专利名称：一种适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及炼铁领域中熔融还原炼铁工艺，特别涉及一种适合宽粒度 分布的粉铁矿预还原工艺及其装置。
背景技术：
多级流化床预还原粒度〈8mm的烧结用粉铁矿是二步法熔融还原炼铁 工艺的主要预还原工艺之一。对于粒度分布特别宽(最大粒径为8mm，最 小粒径O.lmm)的烧结用粉铁矿流态化还原工艺，在传统的圆柱型流化床 反应器内流化质量差，有大量的较小粒度粉铁矿扬析。圆柱型流化床是常 用的流化床型，结构简单、制作容易、设备容积利用率高，由于圆柱型流 化床内径均一，对于粒度均匀的反应物料，在流化床中可以得到均匀的流 化，但对于宽粒度分布的反应物料，为了保证大粒度的反应物料流化，需 要流化床的操作气速很高，在此操作气速条件下，产生大量的细颗粒扬析， 增加了旋风除尘器的压力，降低了原料利用率。圆锥型流化床可以部分解 决粒度分布宽的颗粒流化，在流化床底部的高气速可以保证粗颗粒的流态 化，同时顶部的低气速可以抑制细颗粒的扬析，减少粉尘率，可以在较低 气速条件下获得较好的流化质量。但在单一的圆锥型流化床反应器内，对 于粒度分布宽的原料，单一锥度流化床很难满足高质量流化要求，而且如 果考虑流化床总高等因素，圆锥型流化床的高度设计也非常困难。发明内容本发明的目的在于开发 一 种适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺及 其装置，可有效保证宽粒度分布的粉铁矿原料高质量流态化，从而加强流 化床内粉铁矿的加热和反应。为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种适合宽粒度分布粉铁矿流态化反应的组合流化床反应器和工艺要求如下步骤
一种适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺，采用组合式流化床反应 器，该组合式流化床反应器由位于下部的圆柱型流化床和上部的圆锥型流 化床组合而成；其包括如下歩骤a) 粒度《mm的粉铁矿由料仓添加到圆柱型流化床中，作为反应介质 和流化介质的煤气从圆柱型流化床底部通入；粒度〉2mm的粉铁矿 在圆柱型流化床形成湍流状态；组合式流化床反应器内温度保持在 650-950°C，压力在0.2-1.0Mpa，圆柱型流化床气速为3-25m/s;b) 粒度0.5mm的粉铁矿随着煤气带离圆柱型流化床进入上部的圆锥 型流化床，在圆锥型流化床内继续上升到一定高度；随着圆锥型流 化床上部气体速度的降低，圆锥型流化床上端气速0.5m/s;粉铁矿 与煤气分离反混到流化床下部，粒度O.05mm的粉铁矿随着煤气进 入热旋风分离器分离返回到流化床中或进入下一级流化床反应器；c) 反应后的粉铁矿通过下料管进入下一级流化床反应器或熔融气化 炉。进一歩，所述的组合流化床反应器由下部的圆柱型流化床和上部的圆 锥型流化床组合而成，二者由气体分布板联接或者自由联接。 粉铁矿最大颗粒直径与最小颗粒直径比>8。 中通入的煤气有效成分H2%+CO%〉50%。 通过热旋风分离器回收流化床内的铁矿石细粉。另外，本发明的一种用于粉铁矿预还原工艺的组合式流化床反应器， 包括圆柱型流化床和圆锥型流化床；圆锥型流化床位于圆柱型流化床上 部，二者由气体分布板联接或者自由联接。所述的圆锥型流化床上端最大内径与圆柱型流化床内径比>1.5。所述的圆锥型流化床部分高度与圆柱型流化床高度比< 6 。所述的圆锥型流化床的锥度为10° ~60° 。圆柱型流化床保持气速3-25m/s，保证了粒度》mm的大颗粒粉铁矿湍 流状态，粒度0.5mm的粉铁矿迅速从圆柱型流化床带离(或经过气体分 布器)进入上部的圆锥型流化床，其它粒度的粉铁矿在组合流化床中间部 位分层分布，在圆锥型流化床上部由于气速的降低，到达圆锥型流化床上 端气速0.5m/s，大部分粉铁矿回落反混，<0.05mm的细粉铁矿随煤气进入
热旋风分离器分离返回到流化床中。组合流化床反应器下部的圆柱型流化床型成的高气速可以保证大颗 粒的反应物料保持湍动流态化状态，在组合流化床反应器上部的气流速度下降则加强流化床内夹带的小颗粒粉料的反混。对于最大粒径达到8mm 的粒度分布宽的粉铁矿流态化反应，可有效降低夹带和扬析，降低流化床 总高，同时保持流化床下部密床部分的湍动剧烈，有效防止流化床下部产 生粘结。由圆柱型流化床和圆锥型流化床组合而成的流化床反应器，可以 综合圆柱型流化床结构简单的优点，同时保证宽粒度条件下原料的流化质 量，与圆锥型流化床相比，组合流化床设计更加灵活，对不同粒度组成的 原料，组合流化床可以更加灵活的调整，控制流化床总高。在一定条件下，圆柱型流化床和圆锥型流化床的联接可以省去气体分 布板，简化流化床的结构，减少了气体通过气体分布器的压损。本发明的有益效果本发明工艺对于宽粒度分布的粉铁矿原料，由于各种粒度的粉铁矿在 流化床中分层，各粒度的粉铁矿都能获得高质量的流态化，提高了流化床 反应器内的化学反应动力学条件，提高了流化床的反应效率。相对单一的 圆锥型流化床，组合流化床上部的圆锥型流化床设计更加灵活，在保证同 样的流化质量条件下，流化床高度可以大大降低。图面说明
