本實用新型屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，涉及一種粉礦全氧熔融還原煉鐵裝備，具體涉及一種粉礦全氧熔融還原煉鐵裝置。

背景技術(shù)：

非高爐煉鐵的技術(shù)特點是利用非焦煤煉鐵，分為直接還原和熔融還原。直接還原是指鐵礦石在低于礦石熔化溫度下，通過固態(tài)還原把鐵礦石冶煉成鐵的工藝過程；直接還原得到的產(chǎn)品仍為固態(tài)，保留了鐵礦石失氧時形成的大量微氣孔，稱為海綿鐵，也稱為直接還原鐵；直接還原鐵需要電爐熔分才能得到鐵水。熔融還原是指不使用高爐，在高溫熔融狀態(tài)下還原鐵礦石的方法，其產(chǎn)品是與高爐鐵水成分相近的液態(tài)鐵水。主要的熔融還原煉鐵工藝有COREX、FINEX、HIsarna和Romelt。COREX和FINEX工藝分別利用豎爐和流化床對鐵礦石進行預還原，屬于兩步法熔融還原，工藝銜接復雜；HIsarna和Romelt工藝存在爐壁易受爐渣侵蝕損壞，冶煉能耗高等問題。

基于現(xiàn)有的熔融還原煉鐵工藝存在的工藝復雜、冶煉能耗高等問題，需要一種粉礦全氧熔融還原煉鐵裝置以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠促進氧化鐵快速還原、簡化工藝流程、降低能源消耗的粉礦全氧熔融還原煉鐵裝置。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：粉礦全氧熔融還原煉鐵裝置，包括頂部設(shè)置有粉礦加料口的熔融還原爐本體，熔融還原爐本體由爐頂、爐體和爐底組成，爐頂正面呈圓拱形；所述爐體為四面爐壁圍成的矩形柱狀結(jié)構(gòu)，其中一對相對的爐壁上對稱地設(shè)置有若干個均勻分布的、用于噴吹氧氣的上風口，其中一對相對的爐壁上對稱地設(shè)置有若干個均勻分布的、用于噴吹氧氣和煤粉的下風口，其中一對相對的爐壁上分別設(shè)置有渣口和鐵口。

其中，爐頂?shù)臓t壁由內(nèi)向外分別為鑲磚冷卻壁和鋼殼；爐體的爐壁由內(nèi)向外分別為高鋁耐火磚、光面冷卻壁和鋼殼。

其中，爐底由上至下分別為碳磚層、水冷層和混凝土層。

其中，爐體內(nèi)底部區(qū)域砌筑有碳磚。

其中，渣口6為銅質(zhì)冷卻套，鐵口由預制碳磚砌筑。

其中，其中一對相對的爐壁上對稱地設(shè)置有兩排上風口，上風口的數(shù)量為五個；其中一對相對的爐壁上對稱地設(shè)置有兩排下風口，下風口的數(shù)量為五個。

本實用新型的有益效果是：1、使用本申請方案粉礦全氧熔融還原煉鐵裝置，可實現(xiàn)粉礦在一個反應器中冶煉出鐵水，省去了粉礦的造塊工藝步驟和預還原系統(tǒng)，縮短了工藝流程，自動化程度高；2、通過在矩形柱狀爐體上對稱地設(shè)置若干個噴吹氧氣的上風口和若干個噴吹氧氣、煤粉的下風口，增加了熔池內(nèi)的熱能，同時可充分利用爐內(nèi)各區(qū)域化學反應產(chǎn)生的熱能，促進了氧化鐵快速還原，降低了能源消耗，減少污染物排放；3、原料適應性廣，產(chǎn)品穩(wěn)定性好；4、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)靈活性高，降低了生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1為本實用新型其中一種實施方式的正面剖視圖；

圖2為圖1中A-A處的剖視圖；

圖中標記為：爐頂1、爐體2、爐底3、上風口4、下風口5、渣口6、鐵口7、鑲磚冷卻壁11、鋼殼12、高鋁耐火磚21、光面冷卻壁22、碳磚23、碳磚層31、水冷層32、混凝土層33。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。

如圖1、圖2所示，粉礦全氧熔融還原煉鐵裝置，包括頂部設(shè)置有粉礦加料口的熔融還原爐本體，熔融還原爐本體由爐頂1、爐體2和爐底3組成，爐頂1正面呈圓拱形，由圖2可知，爐頂1側(cè)面剖視圖呈矩形，將爐頂1設(shè)置成所述形狀的目的是提高爐頂1的整體強度；所述爐體2為四面爐壁圍成的矩形柱狀結(jié)構(gòu)，可以理解的是，爐體2的橫截面為矩形，其中一對相對的爐壁上對稱地設(shè)置有若干個均勻分布的、用于噴吹氧氣的上風口4，其中一對相對的爐壁上對稱地設(shè)置有若干個均勻分布的、用于噴吹氧氣和煤粉的下風口5，其中一對相對的爐壁上分別設(shè)置有渣口6和鐵口7。

