專利名稱：一種適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及煉鐵領域中熔融還原煉鐵工藝，特別涉及一種適合寬粒度 分布的粉鐵礦預還原工藝及其裝置。
背景技術：
多級流化床預還原粒度〈8mm的燒結用粉鐵礦是二步法熔融還原煉鐵 工藝的主要預還原工藝之一。對于粒度分布特別寬(最大粒徑為8mm，最 小粒徑O.lmm)的燒結用粉鐵礦流態化還原工藝，在傳統的圓柱型流化床 反應器內流化質量差，有大量的較小粒度粉鐵礦揚析。圓柱型流化床是常 用的流化床型，結構簡單、制作容易、設備容積利用率高，由于圓柱型流 化床內徑均一，對于粒度均勻的反應物料，在流化床中可以得到均勻的流 化，但對于寬粒度分布的反應物料，為了保證大粒度的反應物料流化，需 要流化床的操作氣速很高，在此操作氣速條件下，產生大量的細顆粒揚析， 增加了旋風除塵器的壓力，降低了原料利用率。圓錐型流化床可以部分解 決粒度分布寬的顆粒流化，在流化床底部的高氣速可以保證粗顆粒的流態 化，同時頂部的低氣速可以抑制細顆粒的揚析，減少粉塵率，可以在較低 氣速條件下獲得較好的流化質量。但在單一的圓錐型流化床反應器內，對 于粒度分布寬的原料，單一錐度流化床很難滿足高質量流化要求，而且如 果考慮流化床總高等因素，圓錐型流化床的高度設計也非常困難。發明內容本發明的目的在于開發 一 種適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝及 其裝置，可有效保證寬粒度分布的粉鐵礦原料高質量流態化，從而加強流 化床內粉鐵礦的加熱和反應。為達到上述目的，本發明的技術方案是，一種適合寬粒度分布粉鐵礦流態化反應的組合流化床反應器和工藝要求如下步驟
一種適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝，采用組合式流化床反應 器，該組合式流化床反應器由位于下部的圓柱型流化床和上部的圓錐型流 化床組合而成；其包括如下歩驟a) 粒度《mm的粉鐵礦由料倉添加到圓柱型流化床中，作為反應介質 和流化介質的煤氣從圓柱型流化床底部通入；粒度〉2mm的粉鐵礦 在圓柱型流化床形成湍流狀態；組合式流化床反應器內溫度保持在 650-950°C，壓力在0.2-1.0Mpa，圓柱型流化床氣速為3-25m/s;b) 粒度0.5mm的粉鐵礦隨著煤氣帶離圓柱型流化床進入上部的圓錐 型流化床，在圓錐型流化床內繼續上升到一定高度；隨著圓錐型流 化床上部氣體速度的降低，圓錐型流化床上端氣速0.5m/s;粉鐵礦 與煤氣分離反混到流化床下部，粒度O.05mm的粉鐵礦隨著煤氣進 入熱旋風分離器分離返回到流化床中或進入下一級流化床反應器；c) 反應后的粉鐵礦通過下料管進入下一級流化床反應器或熔融氣化 爐。進一歩，所述的組合流化床反應器由下部的圓柱型流化床和上部的圓 錐型流化床組合而成，二者由氣體分布板聯接或者自由聯接。 粉鐵礦最大顆粒直徑與最小顆粒直徑比>8。 中通入的煤氣有效成分H2%+CO%〉50%。 通過熱旋風分離器回收流化床內的鐵礦石細粉。另外，本發明的一種用于粉鐵礦預還原工藝的組合式流化床反應器， 包括圓柱型流化床和圓錐型流化床；圓錐型流化床位于圓柱型流化床上 部，二者由氣體分布板聯接或者自由聯接。所述的圓錐型流化床上端最大內徑與圓柱型流化床內徑比>1.5。所述的圓錐型流化床部分高度與圓柱型流化床高度比< 6 。所述的圓錐型流化床的錐度為10° ~60° 。圓柱型流化床保持氣速3-25m/s，保證了粒度》mm的大顆粒粉鐵礦湍 流狀態，粒度0.5mm的粉鐵礦迅速從圓柱型流化床帶離(或經過氣體分 布器)進入上部的圓錐型流化床，其它粒度的粉鐵礦在組合流化床中間部 位分層分布，在圓錐型流化床上部由于氣速的降低，到達圓錐型流化床上 端氣速0.5m/s，大部分粉鐵礦回落反混，<0.05mm的細粉鐵礦隨煤氣進入
熱旋風分離器分離返回到流化床中。組合流化床反應器下部的圓柱型流化床型成的高氣速可以保證大顆 粒的反應物料保持湍動流態化狀態，在組合流化床反應器上部的氣流速度下降則加強流化床內夾帶的小顆粒粉料的反混。對于最大粒徑達到8mm 的粒度分布寬的粉鐵礦流態化反應，可有效降低夾帶和揚析，降低流化床 總高，同時保持流化床下部密床部分的湍動劇烈，有效防止流化床下部產 生粘結。由圓柱型流化床和圓錐型流化床組合而成的流化床反應器，可以 綜合圓柱型流化床結構簡單的優點，同時保證寬粒度條件下原料的流化質 量，與圓錐型流化床相比，組合流化床設計更加靈活，對不同粒度組成的 原料，組合流化床可以更加靈活的調整，控制流化床總高。在一定條件下，圓柱型流化床和圓錐型流化床的聯接可以省去氣體分 布板，簡化流化床的結構，減少了氣體通過氣體分布器的壓損。本發明的有益效果本發明工藝對于寬粒度分布的粉鐵礦原料，由于各種粒度的粉鐵礦在 流化床中分層，各粒度的粉鐵礦都能獲得高質量的流態化，提高了流化床 反應器內的化學反應動力學條件，提高了流化床的反應效率。相對單一的 圓錐型流化床，組合流化床上部的圓錐型流化床設計更加靈活，在保證同 樣的流化質量條件下，流化床高度可以大大降低。圖面說明
