专利名称：一种熔融还原连续炼铁装置的制作方法
技术领域：
本发明属于冶金非高炉炼铁领域，涉及含碳铁氧化物球团(块)熔融还原连续炼铁的装置。背景技术：
目前高炉仍然是冶金行业炼铁的主力军。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，焦炭资源不可再生，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非高炉炼铁工艺和炼铁设备。无焦低污染是非高炉炼铁新工艺的目标。世界上新的熔融还原炼铁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“一步法”熔融还原炼铁方法，如俄罗斯的Romelt、澳大利亚Ausmelt公司开发的Auslron法，预还原率为0。另一种方法是带有预还原工序的称为“二步法”熔融还原炼铁方法，代表方法如COREX法，预还原金属化率达 80% 90%。“一步法”熔融还原的难点是液态铁氧化物与碳反应是一个强烈的吸热反应，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°C 400°C。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强烈吸热反应特征，生成的金属和炉渣容易凝固，这给生产带来了麻烦。“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，产生的大量高温煤气再利用成为这种工艺发展的“瓶颈”。“二步法”熔融还原是将铁氧化物先进行预还原，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“二步法”熔融还原工艺如COREX法的预还原率达到90%，与高炉比，它更多地依靠间接还原。 COREX法虽已大规模投入工业生产，但仍需要块矿和少部分焦炭(约20%左右)，煤耗和氧耗均较高，分别达到1. It和500m3。包括制氧设备在内的一次性投资巨大，生产成本高于高炉。COREX演化了高炉炼铁技术，取得了商业成功，但同时也继承了高炉炼铁的一些缺点，是成功技术，但并非最好技术。中国专利ZL 2004 1 0023995. X《含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法》是一项将“一步法”、“二步法”结合并改进的熔融还原炼铁方法，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。但在能源利用上尚有不足之处。
发明内容
针对以上存在的问题，经过长期研究，本发明在专利ZL 2004 1 0023995. X《含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法》基础上进行了改进，提供了一种新的熔融还原连续炼铁方法，它既具有“一步法”熔融还原碳的直接还原反应速度快的特点，又具有“二步法”预还原金属化率高的特点，本发明采用连续加料，抽风预热，鼓风顺流焙烧，对炉料进行预还原，将预还原后的高温、高金属化率的炉料直接送入熔分炉，连续熔分，连续出铁。本发明将炉床上的预热区、焙烧区和连接其后的熔分区设计为连通炉膛，在预还原炉与熔分炉的结合部安装了助燃烧嘴，在预还原炉的适当部位安装有二次风口，先将含碳铁氧化物在预还原炉内进行预还原，并优先利用熔分区产生的含有大量CO的高温煤气在预还原炉内进行二次燃烧预热、焙烧炉料，接着将预热、焙烧后的高温、高金属化率的炉料排入熔分区，在熔分区进一步还原一渗碳一熔化，还原成铁，并使渣铁分离；在预还原炉，经过焙烧区的烟气进入预热区，在预热区烟气穿过料层，将所携带的热量直接传给炉料，再进入换热装置及烟气处理系统进行余热回收和烟气除尘处理。本发明预还原区的末端与熔分区内的上层炉料状态相近，两步之间没有明显的分界点。连通炉膛的设计解决了预还原与终还原生产能力的匹配，不存在COREX工艺熔分能力大于预还原能力的问题，有利于能源综合利用，有利于生产组织，可降低消耗，节约生产成本。本发明所述的一种熔融还原连续炼铁方法，其特征在于先将含碳铁氧化物在预还原炉内进行预还原，并优先利用熔分区产生的含有大量CO的高温煤气在预还原炉内进行二次燃烧，释放物理热和化学能，来预热、焙烧炉料，节约能源。接着将预热、焙烧后的高温、 高金属化率的炉料排入熔分区，在熔分区进一步还原一渗碳一熔化，还原成铁，并使渣铁分
