.0SF/OS14.0。優(yōu)選地，將風(fēng)口與用于注入蒸汽的蒸汽注入線路連接。優(yōu)選地，在蒸汽被注入到熔融氣化爐中之前，將蒸汽與含氧氣體混合，優(yōu)選地，在混合過程中蒸汽和含氧氣體之間的角在18度至26度的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，在蒸汽被注入到熔融氣化爐中之前，將蒸汽與含氧氣體混合，并且，注入含氧氣體所通過的風(fēng)口的直徑O、按照含烴氣體與含氧氣體隔開的方式注入含烴氣體所通過的噴管的直徑d與從含氧氣體在熔融氣化爐中的注入位置到含氧氣體的混合開始位置的水平距離L滿足下式10.0^L/(①+d)S20.0給線路向還原反應(yīng)器供給在熔融氣化爐中產(chǎn)生的還原氣體。優(yōu)選地，還原反應(yīng)器為流化床還原反應(yīng)器。優(yōu)選地，還原反應(yīng)器為填充床還原反應(yīng)器。有益效果在根據(jù)本發(fā)明制造鐵水的方法中，可以通過注入含烴氣體產(chǎn)生具有高還原能力的還原氣體。因此，提高了鐵礦石的還原比，從而大大降低了鐵水的制造成本。通過使用含烴氣體的分解的熱，能夠防止熔融氣化爐下部的溫度過度地升高。另外，當(dāng)分解含烴氣體時，放出大量的氣體，因此，熔融氣化爐下部的熱可以高效地傳遞到煤填充床的上部空間。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例用于制造鐵水的設(shè)備的示意圖。圖2是圖1的風(fēng)口的詳細(xì)視圖。圖3是顯示出圖1的制造鐵水的設(shè)備中的回旋區(qū)的形成狀態(tài)的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例在用于制造鐵水的設(shè)備中包括的風(fēng)口的示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明第三示例性實施例用于制造鐵水的設(shè)備的示意圖。圖6是顯示出根據(jù)本發(fā)明實驗示例和現(xiàn)有技術(shù)對比示例的鐵水的產(chǎn)量的變化的示圖。圖7是顯示出根據(jù)本發(fā)明實驗示例和現(xiàn)有技術(shù)對比示例的還原劑比例的變化的示圖。圖8是顯示出根據(jù)本發(fā)明實驗示例和現(xiàn)有技術(shù)對比示例的鐵水的產(chǎn)量和還原劑比例的變化的示圖。圖9是顯示出根據(jù)本發(fā)明實驗示例和現(xiàn)有技術(shù)對比示例的回旋區(qū)的溫度變化的示圖。圖10是顯示出根據(jù)本發(fā)明實驗示例和現(xiàn)有技術(shù)對比示例的鐵水的溫度變化的示圖。圖11是顯示出根據(jù)本發(fā)明實驗示例和現(xiàn)有技術(shù)對比示例的鐵水中的Si含量的變化的示圖。具體實施例方式下面將參照圖1至圖5說明本發(fā)明的示例性實施例。示例性實施例僅用于對本發(fā)明進(jìn)行舉例說明，而本發(fā)明不限于此。圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例用于制造鐵水的設(shè)備而本發(fā)明不限于此。因此，可以將用于制造鐵水的設(shè)備100修改成其它形式。在圖1中示出的用于制造鐵水的設(shè)備100包括還原反應(yīng)器30和熔融氣化爐60。另外，如果需要的話，該設(shè)備IOO可以包括其它裝置。將鐵礦石裝到還原反應(yīng)器30中，然后在其中將其還原。如果需要的話，還可以使用添加劑。過還原反應(yīng)器30的同時被轉(zhuǎn)換成被還原物質(zhì)。還原反應(yīng)器30為其中形成有填充床的填充床還原反應(yīng)器，其中，將還原氣體從熔融氣化爐60供給到還原反應(yīng)器30中。鐵礦石在經(jīng)過填充床的同時被轉(zhuǎn)換成被還原物質(zhì)。將成塊的含碳材料裝到熔融氣化爐60的上部，然后在熔融氣化爐60的上部中形成煤填充床。例如，塊煤或煤壓塊可以是所述成塊的含碳材料。通過將煤壓塊擠壓并模制來制造粉煤。