專利名稱：冷固含碳球團海綿鐵生產方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明所屬海棉鐵生產領域，是鋼鐵冶金中直接還原鐵的工藝方法。
目前海棉鐵生產大都采用裂解天然氣制成還原氣體，并配備還原裝置的方法，但對于缺少天然氣資源的地區不能適用。以固態煤為還原劑的回轉窯生產方法雖解決了天然氣短缺的問題，但仍存在設備投資大、還原時間長和成本較高的缺點。94118268、95109269、00116216等專利技術均提出用氧氣、蒸氣、氣化煤獲得煤氣，并采用還原豎爐對氧化球團或塊礦進行還原的方法，但是上述專利技術也存在氧氣消耗大和還原時間長的缺點，不益于推廣和實施。
本發明的目的是提供一種以煤為主要消耗能源，用高溫高壓煤氣為附助還原劑和載熱體，加熱和還原冷固含碳球團。實現即能發揮含碳球團還原快速的優勢，又能克服其易粉化、懸料等缺點的海棉鐵生產方法及裝置。
本發明采用三座球式熱風爐和水煤漿制備裝置向一座水煤漿氣化爐供應高溫高壓富氧和90℃的高壓水煤漿，使其在氣化爐內產生高溫高壓煤氣的方法，并以此煤氣為載熱體和氣體還原劑，由高溫至低溫逐步通過多個裝有含碳球團的連環式固定床還原爐，使含碳球團由低溫向高溫逐步升溫，經過600℃以下預熱階段，700℃-1000℃煤氣初步還原階段和1100-1200℃的碳粉快速還原三個階段而完成還原工序。由于球團中的碳粉與精礦粉緊密均勻的接觸，在1100℃-1200℃的還原氣分中，發揮出極強的還原效果，使含碳球團在前期初步還原的基礎上，僅需要10-15分鐘即可獲得95％以上的金屬化率。完成還原工序的高溫還原球團，輸入低溫煤氣進行冷卻，低溫煤氣通過多個還原爐，由低溫至高溫逐步對還原球團進行冷卻，直致接近于常溫，再由N2置換后排出爐外。以12個固定床還原爐組成的生產線為例，單爐完成從預熱到產品球團出爐的全部工序僅需要2小時即可完成，也就是說在上述生產線中，每隔15分鐘就有一個單爐完成全部生產工序而輸出產品，從而實現快速高效生產的目的。在本工藝中，冷球團的裝爐、成品球團的排出和球團運輸，都是在特制的組合式反應罐中運行，使運輸和裝排料工作簡捷順暢，并且有效的克服了含碳冷固球團強度低易粉化和1000℃以上的高溫還原造成球團膨漲，軟化粘連而產生懸料的缺點，從而為冷固含碳球團在海棉鐵生產上的應用提供一種理想的工藝方法。
本發明與已有技術比較具有如下優點1、還原速度快、生產效率高由于采用1300℃的高溫高壓煤氣與球團內配碳相結合的還原方法，使球團在700℃-1200℃的范圍內逐步進行還原反應，其還原速度之快、生產效率之高，遠遠高于任何現有技術。
2、氣化爐的優點由于采用水煤漿氣化爐生產煤氣的方法，可產生如下有益效果A氣化壓力可在4.3Mpa之內進行調解，有益于還原效率的提高，并解決了高溫煤氣輸送困難的問題。B該爐氣化溫度可達到1500℃，可產生氣化速度快、效率高和碳轉化率高的有益效果。C由于采用水煤漿高壓噴射、冷煤氣對出爐煤氣溫度的調解，脫硫劑、造渣劑的滲入，解除了對煤種灰份溶點和含硫量的限制，從而也解除了對煤種的限制。D由于該氣化法無焦油和酚類有害物質產生，簡化了煤氣凈化工序和節省了用水量。
3、節省能源、降低成本由于采用熱風爐供應1100℃富氧的方法，與純氧法相比可減少純氧消耗量70％。余熱隧道窯對濕球團的干燥和預熱器對富氧空氣的預熱，氣化爐浸渣水的熱交換，低溫煤氣冷卻高溫還原球團后攜顯熱入熱風爐直接燃燒等一系列節能措施，均有益于節省能源和降低生產成本，使噸成本價格低于回轉窯和純氧法20％以上。