1 O本发明的熔融还原连续炼铁方法的流程是碳质还原剂(煤、焦炭和石油焦等)与含铁氧化物(铁矿石、高炉灰、硫酸渣、炼钢灰、电炉灰和轧屑等)按一定比例混合后，制成含碳铁氧化物的球团或其它形状，经过干燥后送至炉床上。设备启动时，类似高炉、冲天炉一样，熔分炉先点火，高温烟气进入预还原炉，炉料在炉床预热区预热，然后进入焙烧区焙烧还原。焙烧区的下部送入富氧热风，使炉床上的高温层向下延伸。炉料的上方有来自熔分区的高温煤气在预还原炉内进行二次燃烧，为炉料预还原提供一部分热能。焙烧区的温度一般控制在1200°C 1300°C，而在接近熔分区的部位，温度应达到1350°c左右，使炉料快速达到所期望的预还原金属化率80%以上。高温、高金属化率炉料直接进入熔分区，在熔分区进行渣铁分离。纯铁的熔点是 1539°C，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，还需要在熔分炉中保留足够的碳，利于渗碳，降低其熔点。在熔分炉中添加的碳一方面为进一步终还原提供还原剂，同时也为终还原和渣铁分离提供热能。在熔分区进一步还原——渗碳——熔化，完成渣铁分离。熔分区的燃料可以是块煤、煤粉、焦粉，也可以是轻柴油或天然气。因为本发明将熔分炉和预还原炉设计为一连通炉膛，熔分炉产生的含有大量CO、 H2等气体的高温煤气可直接进入预还原炉。在预还原炉与熔分炉的结合部安装了助燃烧嘴，在预还原炉的适当部位安装有二次风口，使煤气进行二次燃烧，为预还原炉提供热能。 经过焙烧区的烟气进入预热区，烟气穿过料层，将所携带的热量直接传给炉料，再进入烟气处理系统，有利于烟气余热的回收。专利ZL 2004 1 0023995. X《含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法》中经过焙烧区的烟气进入预热区后，大多烟气由设置在预热区的烟道排出。烟气对炉料的预热主要是靠热辐射，且大量的高温烟气由预热区的烟道排出。而本发明的预热区不再设烟气排出口，烟气在抽风机的作用下，向下穿过炉料进入烟气处理系统进行除尘和热交换，烟气直接加热炉料，烟气的余热得到了更好地利用，而预热区内的炉料预热的温度也得到了进一步的提高。熔分炉烟气热量的充分利用，是解决当前制约熔融还原发展的“瓶颈”的重要措施，也是本发明的重要特征。它大大提高了能源利用率，降低了消耗，节约了成本，有利于熔融还原技术的推广应用。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，可在含碳铁氧化物原料中掺入CaO (石灰或石灰石等)，二元碱度值(CaO/SiA比例)约为0. 9 1. 8，最后得到的金属铁的S含量应符合国家相应标准。本发明有如下几大特点
1.预还原炉A和熔分炉B设计为一连通炉膛，彻底解决了预还原与终还原生产能力的匹配。2.无焦化、无烧结工序因而流程短。3.低污染，低碳排放，可不用焦炭而用非焦煤炼铁。4.连续加料、连续熔分和连续出铁，有效降低生产成本。5.顺流焙烧可降低炉料再氧化。6.连通炉膛、抽风预热和鼓风焙烧可大幅度地降低能源消耗。7.有较好的产品质量，可以达到高炉铁水的品质。8.对预还原金属化率没有严格的要求，生产工艺控制比较容易，可随时开停。9.设备非常简单，占地面积少，一次性投资少，建设周期短。10.生产效率高，预还原炉有效炉床底面积生产率可达300Kg/m2 · h以上，熔分炉利用系数大大高于高炉。四
附图为本发明熔融还原连续炼铁装置示意图。五具体实施例方式
如图所示，预还原炉A和熔分炉B设计为连通炉膛，炉床2可采用各种水平或小倾角移动床，如振动床，链条床等。加料仓1将由碳质还原剂(煤、焦炭和石油焦等)与含铁氧化物(粉铁矿、高炉灰、硫酸渣、炼钢灰、电炉灰和轧屑等)按一定比例混合后，制成含碳铁氧化物球团(块)炉料3，经过干燥后(或直接)送至炉床2上。炉床2上的料层厚度约IOOmm 300mm,炉料3在炉床2上向熔分炉方向移动。预热区4炉床2上装有炉篦，预热区4炉床 2的下部装有与烟气处理系统9连通的抽风箱，预还原炉A内高温烟气在抽风机10的作用下穿过炉料3料层，直接加热炉料3，对炉料3进行干燥和预热，然后再经抽风箱进入换热装置9及烟气处理系统。