图1是本发明工艺第一实施例的流程示意图； 图2是本发明工艺第二实施例的流程示意图； 图3是本发明工艺第二实施例的流程示意图。
具体实施方式
实施例1参见图l，粉铁矿1和熔剂2原料混合进入料仓3中，原料(粒度〈8mm) 添加到圆柱型流化床'4的下部，煤气7 (还原度112%+(20%>50%)从圆柱 流化床4底部通入，圆柱型流化床4内气速为4m/s， >2mm的大颗粒原料 在圆柱型流化床4内保持湍动状态，小粒度原料逐级带离圆柱型流化床4，
在圆锥型流化床5 (锥度为2(T )中分层流态化，由于随着高度上升，圆锥型流化床5的截面积增加，煤气流速也相应减小，圆锥型流化床5 ..匕端 气速0.5m/s，大量的粉矿原料反混到下部的密床中，粒度O.05mm进入热 旋风分离器6中，分离的细粉原料也反混到下部的密床中。流态化过程中， 流化床内压力保持在0.3MPa，温度保持在67(TC，粉铁矿与煤气发生还原 反应，反应后的粉铁矿还原度达10-25%，并通过下料管8到下一级流化 床进一步还原。反应后的煤气经过煤气净化装置9净化循环利用或者用于 发电、制造化工产品等其它用途。实施例2参见图2，反应物原料(粒度〈8mm)通过上一级流化床下料管10添 加到圆柱型流化床4的下部，煤气7 (还原度1"12%+(:0%>60%)从圆柱型 流化床4底部通入，圆柱型流化床4内气速为24m/s， >2mm的大颗粒原 料在圆柱型流化床4内保持湍动状态，小粒度原料逐级带离圆柱型流化床 4，在圆锥型流化床5 (锥度为5(T )中分层流态化，由于随着高度上升， 圆锥型流化床5的截面积增加，煤气流速也相应减小，圆锥型流化床5上 端气速〈0.5m/s，大量的粉矿原料反混到下部的密床中，粒度O.05mm进入 热旋风分离器6中，分离的细粉原料也反混到下部的密床中。流态化过程 中，流化床内压力保持在l.OMPa，温度保持在90(TC，粉铁矿与煤气发生 还原反应，反应后的粉铁矿还原度达20-50%，并通过下料管10'到下一 级流化床进一步还原，反应后的煤气7'进入上一级流化床中作为反应介 质和流化介质。实施例2与实施例1的差别是实施例2中的流化床原料为上一级流 化床反应产物，从上--级流化床的下料管加料，流化床中反应后的煤气则 通入到上--级流化床中作为反应介质和流化介质。而且由于流化床中粉铁 矿原料和煤气不同，反应后粉铁矿的还原度也不同。实施例3参见图3，反应物原料(粒度〈8mm)通过上一级流化床下料管10添 加到圆柱型流化床4的F部，煤气7 (还原度112%+(:0%>80%)从圆柱型
流化床3底部通入，圆柱型流化床3内气速为10m/s， >2mm的大颗粒原 料在圆柱型流化床3内保持湍动状态，小粒度原料逐级带离圆柱型流化床 3，在圆锥型流化床5 (锥度为55。)中分层流态化，由于随着高度上升， 圆锥型流化床5的截面积增加，煤气流速也相应减小，圆锥型流化床5上 端气速0.5m/s，大量的粉矿原料反混到下部的密床中，粒度O.05mm进入 热旋风分离器6中，分离的细粉原料也反混到下部的密床中。流态化过程 中，流化床内压力保持在0.9MPa，温度保持在70(TC，粉铁矿与煤气发生 还原反应，反应后的粉铁矿还原度达60-95%,并通过下料管10'到熔融 气化炉终还原冶炼铁水，反应后的煤气7'进入上一级流化床中作为反应 介质和流化介质。实施例3与实施例1、 2的差别是实施例3中的流化床原料为上--级流化床反应产物，还原煤气为熔融气化炉产生的还原度较高的煤气，粉 铁矿在流化床中还原后添加到熔融气化炉中终还原冶炼铁水。综上所述，本发明工艺对于宽粒度分布的粉铁矿原料，由于各种粒度 的粉铁矿在流化床中分层，各粒度的粉铁矿都能获得高质量的流态化，提 高了流化床反应器内的化学反应动力学条件，提高了流化床的反应效率。 相对单一的圆锥型流化床，组合流化床上部的圆锥型流化床设计更加灵 活，在保证同样的流化质量条件下，流化床高度可以大大降低。
权利要求
