專利名稱：一種熔融還原連續煉鐵裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于冶金非高爐煉鐵領域，涉及含碳鐵氧化物球團(塊)熔融還原連續煉鐵的裝置。二、背景技術目前高爐仍然是冶金行業煉鐵的主力軍。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向開發新的非高爐煉鐵工藝和煉鐵設備。無焦低污染是非高爐煉鐵新工藝的目標。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公司開發的AusIron法,預還原率為O。另一種方法是帶 有預還原工序的稱為“二步法”熔融還原煉鐵方法，代表方法如COREX法，預還原金屬化率達 80% 90%。“一步法”熔融還原的難點是液態鐵氧化物與碳反應是一個強烈的吸熱反應，要保持鐵氧化物的液態狀態，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鐵氧化物高出約200°C 400°C。這種工藝在設計上優先熔化氧化鐵，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特征，生成的金屬和爐渣容易凝固，這給生產帶來了麻煩。“一步法”熔融還原還存在耐火材料消耗高和生產周期短的敝端，產生的大量高溫煤氣再利用成為這種工藝發展的“瓶頸”。“二步法”熔融還原是將鐵氧化物先進行預還原，然后將預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。“二步法”熔融還原或將預還原后的爐料降溫后再送至熔分爐；或將熔分爐產生的煤氣簡單地通過爐料進行預還原，過程均產生大量的熱能損失。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法雖已大規模投入工業生產，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I. It和500m3。包括制氧設備在內的一次性投資巨大，生產成本高于高爐。COREX演化了高爐煉鐵技術，取得了商業成功，但同時也繼承了高爐煉鐵的一些缺點，是成功技術，但并非最好技術。中國專利ZL 2004 I 0023995. X《含碳鐵團塊生產鐵水的熔融還原煉鐵法》是一項將“一步法”、“二步法”結合并改進的熔融還原煉鐵方法，具有熱效率高、節約能源、無污染，成本低，有較好的產品質量，生產工藝簡便，易控制，設備簡單、投資少，生產效率高等特點。但在能源利用上尚有不足之處。三、發明內容針對以上存在的問題，經過長期研究，本實用新型在專利ZL 2004 I 0023995. X《含碳鐵團塊生產鐵水的熔融還原煉鐵法》基礎上進行了改進，提供了一種新的熔融還原連續煉鐵方法，它既具有“一步法”熔融還原碳的直接還原反應速度快的特點，又具有“二步法”預還原金屬化率高的特點，本實用新型采用連續加料，抽風預熱，鼓風順流焙燒，對爐料進行預還原，將預還原后的高溫、高金屬化率的爐料直接送入熔分爐，連續熔分，連續出鐵。本實用新型將爐床上的預熱區、焙燒區和連接其后的熔分區設計為連通爐膛，在預還原爐與熔分爐的結合部安裝了助燃燒嘴，在預還原爐安裝有二次風口，其特征在于預熱區爐床上裝有爐篦，預熱區爐床的下部裝有與煙氣處理系統的連通的抽風裝置，焙燒區爐床上也裝有爐篦，熔分區設置有熔劑倉、燃料倉和熔分爐上的加料裝置。先將含碳鐵氧化物在預還原爐內進行預還原，并優先利用熔分區產生的含有大量CO的高溫煤氣在預還原爐內進行二次燃燒預熱、焙燒爐料，接著將預熱、焙燒后的高溫、高金屬化率的爐料排入熔分區，在熔分區進一步還原一滲碳一熔化，還原成鐵，并使渣鐵分離；在預還原爐，經過焙燒區的煙氣進入預熱區，在預熱區煙氣穿過料層，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進行余熱回收和煙氣除塵處理。