專利名稱：一種熔融還原連續(xù)煉鐵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金非高爐煉鐵領(lǐng)域，涉及含碳鐵氧化物球團(塊)熔融還原連續(xù)煉鐵的裝置。背景技術(shù)：
目前高爐仍然是冶金行業(yè)煉鐵的主力軍。但由于高爐流程長、基建費用高、設(shè)備復(fù)雜、 能耗高、環(huán)境條件差，焦炭資源不可再生，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)新的非高爐煉鐵工藝和煉鐵設(shè)備。無焦低污染是非高爐煉鐵新工藝的目標(biāo)。世界上新的熔融還原煉鐵工藝基本上分為兩種類型一種是直接使用粉礦和非焦煤冶煉的稱為“一步法”熔融還原煉鐵方法，如俄羅斯的Romelt、澳大利亞Ausmelt公司開發(fā)的Auslron法，預(yù)還原率為0。另一種方法是帶有預(yù)還原工序的稱為“二步法”熔融還原煉鐵方法，代表方法如COREX法，預(yù)還原金屬化率達 80% 90%?！耙徊椒ā比廴谶€原的難點是液態(tài)鐵氧化物與碳反應(yīng)是一個強烈的吸熱反應(yīng)，要保持鐵氧化物的液態(tài)狀態(tài)，需要非常高的溫度。一般由熔融還原所生成金屬的熔化溫度要比液態(tài)鐵氧化物高出約200°C 400°C。這種工藝在設(shè)計上優(yōu)先熔化氧化鐵，而不是還原氧化鐵。正是由于這個原因和熔融還原的強烈吸熱反應(yīng)特征，生成的金屬和爐渣容易凝固，這給生產(chǎn)帶來了麻煩?！耙徊椒ā比廴谶€原還存在耐火材料消耗高和生產(chǎn)周期短的敝端，產(chǎn)生的大量高溫煤氣再利用成為這種工藝發(fā)展的“瓶頸”?！岸椒ā比廴谶€原是將鐵氧化物先進行預(yù)還原，然后將預(yù)還原物再送入熔分爐進行渣鐵分離，因此它是以間接還原為主的還原反應(yīng)?！岸椒ā比廴谶€原或?qū)㈩A(yù)還原后的爐料降溫后再送至熔分爐；或?qū)⑷鄯譅t產(chǎn)生的煤氣簡單地通過爐料進行預(yù)還原，過程均產(chǎn)生大量的熱能損失。因此“二步法”熔融還原雖然難度較小，但碳消耗量較高。典型的“二步法”熔融還原工藝如COREX法的預(yù)還原率達到90%，與高爐比，它更多地依靠間接還原。 COREX法雖已大規(guī)模投入工業(yè)生產(chǎn)，但仍需要塊礦和少部分焦炭(約20%左右)，煤耗和氧耗均較高，分別達到1. It和500m3。包括制氧設(shè)備在內(nèi)的一次性投資巨大，生產(chǎn)成本高于高爐。COREX演化了高爐煉鐵技術(shù)，取得了商業(yè)成功，但同時也繼承了高爐煉鐵的一些缺點，是成功技術(shù)，但并非最好技術(shù)。中國專利ZL 2004 1 0023995. X《含碳鐵團塊生產(chǎn)鐵水的熔融還原煉鐵法》是一項將“一步法”、“二步法”結(jié)合并改進的熔融還原煉鐵方法，具有熱效率高、節(jié)約能源、無污染，成本低，有較好的產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)工藝簡便，易控制，設(shè)備簡單、投資少，生產(chǎn)效率高等特點。但在能源利用上尚有不足之處。
發(fā)明內(nèi)容
