專利名稱：立式快速還原爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于金屬冶煉的還原爐。
背景技術：
目前，高爐仍然是我國冶金行業(yè)中煉鐵的主力軍。但由于高爐流程長、基建費用高、設備復雜、能耗高、環(huán)境條件差，在市場能源緊張、競爭日益激烈的情況下，人們的目光不得不轉(zhuǎn)向開發(fā)新的煉鐵工藝和設備，而無焦低污染已經(jīng)成為煉鐵新工藝的目標。熔融還原煉鐵技術是目前非高爐煉鐵領域的一大課題，熔融還原煉鐵技術的明顯優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點
(1)熔融還原工藝不使用焦炭，不需建焦爐和化工設施，對環(huán)境污染極小，為實現(xiàn)鋼鐵廠清潔生產(chǎn)、保護環(huán)境創(chuàng)造了條件；
(2)焦煤資源少，且分布不均勻，煉鐵不用焦煤有利于鋼鐵工業(yè)可持續(xù)性發(fā)展；
(3)熔融還原煉鐵流程短，投資少，具有降低生產(chǎn)成本的潛力。根據(jù)含鐵原料預還原的不同程度，熔融還原煉鐵工藝可分為一步法和二步法。一步法是將含鐵原料先熔化后還原，早期的熔煉發(fā)明專利大多為一步法，因為它流程短、投資少，可以處理高磷鐵礦。一步法的缺陷主要有兩個一是熔融氧化鐵的腐蝕性極強，可使任何耐材迅速腐蝕成爐渣，爐襯壽命很短。二是熔融氧化鐵還原時產(chǎn)生的高濃度一氧化碳的能量無法有效回用于煉鐵，噸鐵煤耗達3000千克，煤氣凈化利用的熱效率不高。二步法利用熔融氧化鐵碳熱還原產(chǎn)生的含大量一氧化碳的高溫煤氣，將含鐵原料預還原成金屬化率較高的海綿鐵，然后海綿鐵在熔融還原爐中完成終還原和渣鐵分離。目前國際上先進的熔融還原煉鐵工藝主要是二步法，主要包括COREX熔融還原技術和Finex粉礦熔融還原技術。COREX是奧鋼聯(lián)開發(fā)的一種用煤和球團礦(塊礦)生產(chǎn)鐵水的新煉鐵工藝，其優(yōu)點是可以用大部分非煉焦塊煤和天然塊礦進行冶煉，環(huán)保排放水平有很大幅度的改善，對原燃料中的如氧化鋅、鉀、鈉等有害元素的容忍度有較大幅度的提高。但COREX工藝的缺點是1、天然塊狀原燃料資源量不夠大，而且COREX對這些塊狀原燃料的理化性能要求也還比較高，所以COREX對資源的適應性還是受到了較大的限制；2、C0REX還不能全部使用天然塊礦，仍需要一定比例的焦炭，所以說還沒有完全擺脫高爐的弊?。?、由于豎爐會產(chǎn)生粘結(jié)等原因，COREX年作業(yè)率還低于高爐水平。因此，我國寶鋼盡管引進了 COREX生產(chǎn)線并在羅涇進行籌建，但由于生產(chǎn)效率低等原因還在不斷的調(diào)試中。Finex工藝是一種直接使用煤和粉礦的熔融還原煉鐵技術，省卻了傳統(tǒng)高爐的工序。Finex針對COREX必須使用塊礦或球團作原料以保證還原豎爐透氣性的特點加以改進，其關鍵技術是在流化床反應器內(nèi)將粉鐵礦還原成粉狀直接還原鐵以及使用熔融氣化爐將直接還原鐵熔融還原為鐵水，用純氧進行冶煉。與傳統(tǒng)的高爐煉鐵工藝相比，F(xiàn)inex煉鐵工藝省去了煉焦和粉礦燒結(jié)的工藝過程，產(chǎn)出的鐵水質(zhì)量可以與高爐生產(chǎn)的鐵水質(zhì)量相媲美，同時，對粉礦石和粒度沒有嚴格要求。Finex工藝的缺點是流化床反應器的還原效率不如豎爐，其金屬化率僅為80%左右，增加熔融氣化爐的還原負擔使得每噸生鐵耗用的煤量要比高爐燃料比高的多。