4、無球團粉化、懸料、再氧化由于采用組合式反應罐整體運輸，裝爐和排料，入爐后球團反應的全過程都是在反應罐的保護下進行，實現了裝排料及運輸簡捷順暢和無球團粉化、懸料的現象發生。冷煤氣對還球團的冷卻和氮氣置換，解決了球團的再氧化問題。
5、投資少由于采用熱風爐供應高溫富氧的造氣方法，純氧用量較少，與純氧法相比較，可節省較多制氧設備的投資。工藝中的其它設備絕大部分屬于鉚焊制品，制造費用較低，同等規模的生產線總投資額與天津引進的回轉窯相比較，可節省投資80-90％。
6、有益環保由于采用裂管式冷凝器間接冷卻煤氣的方法，使水氣間接換熱，免除了煤氣對水的污染。熱風爐燃燒所產廢氣，因在產氣時已采取了脫硫和除塵措施，使煙氣得到充分凈化，可完全低于國家的煙氣排放標準。所產爐渣可作建筑材料加以利用。綜上所述，本發明是一僅有CO2排放、低污染、相對環保的海錦鐵生產技術。
下面通過附圖結合本發明的實施方案加以詳細說明參見附
圖1該圖是本發明高溫煤氣生產和含碳球團制備系統的平面布置示意圖。該系統由1座水煤漿氣化爐，3座球式高壓熱風爐(也可設4座)，1座帶有空氣預熱器的球團干燥窯、球團制備裝置和水煤漿制備等裝置構成。該系統的工作程序及工作原理如下水煤漿氣化爐(1)是本發明中所需高溫高壓煤氣的發源地，該爐所需水煤漿是由磨煤機(3)、混料機(4)、高壓煤漿泵(5)、蒸氣供應管(6)、半焦反回設施(7)所構成的水煤漿制備裝置所提供的合格的高壓水煤漿，經水煤漿管道(8)進入水煤漿噴咀(2)與高溫富氧空氣一同噴入該爐的氣化室(該水煤漿的制備標準及配比可根據所選用煤種的粘度、含硫量、灰份熔點酌情而定)。該氣化爐所需要的高溫富氧空氣是由3座球式高壓熱風爐(R1、R2、R3)交替定期換向進行供應。熱風爐燃燒所需煤氣是利用冷卻高溫還原球團而重獲700℃高溫的煤氣，經保溫煤氣管道(9、10)輸入熱風爐中。熱風爐燃燒所需氧氣是由鼓風機(11)把30-35％的富氧空氣鼓入設在干燥窯頂部的裂管式預熱器(12)，將該富氧預熱至200℃左右，再通過富氧管道(13、14)進入熱風爐，與上述煤氣混合燃燒，加熱畜熱球。當該熱風爐完成畜熱工序后，由氣壓機(15)經高壓富氣管道(16)向熱風爐供應高壓富氧，該富氧與畜熱球換熱后，溫度升至1000-1100℃，經出口進入高溫高壓富氧管道(17)分別輸入氣化爐的兩個燒咀，在氣化室中與上述水煤漿混合并在高溫下氣化。所產生的高溫高壓煤氣由高溫煤氣出口(18)輸入高溫旋風除塵器(19)，經除塵后的煤氣經高溫高壓保溫管道(20)向下段工序還原爐輸送高溫高壓煤氣。熱風爐燃燒所產煙氣是在閘閥的控制下，由煙道(21)進入隧道式余熱干燥窯(22)，利用煙氣的余熱對濕球團進行干燥和預熱富氧。該煙氣最后由煙筒(23)排入大氣。當1臺熱風爐完成輸出高溫富氧后，存在爐內的高溫高壓富氧是由特設的泄壓裝置(圖中未表示)引入另1臺正處于燃燒狀態的熱風爐，作為燃燒用氧將其消耗掉，以此解決泄壓和高溫富氧充分利用的問題。
造球原料場(24)提供造球所需全部材料，經混料機(25)加濕混合后進入成球機(26)造球，由輸入運輸機(27)運入干燥窯(22)。濕球團在干燥窯中被高溫煙氣加熱脫水后，由輸出運輸機(28)運出，并直接裝入運料車(29)的反應罐中，并經軌道(30)運往還原爐。
