专利名称：“一步半”熔融还原炼铁法的制作方法
技术领域：
本发明属于治金生产领域中一种非高炉熔融还原炼铁的方法，具体地说是一种将“步法”、“二步法”结合并改进的含碳铁氧化物“一步半”熔融还原炼铁法。
背景技术：
目前高炉仍然是冶金行业中炼铁的主力军。但由于高炉流程长、基建费用高、设备复杂、能耗高、环境条件差，在市场能源紧张、竞争日益激烈的情况下，人们的目光不得不转向开发新的炼铁工艺和炼铁设备。
无焦低污染是炼铁新工艺的目标。世界上新的熔融还原工艺基本上分为两种类型一种是直接使用粉矿和非焦煤冶炼的称为一步熔融还原法，也称铁浴法。代表方法如俄罗斯的Romelt、澳大利亚Ausmelt公司开发的AusIron法，预还原率为0。另一种方法是带有预还原的称为二步熔融还原法，也称炉床法或还原熔融法。代表方法如COREX法。
一步法熔融还原的难点是液态铁氧化物与碳反应是一个吸热反应，要保持铁氧化物的液态状态，需要非常高的温度。一般由熔融还原所生成金属的熔化温度要比液态铁氧化物高出约200℃～400℃。这种工艺在设计上优先熔化氧化铁，而不是还原氧化铁。正是由于这个原因和熔融还原的吸热反应特征，生成的金属和炉渣容易凝固，这个问题给工艺带来了麻烦。另外，一步法熔融还原还存在耐火材料消耗高和生产周期短的敝端，大量产生的CO气体利用也需要引起足够的重视。
二步法熔融还原，是先将铁氧化物进行预还原，然后将预还原物再送入熔分炉进行渣铁分离，因此它是以间接还原为主的还原反应。二步法熔融还原或将预还原后的炉料降温后再送至熔分炉；或将熔分炉产生的煤气简单地通过炉料进行预还原，过程均产生大量的热能损失。因此，二步法熔融还原虽然难度较小，但碳消耗量较高。典型的二步熔融还原工艺COREX法的预还原率达到90％，与高炉比，它更多地依靠间接还原。虽已大规模投入工业生产，不需要烧结和焦炭，但煤耗和氧耗均较高，分别达到1.1t和500m3，包括制氧设备在内的投资巨大，生产成本接近高炉，仅仅略低三、发明内容针对一步法和二步法存在的问题，本发明的目的是提供一种新的“一步半”熔融还原炼铁法，它既具有一步法熔融还原铁的直接还原反应速度快的特点，又具有二步法熔融还原预还原率高的特点。
本发明是将经预热、预还原后的高温炉料直接送入熔分炉，而不是降温后再进行熔分。同时，也不是将熔分炉产生的高温煤气简单地通过炉料层进行预还原，而没有充分利用高温煤所携带的物理热和化学能。本发明将炉床上的预热区、固态还原区和连接其后的熔分区设计在同一炉膛内，熔分区产生的高温煤气在固态还原区就地进行二次燃烧，释放物理热和化学能，使炉料从固态还原区进入熔分区时已接近熔化状态。因此，在固态还原区的末端与熔分区的上层炉料状态是相近的，两步之间没有明显的分界，且又有别于一步法的直接还原，故称为“一步半”熔融还原炼铁法。
本发明采取的技术方案在原一步法、二步法熔融还原炼铁法的基础上，将二者结合并进行改进，其特征在于炉床上的预热区、固态还原区和连接其后的熔分区设计在同一炉膛内，炉床可以采用各种移动床；将经预热区预热后的炉料在固态还原区进行预还原，并优先利用熔分区产生的含有大量CO的高温煤气进行二次燃烧来预热、焙烧炉料，使炉料达到近乎熔化状态；接着将近乎熔化的炉料直接排入熔化区，在熔分区进一步还原—渗碳——熔化，并使渣铁分离。
本发明的工艺过程是碳质还原剂(煤、焦炭和石油焦等)与含铁氧化物(铁矿石、高炉灰、炼钢灰、电炉灰和轧屑等)按一定比例混合后，形成含碳铁氧化物——炉料，炉料经过干燥后送至炉床上。设备启动时，利用点火嘴点火(正常生产后，有时点火嘴可以不用)。炉料在炉床预热区预热、点火后，进入固态还原区。固态还原区的下部送入热风，使炉床上的高温层向下延伸(上述类似于移动床锅炉的点火、着火方式)。炉料的上方有来自熔分区的含有大量CO的高温煤气在固态还原区进行二次燃烧，为固态还原区提供一部分热能，这也是能源综合利用的一部分。固态还原区的温度一般控制在1200℃～1300℃，对炉料进行焙烧。而在接近熔分区的部位，温度应达到1350℃左右，使炉料接近熔化状态，预还原率可达到90％以上。再将接近熔化的炉料直接进入熔分区，在熔化区进一步还原——渗碳——熔化，并使渣铁分离，并不断向熔分区加入燃料、熔剂。