針對以上存在的問題，經(jīng)過長期研究，本發(fā)明在專利ZL 2004 1 0023995. X《含碳鐵團塊生產(chǎn)鐵水的熔融還原煉鐵法》基礎(chǔ)上進行了改進，提供了一種新的熔融還原連續(xù)煉鐵方法，它既具有“一步法”熔融還原碳的直接還原反應(yīng)速度快的特點，又具有“二步法”預(yù)還原金屬化率高的特點，本發(fā)明采用連續(xù)加料，抽風(fēng)預(yù)熱，鼓風(fēng)順流焙燒，對爐料進行預(yù)還原，將預(yù)還原后的高溫、高金屬化率的爐料直接送入熔分爐，連續(xù)熔分，連續(xù)出鐵。本發(fā)明將爐床上的預(yù)熱區(qū)、焙燒區(qū)和連接其后的熔分區(qū)設(shè)計為連通爐膛，在預(yù)還原爐與熔分爐的結(jié)合部安裝了助燃燒嘴，在預(yù)還原爐的適當(dāng)部位安裝有二次風(fēng)口，先將含碳鐵氧化物在預(yù)還原爐內(nèi)進行預(yù)還原，并優(yōu)先利用熔分區(qū)產(chǎn)生的含有大量CO的高溫煤氣在預(yù)還原爐內(nèi)進行二次燃燒預(yù)熱、焙燒爐料，接著將預(yù)熱、焙燒后的高溫、高金屬化率的爐料排入熔分區(qū)，在熔分區(qū)進一步還原一滲碳一熔化，還原成鐵，并使渣鐵分離；在預(yù)還原爐，經(jīng)過焙燒區(qū)的煙氣進入預(yù)熱區(qū)，在預(yù)熱區(qū)煙氣穿過料層，將所攜帶的熱量直接傳給爐料，再進入換熱裝置及煙氣處理系統(tǒng)進行余熱回收和煙氣除塵處理。本發(fā)明預(yù)還原區(qū)的末端與熔分區(qū)內(nèi)的上層爐料狀態(tài)相近，兩步之間沒有明顯的分界點。連通爐膛的設(shè)計解決了預(yù)還原與終還原生產(chǎn)能力的匹配，不存在COREX工藝熔分能力大于預(yù)還原能力的問題，有利于能源綜合利用，有利于生產(chǎn)組織，可降低消耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。本發(fā)明所述的一種熔融還原連續(xù)煉鐵方法，其特征在于先將含碳鐵氧化物在預(yù)還原爐內(nèi)進行預(yù)還原，并優(yōu)先利用熔分區(qū)產(chǎn)生的含有大量CO的高溫煤氣在預(yù)還原爐內(nèi)進行二次燃燒，釋放物理熱和化學(xué)能，來預(yù)熱、焙燒爐料，節(jié)約能源。接著將預(yù)熱、焙燒后的高溫、 高金屬化率的爐料排入熔分區(qū)，在熔分區(qū)進一步還原一滲碳一熔化，還原成鐵，并使渣鐵分
1 O本發(fā)明的熔融還原連續(xù)煉鐵方法的流程是碳質(zhì)還原劑(煤、焦炭和石油焦等)與含鐵氧化物(鐵礦石、高爐灰、硫酸渣、煉鋼灰、電爐灰和軋屑等)按一定比例混合后，制成含碳鐵氧化物的球團或其它形狀，經(jīng)過干燥后送至爐床上。設(shè)備啟動時，類似高爐、沖天爐一樣，熔分爐先點火，高溫?zé)煔膺M入預(yù)還原爐，爐料在爐床預(yù)熱區(qū)預(yù)熱，然后進入焙燒區(qū)焙燒還原。焙燒區(qū)的下部送入富氧熱風(fēng)，使?fàn)t床上的高溫層向下延伸。爐料的上方有來自熔分區(qū)的高溫煤氣在預(yù)還原爐內(nèi)進行二次燃燒，為爐料預(yù)還原提供一部分熱能。焙燒區(qū)的溫度一般控制在1200°C 1300°C，而在接近熔分區(qū)的部位，溫度應(yīng)達到1350°c左右，使?fàn)t料快速達到所期望的預(yù)還原金屬化率80%以上。高溫、高金屬化率爐料直接進入熔分區(qū)，在熔分區(qū)進行渣鐵分離。