一种低能耗无环境污染的炼铁装置的制作方法

专利名称：一种低能耗无环境污染的炼铁装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶炼设备，具体地说，本发明是一种低能耗的、无环境污染的炼铁装置。
背景技术：
人类对钢铁的利用有超过千年的历史，钢铁对人类文明发展的贡献是毋庸置疑 的。随着生产力的发展，人们对钢铁的需求不管是在质上还是量上都提出越来越高的要求， 因而对钢铁冶炼的技术提出了更高的要求。 随着冶炼技术的发展，高炉生产也空前发展，高炉容积在不断地扩大。高炉炼铁发
展到今天，消耗下降，成本降低，生产率几乎达到顶峰，为人类文明和经济发展做出巨大贡
献，现在仍然是钢铁生产的主力军。在世界钢铁工业中，炼钢生铁的供应60%左右来自高
炉，而我国几乎100%来自高炉炼铁。然而，随着时代的发展，在资源、环境、效率等条件的约
束下，高炉炼铁生产却遇到了新的挑战，而且这些挑战大多来自高炉自身的发展。
这些挑战主要体现在 1.对炉料要求高、配套环节多、投资庞大 为保证焦炭和铁矿石构成的料柱的透气性，高炉炉料必须是块状，且有较均匀的 粒度，就需要对矿粉进行造块(烧结、球团)加工。从炼铁前的原料场到烧结(球团)厂、 焦化厂，再到高炉炼铁系统，生产流程很长，而且总投资十分庞大。
2.生产成本高，难以满足环保的要求 高炉炼铁必须使用焦炭，然而焦煤的资源却越来越少，且焦炭资源不可再生，焦炭 价格急剧上涨，导致了生铁成本的大幅上升。烧结矿、球团矿和焦炭的生产及这些原燃料在 满足高炉生产的过程中会给大气、水和环境造成污染。越来越高的环保要求使高炉炼铁技 术的发展越来越难以满足需要。
3.生产效率已近极限 众所周知，传统高炉过分地依赖间接还原，矿石中约2/3的氧是靠间接还原去除 的，因此铁氧化物在高炉内还原和熔炼一般要停留很长时间，即从炉料投入到高炉出铁需 要6. 5 7小时。尽管高炉采用了各种强化冶炼技术，但这种依赖气固反应为主的熔炼工 艺要想继续提高生产率已非常困难。 高炉炼铁生产遇到空前挑战，各种新的炼铁工艺方法不断涌现，其中就包括直接 还原的炼铁方法。 直接还原炼铁方法限于以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，是在铁矿石(或 含铁团块)呈固态的软化温度以下进行还原获得金属铁的方法。这种金属铁由于还原温度 低，产品呈多孔低密度海绵状，称为直接还原铁(DRI)或海绵铁。DRI由于其成分稳定，有 害元素含量低，特别是不易氧化的金属夹杂元素少，粒度均匀，不仅可以补充废钢资源的不 足，而且作为电炉炼钢的原料和转炉炼钢的冷却剂，对保证钢材的质量，特别是合金钢的质 量，起着不可替代的作用，是炼钢的优质原料。据日本神户制钢预测，2010年直接还原铁产量将为10700万t。 直接还原冶炼按照主体能源的不同，将其分为气基直接还原、煤基直接还原和电 直接还原三大类。其中，电直接还原以电力为主要能源，因为要消耗大量的电力，目前多已 停产。煤基直接还原方法存在生产效率低、生产规模小、反应温度高、容易出现结圈结瘤的 缺点，使用范围有限。 气基直接还原由于具有生产效率高、能耗低、操作容易等优点，成为直接还原铁生 产最主要的方法，约占DRI总产量的90%以上。但因受地理分布的局限，该方法主要分布在 中东、南美等天然气资源丰富的地区。代表较为节能的工艺有Midrex竖炉法、HYL反应罐法等。 ①Midrex竖炉法。Midrex竖炉法是气基直接还原铁生产技术的主导工艺，该工艺
由Midland Ross公司开发，目前已占直接还原铁市场60%以上。球团或块矿在竖炉内被天
然气还原，生成DRI。此工艺要求有充裕的天然气，且生产指标较高，投资大。 ②HYL反应罐法。原料天然气首先用活性炭脱硫，然后与过量水蒸气混合，在
