燃气熔分炉和炼铁装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种燃气熔分炉和具有所述燃气熔分炉的炼铁装置。所述燃气熔分炉包括：炉体，炉体内具有炉腔，炉体设有用于向炉腔内加入钒钛金属化球团和还原剂的加料口、用于排出含钒铁水的出铁口、用于排出含钛炉渣的放渣口、用于排出烟气的出烟口、用于向熔体喷吹还原剂的还原剂喷吹口和用于向熔体喷吹惰性气体的惰性气体喷吹口；还原剂喷吹管，还原剂喷吹管插入到还原剂喷吹口内；和用于向炉腔内喷吹可燃性气体的烧嘴，烧嘴设在炉腔的侧壁上。根据本实用新型实施例的燃气熔分炉具有低排放、运行成本低、能耗低、生产效率高、运行时间长、维护成本低等优点。
【专利说明】燃气熔分炉和炼铁装置
【技术领域】
[0001〕 本实用新型涉及一种燃气熔分炉，还涉及一种具有所述燃气熔分炉的炼铁装置。
【背景技术】
[0002]钒钛矿作为一种低成本低品质的铁矿资源，含有价值极高的钒钛，如何用好钒钛矿，发挥资源的最大优势，全面回收铁钒钛一直是冶金界科研工作者努力目标。目前非高炉处理钒钛矿工艺技术有:
[0003]1、回转窑-电炉冶炼工艺，此工艺先用回转窑对钒钛磁铁矿进行预还原(还原温度在12001以下)，然后将金属化球团送入电炉中冶炼，生产含钒铁水，并进行吹氧冶炼得到钒渣和半钢，半钢再用转炉冶炼成钢水。
[0004]2、转底炉-电炉冶炼工艺，此工艺先用转底炉对钒钛磁铁矿进行预还原(还原温度在1250-14000，然后将金属化球团送入电炉中冶炼，生产含钒铁水和高钛渣。
实用新型内容
[0005]本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种具有运行成本低、能耗低的优点的燃气熔分炉。
[0006]本实用新型还提出一种具有所述燃气熔分炉的炼铁装置。
[0007]根据本实用新型的第一方面的燃气熔分炉包括:炉体，所述炉体内具有炉腔，所述炉体设有用于向所述炉腔内加入钒钛金属化球团和还原剂的加料口、用于排出含钒铁水的出铁口、用于排出含钛炉渣的放渣口、用于排出烟气的出烟口、用于向熔体喷吹还原剂的还原剂喷吹口和用于向熔体喷吹惰性气体的惰性气体喷吹口 ；还原剂喷吹管，所述还原剂喷吹管插入到所述还原剂喷吹口内，用于向熔体喷吹还原剂；和用于向所述炉腔内喷吹可燃性气体的烧嘴，所述烧嘴设在所述炉腔的侧壁上。
[0008]根据本实用新型的燃气熔分炉具有运行成本低、能耗低的优点。
[0009]另外，根据本实用新型上述的燃气熔分炉还可以具有如下附加的技术特征:
[0010]所述还原剂喷吹管与竖直向下的方向之间的夹角在5度-30度的范围内。
[0011]所述还原剂喷吹管与竖直向下的方向之间的夹角为15度。
[0012]所述惰性气体喷吹口为多个，所述还原剂喷吹口为多个且所述还原剂喷吹管为多个，多个所述还原剂喷吹管--对应地插入到多个所述还原剂喷吹口内。
[0013]所述燃气熔分炉进一步包括蓄热室，所述蓄热室具有彼此隔绝的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室设有与所述出烟口相连的第一进口和用于排出所述烟气的第一出口，所述第二腔室设有用于通入所述可燃性气体的第二进口和与所述烧嘴相连的第二出口。
[0014]所述出铁口的中心与所述放渣口的中心的连线与竖直向下的方向之间的夹角为45度。