純鐵的熔點是 1539°C，通過熔解碳來降低熔點是必要的，因此爐料熔化的起點基本上是由固態(tài)還原鐵粒子中的殘留碳決定的。在熔化起點，由于被這樣的殘?zhí)己虲O氣體的滲碳，這種還原鐵粒子的熔點降低，因而還原鐵迅速熔化。為了保證這種快速熔化，還需要在熔分爐中保留足夠的碳，利于滲碳，降低其熔點。在熔分爐中添加的碳一方面為進一步終還原提供還原劑，同時也為終還原和渣鐵分離提供熱能。在熔分區(qū)進一步還原——滲碳——熔化，完成渣鐵分離。熔分區(qū)的燃料可以是塊煤、煤粉、焦粉，也可以是輕柴油或天然氣。因為本發(fā)明將熔分爐和預(yù)還原爐設(shè)計為一連通爐膛，熔分爐產(chǎn)生的含有大量CO、 H2等氣體的高溫煤氣可直接進入預(yù)還原爐。在預(yù)還原爐與熔分爐的結(jié)合部安裝了助燃燒嘴，在預(yù)還原爐的適當(dāng)部位安裝有二次風(fēng)口，使煤氣進行二次燃燒，為預(yù)還原爐提供熱能。 經(jīng)過焙燒區(qū)的煙氣進入預(yù)熱區(qū)，煙氣穿過料層，將所攜帶的熱量直接傳給爐料，再進入煙氣處理系統(tǒng)，有利于煙氣余熱的回收。專利ZL 2004 1 0023995. X《含碳鐵團塊生產(chǎn)鐵水的熔融還原煉鐵法》中經(jīng)過焙燒區(qū)的煙氣進入預(yù)熱區(qū)后，大多煙氣由設(shè)置在預(yù)熱區(qū)的煙道排出。煙氣對爐料的預(yù)熱主要是靠熱輻射，且大量的高溫?zé)煔庥深A(yù)熱區(qū)的煙道排出。而本發(fā)明的預(yù)熱區(qū)不再設(shè)煙氣排出口，煙氣在抽風(fēng)機的作用下，向下穿過爐料進入煙氣處理系統(tǒng)進行除塵和熱交換，煙氣直接加熱爐料，煙氣的余熱得到了更好地利用，而預(yù)熱區(qū)內(nèi)的爐料預(yù)熱的溫度也得到了進一步的提高。熔分爐煙氣熱量的充分利用，是解決當(dāng)前制約熔融還原發(fā)展的“瓶頸”的重要措施，也是本發(fā)明的重要特征。它大大提高了能源利用率，降低了消耗，節(jié)約了成本，有利于熔融還原技術(shù)的推廣應(yīng)用。金屬鐵中的硫主要來自鐵礦石和煤、焦炭和石油焦等，為了得到含硫量低的金屬鐵，可在含碳鐵氧化物原料中摻入CaO (石灰或石灰石等)，二元堿度值(CaO/SiA比例)約為0. 9 1. 8，最后得到的金屬鐵的S含量應(yīng)符合國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明有如下幾大特點
1.預(yù)還原爐A和熔分爐B設(shè)計為一連通爐膛，徹底解決了預(yù)還原與終還原生產(chǎn)能力的匹配。2.無焦化、無燒結(jié)工序因而流程短。3.低污染，低碳排放，可不用焦炭而用非焦煤煉鐵。4.連續(xù)加料、連續(xù)熔分和連續(xù)出鐵，有效降低生產(chǎn)成本。5.順流焙燒可降低爐料再氧化。6.連通爐膛、抽風(fēng)預(yù)熱和鼓風(fēng)焙燒可大幅度地降低能源消耗。7.有較好的產(chǎn)品質(zhì)量，可以達到高爐鐵水的品質(zhì)。8.對預(yù)還原金屬化率沒有嚴格的要求，生產(chǎn)工藝控制比較容易，可隨時開停。9.設(shè)備非常簡單，占地面積少，一次性投資少，建設(shè)周期短。10.生產(chǎn)效率高，預(yù)還原爐有效爐床底面積生產(chǎn)率可達300Kg/m2 · h以上，熔分爐利用系數(shù)大大高于高爐。四