同時，還需要龐大的制氧和自備電廠以及煤氣脫除CO2循環(huán)再利用設備。Finex技術由韓國浦項鋼鐵公司和奧地利西門子奧鋼聯(lián)公司自1992年聯(lián)合開發(fā)， 目前工藝成熟的只有韓國浦項鋼鐵公司一家。從上述可知，二步法在利用還原反應產(chǎn)生的高溫一氧化碳熱能方面具有一定的降低生產(chǎn)成本、節(jié)約資源和能源優(yōu)勢，但由于存在預還原反應器，使整個流程結(jié)構(gòu)復雜，往往需要龐大的附屬設備(如龐大的制氧和自備電廠以及煤氣脫除CO2循環(huán)再利用設備等)，這不符合目前短流程的發(fā)展趨勢。而相比之下，HIsmelt熔融還原技術是目前另一極具生產(chǎn)前景的熔融還原煉鐵技術。HIsmelt熔融還原技術采用改進的一步法，是一種直接使用粉礦、 粉煤和1200°C熱風(不用氧氣，用22立方米/噸天然氣)的鐵浴熔融還原煉鐵法。HIsmelt 的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，爐體體積和高度較小，投資成本和維修成本低，工藝無需燒結(jié)和煉焦， 環(huán)保水平較高。但HISmelt法同時存在自身明顯的缺陷，如HIsmelt熔融還原為低壓操作， 大量高溫含塵煤氣熱能難以回收利用，噸鐵能耗高，高溫低熱值尾氣成為該工藝的“雞肋”， 爐襯腐蝕快，一代爐齡僅12 18個月。因此，總體上說，盡管HIsmelt在直接利用粉礦、 粉煤冶煉對鋼鐵業(yè)者有著較大的吸引力，但該工藝要想實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，在熱煤氣利用、CO 二次燃燒并將熱量有效傳遞給熔池，提高設備利用率及降低爐襯成本方面還有很長的路要走。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對礦石進行直接高溫熔融，具有較高的一氧化碳二次燃燒率的立式快速還原爐，該還原爐流程短、操作方便、環(huán)保節(jié)能。本發(fā)明的立式快速還原爐由爐體和豎直設置在爐體內(nèi)的不少于一個的封閉式還原器組成，在爐體與還原器之間形成爐膛，所述還原器上部的進料口和下部的出料口分別通過進料口頂蓋和出料口底蓋密封，每個還原器的上方設有出氣孔，所述出氣孔與爐膛相通，在爐體的下部設有分別通入爐膛內(nèi)的還原氣管道和助燃氣管道，在爐膛壁上設有尾氣引出通道。其中，所述尾氣引出通道的進口設在爐膛壁內(nèi)側(cè)下方，出口設在爐膛壁外側(cè)上方。本發(fā)明立式快速還原爐的工作原理是
將簡單成型團塊(礦粉、煤粉、熔劑)從進料口間隔一定時間依次分別送入爐體內(nèi)的還原器中。首先從位于第一個還原器處的還原氣管道和助燃氣管道通入還原氣和氧氣對第一個還原器進行直接高溫熔融還原，還原反應產(chǎn)生的高溫一氧化碳氣體從第一個還原器的出氣孔收集進入爐膛(燃燒室)內(nèi)，與氧氣發(fā)生二次燃燒釋放熱量，通過熱輻射和熱對流效應， 使相鄰的還原器快速升溫，引發(fā)相鄰還原器內(nèi)的鐵礦石發(fā)生還原反應。相鄰還原器中產(chǎn)生的高溫一氧化碳氣體再次被收集進入燃燒室內(nèi)，與氧氣燃燒放出大量的化學熱能，從而引發(fā)再相鄰還原器中鐵礦石的還原反應。如此循環(huán)。