[0015]根据本实用新型的第二方面提出一种炼铁装置，所述炼铁装置包括:用于还原钒钛氧化球团或矿石的竖炉，所述竖炉包括用于加入钒钛氧化球团的进料口和用于排出钒钛金属化球团的出料口 ；和燃气熔分炉，所述燃气熔分炉包括:炉体，所述炉体内具有炉腔，所述炉体设有用于向所述炉腔内加入钒钛金属化球团和还原剂的加料口、用于排出含钒铁水的出铁口、用于排出含钛炉渣的放渣口、用于排出烟气的出烟口、用于向熔体喷吹还原剂的还原剂喷吹口和用于向熔体喷吹惰性气体的惰性气体喷吹口 ；还原剂喷吹管，所述还原剂喷吹管插入到所述还原剂喷吹口内，用于向熔体喷吹还原剂；以及用于向所述炉腔内喷吹可燃性气体的烧嘴，所述烧嘴设在所述炉腔的侧壁上。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是根据本实用新型实施例的燃气熔分炉的结构示意图；
[0017]图2是根据本实用新型实施例的燃气熔分炉的局部结构示意图；
[0018]图3是根据本实用新型实施例的燃气熔分炉的局部结构示意图；
[0019]图4是根据本实用新型实施例的燃气熔分炉的局部结构示意图；
[0020]图5是根据本实用新型实施例的燃气熔分炉的还原工艺的流程图。
【具体实施方式】
[0021]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0022]下面参考附图描述根据本实用新型实施例的炼铁装置。如图1-图4所示，根据本实用新型实施例的炼铁装置包括竖炉(图中未示出)和燃气熔分炉10。所述竖炉用于还原钒钛氧化球团或矿石，所述竖炉包括用于加入钒钛氧化球团的进料口和用于排出钒钛金属化球团的出料口。
[0023]燃气熔分炉10包括炉体101、还原剂喷吹管102和用于向炉腔1011内喷吹可燃性气体的烧嘴103。炉体101内具有炉腔1011，炉体101设有用于向炉腔1011内加入钒钛金属化球团和还原剂的加料口 1012、用于排出含钒铁水的出铁口 1013、用于排出含钛炉渣的放渣口 1014、用于排出烟气的出烟口、用于向熔体105喷吹还原剂的还原剂喷吹口 1015和用于向熔体105喷吹惰性气体的惰性气体喷吹口 1016。还原剂喷吹管102插入到还原剂喷吹口 1015内，还原剂喷吹管102用于向熔体105喷吹还原剂，烧嘴103设在炉腔1011的侧壁上。
[0024]下面参考图5描述根据本实用新型实施例的炼铁装置的还原工艺。所述还原工艺包括以下步骤:
[0025]向竖炉内加入钒钛氧化球团或矿石，利用竖炉还原钒钛氧化球团，并得到钒钛金属化球团；
[0026]将钒钛金属化球团和还原剂从加料口 1012加入到炉腔1011内，利用烧嘴103向炉腔1011内喷吹可燃性气体，以便加热熔化还原钒钛金属化球团；
[0027]待钒钛金属化球团呈熔融状态时，利用还原剂喷吹管102向熔体105内喷吹还原齐0，从惰性气体喷吹口 1016向熔体105内喷吹惰性气体以便对熔体105进行搅拌；和
[0028]从出铁口 1013排出含钒铁水，从所示放渣口 1014排出含钛炉渣。
[0029]根据本实用新型实施例的燃气熔分炉10通过设置插入到还原剂喷吹口 1015内的还原剂喷吹管102，从而可以利用还原剂喷吹管102将一部分还原剂直接喷吹到熔体105内(另一部分还原剂从加料口 1012加入到炉腔1011内)。由此可以将还原剂的烧损率至少降低50%，从而可以使还原剂的用量至少降低10% (例如，还原剂的用量可以降低10% -50% ),进而可以使二氧化碳的排放量至少降低10% (例如，二氧化碳的排放量降低10% -22% )。
[0030]根据本实用新型实施例的燃气熔分炉10通过设置用于向熔体105喷吹惰性气体的惰性气体喷吹口 1016，从而可以利用惰性气体搅拌熔体105，以便形成铁氧化物和钒氧化物还原良好的热力学、动力学条件，有利于熔体105 (熔池)温度均匀，即有利于热量在熔体105内传递，由此可以防止熔体105(熔池)的上部温度过热，而熔体105(熔池)的下部温度过凉，炉底上涨过快，出铁不净。通过利用惰性气体搅拌熔体105，可以使燃气熔分炉10的能耗至少降低5% (例如5% -15%左右)，生产效率提高5% -8%左右，缩短冶炼周期。