纯铁的熔点是1539℃，通过熔解碳来降低熔点是必要的，因此，炉料熔化的起点基本上是由固态还原铁粒子中的残留碳决定的。在熔化起点，由于被这样的残碳和CO气体的渗碳，这种还原铁粒子的熔点降低，因而还原铁迅速熔化。为了保证这种快速熔化，还需要在熔分区中保留足够的碳，利于渗碳，降低其熔点，并引起快速熔化。在熔分区内添加煤，一方面为进一步直接还原提供还原剂，同时作为燃料为直接还原和渣铁分离提供能量。在熔化区进一步还原——渗碳——熔化，完成渣铁分离。
熔分区的燃料可以是块煤或喷吹煤粉、焦粉，也可以是油或天然气。当熔分区的燃料采用煤粉、焦粉或油、天然气时，熔分区内补充煤可适量少加或不加。
本发明将熔分区与预热区、固态还原区设计在同一炉膛内，熔化区直接还原产生的含有大量CO、H等的高温煤气可直接进入固态还原区，在固态还原区与熔分区的结合部设置助燃烧嘴，使高温煤气进行二次燃烧，为固态还原区增加部分热能。
金属铁中的硫主要来自铁矿石和煤、焦炭和石油焦等，为了得到含硫量低的金属铁，可在含碳铁氟化物原料中掺入CaO(石灰或石灰石等)，总碱性(CO/SiO2比例)的值为0.6-1.8，最后得到的金属铁的S含量可以减少到0.10或以下。
本发明有以下几大特点1、本发明的优点是无焦、低污染，并可大幅度降低能源消耗，热效率高，有效降低生产成本。
2、有较好的产品质量。采取措施降低S含量后，可以达到高炉铁水的品质。
3、本发明的生产工艺控制比较容易，对预还原率没有严格的要求。
4、设备简单，投资少，建设周期短。
5、采用本发明方法，生产效率高，炉床底面积生产率可达300Kg/m2·h以上。
四
附图为本发明示意图。
五、具体实施方法附图为本发明的一个实施例。
如图所示，炉床4上的预热区1、固态还原区2和连接其后的熔分区3设计在同炉膛内。炉床4可以采用各种移动床。碳质还原剂(煤、焦炭和石油焦等)与含铁氧化物(铁矿石、高炉灰、炼油钢灰、电炉灰和轧屑等)按一定比例混合后，形成含碳铁氧化物—炉料，炉料经过干燥后(可直接)送至炉床4上，炉料在炉床4的作用下向后(即熔化区方向)移动。炉床4上的炉料料层厚度在100mm～300mm，甚至更厚。设备启动时，用点火嘴5、抽风机6抽风点火。正常生产后，有时可不用点火嘴5，抽风机6将炉内部分高温烟气抽出。炉料在预热区1被预热，其中的碳质原料被点燃(当采用低燃点的碳质原料时，抽风机6可以不用，仅靠炉拱来实现)。炉料随着炉床4移动到固态还原区2，炉料在此被高温焙烧。炉床4底部装有炉篦板，从炉床4下部鼓入温度为300℃～600℃的热风。在固态还原区2与熔分区3的结合部设置有助燃烧嘴9，从熔分区3过来的高温煤气，经助燃烧嘴9点火后，在固态还原区2释放其携带的物理热和化学能，并通过二次燃烧风机10、风口11鼓入助燃空气，使煤气充分燃烧(当采用风机7鼓入过量预热过的热风助燃时，二次助燃风系统可以不用)。固态还原区2的温度一般控制在1200℃～1300℃，而且接近熔分区3的部位，温度达到1350℃左右，使炉料接近熔化状态。为了充分利用余热，提高热效率，节约能源，可在预热区1烟气排出口处设置换热器17，炉床4下部鼓入的热风，也可以是由风机7鼓入经换热器17预热的热风。
炉料经固态还原区2直接进入熔化区3。为满足进一步还原——渗碳——熔化及脱硫的需要，在熔化区3设有熔剂仓12、煤仓13和熔分区3的加料装置14等，熔剂仓12中的熔剂、煤仓13中的煤经加料装置14加入熔分区3。熔分区3的底层内布有煤层，煤层中的煤一般为颗粒煤，接近熔化的炉料进入熔分区3内后，随时补充颗粒煤。当熔分区3的燃料采用煤粉、焦粉喷射燃烧或采用油、天然气时，可少加或不加颗粒煤。同时，风机8向熔分区3内鼓入空气，使熔分区3中的燃料燃烧，来加速炉料的还原——渗碳——熔化。鼓入熔分区3的空气可以是含氧量≥30％的富氧空气。熔化区3中的炉料经还原——渗碳——熔化，并渣铁分离后生成的铁和渣分别从出铁口15、出渣口16排出。
由上可知，本发明具有热效率高、节约能源、无污染，成本低，有较好的产品质量，生产工艺简便，易控制，设备简单、投资少，生产效率高等特点。
权利要求