爐膛內(nèi)剩余的高溫氣體用引風機從爐膛壁上的尾氣引出通道引出，一方面利用其物理熱能烘干原料，一方面將這部分高溫氣體通過助燃風機再次進入爐膛，達到一氧化碳的充分燃燒。本發(fā)明的立式快速還原爐采用了結(jié)構(gòu)獨特的還原器分室設計，可以有效地將還原反應生成的高溫一氧化碳氣體的物理能和化學能通過熱輻射和熱對流的傳遞方式快速地傳遞于不同的分室，引發(fā)下一熔融還原反應的發(fā)生。因此，本發(fā)明的立式快速還原爐大幅度提高了一氧化碳的二次利用率，節(jié)約了能源和生產(chǎn)成本；同時，采用封閉性能好的還原器， 也減少了熱損耗和環(huán)境污染。本發(fā)明的立式快速還原爐具有生產(chǎn)流程短、操作簡便的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)適用于粉礦的高溫熔融還原(液態(tài))和直接還原DRI (固態(tài))雙向選擇的一體式熔融還原。其優(yōu)點為 1)原料適應性廣，對礦石的粉粒度要求不高，可以適用于高品位或低品位紅土鎳礦、高磷鐵礦等的冶煉。2)爐料在還原過程中處于全封閉狀態(tài)，環(huán)保節(jié)能。3)還原反應產(chǎn)生的高溫一氧化碳氣體的物理能和化學能在不同的還原器中循環(huán)利用，提高了生產(chǎn)效率。4)設備簡單、操作容易，生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)能力可通過調(diào)節(jié)還原器個數(shù)靈活控制。


圖1是本發(fā)明立式快速還原爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例1。立式快速還原爐的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由爐體5和還原器2組成。所述的還原器2豎直設置在爐體5內(nèi)，為封閉式結(jié)構(gòu)，其上部進料口通過進料口頂蓋1密封，下部出料口以出料口底蓋7密封。根據(jù)生產(chǎn)裝置的大小確定還原器的數(shù)量，以后增加還原器個數(shù)即可達到擴大生產(chǎn)能力的目的。本實施例擁有還原器的個數(shù)為M個，整齊排列在爐體5內(nèi)。同時， 在爐體5與還原器2之間形成爐膛3。在爐體5的下部設有分別通入爐膛3內(nèi)的還原氣管道6和助燃氣管道9，所述的還原氣管道6和助燃氣管道9并行式排列在爐膛3內(nèi)，有效解決了直接高溫熔融過程中揮發(fā)性粉塵的控制問題，同時也充分考慮了 P、S等微量元素的優(yōu)化處理。在每個還原器2的上方設有與爐膛3相通的出氣孔4，同時，在爐膛3壁上還設有一個尾氣引出通道8，所述的尾氣引出通道8的進口設在爐膛壁內(nèi)側(cè)下方，出口設在爐膛壁外側(cè)上方，尾氣引出通道8外接引風機。在還原器2的出料口底蓋7下方設有水池，還原物料自出料口底蓋放出后直接進入水池水淬后，得到粗制生鐵。也可以將還原物料直接進入電弧爐進行精煉。實施例2。使用高品位紅土鎳礦，其主要成分如下=Fe2O3 15%、Ni 1. 9%、SiO2 18%、S 0. 002%、 P 0. 003%,以實施例1的立式快速還原爐還原生產(chǎn)鎳鐵。將原煤和礦粉以及少量的熔劑在混合區(qū)按一定比例混合后，進行過篩和簡單成型，形成含碳球團——爐料。