附圖為本發(fā)明熔融還原連續(xù)煉鐵裝置示意圖。五具體實施例方式
如圖所示，預(yù)還原爐A和熔分爐B設(shè)計為連通爐膛，爐床2可采用各種水平或小傾角移動床，如振動床，鏈條床等。加料倉1將由碳質(zhì)還原劑(煤、焦炭和石油焦等)與含鐵氧化物(粉鐵礦、高爐灰、硫酸渣、煉鋼灰、電爐灰和軋屑等)按一定比例混合后，制成含碳鐵氧化物球團(塊)爐料3，經(jīng)過干燥后(或直接)送至爐床2上。爐床2上的料層厚度約IOOmm 300mm,爐料3在爐床2上向熔分爐方向移動。預(yù)熱區(qū)4爐床2上裝有爐篦，預(yù)熱區(qū)4爐床 2的下部裝有與煙氣處理系統(tǒng)9連通的抽風(fēng)箱，預(yù)還原爐A內(nèi)高溫?zé)煔庠诔轱L(fēng)機10的作用下穿過爐料3料層，直接加熱爐料3，對爐料3進行干燥和預(yù)熱，然后再經(jīng)抽風(fēng)箱進入換熱裝置9及煙氣處理系統(tǒng)。爐料3在爐床2上漸漸前移到焙燒區(qū)5，在此被高溫焙燒還原。焙燒區(qū)5 —直延伸到熔分爐B，焙燒后的爐料3直接落入熔分爐B內(nèi)。焙燒區(qū)5爐床2上也裝有爐篦，焙燒區(qū)5的爐床2下部由風(fēng)機11鼓入經(jīng)換熱裝置9 (或其它換熱方法)預(yù)熱過的 300°C 700°C富氧熱風(fēng)，以實現(xiàn)對爐料3的順流式焙燒。從熔分爐B過來的高溫煤氣，經(jīng)助燃燒嘴8重新點火，同時通過二次燃燒風(fēng)機6、二次風(fēng)口 7鼓入助燃空氣，使煤氣充分燃燒， 在預(yù)還原爐A內(nèi)釋放煙氣所攜帶的物理熱和化學(xué)熱。預(yù)還原爐A內(nèi)的溫度前半段，即焙燒區(qū)5—般控制在1200°C 1300°C，在接近熔分爐B的部位，溫度應(yīng)達到1350°C左右，使?fàn)t料金屬化率80%以上。預(yù)還原爐A內(nèi)后半段(即預(yù)熱區(qū)4)溫度一般在800°C 1000°C。爐料3經(jīng)過預(yù)還原爐A直接進入熔分爐B。為了滿足進一步還原——滲碳——熔化及脫硫的需要，熔分區(qū)設(shè)有熔劑倉13、燃料倉14和熔分爐B上的加料裝置15，熔劑倉13 中的熔劑、燃料倉14中的燃料經(jīng)加料裝置15隨時向熔分爐B內(nèi)加入固體燃料和熔劑。風(fēng)機12通過風(fēng)口向熔分爐B內(nèi)鼓入空氣(富氧彡30%的熱風(fēng))來加速爐料的還原——滲碳——熔化。16、17分別是出渣口和出鐵口。
權(quán)利要求
1.一種采用連續(xù)加料，抽風(fēng)預(yù)熱，鼓風(fēng)順流焙燒，對爐料(3)進行預(yù)還原，將預(yù)還原后的高溫、高金屬化率的爐料(3)直接送入熔分爐(B)，連續(xù)熔分，連續(xù)出鐵的熔融還原連續(xù)煉鐵裝置，爐床(2)上的預(yù)熱區(qū)(4)、焙燒區(qū)(5)和連接其后的熔分區(qū)設(shè)計為連通爐膛，在預(yù)還原爐(A)與熔分爐(B)的結(jié)合部安裝了助燃燒嘴(8)，在預(yù)還原爐(A)的適當(dāng)部位安裝有二次風(fēng)口(7)，先將含碳鐵氧化物在預(yù)還原爐(A)內(nèi)進行預(yù)還原，并優(yōu)先利用熔分區(qū)產(chǎn)生的含有大量CO的高溫煤氣在預(yù)還原爐(A)內(nèi)進行二次燃燒預(yù)熱、焙燒爐料(3)，接著將預(yù)熱、 