參見圖2該圖是還原系統平面示意圖。本系統是由12個結構相同的固定床還原爐經管道連接構成的一套可循環運行的還原裝置(還原爐的數量可根據產量酌情增減)，此裝置與球團運輸裝置一起構成了本還原系統。系統中高溫高壓煤氣的輸送是利用原發于氣化爐的煤氣壓力并通過內襯耐火材料的輸氣管道實現的，氣體的控制是由水壓缸結合裝有循環水降溫設置的高溫閥門實現的。該系統的工作程序及原理如下；12個固定床還原爐按順序編號為H1#-H12#，由高溫高壓煤氣總輸送管道(1)經高溫高壓煤氣分輸送管道(2)把煤氣輸入H1#還原爐(3)，經連通管道(4)連續通過H1#-H5#五個還原爐，完成球團的預熱、還原工序后，由煤氣排出支管道(5)，經煤氣排出總管道(6)把已降溫到100-150℃的煤氣輸入裂管式冷凝器(7)，使煤氣中的水蒸氣冷凝成水并分離，再經過煤氣干燥器(8、9)干燥后，作為冷卻氣體由煤氣加壓風機(10)增壓后，通過冷煤氣輸入總管道(11)經冷煤氣輸入分管道(12)輸入已完成還原工序的H8#-H12#五個爐子對高溫還原球進行冷卻。由于冷煤氣與高溫球團的熱交換，使球團溫度降低，煤氣溫度則增高到700℃左右，最后通過H12#爐的煤氣輸出分管道(13)和煤氣輸出總管道(14)返回熱風爐燃燒畜熱。此時的H6#、H7#爐則正處于裝卸料工序，該工序是由進料橫向擺度車(15)把未還原運料車(16)經橫向擺度軌道(17)運到縱向軌道接觸點與爐下縱向軌道(18)接軌后，進入H6#爐的裝料位置，進行裝料工作。進入排料狀態的H7#，采用與裝料相同的方法進行排料，同樣通過排料擺度車(19)把排料運輸車經排料擺度車軌道(21)送往通向成品庫的運料軌道(22)，進入成品庫卸料，卸料后的空車(20)通過擺度車上的軌道，與空車返回軌道(23)接軌后，返回裝料場裝料。圖中大箭頭所指方向即運料車和擺度車的運行方向，運料車及擺度車按此方向反復運行，實現上述方案。
參見附圖3該圖是水、煤漿氣化爐的剖示意。該爐具有德士古氣化爐及DOW氣化法的全部優點，并根據本技術特點作如下改進1、按工藝的特點，煤氣的出爐溫度應高于1300℃為佳，但是考慮到液態排渣的要求及一些煤種灰分熔點低于1300℃，致使在高溫除塵器中無法除塵的特點，特設冷煤氣入口(6)，以摻入冷煤氣的方法把出爐煤氣溫度控制在所應用煤種灰分熔點以下，以利于除塵。2、為了回收液態爐渣所攜帶的熱量，特在爐渣通道的設計中采用余熱鍋爐(12)構成爐渣通道的方式和采用熔渣激冷產生的高溫水與裂管式熱換器(16)的熱交換，回收熔渣水的熱量，并與余熱鍋爐相結合，產生蒸氣，向水煤漿制備裝置或生活區供熱，從而達到充分利用能源的目的。3、由于存在液態爐渣的浸水激冷后產生部分大塊爐渣，不易排除的問題，在激冷室的爐渣出口處特設對輥碎渣機(18)，以使把大塊爐渣破碎后再進入降壓排渣罐(20)，以達到順暢排渣的目的。該爐的工作程序如下經預熱至90℃左右水煤漿在高壓煤漿泵的驅動下，由設在雙爐頭端的水煤漿燒咀(1)經水煤漿入口(2)噴入氣化室(4)，與由富氧入口(3)噴入的高溫富氧混合，在1300℃-1500℃的高溫下，熱解氣化吸熱反應產生高溫煤氣并夾帶粉塵及未反應的碳粒、蒸氣進入第二氣化室(5)，未反應的碳粒與蒸氣在此進一步氣化反應，以延長反應時間。并且根據應用煤種灰分熔點不同，通過冷煤氣入口(6)加入適當冷煤氣把煤氣溫度調解到灰份熔點以下，再通過出口(9)進入旋風除塵器(10)，經除塵的煤氣作為熱載體及低溫還原劑進入還原工序。