另外，如果需要的話，可以將焦炭裝到熔融氣化爐60中。在熔融氣化爐60的外壁上安裝多個風(fēng)口80,通過風(fēng)口80注入含氧氣體和含烴氣體。含氧氣體是含有氧的氣體，也可以使用室溫下的純氧。含氧氣體被注入到煤填充床中，然后形成回旋區(qū)(raceway)。在回旋區(qū)燃燒成塊的含碳材料，從而產(chǎn)生還原氣體。含烴氣體可以是含有烴的任何氣體。例如，可以使用液態(tài)天然氣(LNG)、液態(tài)石油氣(LPG)、高爐煤氣(BFG)和焦?fàn)t煤氣(COG)等。因此，可以使用從由上述含烴氣體組成的組中選擇的至少一種氣體。如果將含烴氣體注入到熔融氣化爐中，那么提高了還原鐵礦石所需的還原氣體的產(chǎn)生量。例如，LNG可以是含烴氣體中的一種。如果將相同量的LNG和煤裝到熔融氣化爐中，那么氣體的產(chǎn)生量如下表l中所述。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>如表1所示，LNG產(chǎn)生的還原氣體的量是煤產(chǎn)生的還原氣體的量的2.2倍。具體地講，大大增多了作為還原氣體的氫氣。氫氣的還原能力是一氧化碳的還原能力的三倍或更大。因此，如果將含烴氣體注入到熔融氣化爐中，則可以獲得大量高質(zhì)量的還原氣體。如果將大量高質(zhì)量的還原氣體供給到還原反應(yīng)器中，那么，因為提高了還原鐵在還原反應(yīng)器中的還原比，所以減輕了還原鐵對熔融氣化爐的負(fù)荷。因此，可以減小還原劑比例。另外，提高了還原鐵在恒定還原比條件下的產(chǎn)量。因此，增大了通過熔融氣化爐的爐體的熱損失量，從而降低了由制造鐵水產(chǎn)生的還原劑成本。將在還原反應(yīng)器30中被還原的被還原物質(zhì)裝到熔融氣化爐60的上部中，然后在其經(jīng)過煤填充床的同時使其熔化。被還原物質(zhì)直接與還原氣體接觸，然后被熔化?？梢允褂靡陨戏椒ㄖ圃扈F水。在熔融氣化爐60的下部安裝鐵口，從而通過鐵口將鐵水和爐渣排到外面。由在熔融氣化爐60中形成的煤填充床產(chǎn)生含有氫氣和一氧化碳的還原氣體。因為熔融氣化爐60的上部是圓頂形，所以熔融氣化爐60對于還原氣路70供給到還原反應(yīng)器30。因此，可以通過還原氣體使鐵礦石還原并塑化。雖然在圖1中將還原氣體示為被直接供給到還原反應(yīng)器30,但它可以從其它裝置供給到還原反應(yīng)器30。如圖2所示，可以通過安裝在上述熔融氣化爐60中的風(fēng)口80注入含氧氣體和含烴氣體。圖2示出了風(fēng)口80的剖面結(jié)構(gòu)。在圖2中示出的噴管603具有預(yù)定的厚度。在圖2中示出的風(fēng)口80的結(jié)構(gòu)僅用于對本發(fā)明進(jìn)行舉例說明，而本發(fā)明不限于此。因此，可以將其結(jié)構(gòu)不同地改成其它形式。在風(fēng)口80中形成多個冷卻管605，以冷卻風(fēng)口80。因此，防止暴露于熔融氣化爐中的高溫的風(fēng)口80被損壞。通過風(fēng)口80的穿透開口601將含氧氣體注入到熔融氣化爐中。同時，通過風(fēng)口80的噴管603將含烴氣體注入到熔融氣化爐中。將含烴氣體與含氧氣體分開注入到熔融氣化爐中。當(dāng)將含烴氣體和含氧氣體進(jìn)行預(yù)混合而進(jìn)行裝入時，通過含氧氣體點燃含烴氣體，然后產(chǎn)生高熱。即，因為氧的氧化速率高，所以回旋區(qū)的溫度高(為大約4000°C)。含烴氣體由于高溫產(chǎn)生的輻射熱而在風(fēng)口中燃燒，從而會使風(fēng)口熔化并損壞。為了防止以上現(xiàn)象，將含烴氣體與含氧氣體分開注入到熔融氣化爐中。因為通過噴管603注入含烴氣體，所以含烴氣體和氧氣不在風(fēng)口中彼此相遇。因為由于以上結(jié)構(gòu)使得作用于風(fēng)口80的前端6011的熱負(fù)荷大大減小，所以可以將含烴氣體穩(wěn)定地注入到回旋區(qū)。如圖2所示，含烴氣體流經(jīng)噴管603。含烴氣體通過噴管603的進(jìn)口流入，然后通過噴管603的出口流出。這里，噴管603的出口的內(nèi)徑小于其進(jìn)口的內(nèi)徑。