爐料經(jīng)過由引風機引出的高溫尾氣烘干后，送至爐體內(nèi)還原器 A室，進行直接高溫熔融，還原溫度130(TC左右。待A室進入還原穩(wěn)定區(qū)后，對B室給料。A室生成的一氧化碳等高溫氣體進入燃燒室(爐膛)內(nèi)，經(jīng)助燃燒嘴點火后，釋放其攜帶的物理能和化學能，并通過助燃風機鼓入助燃空氣和少量煤氣，使爐膛內(nèi)一氧化碳充分燃燒，通過熱輻射等熱傳遞方式使還原器B室溫度迅速升高，弓I發(fā)還原器B室發(fā)生熔融還原反應……， 進而再引發(fā)C室的還原反應……。生成的鐵水從還原器的出料口底蓋出爐，直接進行水淬， 得到粗制生鎳鐵和爐渣。
還原紅土鎳礦石總計8. 5t，還原時間1. 5h，煤氣用量800m3，空氣用量200 m3，產(chǎn)品品位FeNil2%，鎳回收率99. 9%。對立式快速還原爐還原生產(chǎn)的鎳鐵樣品進行成分分析，其中樣品1號為使用立式快速還原爐水淬后得到的粗制鎳鐵，樣品2號為其爐渣。樣品3號為使用立式快速還原爐得到的固態(tài)海綿鐵經(jīng)電爐精煉后得到的樣品，樣品4號為其爐渣。經(jīng)化學分析，檢測樣品內(nèi)常規(guī)元素成分如表1所示?？梢钥闯觯?jīng)過立式快速還原爐還原，樣品1中鐵元素含量約為92%，鎳元素含量為3. 52%，樣品2中鐵元素含量為 26. 96%，鎳元素含量為1. 02%。樣品3中鐵元素含量約為83. 39%，鎳元素含量為11. 2%，屬于較高品味的含鎳生鐵。同時，該生鐵含有的S、P、Mn等雜質(zhì)較少。樣品4中鎳元素和鐵元素含量很少，前者僅為0. 003%。這說明利用立式快速還原爐還原紅土鎳礦，能夠很好地將鎳元素從鐵礦石中回收，回收率幾乎為100%，只有極其微量的鎳元素留在爐渣中。表1立式快速還原爐還原生產(chǎn)鎳鐵樣品成分分析
權(quán)利要求
1.立式快速還原爐，其特征是由爐體和豎直設置在爐體內(nèi)的不少于一個的封閉式還原器組成，在爐體與還原器之間形成爐膛，所述還原器上部的進料口和下部的出料口分別通過進料口頂蓋和出料口底蓋密封，每個還原器的上方設有出氣孔，所述出氣孔與爐膛相通， 在爐體的下部設有分別通入爐膛內(nèi)的還原氣管道和助燃氣管道，在爐膛壁上設有尾氣引出通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式快速還原爐，其特征是所述尾氣引出通道的進口設在爐膛壁內(nèi)側(cè)下方，出口設在爐膛壁外側(cè)上方。
全文摘要
立式快速還原爐由爐體和豎直設置在爐體內(nèi)的不少于一個的封閉式還原器組成，在爐體與還原器之間形成爐膛，所述還原器上部的進料口和下部的出料口分別通過進料口頂蓋和出料口底蓋密封，每個還原器的上方設有出氣孔，所述出氣孔與爐膛相通，在爐體的下部設有分別通入爐膛內(nèi)的還原氣管道和助燃氣管道，在爐膛壁上設有尾氣引出通道。本發(fā)明的立式快速還原爐采用了結(jié)構(gòu)獨特的還原器分室設計，可以有效將還原反應生成的高溫一氧化碳氣體的物理能和化學能通過熱輻射和熱對流的傳遞方式快速地傳遞于不同的分室，引發(fā)下一熔融還原反應的發(fā)生，大幅度提高了一氧化碳的二次利用率，節(jié)約了能源和生產(chǎn)成本。
文檔編號C21B11/02GK102242234SQ20111019291
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者李增元, 趙文林 申請人:李增元, 趙文林