所分離出來的灰份及半焦落入降溫、降壓、鎖氣排塵器(11)排出的半焦可返回磨煤機再次利用。由氣化室所產爐渣成液態經余熱鍋爐(12)落入熔渣激冷室(15)，激冷后的爐渣經對輥碎渣機(18)破碎后通過大閘門(19)進入降壓排渣罐(20)，經降壓閥(21)降壓后，排入儲渣池(23)。由于排渣時帶出部分激冷用水，由補水泵(22)抽取儲渣池中的澄清水補充激冷用水。激冷室因爐渣浸水使水溫增高，通過循環泵(17)使浸渣水與裂管式熱交換器循環流通，以加熱裂管內產氣用水。由鍋爐給水泵(24)提供的軟化水，經換熱后進入余熱鍋爐(12)，余熱鍋爐吸收爐渣及產氣室的高溫輻射所產熱能，進一步加熱爐內熱水，產出蒸氣或熱水通過出口(14)向外供應熱水或蒸氣。鋼板外殼(7)是爐體構成的主件，可用δ＝16-20的鍋爐板按壓力容器的標準制造。耐火保溫屋(8)是爐體高溫處的耐火層和保溫層，可根據溫度高低選用相應材料。在第一氣化室設有高壓點燃器和小火燃燒器(圖中未表)，在初次點火時用來引燃主燒燒器。
參見附圖4該圖是單個固定床還原爐的剖視圖，其工作原理及實施方案如下由來自氣化爐的高溫煤氣，經高溫高壓煤氣輸入管(1)進入增溫室(2)，同時由增溫供氧管(3)輸入限量氧氣，使煤氣中的小部分CO、H2氧化放熱，使煤氣溫度達到1300℃-1400℃后進入組合式反應罐(4)，并通過罐內中心通氣管(5)管壁上眾多Φ6-Φ8下斜式小孔進入反應室(6)，對室內球團加熱、還原或冷卻，然后通過多孔的反應罐外桶(7)進入由反應罐和耐火支撐墻構成的夾縫氣體通道(8)，再通過連通管(12)進入下一個反應爐。上述組合式反應罐可用相適應的耐熱鋼制造，每節高度為1-1.5m，其節數與直徑應視單爐產量而定。葉子支掌板(9)與中心通氣管(5)相連，其作用是支掌中心通氣管和在排料過程中可與外桶脫離起到方便排料的作用。反應罐封蓋(10)的作用是阻止氣體從上口溢出和支撐防漏氣套管(11)的作用。還原后的高溫球團是由冷煤氣輸入管(13)輸入冷煤氣，進行降溫冷卻。經冷卻后的還原爐由N2輸入管(14)輸入N2進行氣體置換，該N2氣由N2排出管(15)排出。保溫管(16)是增溫室及高溫管道的保溫設施；(17)為爐內耐火穹頂；(18)為耐火支撐墻；(19)為鋼板外殼；(20)為保溫層；(21)是儲灰室，用來收存煤氣帶入的殘余灰塵；(22)是用以支撐組合式反應罐的耐火底坐；(23)是料口封閉大法蘭；(24)是料口封頭。該還原爐的排料程序如下首先松開大法蘭的加緊羅栓，由卷揚機(33)慢慢放出鋼繩，通過定滑輪(26、27、28)動滑輪(29、30)組成的滑輪組和軌道輪(31、32)沿著設在支腿(34)上的軌道(35)將托盤(25)連同組合式反應罐等在定位銷(36)和定位套(37)找正下，整體落到運料車(38)上，并經運料軌道(39)擺度車(40)和擺度車軌道(41)運至卸料場地。其裝料程序與其相同只是順序相反。該爐可根據設計壓力不同，采用鍋爐鋼板按壓力容器的標準制造。
權利要求