因為噴管603具有以上結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)含烴氣體經(jīng)過噴管603時，含烴氣體的最終速率變得大于其初始速率。因此，使得由高速度的含烴氣體造成的壓力損失最小化，同時還可以提高含烴氣體在噴管603的出口中的注入速率。因為含烴氣體的最終速率變得大于其初始速率，所以可以容易地將含烴氣體注入到熔融氣化爐中。優(yōu)選地，為了使含烴氣體的流動更加流暢，噴管603具有如圖2所示的形狀。即，噴管603的內(nèi)徑在噴管603的出口附近沿著含烴氣體流動的方向逐漸地減小。然后，噴管603的內(nèi)徑在接近噴管603的出口的區(qū)域保持不變。另夕卜，如圖2所示，將含烴氣體直接注入到由含氧氣體形成的回旋區(qū)中。即，含烴氣體在風(fēng)口80中不與含氧氣體混合，而是被直接注入到回旋區(qū)中。被直接注入到回旋區(qū)中的含烴氣體直接在回旋區(qū)燃燒并被轉(zhuǎn)化。因此，可以進(jìn)一步產(chǎn)生含有大量用于還原的氫氣和用于熔化被還原物質(zhì)的熱的還原氣體。首先，為了使形成煤填充床的煤炭燃燒，將含氧氣體注入到熔融氣化爐中。因為含氧氣體的速率為大約170m/s至230m/s，所以含氧氣體的動能推開落在風(fēng)口前面的煤炭。因此，在風(fēng)口前面形成回旋區(qū)?；亍纷邊^(qū)是中空空間，煤炭主要在回旋區(qū)附近燃燒。含氧氣體中的氧氣于在風(fēng)口80前面形成的回旋區(qū)中通過下式1所描述的反應(yīng)產(chǎn)生熱。C+02—C027,840kcal/kg-CC02+C—2CO-3,440kcal/kg-C2C0+02—2CO4,400kcal/kg-C即，lkg碳與相同量的氧反應(yīng)，從而產(chǎn)生2,200kcal的熱。由于碳燃燒熱，使得熔融氣化爐中的回旋區(qū)的溫度高，為大約4,000°C。因為回旋區(qū)的溫度高，如上所述，所以風(fēng)口的前端可能由于被熔化而損壞，并且安裝在熔融氣化爐中的耐火材料可能被損壞。另外，高溫會導(dǎo)致鐵水中作為雜質(zhì)的硅的量增大。然而，因為在本發(fā)明第一示例性實施例中將含烴氣體直接注入到回旋區(qū)中，然后降低了回旋區(qū)的溫度，所以可以避免上述問題。在一皮注入到回旋區(qū)中的含烴氣體中含有的烴按下式2發(fā)生分解。[式2]CH4—C+2H2-1,370kcal/kg-C被注入到熔融氣化爐中的含烴氣體通過式2的過程而分解成碳和氫氣。在這種情況下，每lkgCH4吸收大約1,380kcal的大量熱。因此，可以將回旋區(qū)的溫度降低至等于或小于3000。C的溫度。因此，可以保護(hù)風(fēng)口和耐火材料，并可以提高鐵水的質(zhì)量。為了形成回旋區(qū)，以比含烴氣體的速度快的速度注入含氧氣體。即，含烴氣體的注入速率小于含氧氣體的注入速率。因此，在使用含氧氣體產(chǎn)生還原氣體之后，由含烴氣體進(jìn)一步產(chǎn)生還原氣體。含氧氣體的注入速率與含烴氣體的注入速率之比保持在1.5至3.0的范圍。如果比值小于1.5,那么，因為含烴氣體和含氧氣體被一起注入，所以風(fēng)口80的前端6011被點燃，然后由于熔化而被損壞。相反，如果比值超過3.0,那么由于對回旋區(qū)的形成產(chǎn)生影響，所以不能最佳地進(jìn)行燃燒。圖3示意性地示出了圖2所示的風(fēng)口80工作的狀態(tài)。圖3所示的風(fēng)口80的工作狀態(tài)僅用于對本發(fā)明進(jìn)行舉例說明，而本發(fā)明不限于此。如圖3所示，通過由穿過風(fēng)口80供給的含氧氣體形成回旋區(qū)而在煤炭床中產(chǎn)生還原氣體。另外，將通過風(fēng)口80供給的含烴氣體直接注入到回旋區(qū)中，從而進(jìn)一步產(chǎn)生還原氣體。為了在回旋區(qū)高效轉(zhuǎn)化含烴氣體，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)乜刂平莈和燃燒會聚距離F。角e是被注入的含氧氣體和含烴氣體之間的角度。