一種還原煉鐵的方法和裝置的制作方法

專利名稱：一種還原煉鐵的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熔融煉鐵的方法和裝置，具體說涉及一種多臺預還原爐環形串聯 并旋轉與一臺熔煉爐一起操作的還原煉鐵的方法和裝置。
背景技術：
熔融還原煉鐵是鋼鐵生產的重要組成部分，其主要特點是用非焦煤作為一次性能 源和還原劑，將鐵的氧化物在熔融狀態下還原，具有以煤代焦、流程短、對環境污染小，建設 投資少，生產成本低等優點，是被業內廣泛看好的領域，各國的鋼鐵企業競相進行研究開 發。現有的熔融還原煉鐵的方法主要有COREX法(CN101032;3B)、DIOS法(CN1035136A)、 HISELT法(CN1037M2A)。其中COREX法已經工業化生產，其他兩種方法仍處于試驗階段。但 是所有的熔融還原煉鐵工藝，由于能耗高、生產成本高等方面的原因，難與高爐工藝競爭。授權公告號為C擬697565Y的中國專利公開一種“電弧爐煉鋼連續加料廢鋼預熱 裝置”，其電弧爐有爐體和電極構成，其連續加料廢鋼預熱設備由預熱通道、水冷給料槽等 組成，電弧爐內的高溫煙氣與預熱通道內的原料直接進行熱交換，可以提高進料的預熱溫 度，節省能源。但此方法只利用煙氣中的顯熱，對煉鋼過程中產生的CO的化學能無法利用。本申請人在專利申請號為200810079321. X發明專利申請中披露了一種三步法金 屬還原的方法，該方法將金屬氧化物與一定量的碳、粘結劑、CaO和水制成成型物，置入還原 裝置，第一步是成型物在隔絕空氣，隔絕氧氣的狀態下進行預還原；第二步是收集第一步還 原過程中產生的析出氣體，并對析出氣體進行冷卻、凈化處理和加壓。第三步是終還原爐 利用析出氣體作為還原劑或熱載體，使預還原爐出來的物料進一步還原，并且使用析出氣 體與被換熱過的空氣或富氧氣體混合燃燒，也可使析出氣體與純氧混合燃燒在終還原爐內 對還原爐產品進行終還原反應并熔化，除渣，最終產生鐵水或直接還原鋼水。本申請人在 申請號為200810079661. 2的另一項發明專利申請中提供了一種熔融還原煉鐵的方法和裝 置，以天然礦塊礦或人造塊礦為原料，以還原過程產生的煤氣作為還原劑和熱載體，原料經 過預還原爐反應后，進入終還原爐進行終還原反應。預還原爐上部出來的析出氣體經過氣 體處理裝置處理和高溫換熱裝置加熱后進入終還原爐。熔融還原煉鐵的裝置包括有預還原 爐、氣體處理裝置和至少一臺終還原爐。充分利用余熱，節省能源；使用兩臺終還原爐交替 運行，生產效率高，可連續大規模生產；生產過程節省的煤氣為其它用煤氣過程提供原料。 本發明是在上述兩項發明專利申請基礎上的改進。

發明內容
為提高還原煉鐵的效率，充分利用天然燃料，節省能源，本發明提供一種還原煉鐵 的方法和裝置，使還原和熔煉過程連續進行。本發明提供的還原煉鐵的方法為，以天然塊礦或人造塊礦為原料，置于預還原爐 中，在還原劑的存在下進行預還原反應，預還原產品用推料機推入熔煉爐中進行熔煉，生產 類似于高爐生產的鐵水或直接還原鋼。2 20臺預還原爐串聯操作，依次進行預還原和預熱，用前部預還原爐排除的還原氣體或煙氣預熱或還原后部預還原爐中準備進行預還原物 料，最后一臺預還原爐排出的尾氣經煤氣換熱器預熱處理后的煤氣，再經氣體處理裝置(8) 進行處理后用作燃料氣。所述還原劑為木煤或含10%以上CO+烴類物質的煤氣或其它含碳 物質，所述預還原溫度為800 1900°C。