炉料3在炉床2上渐渐前移到焙烧区5，在此被高温焙烧还原。焙烧区5 —直延伸到熔分炉B，焙烧后的炉料3直接落入熔分炉B内。焙烧区5炉床2上也装有炉篦，焙烧区5的炉床2下部由风机11鼓入经换热装置9 (或其它换热方法)预热过的 300°C 700°C富氧热风，以实现对炉料3的顺流式焙烧。从熔分炉B过来的高温煤气，经助燃烧嘴8重新点火，同时通过二次燃烧风机6、二次风口 7鼓入助燃空气，使煤气充分燃烧， 在预还原炉A内释放烟气所携带的物理热和化学热。预还原炉A内的温度前半段，即焙烧区5—般控制在1200°C 1300°C，在接近熔分炉B的部位，温度应达到1350°C左右，使炉料金属化率80%以上。预还原炉A内后半段(即预热区4)温度一般在800°C 1000°C。炉料3经过预还原炉A直接进入熔分炉B。为了满足进一步还原——渗碳——熔化及脱硫的需要，熔分区设有熔剂仓13、燃料仓14和熔分炉B上的加料装置15，熔剂仓13 中的熔剂、燃料仓14中的燃料经加料装置15随时向熔分炉B内加入固体燃料和熔剂。风机12通过风口向熔分炉B内鼓入空气(富氧彡30%的热风)来加速炉料的还原——渗碳——熔化。16、17分别是出渣口和出铁口。
权利要求
1.一种采用连续加料，抽风预热，鼓风顺流焙烧，对炉料(3)进行预还原，将预还原后的高温、高金属化率的炉料(3)直接送入熔分炉(B)，连续熔分，连续出铁的熔融还原连续炼铁装置，炉床(2)上的预热区(4)、焙烧区(5)和连接其后的熔分区设计为连通炉膛，在预还原炉(A)与熔分炉(B)的结合部安装了助燃烧嘴(8)，在预还原炉(A)的适当部位安装有二次风口(7)，先将含碳铁氧化物在预还原炉(A)内进行预还原，并优先利用熔分区产生的含有大量CO的高温煤气在预还原炉(A)内进行二次燃烧预热、焙烧炉料(3)，接着将预热、 焙烧后的高温、高金属化率的炉料(3)排入熔分区，在熔分区进一步还原一渗碳一熔化，还原成铁，并使渣铁分离；其特征在于在预还原炉(A)，经过焙烧区(5)的烟气进入预热区 (4)，在预热区(4)烟气穿过料层，将所携带的热量直接传给炉料(3)，再进入换热装置(9) 及烟气处理系统；风机(11)送入的冷风经换热装置(9)升温至30(TC 70(TC后从床下鼓入炉床(2)。
2.根据权利要求1所述的一种熔融还原连续炼铁装置，其特征在于炉床(2)上的料层厚度IOOmm 300mm，焙烧区(5)的温度一般控制在1 200°C 1300°C，在预还原炉(A)接近熔分区的部位，温度应达到1350°C左右，炉料金属化率80%以上。
3.根据权利要求1所述的一种熔融还原连续炼铁装置，其特征在于预热区(4)炉床 (2)上装有炉篦，预热区(4)炉床(2)的下部装有与烟气处理系统的连通的抽风装置，烟气穿过料层直接加热炉料(3)后再经抽风装置进入换热装置(9)及烟气处理系统。
4.根据权利要求1所述的一种熔融还原连续炼铁装置，其特征在于焙烧区(5)炉床 (2)上也装有炉篦，从炉床(2)下部鼓入温度为300°C 700°C的富氧热风。
5.根据权利要求1所述的一种熔融还原连续炼铁装置，其特征在于熔分区设置有熔剂仓(13)、燃料仓(14)和熔分炉(B)上的加料装置(15)，熔剂仓(13)中的熔剂、燃料仓 (14)中的燃料经加料装置(15)加入熔分炉(B)。
全文摘要
一种含碳铁氧化物球团(块)熔融还原连续炼铁的装置。采用连续加料，抽风预热，鼓风顺流焙烧，对炉料(3)进行预还原，将预还原后的炉料(3)直接送入熔分炉(B)，连续熔分，连续出铁的熔融还原连续炼铁装置，预热区(4)、焙烧区(5)和其后的熔分区为连通炉膛，并设置了助燃烧嘴(8)、二次风口(7)，优先利用熔分区产生的高温煤气在预还原炉(A)内进行二次燃烧预热、焙烧炉料(3)，然后炉料(3)排入熔分区进一步还原—渗碳—熔化，渣铁分离；在预热区(4)烟气穿过料层，直接加热炉料(3)，再进入换热装置(9)及烟气处理系统，风机(11)将冷风经换热装置(9)升温后从床下鼓入炉床(2)。流程短，降低能耗，低碳排放，生产成本低，设备简单，占地少，投资少，建设周期短。
文档编号C21B11/00GK102409124SQ20111037449
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者李振洪 申请人:李振洪