焙燒后的高溫、高金屬化率的爐料(3)排入熔分區(qū)，在熔分區(qū)進一步還原一滲碳一熔化，還原成鐵，并使渣鐵分離；其特征在于在預(yù)還原爐(A)，經(jīng)過焙燒區(qū)(5)的煙氣進入預(yù)熱區(qū) (4)，在預(yù)熱區(qū)(4)煙氣穿過料層，將所攜帶的熱量直接傳給爐料(3)，再進入換熱裝置(9) 及煙氣處理系統(tǒng)；風(fēng)機(11)送入的冷風(fēng)經(jīng)換熱裝置(9)升溫至30(TC 70(TC后從床下鼓入爐床(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融還原連續(xù)煉鐵裝置，其特征在于爐床(2)上的料層厚度IOOmm 300mm，焙燒區(qū)(5)的溫度一般控制在1 200°C 1300°C，在預(yù)還原爐(A)接近熔分區(qū)的部位，溫度應(yīng)達到1350°C左右，爐料金屬化率80%以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融還原連續(xù)煉鐵裝置，其特征在于預(yù)熱區(qū)(4)爐床 (2)上裝有爐篦，預(yù)熱區(qū)(4)爐床(2)的下部裝有與煙氣處理系統(tǒng)的連通的抽風(fēng)裝置，煙氣穿過料層直接加熱爐料(3)后再經(jīng)抽風(fēng)裝置進入換熱裝置(9)及煙氣處理系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融還原連續(xù)煉鐵裝置，其特征在于焙燒區(qū)(5)爐床 (2)上也裝有爐篦，從爐床(2)下部鼓入溫度為300°C 700°C的富氧熱風(fēng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融還原連續(xù)煉鐵裝置，其特征在于熔分區(qū)設(shè)置有熔劑倉(13)、燃料倉(14)和熔分爐(B)上的加料裝置(15)，熔劑倉(13)中的熔劑、燃料倉 (14)中的燃料經(jīng)加料裝置(15)加入熔分爐(B)。
全文摘要
一種含碳鐵氧化物球團(塊)熔融還原連續(xù)煉鐵的裝置。采用連續(xù)加料，抽風(fēng)預(yù)熱，鼓風(fēng)順流焙燒，對爐料(3)進行預(yù)還原，將預(yù)還原后的爐料(3)直接送入熔分爐(B)，連續(xù)熔分，連續(xù)出鐵的熔融還原連續(xù)煉鐵裝置，預(yù)熱區(qū)(4)、焙燒區(qū)(5)和其后的熔分區(qū)為連通爐膛，并設(shè)置了助燃燒嘴(8)、二次風(fēng)口(7)，優(yōu)先利用熔分區(qū)產(chǎn)生的高溫煤氣在預(yù)還原爐(A)內(nèi)進行二次燃燒預(yù)熱、焙燒爐料(3)，然后爐料(3)排入熔分區(qū)進一步還原—滲碳—熔化，渣鐵分離；在預(yù)熱區(qū)(4)煙氣穿過料層，直接加熱爐料(3)，再進入換熱裝置(9)及煙氣處理系統(tǒng)，風(fēng)機(11)將冷風(fēng)經(jīng)換熱裝置(9)升溫后從床下鼓入爐床(2)。流程短，降低能耗，低碳排放，生產(chǎn)成本低，設(shè)備簡單，占地少，投資少，建設(shè)周期短。
文檔編號C21B11/00GK102409124SQ20111037449
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者李振洪 申請人:李振洪