所述尾氣經氣體處理裝置去焦油、加壓等過程后用 作燃料。所述木煤為經預處理后的農作物秸稈、果實，干果果殼，樹木的枝、葉、木屑，或它 們的混合物。簡單預處理的方法為農作物秸稈、果實，干果果殼，樹木的枝、葉、木屑，或它們 的混合物在50 400°C進行烘干脫水后制成的粉末。復雜預處理方法為農作物秸稈、果實， 干果果殼，樹木的枝、葉、木屑，或它們的混合物在400 1200°C溫度下隔絕空氣處理后制 成粉末。木煤也包括上述物質如農作物的秸稈直接加入作為還原劑。所述人造礦塊為含碳包衣球團、呼吸殼、半呼吸殼、敞開殼，塊狀或蜂窩狀含碳或 非含碳成型物，所述呼吸殼內只含有氧化鐵或只含有含碳物質。所述呼吸殼是由心部成型 物和外包殼組成，心部成型物是氧化物與煤粉、焦粉等含碳物質混合后滾球或壓制成球團， 外包殼是由類似石灰石、白云石、石灰或電石等物質或它們的混合物及其它一些物質混合 成。包殼的方法可以是滾球、壓球包殼，還可以是噴粉包殼或浸漬包殼。所述呼吸殼為石灰石或白云石粉末等物質加粘合劑包在含碳球團或含碳、含鐵球 團的外層的球團，所述粘合劑為硅溶膠、水玻璃、磷酸和氧化鋁等有機或無機物質。為實現還原煉鐵方法，本發明提供的還原煉鐵的裝置包括熔煉爐、預還原爐系 統、進料系統、出料系統、煙氣處理系統、空氣預熱系統、燃燒系統。所述預還原爐系統包括 2 20臺預還原爐、推料機、旋轉爐臺。預還原爐的頂部設有密封加料器15。預還原爐環 形排布安裝在旋轉爐臺，預還原爐之間之間用管路連接，管路上設有熱風閥。燃燒系統包括 燒嘴、空氣蓄熱器、煤氣換熱器和氣體處理裝置，燒嘴位于最終預還原狀態的預還原爐處， 氣體處理裝置連接到最初預還原裝態的預還原爐。推料機為螺桿推料機或液壓推料機，氣體處理裝置包括除塵器，壓縮機、捕滴器 和電捕焦器。預還原爐和管路的外部設有保溫層。所述熔煉爐為電加熱爐，電弧爐、電磁感 應爐、電渣爐或離子爐，或上述爐型之間的組合。本發明可以用含10%以上CO+烴類物質的煤氣，溫度在900 1700°C的高溫氣體 進入最終預還原爐對物料進行熱載體加熱，這時使用的呼吸殼內的物質只為氧化鐵和輔助 催化物質，其中不含碳或少含碳，此時，氣體具有還原作用。本發明也適用其它碳還原的化 學過程，如電石生產過程，黃磷及磷酸制取。以電石為例，物料為呼吸殼，呼吸殼內只由含碳 物質和催化劑組成，最終預還原爐加熱至1100 1900°C，然后推入電石熔煉爐中，此時，預 還原爐為碳酸鈣分解爐，熔煉爐為電石熔煉爐。煉鐵爐、電石爐等適合用碳還原的生產過程，采用上述呼吸殼。預還原爐可以多種 多樣，可以是各式豎爐、類似焦爐的隔絕空氣加熱爐、轉底爐、帶有一對或多對蓄熱器加熱 的加熱爐。加熱到較高的溫度并使呼吸殼內的物質產生一定的還原度，然后推入或以其它 方式加入到各式熔煉爐中。本發明用于生產類似高爐生產的鐵水、直接還原鋼水、電石、黃磷、等類似需要還 原的過程，不排除其它的還原過程。與現有技術相比，本發明的優點是，①多臺預還原爐串聯操作，充分利用余熱，依次進行預還原和預熱，既節省能源，提高還原過程的效率，又節省占地面積。②，利用木煤為 煉鐵的還原劑，灰分低，熱值高，活性高，還原速度塊，還原效果好，產品質量好。③用木煤作 還原劑，可以使廢物得到很好的利用，減少不可再生能源的使用，有利于環保；另外由于上 述物質屬于農業廢料，價格低，因此可以降低還原煉鐵的生產成本。④出預還原爐的物料溫 度高，熔煉爐用電量少，降低還原鐵的生產成本。