1.一种碳质还原剂与含铁氧化物按一定比例混合后，形成含碳铁氧化物——炉料、送至炉床(4)上经预热、预还原、熔分还原成铁的“一步半”熔融还原炼铁法，其特征是炉床(4)上的预热区(1)、固态还原区(2)和连接其后的熔分区(3)设计在同一炉膛内，炉床(4)可以采用各种移动床；将经预热区(1)预热后的炉料在固态还原区(2)进行预还原，并优先利用熔分区(3)产生的含有大量CO的高温煤气进行二次燃烧来预热、焙烧炉料，使炉料达到近乎熔化状态，接着将近乎熔化状态的炉料直接排入熔化区(3)，在熔化区(3)进一步还原——渗碳——熔化，并使渣铁分离。
2.根据权利要求1所述的“一步半”熔融还原炼铁法，其特征是工艺过程碳质还原剂与含铁氧化物按一定比例混合后，形成含碳铁氧化物炉料，炉料经过干燥后送至炉床(4)上，设备启动时，利用点火嘴(5)点火，炉料在炉床(4)预热区(1)预热、点火后，进入固态还原区(2)；固态还原区(2)的下部送入热风，使炉床(4)上的高温层向下延伸，炉料的上方有来自熔分区(3)的含有大量CO的高温煤气在固态还原区(2)进吹二次燃烧，为固态还原区(2)提供一部分热能；固态还原区(2)的温度一般控制在1200℃～1300℃，对炉料进行焙烧，而在接近熔分区(2)的部位，温度应达到1350℃左右，使炉料接近熔化状态；再将接近熔化的炉料直接进入熔分区(3)，在熔分区(3)进一步还原——渗碳——熔化，并使渣铁分离，并不断向熔分区(3)加入燃料、熔剂。
3.根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法，其特征是在固态还原区(2)与熔化区(3)的结合部设置助燃烧嘴(9)，使高温煤气进行二次燃烧。
4.根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法，其特征是熔分区(3)的燃料可以是块煤或喷吹煤粉、焦粉，也可以是油或天然气；当熔分区(3)的燃料采用煤粉、焦粉或油、天然气时，熔分区(3)内补充煤可适量少加或不加。
5.根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法，其特征是炉床(4)底部装有炉篦板，从炉床(4)下部鼓入温度为300℃～600℃的热风。
6.根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法，其特征是在预热区(1)烟气排出口处设置换热器(17)；炉床(4)下部鼓入的热风也可以是由风机(7)鼓入经换热器(17)预热的热风。
7.根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法，其特征是在熔分区(3)设有熔剂仓(12)、煤仓(13)和熔分区(3)的加料装置(14)，熔剂仓(12)中的熔剂、煤仓(13)中的煤经加料装置(14)加入熔分区(3)。
8.根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法，其特征是炉床(4)上的炉料料层厚度在100mm～300mm，甚至更厚。
9.根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法，其特征是鼓入熔分区(3)的空气可以是含氧量≥30％的富氧空气。
全文摘要
本发明分开了一种“一步半”熔融还原炼铁法，是将原“一步法”、二步法熔融还原炼铁法结合并改进，将预热区(1)、固态还原区(2)和连接其后的熔分区(3)设计在同一炉膛内，炉料经预热在固态还原区(2)预还原，炉床(4)下部鼓入热风，熔分区(3)出来的高温煤气在固态还原区(2)进行二次燃烧，为该区提供部分热能，以提高热能利用率。经固态还原区(2)预还原后的近乎熔化的炉料直接进入熔分区(3)，进一步还原—渗碳—熔化，并渣铁分离。因此，具有热效率高，节约能源，无污染，成本低，有较好的产品质量，生产工艺简单、易控制，设备简单，投资少，生产效率高等特点。
文档编号C21B11/00GK1570153SQ20041002399
公开日2005年1月26日 申请日期2004年5月12日 优先权日2004年5月12日
发明者李振洪, 李同仲 申请人:李振洪