本實用新型預還原區的末端與熔分區內的上層爐料狀態相近，兩步之間沒有明顯的分界點。連通爐膛的設計解決了預還原與終還原生產能力的匹配，不存在COREX工藝熔分能力大于預還原能力的問題，有利于能源綜合利用，有利于生產組織，可降低消耗，節約生產成本。·[0013]本實用新型所述的一種熔融還原連續煉鐵方法，其特征在于先將含碳鐵氧化物在預還原爐內進行預還原，并優先利用熔分區產生的含有大量CO的高溫煤氣在預還原爐內進行二次燃燒，釋放物理熱和化學能，來預熱、焙燒爐料，節約能源。接著將預熱、焙燒后的高溫、高金屬化率的爐料排入熔分區，在熔分區進一步還原一滲碳一熔化，還原成鐵，并使渣鐵分離。本實用新型的熔融還原連續煉鐵方法的流程是碳質還原劑(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，經過干燥后送至爐床上。設備啟動時，類似高爐、沖天爐一樣，熔分爐先點火，高溫煙氣進入預還原爐，爐料在爐床預熱區預熱，然后進入焙燒區焙燒還原。焙燒區的下部送入富氧熱風，使爐床上的高溫層向下延伸。爐料的上方有來自熔分區的高溫煤氣在預還原爐內進行二次燃燒，為爐料預還原提供一部分熱能。焙燒區的溫度一般控制在1200°C 1300°C，而在接近熔分區的部位，溫度應達到1350°C左右，使爐料快速達到所期望的預還原金屬化率80%以上。高溫、高金屬化率爐料直接進入熔分區，在熔分區進行渣鐵分離。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，由于被這樣的殘碳和CO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。在熔分區進一步還原——滲碳——熔化，完成渣鐵分離。熔分區的燃料可以是塊煤、煤粉、焦粉，也可以是輕柴油或天然氣。因為本實用新型將熔分爐和預還原爐設計為一連通爐膛，熔分爐產生的含有大量CO、H2等氣體的高溫煤氣可直接進入預還原爐。在預還原爐與熔分爐的結合部安裝了助燃燒嘴，在預還原爐的適當部位安裝有二次風口，使煤氣進行二次燃燒，為預還原爐提供熱能。經過焙燒區的煙氣進入預熱區，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，有利于煙氣余熱的回收。[0018]專利ZL 2004 I 0023995. X《含碳鐵團塊生產鐵水的熔融還原煉鐵法》中經過焙燒區的煙氣進入預熱區后，大多煙氣由設置在預熱區的煙道排出。煙氣對爐料的預熱主要是靠熱輻射，且大量的高溫煙氣由預熱區的煙道排出。而本實用新型的預熱區不再設煙氣排出口，煙氣在抽風機的作用下，向下穿過爐料進入煙氣處理系統進行除塵和熱交換，煙氣直接加熱爐料，煙氣的余熱得到了更好地利用，而預熱區內的爐料預熱的溫度也得到了進一步的提聞。熔分爐煙氣熱量的充分利用，是解決當前制約熔融還原發展的“瓶頸”的重要措施，也是本實用新型的重要特征。它大大提高了能源利用率，降低了消耗，節約了成本，有利于熔融還原技術的推廣應用。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(Ca0/Si02比例)約為O. 9 I. 8，最后得到的金屬鐵的S含量應符合國家相應標準。本實用新型有如下幾大特點 I.預還原爐A和熔分爐B設計為一連通爐膛，徹底解決了預還原與終還原生產能力的匹配。2.無焦化、無燒結工序因而流程短。3.低污染，低碳排放，可不用焦炭而用非焦煤煉鐵。4.連續加料、連續熔分和連續出鐵，有效降低生產成本。5.順流焙燒可降低爐料再氧化。6.連通爐膛、抽風預熱和鼓風焙燒可大幅度地降低能源消耗。7.有較好的廣品質量，可以達到聞爐鐵水的品質。8.對預還原金屬化率沒有嚴格的要求，生產工藝控制比較容易，可隨時開停。9.設備非常簡單，占地面積少，一次性投資少，建設周期短。10.生產效率高，預還原爐有效爐床底面積生產率可達300Kg/m2 · h以上，熔分爐利用系數大大高于高爐。四