1. 一种适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺，采用组合式流化床反应器，该组合式流化床反应器由位于下部的圆柱型流化床和上部的圆锥型流化床组合而成；其包括如下步骤a)粒度<8mm的粉铁矿由料仓添加到圆柱型流化床中，作为反应介质和流化介质的煤气从圆柱型流化床底部通入；粒度>2mm的粉铁矿在圆柱型流化床形成湍流状态；组合式流化床反应器内温度保持在650-950℃，压力在0.2-1.0Mpa，圆柱型流化床气速为3-25m/s；b)粒度<0. 5mm的粉铁矿随着煤气带离圆柱型流化床进入上部的圆锥型流化床，在圆锥型流化床内继续上升到一定高度；随着圆锥型流化床上部气体速度的降低，圆锥型流化床上端气速<0.5m/s；粉铁矿与煤气分离反混到流化床下部，粒度<0.05mm的粉铁矿随着煤气进入热旋风分离器分离返回到流化床中或进入下一级流化床反应器；c)反应后的粉铁矿通过下料管进入下一级流化床反应器或熔融气化炉。
2. 如权利要求1所述的适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺，其特征是， 所述的组合流化床反应器由下部的圆柱型流化床和上部的圆锥型流化 床组合而成，二者由气体分布板联接或者自由联接。
3. 如权利要求1所述的适合宽粒度分布的粉铁矿预还原I:艺，其特征是， 粉铁矿最大颗粒直径与最小颗粒直径比>8。
4. 如权利要求1所述的适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺，其特征是， 中通入的煤气有效成分H2%+CO%>50%。
5. 如权利要求1所述的适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺，其特征是， 所述的圆锥型流化床上端最大内径与圆柱型流化床内径比>1.5。
6. 如权利要求1或5所述的适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺，其特 征是，所述的圆锥型流化床部分高度与圆柱型流化床高度比<6。
7. 如权利要求1或5所述的适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺，其特 征是，所述的圆锥型流化床的锥度为10° 60° 。
8. 如权利要求1所述的适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺，其特征是， 通过热旋风分离器回收流化床内的铁矿石细粉粒度〈0.05mm。
9. 一种用于权利要求1所述的适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺的组 合式流化床反应器，其特征是，包括圆柱型流化床和圆锥型流化床； 圆锥型流化床位于圆柱型流化床上部，二者由气体分布板联接或者自 由联接。
10. 如权利要求9所述的适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺，其特征是， 所述的圆锥型流化床上端最大内径与圆柱型流化床内径比>1.5。
11. 如权利要求9所述的适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺，其特征是， 所述的圆锥型流化床部分高度与圆柱型流化床高度比<6。
12. 如权利要求9所述的适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺，其特征是， 所述的圆锥型流化床的锥度为10° ~60° 。
全文摘要
一种适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺，包括步骤a)粒度＜8mm的粉铁矿由料仓添加到圆柱型流化床中，煤气从圆柱型流化床底部通入；反应器内温度650-950℃，压力0.2-1.0MPa，圆柱型流化床内气速为3-25m/s；b)粒度＜0.5mm粉铁矿随着煤气带离圆柱型流化床进入上部圆锥型流化床，粉铁矿与煤气分离反混到流化床下部，粒度＜0.05mm粉铁矿随煤气进入热旋风分离器分离返回到流化床或进入下一级流化床反应器；c)反应后的粉铁矿进入下一级流化床反应器或熔融气化炉。本发明工艺中各种粒度粉铁矿在流化床中分层，都能获得高质量的流态化，提高了流化床反应器内的化学反应动力学条件，提高了流化床的反应效率。
文档编号C22B5/14GK101397606SQ20071004632
公开日2009年4月1日 申请日期2007年9月24日 优先权日2007年9月24日
发明者周渝生, 张友平, 李维国, 李肇毅, 范建峰 申请人:宝山钢铁股份有限公司