燃燒會聚距離F是從含烴氣體在熔融氣化爐中的注入位置到含烴氣體的點燃開始位置b的水平距離。即，燃燒會聚距離F是從含烴氣體燃燒的位置到風(fēng)口端部的水平距離。這里，水平距離不是指在注入位置a和點燃開始位置b之間實際測量的距離，而是與重力方向成直角的距離?？梢酝ㄟ^調(diào)整噴管603適當(dāng)?shù)乜刂平莈。如果角e太大，那么，因為燃燒會聚距離(F)變得太短，所以作用于風(fēng)口的熱負(fù)荷增大。另外，如果角e太小，那么，因為燃燒會聚距離(F)變得太長，所以延遲了含烴氣體的點燃。角e取決于風(fēng)口的直徑。在圖3中示出的直徑O是將含氧氣體通過風(fēng)口80注入到熔融氣化爐中的穿透開口601的直徑。這里，優(yōu)選地，F(xiàn)/0等于或大于7.0且等于或小于14.0。在以上范圍中可以將轉(zhuǎn)化效率最佳化。F和O的單位是mm。如果F/0小于7.0，則因為熱被作用到風(fēng)口所以風(fēng)口會#1損壞。另外，如果F/0大于14.0，那么含烴氣體在回旋區(qū)未被完全轉(zhuǎn)化就離開回旋區(qū)。圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例在用于制造鐵水的設(shè)備中包括的氣體注入裝置90的結(jié)構(gòu)。在圖4中示出的氣體注入裝置90的結(jié)構(gòu)僅用于對本發(fā)明進(jìn)行舉例說明，而本發(fā)明不限于此。另外，因為在氣體注入裝置90中包括的風(fēng)口80與在根據(jù)上述本發(fā)明第一示例性實施例用于制造鐵水的設(shè)備中包括的風(fēng)口相同，所以使用相同的標(biāo)號。在圖4中示出的氣體注入裝置90包括蒸汽注入線路701。蒸汽在被注入到熔融氣化爐中之前與含氧氣體混合。因為被注入的蒸汽將與含氧氣體混合，所以不需要安裝將蒸汽注入到風(fēng)口80中的另一蒸汽注入線路。因此，可以簡化風(fēng)口80的結(jié)構(gòu)。因為含氧氣體通過吹管703被供給到熔融氣化爐中，所以易于與蒸汽混合。蒸汽在回旋區(qū)直接接觸含烴氣體，從而促進(jìn)含烴氣體的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。在下式3中描迷了轉(zhuǎn)化反應(yīng)。這里，CH4是含烴氣體的主要組分。[式3]CH4+H20~>CO+3H2AH=+228,000kJ/kg-mol如式3所述，含烴氣體與蒸汽接觸，然后被分解成一氧化碳和氫氣。這通過從周圍吸收熱也產(chǎn)生吸熱反應(yīng)。在吸熱反應(yīng)過程中，每lmol的CH4消耗228，000kJ的熱。通過吸熱反應(yīng)可降低回旋區(qū)的溫度。因此，減小了作用于風(fēng)口80和熔融氣化爐內(nèi)壁的熱負(fù)荷，從而防止風(fēng)口80和熔融氣化爐內(nèi)壁過熱或被炫化而被損壞。在下式4中順序地描述了蒸汽和含烴氣體之間的以上接觸現(xiàn)象的詳細(xì)說明。[式4]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>如上式4所述，蒸汽作為含烴氣體的起始材料。即，蒸汽將含烴氣體中含有的碳轉(zhuǎn)化成一氧化碳。含烴氣體和蒸汽反應(yīng)生成的一氧化碳和氬氣在回旋區(qū)中燃燒，從而變成二氧化碳和水。二氧化碳和水離開回旋區(qū)，然后經(jīng)過煤炭床層，同時與煤炭反應(yīng)，從而再次被轉(zhuǎn)化成一氧化碳和氫氣。含有一氧化碳和氫氣的還原氣體在熔融氣化爐中增多，而氧留在被還原物質(zhì)中，從而將被還原物質(zhì)完全還原。具體地講，還原氣體增多，同時經(jīng)過熔融氣化爐中的炭床。在這種情況下，通過將大量的熱從熔融氣化爐的下部傳遞到熔融氣化爐的上部并將還原氣體傳送到還原反應(yīng)器中，可以進(jìn)一步提高鐵礦石的還原比。因此，舉個例子，可以將鐵礦石的還原比控制到大約70%至80%。具體地講，因為蒸汽生成的氫氣的還原能力是一氧化碳的還原能力的三倍，所以在鐵礦石的還原方面是有利的。如圖4所示，蒸汽被注入到熔融氣化爐中之前與含氧氣體混合。