专利名称：利用焦炉煤气生产直接还原铁的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及直接还原铁的冶炼，特别涉及一种利用焦炉煤气作为还原剂生产直接还原铁的方法。本发明还涉及一种用于该方法生产直接还原铁的设备。
背景技术：
目前，世界上直接还原铁的产量已达4000多万吨，其中90％是利用天然气经裂解后产生的CO和H2作为还原剂，其典型的生产方法是美国的Midrex法，这种生产直接还原铁的方法没有在我国得到发展，其主要原因是1、我国天然气资源比较缺乏，而且价格昂贵，大部分用在作为化工原料和民用燃气，用来生产直接还原铁成本太高。
2、天然气必须经过裂解，使其主要成分CH4分解为CO+H2才能作为还原剂使用，裂解炉需要大量耐高温不锈钢，工艺复杂，投资很高。
我国目前焦炭产量已达1.78亿吨，其中约40％是在独立焦化厂中生产的，而在独立焦化厂中由于缺乏煤气用户，大量的焦炉煤气被放散，造成能源的极大浪费，特别是宝贵的焦煤资源的极大浪费。
经检索尚未发现利用焦炉煤气作为还原剂，进行气-固相反应，对氧化球团和一般富铁矿进行还原，实现生产直接还原铁的方法及设备。
已检索到的公开号为CN1438331A的“煤气一步法生产直接还原铁的工艺方法及生产设备”，是使用高温煤气作为加热的载热体，主要利用混合在球团矿中的碳与矿石中的氧化铁进行固-固相之间的还原反应，实现对原料含碳铁球团矿的直接还原。而且其设备是利用焦炉式的炉子，还原室夹在还原气室和集气室之间，还原气通过还原室的路程短，接触时间少，因而还原气的利用率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用焦炉煤气生产直接还原铁的方法，用以提高作为钢铁生产主要原料的焦煤资源的利用率，同时简化直接还原铁生产工艺，降低生产设备投资和生产成本。
本发明的目的还在于提供一种适合利用焦炉煤气高效率生产直接还原铁的设备。
实现本发明目的利用焦炉煤气生产直接还原铁的方法是a、用加热炉将焦炉煤气加热到900-950℃，作为还原剂由下部送入竖炉中对球团矿或富铁矿进行还原；b、还原后的炉顶气从竖炉的上部导出，进行净化和降温，并使炉顶气中由还原产生的气态H2O冷凝析出。
c、经净化和降温的炉顶气，一部分送到加热炉燃烧后加热焦炉煤气，另一部分在加热炉前掺入焦炉煤气中，使炉顶气中的CO2和H2O在加热炉900-950℃温度下与焦炉煤气中CH4发生反应，生成CO和H2参与还原反应。
本发明利用焦炉煤气生产直接还原铁的适用设备是采用竖炉作为还原炉，与竖炉相配置有蓄热式加热炉，其加热炉的焦炉煤气进口装配煤气加压机，热焦炉煤气输出管接至竖炉下部的环形热煤气送入管；与竖炉上部的炉顶气导出口相连接依次安装重力除尘器、文氏管和洗涤塔，并经管路连接至加热炉的助燃空气接入管和焦炉煤气输送管；在竖炉的上端装配有双钟式炉顶，在竖炉的下端设置有齿辊式下料机，下料机的下端连接中间罐，中间罐的下端设置装配有上密封阀和下密封阀的出料罐；与双钟式炉顶相配置有由矿料槽、振动给料器、秤量计和卷扬式上料机组成的上料装置。
本发明利用焦炉煤气生产直接还原铁的适用设备还可包括与出料罐相配置有由冷却气体控制阀、冷却洗涤器和冷却气体加压机组成的循环冷却气系统。
本发明利用焦炉煤气替代天然气，不经裂解直接加热后作为还原剂用于生产直接还原铁的依据为1、焦炉煤气中的主要成份含H260-65％，含CO6-8％，含CH420-25％，不经裂解仅利用其中H2和CO，在900℃温度下即可对铁矿石进行还原。
2、由于我国焦炉煤气大部分作为燃料燃烧，CH4仅作为在还原过程中的热载体，仍存在于炉顶气中，因此CH4即使不参加反应，在炉顶气中仍可以保留其热值，不影响其使用价值。
3、实际上在竖炉还原过程中部分CH4可以与还原反应过程中产生的CO2和H2O反应
产生的CO+H2，仍将参与还原反应。
4、将经过清洗后的一部分炉顶气掺入焦炉煤气中，在加热过程中，炉顶气中的CO2和H2O也将与焦炉煤气中CH4发生上述两个反应，产生CO和H2参与还原反应。