圖1為本發明還原煉鐵裝置平面示意圖；圖2為還原煉鐵裝置立面示意圖。其中2-空氣蓄熱器、3-燒嘴、4-熔煉爐、5-推料門、6-預還原爐、7_推料機、8_氣體處 理裝置、9-熱風閥、10-管路、11-旋轉爐臺、12-出料口、13-電極、14-煤氣換熱器、15-密封 加料器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的說明。實施例1用于熔融還原煉鐵如圖1、圖2所示，本發明還原煉鐵的裝置由熔煉爐4、預還原爐系統、進料系統、出 料系統、煙氣處理系統、空氣預熱系統、燃燒系統組成。預還原爐系統包括6臺預還原爐6、 推料機7、旋轉爐臺11。熔煉爐為電弧爐，電弧爐插有電極13。預還原爐環形排布安裝在旋 轉爐臺，預還原爐之間用管路10連接，管路上設有熱風閥門9。燃燒系統包括燒嘴3、空氣 蓄熱器2、煤氣換熱器14和氣體處理裝置8。燒嘴位手最終預還原狀態的預還原爐處，氣體 處理裝置連接到最初預還原裝態的預還原爐。預還原爐的頂部設有密封加料器15，用于清 空預還原產品后加料。氣體處理裝置8包括除塵器，壓縮機、捕滴器和電捕焦器。推料機 為液壓推料機，預還原爐兩側設有推料門5。預還原爐和連接管路的外部設有保溫層。本實施例被還原物質為呼吸殼，還原劑為木煤。所述呼吸殼是由心部成型物和外 包殼組成，心部成型物是鐵的氧化物與煤粉混合后滾球，外包殼是石灰石粉末。包殼的方法 是滾球、壓球包殼。本發明還原煉鐵的過程為，所述呼吸殼和木煤置于預還原爐中，6臺預 還原爐串聯操作，依次進行預還原和預熱，用前部預還原爐排除的還原氣體或煙氣預熱或 還原后部預還原爐中被還原物料，最后一臺預還原爐排出的尾氣預熱助燃空氣后用作燃料 氣。從最后一臺預還原爐出來的尾氣含有大量的可燃氣，經過氣體處理裝置8除塵、去焦 油、捕滴和加壓，再經煤氣換熱器換熱后，一路到空氣蓄熱器2為空氣蓄熱，一路到燒嘴作 為燃料燃燒。加熱后的空氣和燃料氣在燒嘴混合并燃燒，加熱最終預還原狀態的預還原爐， 該預還原爐的溫度為1600°C，其它預還原爐的溫度依次為1400°C、1200°C、1000°C、800°C 和600°C。出最后一臺預還原爐尾氣溫度為400°C。使經過最終預還原爐的煤氣燃燒后的 氣體和呼吸殼還原后的煤氣經過其它預還原爐、管路10、從剛清空并重新裝料的預還原爐、 煤氣換熱器14中通過，進入氣體處理裝置8。最終預還原爐溫度達到規定的溫度后，燒嘴 停止加熱，切斷最終還原爐兩側的熱風閥9，打開推料門5，啟動推料機7將預還原后物料通 過出料口 12推入熔煉爐4中進行熔化分離。然后順時針轉動旋轉爐臺，使1400°C的預還原爐對準燒嘴，清空的預還原爐對準尾氣出口管路，通過密封加料器15為清空的預還原爐加 料。打開熱風閥，點燃燒嘴，繼續進行還原過程。實施例2用于生產電石本發明另一實施方案為用圖1、圖2所示的裝置生產電石，此時，預還原爐為碳酸 鈣分解爐，熔煉爐4為電石熔煉爐。物料為呼吸殼，呼吸殼內只由含碳物質和催化劑組成。 電石生產過程與實施例1相同，先將只包有含碳物質的呼吸殼置于各個預還原爐中，依次 進行碳酸鈣還原(加熱分解)和預熱，最終預還原爐加熱至1100 190(TC，生成石灰，切斷 最終預還原爐兩側的熱風閥9，打開推料門5，啟動推料機7，將石灰通過出料口 12推入熔煉 爐4中進行電石生產。