因為含氧氣體可處于室溫，所以應(yīng)當(dāng)以蒸汽狀態(tài)注入水，從而防止由于水的冷凝導(dǎo)致組分被破壞。此外，蒸汽會在吹管703或風(fēng)口80中冷凝。在這種情況下，水使得含氧氣體的高速流動變差。因此，產(chǎn)生整個氣體注入裝置90的壓力損失，因此，風(fēng)口80由于在回旋區(qū)附近熔化而被損壞。因此，為了不使蒸汽冷凝，必須適當(dāng)?shù)乜刂拼倒?03或風(fēng)口80的安裝位置。如圖4所示，當(dāng)將蒸汽和含氧氣體一起混合時，蒸汽和含氧氣體之間所成的角a優(yōu)選地在18度至26度的范圍內(nèi)。當(dāng)在吹管703中安裝蒸汽注入線路701時，考慮到設(shè)計因素，不能使角ot小于18度。另外，如果角a大于26度，則含氧氣體的流動會被阻塞，然后蒸汽會冷凝。因此，優(yōu)選的是，將角a保持在以上范圍內(nèi)。在圖4中，優(yōu)選的是，O、d和L具有適當(dāng)?shù)年P(guān)系。這里，O是風(fēng)口的直徑，d是噴管的直徑，L是從熔融氣化爐中的注入位置c到用于將蒸汽和含氧氣體混合的初始開始位置e的水平距離。也就是說，優(yōu)選地，L/((D+d)等于或大于10.0而等于或小于20.0。如果L/(0+d)小于10.0，則蒸汽和含氧氣體沒有很好地混合。另外，如果L/(0+d)超過20.0，則蒸汽在注入的蒸汽和氧氣的混合過程中冷凝。因此，為了滿足以上范圍，需要控制蒸汽注入線路701的安裝位置。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第三示例性實施例用于制造鐵水的設(shè)備300。因為在圖5中示出的熔融氣化爐60與在圖1中示出的熔融氣化爐相同，所以使用相同的標(biāo)號，并省略其詳細(xì)描述。用于制造鐵水的設(shè)備300包括至少一個流化床還原反應(yīng)器20、熔融氣化爐60、還原氣體供給線^各70和用于制造蠕鐵(compactediron)的裝置40。另外，還可以包括熱壓平衡裝置50,從而將在用于制造蠕鐵的裝置40中制造的蠕鐵傳送到熔融氣化爐60。熱壓平衡裝置50將在用于制造蠕鐵的裝置40中制造的蠕鐵傳送到熔融氣化爐60?？梢允÷杂糜谥圃烊滂F的裝置40和熱壓平衡裝置50。用于制造鐵水的設(shè)備300可以使用鐵礦粉。如果需要的話，還可以使用添加劑。在流化床還原反應(yīng)器20中形成流化床，以還原鐵礦石。流化床還原反應(yīng)器20包括第一流化床還原反應(yīng)器201、第二流化床還原反應(yīng)器203、第三流化床還原反應(yīng)器205和第四流化床還原反應(yīng)器207。雖然在圖5中示出了四個流化床還原反應(yīng)器，但這僅用于對本發(fā)明進(jìn)行舉例說明，而本發(fā)明不限于此。因此，也可以使用三個流化床還原反應(yīng)器。第一流化床還原反應(yīng)器201通過使用從第二流化床還原反應(yīng)器203排出的還原氣體將鐵礦石預(yù)熱。第二流化床還原反應(yīng)器203和第三流化床還原反應(yīng)器205將預(yù)熱的鐵礦石預(yù)還原。另外，第四流化床還原反應(yīng)器207最終將預(yù)還原的鐵礦石還原，從而將其轉(zhuǎn)化成被還原物質(zhì)。鐵礦石在經(jīng)過流化床還原反應(yīng)器20的同時被還原并被加熱。為此，將在熔融氣化爐60中產(chǎn)生的還原氣體通過還原氣體供給線路70供給到流化床還原反應(yīng)器20。通過用于制造蠕鐵的裝置40將被還原的鐵礦石制成蠕鐵。用于制造蠕鐵的裝置40包括裝料斗401、一對輥403、破碎機(jī)405和貯倉407。另外，如果需要的話，還可以包括其它裝置。裝料斗401將在經(jīng)過流化床還原反應(yīng)器20的同時被還原的鐵礦石回收。將鐵礦石從裝料斗401裝到這對輥403中，然后壓制成條形。將壓制的鐵礦石在破石卒才幾405中破碎，然后將其作為蠕鐵礦石儲存在貯倉407中。下面將參照實驗示例詳細(xì)地說明本發(fā)明。本發(fā)明的實驗示例僅用于對本發(fā)明進(jìn)行舉例說明，而本發(fā)明不限于此。