850°C-IOS(TC下进行催化反应。反应罐组由多个反应罐组成。反应罐之间有一套复杂的
还原气管路相连接。高温还原气通入主还原罐，将经过预热和预还原的矿石还原成海绵铁。
工艺复杂，设备众多，投资大。

发明内容
本发明的目的是提供一种炼铁装置，该炼铁装置具有低能耗、无环境污染的优点。
针对我国铁矿资源和煤矿资源的特殊性及对环保的要求，目前市场上迫切需要一 种低能耗无环境污染的炼铁装置，该装置既能很好地解决了以往直接还原炼铁的不足，还 节能、环保，使同时实现环保、节能、大规模地炼铁生产成为可能。
为了实现上述的发明目的，本发明采用以下技术方案 —种低能耗无环境污染的炼铁装置，由若干独立反应模块相互首尾连接而成，每 个反应模块由电机、减速器、联轴器、温控单元、保温层、螺筒、螺杆、与其它模块的螺杆端部 相连接的连结管组成，螺杆尾部接有联轴器，联轴器接有电机及减速器；在螺杆芯部套有螺 筒，螺筒上包覆有温控单元。 该炼铁装置使用独立反应模块的优点有(1)、避免过长的螺筒因为自重和温差过 大造成形变；(2)、避免螺杆传动力矩过大，造成机械的不稳定；(3)、可以对物料进行分段 的温度控制，有利于反应的进行；(4)、对每段物料施加合适的热量，充分节省能源。(5)、模 块化的设计制造，对不同的物料和生产现场具有极佳的适应性，做到设备的通用化，最大程 度节省人力、物力，并且极大地縮短炼铁厂建设周期。 所述的温控单元是低能耗加热装置、密闭导热油冷却器或密闭循环水冷却器。低 能耗加热装置负责提供反应所需温度条件，可以是任何直接或间接热源。低能耗加热装置 通常可以是电阻加热器、红外热管加热器或者换热器。 电机通过减速器、联轴器构成转速可调的动力源向螺杆提供旋转的动力。
各模块之间通过连结管成一定角度连结；所述的相互首尾连接的各模块之间水平 的夹角角度为0。 90° 。其中，较佳的角度范围是O。 15° ，最佳的角度是15。，物料 在螺筒中由于其本身的自重，高位物料填压在低位物料之上自动形成反应所必须的密闭氛围。 所述的联轴器是传动时能够随时调整中心位置的传动装置。这是因为螺筒和螺杆 在加热过程中会发生形变，导致螺杆中心位置的改变，所以必须使用能够随时调整中心位 置的传动装置才能保证动力的可靠传输。 所述的联轴器是各种弹性、挠性或万向节连接方式。 所述的螺筒是密闭的螺筒。这是因为还原炼铁的过程必须保证对氧气的隔绝，所 以螺筒必须密闭。 螺筒、螺杆的材质为耐600°C _1300"的各种金属、非金属材料。还原炼铁对温度 有较高要求，只有耐得高温的材料才能够作为设备制造用料。 所述的炼铁装置不同于已有炼铁装置的一个非常重要特点就是利用热传导实现 物料的加热，热效率高，极大地减少了无用功生成，降低炼铁的能耗。 所述的温控单元是低能耗加热装置、密闭导热油冷却器或密闭循环水冷却器。每 个反应模块，温控单元是三者任选其一种。在还原炼铁过程需要使用低能耗加热装置，提供 反应必须的温度条件；当炼铁过程完成，开始收取产品时，则利用密闭导热油冷却器或密闭 循环水冷却器回收高温产品所带有的余热。 为了使物料在设备中输送顺畅且保证密闭气氛，要求物料填满螺杆与螺筒之间 的空隙。但由于物料在进入设备时呈疏松状态，且随着反应的进行，物料中的铁元素经历 Fe203-Fe304-Fe0-Fe的转化过程，其单位体积重量呈现由低到高的变化趋势，为了保证物料 填满螺杆与螺筒之间的空隙需根据物料反应过程中堆积密度发生变化调整各独立反应模 块相应的转速，达到各独立反应模块同步输送同体积物料的目的，经过试验的确定，各独立 反应模块运动速度差在1-9之间。 密闭导热油冷却器、密闭循环水冷却器是包裹在表面装有散热鳍片的螺旋输送器 外层，利用导热油、水或其他导热介质回收余热。余热用于物料的干燥、发电及化学反应用 途，以进一步达到节能的目的。 只要增加或减少单个反应模块，扩大或縮小螺筒螺杆直径，即可增大、减少炼铁产