被空氣蓄熱器加熱到500 1200°C的空氣與被煤氣換熱器14預熱 到100 500°C的含碳燃料氣體或煤氣進入燒嘴燃燒后，將最終預還原爐中的呼吸殼，加熱 到1100 1900°C之間后，呼吸殼的碳酸鈣物質開始分解成石灰和CO2物質。這時燒嘴停止 加熱，切斷最終預還原爐兩側的熱風閥9，打開推料門5，啟動推料機7，將預還原后物料即 石灰通過出料口 12推入熔煉爐4中進行電弧爐隔絕空氣加熱，生產電石。然后順時針轉動 旋轉爐臺11使下一預還原爐為最終預還原爐，打開一側的熱風閥9進行加熱。這時最終預 還原爐一側的熱風閥打開，另一側的熱風閥關閉。清空的預還原爐對準尾氣出口管路，通過 密封加料器15為清空的預還原爐加料，并且打開熱風閥9，使經過最終預還原爐的煤氣燃 燒后的氣體和呼吸殼還原后的煤氣經過其它預還原爐、管路10、從剛清空并裝料的預還原 爐、煤氣換熱器14中通過，進入氣體處理裝置8。其它過程與實施例1相同，不再贅述。
權利要求
1.一種還原煉鐵的方法，以天然塊礦、人造塊礦或礦粉為原料，置于預還原爐(6)中， 在還原劑的存在下進行預還原反應，預還原產品用推料機(7)推入熔煉爐(4)中進行熔煉， 生產類似于高爐生產的鐵水或直接還原鋼水，其特征是2 20臺預還原爐串聯操作，依次 進行預還原和預熱，用前部預還原爐排除的還原氣體或煙氣，預熱或還原后部預還原爐中 準備進行預還原物料，最后一臺預還原爐排出的尾氣經煤氣換熱器(14)預熱處理后的煤 氣，再經氣體處理裝置(8)進行處理后用作燃料氣；所述還原劑為木煤、含10%以上CO+烴 類物質的煤氣或其它含碳物質；所述預還原溫度為800 1900°C，所述尾氣經氣體處理裝 置去焦油、加壓等過程后用作燃料。
2.根據權利要求1所述還原煉鐵的方法，其特征是所述木煤為經預處理后的農作物 秸稈、果實，干果果殼，樹木的枝、葉、木屑，或它們的混合物；所述預處理的方法為農作物秸 稈、果實，干果果殼，樹木的枝、葉、木屑，或它們的混合物在50 400°C進行烘干脫水后制 成粉末，或在400 120(TC溫度下隔絕空氣處理后制成粉末；木煤也包括上述物質如農作 物的秸稈直接加入預還原爐中作為還原劑。
3.根據權利要求1所述還原煉鐵的方法，其特征是所述人造礦塊為含碳包衣球團、呼 吸殼、半呼吸殼、敞開殼，塊狀或蜂窩狀含碳或非含碳成型物，允許所述呼吸殼內只含有氧 化鐵或只含有含碳物質。
4.根據權利要求3所述還原煉鐵的方法，其特征是所述呼吸殼為石灰石或白云石粉 末等物質加粘合劑包在含碳球團或含碳、含鐵球團外層的球團，所述粘合劑為硅溶膠、水玻 璃、磷酸或氧化鋁等有機或無機物質，允許在呼吸殼內外加入輔助物料如催化劑等。
5.一種實現權利要求1 4任一項所述還原煉鐵方法的裝置，包括熔煉爐、預還 原爐系統、進料系統、出料系統、煙氣處理系統、空氣預熱系統、燃燒系統，其特征是所述預 還原爐系統包括2 20臺預還原爐(6)、推料機(7)、旋轉爐臺(11)，預還原爐的頂部設有 密封加料器15，所述預還原爐環形排布安裝在旋轉爐臺，預還原爐之間用管路(10)連接， 管路上設有熱風閥(9)；燃燒系統包括燒嘴(3)、空氣蓄熱熱器O)、氣體處理裝置(8)和煤 氣換熱器(14)，燒嘴位于最終預還原狀態的預還原爐處，氣體處理裝置連接到最初預還原 狀態的預還原爐。
6.根據權利要求5所述還原煉鐵的裝置，其特征是所述推料機為螺桿推料機或液壓 推料機；所述氣體處理裝置包括除塵器，壓縮機、捕滴器和電捕焦器；所述預還原爐和管 路的內部設有耐火保溫層。