[0031]由于根据本实用新型实施例的燃气熔分炉10的炉底上涨非常慢，因此燃气熔分炉10可以实现连续稳定地运行。
[0032]此外，根据本实用新型实施例的燃气熔分炉10通过利用可燃性气体提供热量，从而不仅可以降低燃气熔分炉10的运行成本，而且可以降低含钒铁水的碳含量，提高含钒铁水的纯净度，减轻后续冶炼负担。此外，可燃性气体还可以在冶炼时活跃熔池，强化脱气效果。
[0033]因此，根据本实用新型实施例的燃气熔分炉10具有低排放、运行成本低、能耗低、生产效率高、运行时间长、维护成本低等优点。
[0034]通过利用根据本实用新型实施例的燃气熔分炉10还原钒钛金属化球团的还原工艺，从而可以降低排放量、运行成本、维护成本和能耗，提高生产效率，延长运行时间。
[0035]根据本实用新型实施例的炼铁装置具有低排放、运行成本低、能耗低、生产效率高、运行时间长、维护成本低等优点。
[0036]根据本实用新型实施例的炼铁装置的竖炉以对流移动床的方式工作。矿石或球团从竖炉的炉顶加入，还原完毕的海绵铁自竖炉的炉底排出，固态炉料由上向下移动，还原气自还原带的下部加入并向上流动，还原气与炉料形成对流。在与还原气的对流运动中，炉料完成预热、还原和冷却过程，在竖炉中由上向下依次形成预热带、还原带和冷却带。
[0037]竖炉的预热带、还原带和冷却带之间并不是截然分开的，相互之间存在一个较短的过渡区，过渡区中的过程介于两个相邻段之间，为化学反应提供了有利条件。因此，难还原的低价氧化物绝大部分在还原带得到还原，离开还原带的炉料已经达到预定金属化率，成为海绵铁。竖炉内的主要化学反应为:
[0038]^6203+00 丨=1^6+002 丨？6203十！12 丨=？6十！！20 |
[0039]如图1-图4所示，根据本实用新型的一些实施例的气熔分炉10包括炉体101、还原剂喷吹管102和用于向炉腔1011内喷吹可燃性气体的烧嘴103。
[0040]炉体101内具有炉腔1011，炉体101设有用于向炉腔1011内加入钒钛金属化球团和还原剂的加料口 1012、用于排出含钒铁水的出铁口 1013、用于排出含钛炉渣的放渣口1014、用于排出烟气的出烟口、用于向熔体105喷吹还原剂的还原剂喷吹口 1015和用于向熔体105喷吹惰性气体的惰性气体喷吹口 1016。换言之，惰性气体喷吹口 1016与炉腔1011内的熔体105相对。
[0041]如图4所示，在本实用新型的一个实施例中，出铁口 1013的中心与放渣口 1014的中心的连线与竖直向下的方向之间的夹角为45度。也就是说，出铁口 1013的中心与放渣口 1014的中心的连线与水平方向之间的夹角3为45度。由此可以使炉体101的结构更加合理。
[0042]出铁口 1013的直径可以是150毫米。
[0043]有利地，惰性气体喷吹口 1016可以是多个。由此可以更好地搅拌熔体105，形成更好的铁氧化物和钒氧化物的热力学、动力学条件，从而可以使熔体105的温度更加均匀，进一步降低燃气熔分炉10的能耗和炉底上涨速度。
[0044]具体而言，多个惰性气体喷吹口 1016可以沿炉腔1011的周向间隔开地设在炉腔1011的侧壁上，多个惰性气体喷吹口 1016还可以沿上下方向间隔开地设在炉腔1011的侧壁上。其中，惰性气体可以是氮气、氦气等。
[0045]还原剂喷吹管102可以插入到还原剂喷吹口 1015内，还原剂喷吹管102用于向熔体105喷吹还原剂。