在本發(fā)明的實驗示例中，通過使用在圖5中示出的用于制造鐵水的設(shè)備來制造鐵水。在用于制造鐵水的設(shè)備的側(cè)壁安裝26個風(fēng)口，每個風(fēng)口的直徑為23mm。鐵水的產(chǎn)量為2500t-p/d，吹送的氧氣的量為36,000m3/hr。熔融氣化爐中的回旋區(qū)的溫度在注入液態(tài)天然氣之前為3,850°C。將25-50kg/thm的液態(tài)天然氣注入到熔融氣化爐中，然后制造鐵水。除了注入液態(tài)天然氣之外，現(xiàn)有技術(shù)的對比示例的實驗條件與本發(fā)明的實驗條件相同。因為本發(fā)明技術(shù)人員能夠理解用于制造鐵水的其它詳細(xì)方法，所以省略了對它們的詳細(xì)描述。根據(jù)實驗示例和對比示例的實驗結(jié)果如下。鐵水的產(chǎn)量和還原劑比例如圖6所示，在實驗示例中鐵水的產(chǎn)量為每天2250噸，而對比示例的鐵水的產(chǎn)量為每天2100噸。因此，與對比示例相比，在實^^示例中鐵水的產(chǎn)量每天提高了150噸。也就是說，在實驗示例中通過注入LNG使得氫氣在熔融氣化爐中的生成量提高，從而提高了具有適當(dāng)還原比的還原鐵的產(chǎn)量。同時，如圖7所示，在實驗示例中，為了生產(chǎn)l噸鐵水，要消耗790kg還原劑。相對而言，在對比示例中，為了生產(chǎn)l噸鐵水，要消耗850kg還原齊'J。因此，在實驗示例中使用的還原劑比在對比示例中使用的還原劑少60kg。這是因為隨著鐵水的產(chǎn)量增大，通過熔融氣化爐的爐體排出的熱量減少。圖8是顯示出上述的鐵水的產(chǎn)量和還原劑比例的示圖。在圖8中，將實驗示例的數(shù)據(jù)表示為B，并將對比示例的數(shù)據(jù)表示為*。如圖8所示，實驗示例的數(shù)據(jù)主要位于圖8的右下方。因此，明了的是，還原劑比例低，鐵水的產(chǎn)量大。相反，對比示例的數(shù)據(jù)主要位于圖8的左上部。因此，明了的是，還原劑比例大，而鐵水的產(chǎn)量小。因此，與對比示例相比，根據(jù)實驗示例，以最低成本制造出鐵水。圖9和圖IO分別示出了實驗示例和對比示例的鐵水的溫度和回旋區(qū)的溫度。如圖9所示，實驗示例的鐵水的溫度為1495°C,而對比示例的鐵水的溫度為1515°C。因此，明了的是，實驗示例中的鐵水的溫度與對比示例相比降低了20°C。另夕卜，如圖10所示，實驗示例中的回旋區(qū)的溫度為3850°C,而對比示例的回旋區(qū)的溫度為3570°C,其遠(yuǎn)低于實驗示例的溫度。也就是說，實驗示例中的回旋區(qū)的溫度比對比示例中的回旋區(qū)的溫度低280°C。當(dāng)回旋區(qū)的溫度如此被降低時，風(fēng)口受到較小的損壞。也就是說，當(dāng)回旋區(qū)的溫度變低時，風(fēng)口前端的熱負(fù)荷減小。因此，因為不出現(xiàn)風(fēng)口被熔化且被損壞的現(xiàn)象，所以在注入LND的同時使得熔融氣化爐的操作穩(wěn)定化。另外，明了的是，隨著回旋區(qū)的溫度降低，鐵水中的硅的量減小。下面將參照圖ll對此進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖ll所示，在實驗示例中，鐵水中的Si含量小，為大約0.9%。相對而言，在對比示例中，鐵水中的Si含量為大約1.3%,比實驗示例的鐵水中的Si含量高0.4。/。。當(dāng)如在實驗示例中注入LNG時，鐵水和回旋區(qū)的溫度降低并且穩(wěn)定(見圖9和圖10)。當(dāng)回旋區(qū)的溫度降低時，煤炭灰分中的被轉(zhuǎn)化成SiO氣體的二氧化硅(Si02)的速率和量減小。因此，如下式5所示，較少的SiO氣體4皮加入到《失水中。[式5]SiO+鐵水中的[C]—CO+鐵水中的[Si]如果鐵水中的硅的含量高，那么因為鐵水的質(zhì)量劣化，所以應(yīng)當(dāng)去除鐵水中的硅。因此，提高了鐵水的制造成本。因此，如在實驗示例中所述，通過注入LNG提高鐵水的質(zhì)量，因此，可以降低4失水的制造成本。雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實施例具體地示出并描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在此在形式和細(xì)節(jié)方面做出各種改變。權(quán)利要求1、一種制造鐵水的方法，包括以下步驟在還原反應(yīng)器中還原鐵礦石，并將所述鐵礦石轉(zhuǎn)化成被還原物質(zhì)；將成塊的含碳材料裝到與所述還原反應(yīng)器相連的熔融氣化爐中，并形成煤填充床；將含氧氣體注入到所述煤填充床中，并形成回旋區(qū)；在所述回旋區(qū)中燃燒所述成塊的含碳材料，并產(chǎn)生還原氣體；在形成所述回旋區(qū)之后，將含烴氣體直接注入到所述回旋區(qū)中，然后進(jìn)一步產(chǎn)生所述還原氣體；將所述被還原物質(zhì)裝到所述熔融氣化爐中，使所述被還原物質(zhì)與所述還原氣體接觸，并使所述被還原物質(zhì)熔化。2、如權(quán)利要求l所述的方法，其中，在進(jìn)一步產(chǎn)生所述還原氣體的過程中，所述含烴氣體的注入速率小于所述含氧氣體的注入速率。3、如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述含氧氣體的注入速率與所述含烴氣體的注入速率之比在1.5至3.0的范圍內(nèi)。4、如權(quán)利要求l所述的方法，其中，在進(jìn)一步產(chǎn)生所述還原氣體的過程中，在使所述含烴氣體與所述含氧氣體隔開的同時將所述含烴氣體注入到所述熔融氣化爐中。5、如權(quán)利要求4所述的方法，其中，通過安裝在所述熔融氣化爐中的風(fēng)口將所述含氧氣體注入到所述熔融氣化爐中，并且，注入所述含氧氣體所通過的風(fēng)口的直徑O與從所述含烴氣體在所述熔融氣化爐中的注入位置到所述含烴氣體的點燃開始位置的水平距離F滿足下式7.0^F/OS14.0。6、如權(quán)利要求l所述的方法，其中，在進(jìn)一步產(chǎn)生所述還原氣體的過程中，通過安裝在所述熔融氣化爐中的噴管將所述含烴氣體注入到所述回旋區(qū)中，所述含烴氣體在噴管出口的速率大于所述含烴氣體在噴管進(jìn)口的速率。7、如權(quán)利要求l所述的方法，其中，在形成回旋區(qū)的過程中，將蒸汽與待供給的含氧氣體混合。8、如權(quán)利要求7所述的方法，其中，通過安裝在所述熔融氣化爐中的風(fēng)口將所述蒸汽與所述含氧氣體一起注入，并且，在混合開始位置，所述蒸汽和所述含氧氣體之間所成的角度在18度至26度的范圍內(nèi)。9、如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述蒸汽在被注入到所述熔融氣化爐中之前與所述含氧氣體混合，并且，注入所述含氧氣體所通過的風(fēng)口的直徑(D、按照所述含烴氣體與所述含氧氣體隔開的方式注入所述含烴氣體所通過的噴管的直徑d與從所述含氧氣體在所述熔融氣化爐中的注入位置到所述含氧氣體的混合開始位置的水平距離L滿足下式10.0^L/(0+d)S20.0。10、如權(quán)利要求l所述的方法，其中，在進(jìn)一步產(chǎn)生還原氣體的過程中，所述含烴氣體包括從由液態(tài)天然氣(LNG)、液態(tài)石油氣(LPG)、高爐煤氣(BFG)和焦?fàn)t煤氣(COG)組成的組中選擇的至少一種氣體。11、如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將在所述熔融氣化爐中產(chǎn)生的還原氣體供給到所述還原反應(yīng)器。12、一種制造鐵水的設(shè)備，包括還原反應(yīng)器，還原鐵礦石，并將所述鐵礦石轉(zhuǎn)化成被還原物質(zhì)；熔融氣化爐，將所述被還原物質(zhì)和成塊的含碳材料裝到所述熔融氣化爐中，所述熔融氣化爐與所述還原反應(yīng)器相連，并且，所述熔融氣化爐形成煤填充床，并制造所述鐵水，其中，將含氧氣體注入到所述煤填充床中，形成回旋區(qū)，然后產(chǎn)生還原氣體，在形成所述回旋區(qū)之后，將含烴氣體直接注入到所述回旋區(qū)中，從而進(jìn)一步產(chǎn)生還原氣體，13、如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述含烴氣體的注入速率小于所述含氧氣體的注入速率。