7.根據權利要求5所述還原煉鐵的裝置，其特征是所述熔煉爐為電加熱爐，電弧爐、 電磁感應爐、電渣爐、電渣爐或離子爐，或上述爐型之間的組合。
8.根據權利要求5所述還原煉鐵的裝置，其特征是如圖1所示，旋轉爐臺(11)可以 轉動，預還原爐中裝有呼吸殼，被空氣蓄熱器加熱到500 1200°C的空氣與被煤氣換熱器 (14)預熱到100 500°C的含碳燃料氣體或煤氣進入燒嘴燃燒后，將最終預還原爐中的呼 吸殼，加熱到1100 1700°C之間后，呼吸殼中的物質這時可以是熔融、半熔融或固體狀態 下的物質，允許部分呼吸殼破裂并使液態的金屬鐵流出，這時燒嘴停止加熱，切斷最終預還 原爐兩側的熱風閥(9)，打開推料門(5)，啟動推料機(7)，將預還原后物料通過出料口(12) 推入熔煉爐中進行融化分離。然后順時針轉動旋轉爐臺(11)使下一預還原爐為最終 預還原爐，打開一側的熱風閥(9)進行加熱。這時最終預還原爐一側的熱風閥打開，另一側的熱風閥關閉。清空的預還原爐對準尾氣出口管路，通過密封加料器(15)為清空的預還原 爐加料，并且打開熱風閥(9)，使經過最終預還原爐的煤氣燃燒后的氣體和呼吸殼內氧化鐵 還原后釋放的煤氣經過其它預還原爐、管路(10)、從剛清空并裝料的預還原爐、煤氣換熱器 (14)中通過，進入氣體處理裝置(8)。
9.根據權利要求5所述還原煉鐵的裝置，其特征是本發明也可以用含10%以上CO+ 烴類物質的煤氣，溫度在900 1700°C的高溫氣體進入最終預還原爐對物料進行熱載體加 熱，允許煤氣與含氧氣體進行部分燃燒反應以提高溫度，這時使用的呼吸殼內的物質只為 氧化鐵和輔助催化物質，其中呼吸殼內物質不含碳或少含碳，此時，氣體具有還原作用。
10.根據權利要求5所述還原煉鐵的裝置，其特征是本發明也適用其它碳還原的化 學過程，如電石生產過程，黃磷及磷酸制取；以電石為例，物料為呼吸殼，呼吸殼內只由含 碳物質和催化劑組成，呼吸殼外殼主要由碳酸鈣組成；按圖1所示，最終預還原爐加熱至 1100 1900°C，然后推入電石熔煉爐中，此時，圖1中預還原爐為碳酸鈣分解爐，熔煉爐⑷ 為電石熔煉爐。
11.根據權利要求5所述還原煉鐵的裝置，其特征是煉鐵爐、電石爐等適合用碳還原 的生產過程，采用上述呼吸殼；預還原爐可以多種多樣，可以是各式豎爐、類似焦爐的隔絕 空氣加熱爐、轉底爐、帶有一對或多對蓄熱器加熱的加熱爐；加熱到較高的溫度并使呼吸殼 內的物質產生一定的還原度，然后推入或以其它方式加入到各式熔煉爐中。
全文摘要
本發明提供一種還原煉鐵的方法和裝置，以天然塊礦或人造塊礦為原料，置于預還原爐中，在還原劑的存在下進行預還原反應，預還原產品用推料機推入熔煉爐中進行熔煉，生產類似于高爐生產的鐵水或直接還原鋼水，2～20臺預還原爐串聯操作，依次進行預還原和預熱，用前部預還原爐排除的還原氣體或煙氣預熱或還原后部預還原爐中被還原物料。本發明多臺預還原爐串聯操作，充分利用余熱，既節省能源，又提高還原煉鐵的效率，節約占地面積；利用木煤為煉鐵的還原劑，灰分低，熱值高，活性高，還原速度塊，還原效果好，產品質量好。
文檔編號F27B19/04GK102051426SQ20091007583
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月2日 優先權日2009年11月2日
發明者賈會平 申請人:賈會平