1.冷固含碳球團海棉鐵生產方法及裝置與現有技術01122227.1、94118268、00116216的專利申請中有著同樣采用高溫高壓煤氣加熱和還原鐵礦粉球團的共同之處，但是在煤氣的生產及球團的還原方法及生產裝置上有著完全不同的設計，其特征是3座球式熱風爐(圖1-R1、R2、R3)利用冷卻高溫還原球團而重獲700℃左右高溫的煤氣燃燒畜熱，并把30％-35％的富氧加熱到1000℃-1100℃后，交替定期換向輸入水煤漿氣化爐(圖1-3、圖3)與水煤漿反應產生高溫高壓煤氣，再通過摻入冷煤氣的方法，把煤氣溫度調解到所用煤種灰分溶點以下，經由旋風除塵器(圖1-19)除塵后輸入連環式固定床還原爐(圖2-3)，煤氣在反應爐的增溫室(圖4-2)通過配氧增溫的方法將煤氣溫度增加到1300℃-1400℃之后，進入組合式反應罐，對含碳球團加熱、還原并連續串連通過5個還原爐(圖2-H1、H2、H3、H4、H5)使爐內球團由高溫至低溫進行還原和預熱；完成還原工序的高溫球團采用輸入低溫煤氣的方法進行冷卻，再經氮氣置換后，通過排料裝置把接近于常溫的成品排出爐外。
2.按著權利要求1所述的水煤漿氣化爐(圖3)，其特征是由雙爐頭的兩個氣化室組成的第一氣化室(4)產生的高溫高壓煤氣進入第二氣化室(5)，由冷煤氣入口(6)摻入冷煤氣，把煤氣溫度調解到所用煤種灰份溶點以下，再輸入爐外設置的旋風除塵器(10)，經除塵后向還原系統供氣，該除塵器的下部設有降溫、降壓、鎖氣排灰罐(11)，半焦及灰塵由此排出。由第一氣化室產生的液態爐渣通過余熱鍋爐(12)流入激冷室(15)，浸水固化后經對輥碎渣機(18)破碎后進入降壓排渣罐(20)排出爐外。浸渣所產熱水，通過裂管式熱交換器(16)加熱余熱鍋爐用水，該水經余熱鍋爐的進一步加熱，產生蒸氣向外供熱。
3.按著權利要求1所述的連環式固定床還原爐(圖4)，其特征是由水煤漿氣化爐供給的高溫高壓煤氣進入還原爐的增溫室(2)，由增溫供氧管(3)輸入限量氧氣，使煤氣部分氧化使煤氣增溫到1300℃-1400℃后通過反應罐中心通氣管(5)的管壁下斜小孔與含碳球團接觸，使球團預熱還原，再經夾縫氣體通道(8)由連通管(12)輸入下一個還原爐。上述組合式反應罐是由多個單個罐體摞接組成，單個罐體是由布滿Φ6左右小孔的外部桶體(7)，布滿Φ6下斜小孔的中心通氣管(5)，支撐葉板(9)組成，葉板與中心通氣管相連為1體，在成品倒罐時先將桶體脫出，再取出成品。組合式反應罐的裝爐與出爐都是由卷揚機(33)升降軌道(35)滑輪(26-30)組成的升降裝置把反應罐連同托盤(25)整體從運料車(38)上提起入爐或從爐內降到運料車上。反應罐的裝料、卸料及運輸都是由運輸車(38)擺度車(46)通過各自的軌道完成。
4.按著權利要求1所述的高溫還原球團的冷卻，是由冷凝器(圖2-7)、干燥器(圖2-9、10)輸出的低溫干燥煤氣連續通過多個還原爐，由低溫至高溫對球團進行冷卻，最后由N2置換后排出爐外。
5.按著權利要求1所述濕的含碳球團和熱風爐燃燒所需富氧是由隧道式余熱干燥窯(圖1-22)和該窯上部所設的裂管式預熱器(圖1-12)進行球團干燥和富氧預熱的。
全文摘要
本發明是冶金領域中海綿鐵的一種生產方法及裝置，主要由3座球式熱風爐配合1座水煤漿氣化爐，生產高溫高壓煤氣，供應連環式固定床還原爐，加熱和還原爐內的冷固含碳鐵精粉球團，從而獲得95％以上金屬化率的海綿鐵。該方法及裝置與現有技術比較，不但極大的提高了還原速度，而且有效的解決了含碳球團強度低易粉化、高溫懸料、再氧化及成品雜質含量過高的技術難題。并且具有裝排料簡捷順暢，投資小、效率高、成本低和節能環保等優點。
文檔編號C21B13/00GK1397651SQ0212874
公開日2003年2月19日 申請日期2002年8月8日 優先權日2002年8月8日
發明者王云龍 申請人:王云龍