本发明利用焦炉煤气生产直接还原铁，与Midrex法相比较，使工艺流程大大简化，建设投资和生产成本大幅度降低。并且使宝贵的焦煤资源得到充分利用，一吨焦煤生产的焦炭不仅可以通过高炉生产出1.5吨铁水，而且其产生的煤气可以生产出0.4吨直接还原铁，使作为钢铁生产主要原料的焦煤资源利用率提高了30％。
本发明采用技术相对成熟的竖炉、双钟式炉顶、齿辊式下料机、蓄热式加热炉等组成本发明的适用设备，具有设备结构简单，投资少，工作稳定可靠，生产效率高的特点。
附图是本发明设备配置及工艺流程图。
具体实施例方式
结合附图和实施例对本发明作进一步说明实施例一球团矿或高品位富铁矿储存于矿料槽1中，经振动给料器2、电子秤量计3把原料加入卷扬式上料机4的料车中，由卷扬机运送至炉顶，经双钟式炉顶5将矿料均匀送入竖炉6中。竖炉由钢壳和耐火材料内衬构成，竖炉下部设有经若干个喷射口连通至竖炉内的环形热煤气送入管12。竖炉还原用的焦炉煤气是经煤气加压机16加压后送入蓄热式加热炉17，将煤气加热到950℃，经热煤气送入管送入竖炉内对球团矿进行还原。还原以后的炉顶气从竖炉上部导出，经配置的重力除尘器18、文氏管19、洗涤塔20进行净化和降温，并使炉顶气中由还原产生的气态H2O冷凝析出。经降温洗涤后的炉顶气一部分送到加热炉燃烧后加热焦炉煤气，另一部分在加热炉前掺入焦炉煤气中，使炉顶气中的CO2和H2O在加热炉950℃温度下与焦炉煤气中CH4发生反应，生成CO和H2参与还原反应。其余部分煤气可并入外网，作为焦炉或其它工业炉窑加热用。还原以后的直接还原铁经装配于竖炉下端的齿辊式下料机7对粘结成块的产品破碎，使其均匀的落入中间罐8中。置于中间罐中的产品经过上密封阀9进入出料罐10内，之后再经出料罐下端配置的下密封阀11卸出。卸出的高温产品装入保温罐中直接加入电炉。
实施例二如附图，在工艺流程和设备配置同实施例一的基础上，设置由冷却气体控制阀13、冷却洗涤器14和气体加压机15组成的循环冷却气系统，用于对进入出料罐10内的高温产品进行冷却。其冷却介质使用氮气，也可采用焦炉煤气或净化后的炉顶气。在出料罐内的直接还原铁冷却至＜100℃后，打开下密封阀11，将成品直接还原铁卸在输送机械上运至仓库储存或外销。
权利要求
1.一种利用焦炉煤气生产直接还原铁的方法，其特征在于a、用加热炉将焦炉煤气加热至900-950℃，作为还原剂由下部送入竖炉中对球团矿或富铁矿进行还原；b、还原后的炉顶气从竖炉的上部导出，进行净化和降温，并使炉顶气中由还原产生的气态H2O冷凝析出；c、经净化和降温的炉顶气，一部分送到加热炉燃烧后加热焦炉煤气，另一部分在加热炉前掺入焦炉煤气中，使炉顶气中的CO2和H2O在加热炉900-950℃温度下与焦炉煤气中CH4发生反应，生成CO和H2参与还原反应。
2.一种利用焦炉煤气生产直接还原铁的设备，包括有竖炉(6)，其特征在于与竖炉相配置有蓄热式加热炉(17)，其加热炉的焦炉煤气进口装配煤气加压机(16)，热焦炉煤气输出管接至竖炉下部的环形热煤气送入管(12)；与竖炉上部的炉顶气导出口相连接依次安装重力除尘器(18)、文氏管(19)和洗涤塔(20)，并经管路连接至加热炉的助燃空气接入管和焦炉煤气输送管；在竖炉的上端装配有双钟式炉顶(5)，在竖炉的下端装配有齿辊式下料机(7)，下料机的下端连接中间罐(8)，中间罐的下端设置装配有上密封阀(9)和下密封阀(11)的出料罐(10)；与双钟式炉顶相配置有由矿料槽(1)、振动给料器(2)、秤量计(3)和卷扬式上料机(4)组成的上料装置。
3.根据权利要求2所述的利用焦炉煤气生产直接还原铁的设备，其特征在于与出料罐(10)相配置有由冷却气体控制阀(13)、冷却洗涤器(14)和冷却气体加压机(15)组成的循环冷却气系统。
全文摘要
利用焦炉煤气生产直接还原铁的方法及其设备，其方法是用加热炉将焦炉煤气加热至950℃作为还原剂，送入竖炉中对球团矿或富铁矿进行还原，还原后的炉顶气从竖炉上部导出，进行净化和降温，净化和降温后的炉顶气一部分送到加热炉燃烧后加热焦炉煤气，另一部分在加热炉前掺入焦炉煤气中，使炉顶气中的CO
文档编号C22B5/12GK1772929SQ20051001282
公开日2006年5月17日 申请日期2005年9月15日 优先权日2005年9月15日
发明者胡嘉龙, 梁文玉 申请人:中冶东方工程技术有限公司