电机及减速器可以是转速可调也可以是转速不可调。 物料由含铁物质、碳酸盐、煤、添加剂按合适比例配伍而成，具体比例根据含铁物
质性质确定。炼铁过程中，由煤中所含C与碳酸盐受热分解产生的C02反应直接生成还原
气体C0，由CO还原含铁物质中的铁元素，实现铁元素与其他元素的分离，达到炼铁的目的。
而原矿中的硫、磷、硅等杂质则被固定在固体灰分中，不会对环境造成其他污染，同时，生成
的精铁由于此类有害元素的脱去，也成为优质的炼钢、铸造和粉末冶金的原料。 物料中的含铁物质包括但不限于磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、假象赤铁矿、
钛铁矿、钒钛铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿及含铁钢渣、含铁灰尘、含铁尾矿、硫酸渣等；物料形状
可以是粒状、粉状、柱状、块状、球团状等。 如物料为高品位铁矿石，生成的产品则会具有铁含量高、灰分低等特点，其可作为 炉料直接投入炼钢炉，此时可去除余热回收装置，入炉温度达到80(TC以上。从而避免对物 料的冷却和再加热，十分节省能源。 当物料品位低，生成的产品TFe在90X以下，不可作为炉料直接投入炼钢炉时，则对其降温，回收余热，然后进行磨洗磁选处理，使产品品位达到要求。同时为了防止已还 原的铁被再次氧化，还需要对产品进行钝化处理，最终使产品符合炼钢、铸造和粉末冶金要 求。
本发明具有以下的优点 由于采用了上述技术方案，使本发明与已有设备、技术工艺相比具有如下优点及 效果 a、该装置采用模块化设计，整套装置可根据实际生产需要采用不同的模块数量和 组合方式，集低能耗加热、物料输送、反应器、余热回收和废气固化五大功能于一体，大大减 少设备数量和复杂程度，简单可靠； b、由低能耗加热装置提供物料反应所需热量，初步实现降低能耗； c、由电机、减速器、联轴器组成的动力单元，可调性、可靠性都很高，对物料和生产
条件适应范围广； d、物料在各模块之间运动，由于装置特殊设计和螺旋运动方式在装置中自发形成 反应所必需的密闭环境； e、由于在一套装置中直接产生还原气体和脱去硫、磷等有害元素，大大减少了炼 铁过程的设备数量和投资，极大简化了炼铁的工艺流程，也实现了炼铁行业多年追求的对 环境污染最小化； f、经过单一设备即可实现从原料到产品的转化，生产效率得到极大提高，节省设 备和投资，经济效益十分显著，同时生成的产品还具有有害成分极低的特性，是优质的炼 钢、铸铁、粉末冶金的原料； g、最后两节模块分别使用密闭导热油冷却器和密闭循环水冷却器回收物料的余 热，进一步实现低能耗的目的，同时也降低了对环境的热污染； h、保温层极大的阻止了整套设备的热损失，提高了设备的能量利用率，它与低能 耗加热方式、余热回收和独特的生产工艺一道最终实现整套设备的极低能耗，与已经存在 的最节能炼铁方式相比仍然节能10%以上； i、采用螺杆输送物料，能增大物料和反应剂接触面积并在有限的空间内加大物料 的行走路径，强化传热和保证反应时间，能够确保物料的快速反应，同时实现物料的大量快 速输送； j、螺杆的旋转除了起到输送物料的作用外还起到诸如均匀加热物料、加大物料
受热面积等作用，相应的螺杆参数和管壁参数皆可根据不同物料和反应进行相应调整，大 大提高设备的通用性和适应性； k、具有投资少、生产效率高、能耗极低、对环境无污染等优点，因而市场前景十分 广阔。


图1是本发明的俯视结构示意图。
图2是本发明的侧视结构示意图。 附图标记说明1.电机及减速器；2.联轴器；3.加热装置；4.保温层；5.螺筒； 6.螺杆；7.连结管；8.密闭导热油冷却器；9.密闭循环水冷却器。