上述技術(shù)方案的工作原理是，粉礦通過粉礦加料口進入爐內(nèi)，燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣在圓拱形爐頂內(nèi)加熱粉礦，高溫煙氣的溫度約為1400℃，粉礦加熱熔化形成熔池，熔池內(nèi)的氧化鐵一邊被上升的CO還原，一邊向下遷移；需要說明的是，粉礦可以是鐵精礦粉或含鐵塵泥，礦粉的粒徑應小于3mm；上風口4噴吹入氧氣，氧氣可以是深冷制氧或者變壓吸附制氧，要求氧氣濃度大于85％，氧氣燃燒部分CO放出熱量，為鐵礦粉的熔化和還原提供熱量，上風口4區(qū)域發(fā)生的反應有：

Fe₂O₃+CO＝Fe₃O₄+CO₂ (1)

Fe₂O₃+H₂＝Fe₃O₄+H₂O (2)

Fe₃O₄+CO＝FeO+CO₂ (3)

Fe₃O₄+H₂＝FeO+H₂O (4)

FeO+CO＝Fe+CO₂ (5)

FeO+H₂＝Fe+H₂O (6)

2CO+O₂＝2CO₂ (7)

CO、H₂、CO₂等氣體混合形成爐內(nèi)煤氣(以下簡稱煤氣)，可通過控制上風口4噴吹的氧氣量來調(diào)節(jié)煤氣的氧化度，從而調(diào)節(jié)爐料的金屬化率。下風口5噴入氧氣和煤粉，煤粉可以是無煙煤或者煙煤與無煙煤的混和煤，煤粉中固定碳含量大于60％，氧氣和煤粉燃燒生成CO，為氧化鐵還原提供熱量和還原劑，下風口5區(qū)域的溫度可達到1500℃以上，爐料在下風口5區(qū)域還原以后，含鐵氧化物全部還原為金屬鐵，還原后煤氣的還原勢為75％-95％，煤氣上浮過程中進一步還原鐵氧化物。下風口5區(qū)域發(fā)生的主要反應有：

CO₂+C＝2CO (7)

FeO+CO＝Fe+CO₂ (8)

FeO+C＝Fe+CO (9)

2C+O₂＝2CO (10)

2CO+O₂＝2CO₂ (11)

下風口5區(qū)域為保證鐵氧化物的還原率，需要控制煤粉和氧氣的噴吹量以保證調(diào)節(jié)爐內(nèi)有較高的還原勢。為了充分利用煤氣的熱能和化學能，上風口4噴吹氧氣，燃燒從下風口5上浮的CO，為粉礦的熔化和還原提供熱量。高溫煙氣在排出熔融還原爐本體之前與粉礦在圓拱形爐頂進行氣-粉快速換熱，不但可以快速熔化粉礦，而且利用煙氣顯熱，降低煙氣排出溫度。熔融還原爐本體內(nèi)熔池溫度為1400-1500℃，粉礦從入爐到還原時間為2-4小時。為了促進氧化鐵還原需要調(diào)控爐內(nèi)的還原氣氛，下風口5噴吹的煤粉應過量，上風口4控制煤氣的還原勢為80％左右。還原得到的金屬鐵聚集成液滴，依靠與爐渣的密度差下降到熔融還原爐本體底，還原后的熔渣浮在鐵水上部。爐渣通過渣口6定時排出，水淬形成水淬渣。鐵水的出鐵間隔為1.5-2小時，通過鐵口排出，用于鑄造成生鐵塊或直接煉鋼；熔融還原產(chǎn)生的高溫煙氣通過余熱鍋爐進行余熱回收，制備蒸汽。

優(yōu)選的，爐頂1的爐壁由內(nèi)向外分別為鑲磚冷卻壁11和鋼殼12，鑲磚冷卻壁11用金屬銅鑄造，鑲嵌的耐火磚為高鋁磚，鋼殼12由普通碳鋼焊接；爐體2的爐壁由內(nèi)向外分別為高鋁耐火磚21、光面冷卻壁22和鋼殼12，光面冷卻壁22用金屬銅鑄造，鋼殼12由普通碳鋼焊接。

優(yōu)選的，爐底3由上至下分別為碳磚層31、水冷層32和混凝土層33。水冷層32內(nèi)均勻分布一層循環(huán)水管，用于冷卻爐底3。

優(yōu)選的，爐體2內(nèi)底部區(qū)域砌筑有碳磚23。

優(yōu)選的，渣口6為銅質(zhì)冷卻套，用于排出爐渣；鐵口7由預制碳磚砌筑，也可以用預制高鋁磚砌筑，用于排出還原得到的鐵水。

優(yōu)選的，其中一對相對的爐壁上對稱地設(shè)置有兩排上風口4，上風口4的數(shù)量為五個；其中一對相對的爐壁上對稱地設(shè)置有兩排下風口5，下風口5的數(shù)量為五個。上風口4、下風口5均為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，采用銅鑄造而成。申請人在實踐中發(fā)現(xiàn)，在爐體2上對稱地設(shè)置兩排上風口4、下風口5時，熔融還原鐵的效果最佳。