14、如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述含氧氣體的注入速率與所述含烴氣體的注入速率之比在1.5至3.0的范圍內(nèi)。15、如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述熔融氣化爐還包括安裝在其側(cè)面的風(fēng)口，所述風(fēng)口包括穿透開口，將所述含氧氣體注入到所述熔融氣化爐中；噴管，與所述穿透開口隔開，并將所述含烴氣體注入到所述熔融氣化爐中。16、如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述含烴氣體離開所通過的噴管出口的內(nèi)徑小于所述含烴氣體流入所通過的噴管進(jìn)口的內(nèi)徑。17、如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述噴管的內(nèi)徑在所述噴管的出口附近沿著所述含烴氣體流動的方向逐漸地減小，然后在接近所述噴管的出口的位置保持在相同的直徑。18、如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，將所述含氧氣體注入到所述熔融氣化爐中所通過的風(fēng)口的直徑O與從所述含烴氣體在所述熔融氣化爐中的注入位置到所述含烴氣體的點燃開始位置的水平距離F滿足下式7.0SFAD^14.0。19、如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述風(fēng)口與用于注入蒸汽的蒸汽注入線3各相連。20、如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述蒸汽在被注入到所述熔融氣化爐中之前與所述含氧氣體混合，并且，在混合過程中所述蒸汽和所述含氧氣體之間的角度在18度至26度的范圍內(nèi)。21、如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述蒸汽在被注入到所述熔融氣化爐中之前與所述含氧氣體混合，并且，注入所述含氧氣體所通過的風(fēng)口的直徑O、按照所述含烴氣體與所述含氧氣體隔開的方式注入所述含烴氣體所通過的噴管的直徑d與從所述含氧氣體在所述熔融氣化爐中的注入位置到所述含氧氣體的混合開始位置的水平距離L滿足下式10,0SL/(0+d)S20.0。22、如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，還包括還原氣體供給線路，所述還原氣23、如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述還原反應(yīng)器為流化床還原反應(yīng)器。24、如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述還原反應(yīng)器為填充床還原反應(yīng)器。全文摘要本發(fā)明涉及一種通過注入含烴氣體制造鐵水的方法和一種使用該方法制造鐵水的設(shè)備。該用于制造鐵水的方法包括在還原反應(yīng)器中還原鐵礦石，并將鐵礦石轉(zhuǎn)化成被還原物質(zhì)；將成塊的含碳材料裝到與還原反應(yīng)器相連的熔融氣化爐中，并形成煤填充床；將含氧氣體注入到煤填充床中，并形成回旋區(qū)；在回旋區(qū)中燃燒成塊的含碳材料，并產(chǎn)生還原氣體；在形成回旋區(qū)之后，將含烴氣體直接注入到回旋區(qū)中，然后進(jìn)一步產(chǎn)生還原氣體；將被還原物質(zhì)裝到熔融氣化爐中，使被還原物質(zhì)與還原氣體接觸，并使被還原物質(zhì)熔化。文檔編號C21B11/00GK101448962SQ200780017828公開日2009年6月3日申請日期2007年5月17日優(yōu)先權(quán)日2006年5月17日發(fā)明者崔應(yīng)洙,李后根,裴辰燦,許南釋申請人:Posco公司