具体实施方式

实施例1 如图1和图2所示， 一种低能耗无环境污染的炼铁装置，由四块独立反应模块相互
首尾连接而成，每块反应模块由电机及减速器1、联轴器2、温控单元、保温层4、螺筒5、螺杆
6、与其它模块的螺杆6端部相连接的连结管7组成，螺杆6尾部接有联轴器2，联轴器2接
有电机及减速器1 ;在螺杆6芯部套有螺筒5，螺筒5上包覆有温控单元。 如图1所示，温控单元具体是低能耗加热装置3、密闭导热油冷却器8或密闭循环
水冷却器9。低能耗加热装置3、密闭导热油冷却器8、密闭循环水冷却器9分别安装在不同
的反应模块上。 相互首尾连接的各模块之间的角度为15° ，如图2所示。螺筒是密闭的螺筒，物料 在螺筒中自主形成反应所必须的密闭氛围。 联轴器是万向节。也可以采用其它传动时能够随时改变中心位置的传动装置，如 软连接。 整套系统由若干独立反应模块通过连结管7组合而成，单个模块中由电机及减速 器1通过联轴器2提供螺杆5旋转的动力，由低能耗加热装置3向螺筒5提供热量来加热 物料，使添加剂与煤反应生成还原气体C0和脱硫、脱磷剂，物料中的含铁物质与还原气体 反应生成铁和其他物质，其中含硫、含磷废气被脱硫、脱磷剂固化成为亚硫酸盐、亚磷酸盐 等，最终实现铁与其他物质的分离并对环境不造成污染。物料由螺杆6带动被从料斗中输 出，并在整个设备中作螺旋运动，同时受螺杆6的剪切和混合作用，在反应器中发生反应生 成产品，随后产品被排出整套反应装置进入后续工艺步骤。每个独立反应模块皆敷有保温 层4，阻止热量的散失。在最后的几个模块螺筒5外用密闭导热油冷却器8或密闭循环水冷 却器9回收余热。
实施例2 取全铁45%粉状高磷鲕状赤铁矿10吨，无烟煤粉1. 35吨，碳酸钙0. 3吨，碳酸钠 0. 1吨混合后送入本装置中，恒温95(TC，物料在装置中总停留时间60分钟，产出金属化率 92%的成品，成品经磨洗、磁选、回火干燥后得全铁96%生铁粉4. 16吨，余热用于发电。
实施例3 取全铁40%粉状褐铁矿10吨(已去除内水)，无烟煤粉1. 2吨，碳酸钙0. 4吨混
合后送入本装置中，恒温105(TC，物料在装置中总停留时间40分钟，产出金属化率94%的 成品，成品经磨洗、磁选、回火干燥后得全铁97%生铁粉3.7吨，余热用于发电及褐铁矿预干燥。 实施例4 取全铁67%磁铁精粉10吨，无烟煤粉1. 9吨，碳酸钙0. 2吨，硅酸钠0. 2吨混合后 造球并干燥后送入本装置中，恒温110(TC，物料在装置中总停留时间55分钟，产出金属化 率95%、全铁96%的海棉铁7. 2吨并直接投入炼钢炉中炼钢。
实施例5 取全铁42%经磨细磁选钢渣10吨，无烟煤粉1. 1吨，碳酸钙0. 2吨，碳酸钠0. 2吨
混合后送入本装置中，恒温115(TC，物料在装置中总停留时间65分钟，产出金属化率92%
7的成品，成品经磨洗、磁选、回火干燥后得全铁91%生铁粉3. 84吨，余热用于发电。
实施例6 取全铁56%粉状钒钛磁铁矿10吨，无烟煤粉1. 7吨，碳酸钙0. 1吨，碳酸钠0. 3吨
混合后送入本装置中，恒温110(TC，物料在装置中总停留时间80分钟，产出金属化率94% 的成品，成品经磨洗、磁选、回火干燥后得全铁96%生铁粉5.2吨，余热用于发电及浸出尾 矿中的钒钛。
实施例7 取全铁54%粉状钛铁矿10吨，无烟煤粉1. 6吨，碳酸钙0. 1吨，碳酸钠0. 3吨混合 后送入本装置中，恒温110(TC，物料在装置中总停留时间80分钟，产出金属化率94%的成 品，成品经磨洗、磁选、回火干燥后得全铁96%生铁粉5吨，余热用于发电及浸出尾矿中的 钛。 以上对本发明所提供的低能耗无环境污染的炼铁装置进行了详细介绍，本文中应 用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理 解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发 明的限制。