[0046]如图2所示，在本实用新型的一些示例中，还原剂喷吹管102与竖直向下的方向之间的夹角0在5度-30度的范围内。由此可以更加容易地将还原剂喷吹到熔体105内。有利地，还原剂喷吹管102与竖直向下的方向之间的夹角0为15度。其中，还原剂可以是焦丁、粒煤等
[0047]还原剂喷吹口 1015为多个且还原剂喷吹管102为多个，多个还原剂喷吹管102——对应地插入到多个还原剂喷吹口 1015内。也就是说，还原剂喷吹管102的数量可以等于还原剂喷吹口 1015的数量，且一个还原剂喷吹管102可以插入到一个还原剂喷吹口 1015内。通过设置多个还原剂喷吹口 1015和多个还原剂喷吹管102，从而可以将还原剂更加均匀地喷吹到熔体105内。
[0048]烧嘴103设在炉腔1011的侧壁上，烧嘴103用于向炉腔1011内喷吹可燃性气体。其中，所述可燃性气体包括焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、煤制气和天然气中的至少一种。
[0049]如图1所示，在本实用新型的一个示例中，燃气熔分炉10进一步包括蓄热室104，蓄热室104具有彼此隔绝的第一腔室和第二腔室。该第一腔室设有与出烟口相连的第一进口和用于排出烟气的第一出口，该第二腔室设有用于通入可燃性气体的第二进口和与烧嘴103相连的第二出口。
[0050]由此可以使烟气与可燃性气体在蓄热室104内进行热交换，从而对可燃性气体进行预热，且充分地利用烟气中的热量。
[0051]在本实用新型的一个具体示例中，如图1所示，烧嘴103可以是多个，由此可以将可燃性气体更加均匀地喷吹到炉腔1011内。
[0052]实施例1:
[0053]首先将竖炉直接还原的钒钛金属化球团以及全部还原剂的30%从加料口 1012加入到炉腔1011内，利用烧嘴103向炉腔1011内喷吹可燃性气体，以便加热熔化深还原钒钛金属化球团，待炉料熔清30分钟时开始出渣出铁。待炉料呈熔融状态时，从还原剂喷吹口1015喷吹还原剂，全部还原剂的70%从还原剂喷吹口 1015喷吹到熔体105内，从惰性气体喷吹口 1016喷吹惰性气体对熔池进行搅拌15分钟，促使熔池温度均匀，促进钒还原。
[0054]金属化球团中钒氧化物还原率为88%，喷吹还原剂量2.45% (折算成0量)，还原剂的炭烧损率10%，能耗降低15%，冶炼周期45分钟。连续生产300小时后，炉底上涨15晕米，生广率提闻10%。
[0055]实施例2:
[0056]将700摄氏度-800摄氏度的钒钛金属化球团以及全部还原剂的70%从加料口1012加入到炉腔1011内，利用烧嘴103向炉腔1011内喷吹可燃性气体，以便加热熔化深还原钒钛金属化球团，待炉料熔清30分钟时开始出渣出铁。待炉料呈熔融状态时，从还原剂喷吹口 1015喷吹还原剂，全部还原剂的30%从还原剂喷吹口 1015喷吹到熔体105内，从惰性气体喷吹口 1016喷吹惰性气体对熔池进行搅拌10分钟，促使熔池温度均匀，促进钒还原。
[0057]金属化球团中钒氧化物还原率为85%，喷吹还原剂量2.655% (折算成0量)，还原剂的炭烧损率18%，能耗降低10%，冶炼周期50分钟。连续生产300小时后，炉底上涨25毫米，生产率提高8%。
[0058]实施例3:
[0059]将700摄氏度-800摄氏度的钒钛金属化球团以及全部还原剂的70%从加料口1012加入到炉腔1011内，利用烧嘴103向炉腔1011内喷吹可燃性气体，以便加热熔化深还原钒钛金属化球团，待炉料熔清30分钟时开始出渣出铁。待炉料呈熔融状态时，从还原剂喷吹口 1015喷吹还原剂，全部还原剂的30%从还原剂喷吹口 1015喷吹到熔体105内，从惰性气体喷吹口 1016喷吹惰性气体对熔池进行搅拌5分钟，促使熔池温度均匀，促进钒还原。