圖I為本實用新型熔融還原連續煉鐵裝置示意圖。五具體實施方式
如圖所示，預還原爐A和熔分爐B設計為連通爐膛，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I將由碳質還原劑(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。預熱區4爐床2上裝有爐篦，預熱區4爐床2的下部裝有與煙氣處理系統9連通的抽風箱，預還原爐A內高溫煙氣在抽風機10的作用下穿過爐料3料層，直接加熱爐料3，對爐料3進行干燥和預熱，然后再經抽風箱進入換熱裝置9及煙氣處理系統。爐料3在爐床2上漸漸前移到焙燒區5，在此被高溫焙燒還原。焙燒區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。焙燒區5爐床2上也裝有爐篦，焙燒區5的爐床2下部由風機11鼓入經換熱裝置9 (或其它換熱方法)預熱過的300°C 700°C富氧熱風，以實現對爐料3的順流式焙燒。從熔分爐B過來的高溫煤氣，經助燃燒嘴8重新點火，同時通過二次燃燒風機6、二次風口 7鼓入助燃空氣，使煤氣充分燃燒，在預還原爐A內釋放煙氣所攜帶的物理熱和化學熱。預還原爐A內的溫度前半段，即焙燒區5 —般控制在1200°C 1300°C，在接近熔分爐B的部位，溫度應達到1350°C左右，使爐料金屬化率80%以上。預還原爐A內后半段(即預熱區4)溫度一般在800°C 1000°C。爐料3經過預還原爐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，熔分區設有熔劑倉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中的燃料經加料裝置15隨時向熔 分爐B內加入固體燃料和熔劑。風機12通過風口向熔分爐B內鼓入空氣(富氧≥30%的熱風)來加速爐料的還原——滲碳——熔化。16、17分別是出渣口和出鐵口。
權利要求1.一種采用連續加料，抽風預熱，鼓風順流焙燒，對爐料(3)進行預還原，將預還原后的高溫、高金屬化率的爐料(3)直接送入熔分爐(B)，連續熔分，連續出鐵的熔融還原連續煉鐵裝置，爐床(2)上的預熱區(4)、焙燒區(5)和連接其后的熔分區設計為連通爐膛，在預還原爐(A)與熔分爐(B)的結合部安裝了助燃燒嘴(8)，在預還原爐(A)安裝有二次風口(7)，其特征在于預熱區(4)爐床(2)上裝有爐篦，預熱區(4)爐床(2)的下部裝有與煙氣處理系統的連通的抽風裝置，焙燒區(5)爐床(2)上也裝有爐篦，熔分區設置有熔劑倉(13)、燃料倉(14 )和熔分爐(B )上的加料裝置(15)。
專利摘要一種熔融還原連續煉鐵裝置。采用連續加料，抽風預熱，鼓風順流焙燒，對爐料(3)進行預還原，將預還原后的爐料(3)直接送入熔分爐(B)，連續熔分，連續出鐵的熔融還原連續煉鐵裝置，預熱區(4)、焙燒區(5)和其后的熔分區為連通爐膛，并設置了助燃燒嘴(8)、二次風口(7)，優先利用熔分區產生的高溫煤氣在預還原爐(A)內進行二次燃燒預熱、焙燒爐料(3)，然后爐料(3)排入熔分區進一步還原—滲碳—熔化，渣鐵分離；在預熱區(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，風機(11)將冷風經換熱裝置(9)升溫后從床下鼓入爐床(2)。流程短，降低能耗，低碳排放，生產成本低，設備簡單，占地少，投資少，建設周期短。
文檔編號C21B13/00GK202509100SQ20112046813
公開日2012年10月31日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者李振洪 申請人:李振洪