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权利要求
一种低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于若干独立反应模块相互首尾连接而成，每个反应模块由电机、减速器、联轴器、温控单元、保温层、螺筒、螺杆、与其它模块的螺杆端部相连接的连结管组成，螺杆尾部接有联轴器，联轴器接有电机及减速器；在螺杆芯部套有螺筒，螺筒上包覆有温控单元。
2. 根据权利要求1所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于所述的温控单 元是低能耗加热装置、密闭导热油冷却器或密闭循环水冷却器。
3. 根据权利要求1所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于所述的相互首 尾连接的各模块之间水平的夹角角度为O。 90° 。
4. 根据权利要求3所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于所述的相互首 尾连接的各模块之间水平的夹角角度为15° 。
5. 根据权利要求1所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于所述的联轴器 是传动时能够随时调整中心位置的传动装置。
6. 根据权利要求5所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于所述的联轴器 是弹性、挠性或万向节连接方式。
7. 根据权利要求2所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于所述的低能耗 加热装置是电阻加热器、红外热管加热器或者换热器。
8. 根据权利要求1所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于所述的螺筒是 密闭的螺筒。
9. 根据权利要求2所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于所述的密闭导 热油冷却器、密闭循环水冷却器是包裹在表面装有散热鳍片的螺旋输送器外层。
10. 根据权利要求l所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于能够根据物料 反应过程中堆积密度发生变化调整各独立反应模块相应的转速，达到各独立反应模块同步 输送同体积物料的目的，各独立反应模块运动速度差在1-9之间。
全文摘要
本发明公开了一种低能耗无环境污染的炼铁装置。该低能耗无环境污染的炼铁装置，由若干独立反应模块相互首尾连接而成，每个反应模块由电机、减速器、联轴器、温控单元、保温层、螺筒、螺杆、与其它模块的螺杆端部相连接的连结管组成，螺杆尾部接有联轴器，联轴器接有电机及减速器；在螺杆芯部套有螺筒，螺筒上包覆有温控单元。该装置采用模块化设计，整套装置可根据实际生产需要采用不同的模块数量和组合方式，集低能耗加热、物料输送、反应器、余热回收和废气固化五大功能于一体，大大减少设备数量和复杂程度，简单可靠；是可以同时实现环保、节能、大规模地炼铁生产的炼铁装置。
文档编号C21B11/00GK101748232SQ20081018258
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者刘海卫, 张鑫, 李柏荣, 王绍华, 黄星星 申请人:李柏荣