圖1是本發明工藝第一實施例的流程示意圖； 圖2是本發明工藝第二實施例的流程示意圖； 圖3是本發明工藝第二實施例的流程示意圖。
具體實施方式
實施例1參見圖l，粉鐵礦1和熔劑2原料混合進入料倉3中，原料(粒度〈8mm) 添加到圓柱型流化床'4的下部，煤氣7 (還原度112%+(20%>50%)從圓柱 流化床4底部通入，圓柱型流化床4內氣速為4m/s， >2mm的大顆粒原料 在圓柱型流化床4內保持湍動狀態，小粒度原料逐級帶離圓柱型流化床4，
在圓錐型流化床5 (錐度為2(T )中分層流態化，由于隨著高度上升，圓錐型流化床5的截面積增加，煤氣流速也相應減小，圓錐型流化床5 ..匕端 氣速0.5m/s，大量的粉礦原料反混到下部的密床中，粒度O.05mm進入熱 旋風分離器6中，分離的細粉原料也反混到下部的密床中。流態化過程中， 流化床內壓力保持在0.3MPa，溫度保持在67(TC，粉鐵礦與煤氣發生還原 反應，反應后的粉鐵礦還原度達10-25%，并通過下料管8到下一級流化 床進一步還原。反應后的煤氣經過煤氣凈化裝置9凈化循環利用或者用于 發電、制造化工產品等其它用途。實施例2參見圖2，反應物原料(粒度〈8mm)通過上一級流化床下料管10添 加到圓柱型流化床4的下部，煤氣7 (還原度1"12%+(:0%>60%)從圓柱型 流化床4底部通入，圓柱型流化床4內氣速為24m/s， >2mm的大顆粒原 料在圓柱型流化床4內保持湍動狀態，小粒度原料逐級帶離圓柱型流化床 4，在圓錐型流化床5 (錐度為5(T )中分層流態化，由于隨著高度上升， 圓錐型流化床5的截面積增加，煤氣流速也相應減小，圓錐型流化床5上 端氣速〈0.5m/s，大量的粉礦原料反混到下部的密床中，粒度O.05mm進入 熱旋風分離器6中，分離的細粉原料也反混到下部的密床中。流態化過程 中，流化床內壓力保持在l.OMPa，溫度保持在90(TC，粉鐵礦與煤氣發生 還原反應，反應后的粉鐵礦還原度達20-50%，并通過下料管10'到下一 級流化床進一步還原，反應后的煤氣7'進入上一級流化床中作為反應介 質和流化介質。實施例2與實施例1的差別是實施例2中的流化床原料為上一級流 化床反應產物，從上--級流化床的下料管加料，流化床中反應后的煤氣則 通入到上--級流化床中作為反應介質和流化介質。而且由于流化床中粉鐵 礦原料和煤氣不同，反應后粉鐵礦的還原度也不同。實施例3參見圖3，反應物原料(粒度〈8mm)通過上一級流化床下料管10添 加到圓柱型流化床4的F部，煤氣7 (還原度112%+(:0%>80%)從圓柱型
流化床3底部通入，圓柱型流化床3內氣速為10m/s， >2mm的大顆粒原 料在圓柱型流化床3內保持湍動狀態，小粒度原料逐級帶離圓柱型流化床 3，在圓錐型流化床5 (錐度為55。)中分層流態化，由于隨著高度上升， 圓錐型流化床5的截面積增加，煤氣流速也相應減小，圓錐型流化床5上 端氣速0.5m/s，大量的粉礦原料反混到下部的密床中，粒度O.05mm進入 熱旋風分離器6中，分離的細粉原料也反混到下部的密床中。流態化過程 中，流化床內壓力保持在0.9MPa，溫度保持在70(TC，粉鐵礦與煤氣發生 還原反應，反應后的粉鐵礦還原度達60-95%,并通過下料管10'到熔融 氣化爐終還原冶煉鐵水，反應后的煤氣7'進入上一級流化床中作為反應 介質和流化介質。實施例3與實施例1、 2的差別是實施例3中的流化床原料為上--級流化床反應產物，還原煤氣為熔融氣化爐產生的還原度較高的煤氣，粉 鐵礦在流化床中還原后添加到熔融氣化爐中終還原冶煉鐵水。綜上所述，本發明工藝對于寬粒度分布的粉鐵礦原料，由于各種粒度 的粉鐵礦在流化床中分層，各粒度的粉鐵礦都能獲得高質量的流態化，提 高了流化床反應器內的化學反應動力學條件，提高了流化床的反應效率。 相對單一的圓錐型流化床，組合流化床上部的圓錐型流化床設計更加靈 活，在保證同樣的流化質量條件下，流化床高度可以大大降低。
權利要求