[0060]金属化球团中钒氧化物还原率为85%，喷吹还原剂量2.745% (折算成0量)，还原剂的炭烧损率22%，能耗降低5%，冶炼周期53分钟。连续生产300小时后，炉底上涨50毫米，生产率提高5%。
[0061]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0062]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0063]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0064]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0065]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0066]尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【权利要求】
1.一种燃气熔分炉，其特征在于，包括: 炉体，所述炉体内具有炉腔，所述炉体设有用于向所述炉腔内加入钒钛金属化球团和还原剂的加料口、用于排出含钒铁水的出铁口、用于排出含钛炉渣的放渣口、用于排出烟气的出烟口、用于向熔体喷吹还原剂的还原剂喷吹口和用于向熔体喷吹惰性气体的惰性气体喷吹口 ； 还原剂喷吹管，所述还原剂喷吹管插入到所述还原剂喷吹口内，用于向熔体喷吹还原剂；和 用于向所述炉腔内喷吹可燃性气体的烧嘴，所述烧嘴设在所述炉腔的侧壁上。
2.根据权利要求1所述的燃气熔分炉，其特征在于，所述还原剂喷吹管与竖直向下的方向之间的夹角在5度-30度的范围内。
3.根据权利要求2所述的燃气熔分炉，其特征在于，所述还原剂喷吹管与竖直向下的方向之间的夹角为15度。
4.根据权利要求1所述的燃气熔分炉，其特征在于，所述惰性气体喷吹口为多个，所述还原剂喷吹口为多个且所述还原剂喷吹管为多个，多个所述还原剂喷吹管--对应地插入到多个所述还原剂喷吹口内。
5.根据权利要求1所述的燃气熔分炉，其特征在于，进一步包括蓄热室，所述蓄热室具有彼此隔绝的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室设有与所述出烟口相连的第一进口和用于排出所述烟气的第一出口，所述第二腔室设有用于通入所述可燃性气体的第二进口和与所述烧嘴相连的第二出口。
6.根据权利要求1所述的燃气熔分炉，其特征在于，所述出铁口的中心与所述放渣口的中心的连线与竖直向下的方向之间的夹角为45度。
7.一种炼铁装置，其特征在于，包括: 用于还原钒钛氧化球团或矿石的竖炉，所述竖炉包括用于加入钒钛氧化球团的进料口和用于排出钒钛金属化球团的出料口 ；和 燃气熔分炉，所述燃气熔分炉包括: 炉体，所述炉体内具有炉腔，所述炉体设有用于向所述炉腔内加入钒钛金属化球团和还原剂的加料口、用于排出含钒铁水的出铁口、用于排出含钛炉渣的放渣口、用于排出烟气的出烟口、用于向熔体喷吹还原剂的还原剂喷吹口和用于向熔体喷吹惰性气体的惰性气体喷吹口 ； 还原剂喷吹管，所述还原剂喷吹管插入到所述还原剂喷吹口内，用于向熔体喷吹还原剂；以及 用于向所述炉腔内喷吹可燃性气体的烧嘴，所述烧嘴设在所述炉腔的侧壁上。
【文档编号】C21B13/14GK204224631SQ201420643082
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】吴道洪, 邓君, 薛逊, 李志远, 张岚 申请人:北京神雾环境能源科技集团股份有限公司