1. 一種適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝，采用組合式流化床反應器，該組合式流化床反應器由位于下部的圓柱型流化床和上部的圓錐型流化床組合而成；其包括如下步驟a)粒度<8mm的粉鐵礦由料倉添加到圓柱型流化床中，作為反應介質和流化介質的煤氣從圓柱型流化床底部通入；粒度>2mm的粉鐵礦在圓柱型流化床形成湍流狀態；組合式流化床反應器內溫度保持在650-950℃，壓力在0.2-1.0Mpa，圓柱型流化床氣速為3-25m/s；b)粒度<0. 5mm的粉鐵礦隨著煤氣帶離圓柱型流化床進入上部的圓錐型流化床，在圓錐型流化床內繼續上升到一定高度；隨著圓錐型流化床上部氣體速度的降低，圓錐型流化床上端氣速<0.5m/s；粉鐵礦與煤氣分離反混到流化床下部，粒度<0.05mm的粉鐵礦隨著煤氣進入熱旋風分離器分離返回到流化床中或進入下一級流化床反應器；c)反應后的粉鐵礦通過下料管進入下一級流化床反應器或熔融氣化爐。
2. 如權利要求1所述的適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝，其特征是， 所述的組合流化床反應器由下部的圓柱型流化床和上部的圓錐型流化 床組合而成，二者由氣體分布板聯接或者自由聯接。
3. 如權利要求1所述的適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原I:藝，其特征是， 粉鐵礦最大顆粒直徑與最小顆粒直徑比>8。
4. 如權利要求1所述的適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝，其特征是， 中通入的煤氣有效成分H2%+CO%>50%。
5. 如權利要求1所述的適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝，其特征是， 所述的圓錐型流化床上端最大內徑與圓柱型流化床內徑比>1.5。
6. 如權利要求1或5所述的適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝，其特 征是，所述的圓錐型流化床部分高度與圓柱型流化床高度比<6。
7. 如權利要求1或5所述的適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝，其特 征是，所述的圓錐型流化床的錐度為10° 60° 。
8. 如權利要求1所述的適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝，其特征是， 通過熱旋風分離器回收流化床內的鐵礦石細粉粒度〈0.05mm。
9. 一種用于權利要求1所述的適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝的組 合式流化床反應器，其特征是，包括圓柱型流化床和圓錐型流化床； 圓錐型流化床位于圓柱型流化床上部，二者由氣體分布板聯接或者自 由聯接。
10. 如權利要求9所述的適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝，其特征是， 所述的圓錐型流化床上端最大內徑與圓柱型流化床內徑比>1.5。
11. 如權利要求9所述的適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝，其特征是， 所述的圓錐型流化床部分高度與圓柱型流化床高度比<6。
12. 如權利要求9所述的適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝，其特征是， 所述的圓錐型流化床的錐度為10° ~60° 。
全文摘要
一種適合寬粒度分布的粉鐵礦預還原工藝，包括步驟a)粒度＜8mm的粉鐵礦由料倉添加到圓柱型流化床中，煤氣從圓柱型流化床底部通入；反應器內溫度650-950℃，壓力0.2-1.0MPa，圓柱型流化床內氣速為3-25m/s；b)粒度＜0.5mm粉鐵礦隨著煤氣帶離圓柱型流化床進入上部圓錐型流化床，粉鐵礦與煤氣分離反混到流化床下部，粒度＜0.05mm粉鐵礦隨煤氣進入熱旋風分離器分離返回到流化床或進入下一級流化床反應器；c)反應后的粉鐵礦進入下一級流化床反應器或熔融氣化爐。本發明工藝中各種粒度粉鐵礦在流化床中分層，都能獲得高質量的流態化，提高了流化床反應器內的化學反應動力學條件，提高了流化床的反應效率。
文檔編號C22B5/14GK101397606SQ20071004632
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月24日 優先權日2007年9月24日
發明者周渝生, 張友平, 李維國, 李肇毅, 范建峰 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司