热装气基竖炉系统及方法与流程

本发明涉及金属冶炼领域，尤其涉及直接还原炼铁技术领域，具体地涉及一种热装气基竖炉系统及方法。

背景技术：

直接还原铁(DRI)又称海绵铁，是铁矿石在低于熔化温度下直接还原得到的含铁产品。海绵铁是一种废钢的代用品，是电炉炼纯净钢、优质钢不可缺少的杂质稀释剂，是转炉炼钢优质的冷却剂，是发展钢铁冶金短流程不可或缺的原料。2015年，全世界直接还原铁的年产量达7522万吨，创历史新高。我国将直接还原工艺列为钢铁工业发展的主要方向之一。

生产直接还原铁的工艺称为直接还原法，属于非高炉炼铁工艺，分为气基法和煤基法两大类。目前世界范围内，78％的直接还原铁是通过气基法生产，气基法主要包括MIDREX工艺、HYL工艺和PERED工艺。气基竖炉直接还原炼铁法是世界公认的绿色低碳炼铁工艺。随着2015年巴黎气候峰会上签订的《巴黎协议》实施，气基竖炉直接还原炼铁技术将得到更广泛的推广应用。气基竖炉所处理的铁矿石原料主要为氧化球团，氧化球团制备过程经历了“室温—1200-1350℃—低于100℃的成品”的温度变化，而氧化球团投入到气基竖炉时，温度还需被提高800-900℃才能被还原气还原成直接还原铁产品。过程中的降温、再升温过程能耗浪费大。

目前常规气基竖炉工艺采用的铁矿石原料主要为常温(低于100℃)氧化球团，氧化球团投入竖炉后逐渐被炉顶气/还原气从常温加热到800-900℃。常规的氧化球团生产工艺为链篦机—回转窑—环冷机法，可分为烘干、预热、焙烧和冷却工序，其中焙烧工序温度达1200-1350℃，然后被冷却降温至低于100℃，然后再被运送至竖炉作为原料。

常温氧化球团生产—气基竖炉还原工艺的缺点在于：1100-1300℃的氧化球团先经降温至低于100℃，再在气基竖炉内被加热至800-900℃才能被还原成产品，这样，先降温、再升温的工艺造成1000-2000℃的热量浪费，显著增加工艺的能耗。此外，氧化球团生产系统包含起冷却作用的环冷机，增加了设备、延长了工序。最后，常规的气基竖炉还原气进气口以上由还原区与预热区组成，预热区的存在既使显著提高了竖炉的高度，又降低了竖炉的利用率。

技术实现要素：

为克服上述问题，使得还原气气流分布更均匀，本发明提供一种由无预热区但具有还原气支管的气基竖炉构成的热装气基竖炉系统及方法。

本发明所述的热装气基竖炉系统包括热输送装置、热储罐与气基竖炉；其中，

所述热输送装置用于输送热氧化球团；

所述热储罐具有热储罐入口与热储罐出口，所述热储罐入口与所述热输送装置相连，所述热储罐用于对所述热氧化球团的储存和保温；

所述气基竖炉设置有还原区和冷却渗碳区，所述还原区设置有热炉顶气出口、还原气进气环管以及多个还原气支管，所述还原气进气环管设置在所述气基竖炉的顶部，所述多个还原气支管与所述还原气进气环管连通并延伸至所述还原区下部；

所述气基竖炉的还原区与所述热储罐出口相连。

进一步地，所述系统还包括设置在所述热储罐和所述气基竖炉之间的进料装置。

进一步地，所述系统还包括热氧化单元，所述热氧化单元包括链簏机和回转窑，用于制备所述热氧化球团，生球团依次通过所述链簏机和回转窑。

更进一步地，所述系统还包括造球室，所述造球室与所述热氧化单元相连，用于将原料制成生球团，并传递给所述热氧化单元。

本发明还提供一种利用上述系统还原铁的方法，所述方法包括以下步骤：

通过热输送装置将热氧化球团输送至热储罐，所述热储罐对所述热氧化球团进行储存、保温；

将所述热储罐中的热氧化球团由上至下送至所述气基竖炉的还原区，从所述还原气进气环管通入还原气，所述还原气经还原气支管后延伸至所述还原区下部，并由下至上与所述热氧化球团逆向流动，发生还原反应，得到还原铁与热炉顶气；

所述还原铁经过冷却渗碳区的冷却、渗碳得到铁，所述热炉顶气从所述热炉顶气出口排出。

进一步地，所述方法还包括以下步骤：

通过进料装置将所述热氧化球团从所述热储罐输送至所述气基竖炉。

更进一步地，所述方法还包括以下步骤：

将生球团通过链簏机烘干、预热，传送至回转窑，所述回转窑对其进行氧化焙烧，制备热氧化球团。

更进一步地，所述方法还包括以下步骤：

将原料送入造球室，制备所述生球团。

具体地，进入所述气基竖炉的热氧化球团的温度为800℃-1100℃。

具体地，所述热还原气的温度为850℃-1050℃。

本发明的有益效果：

本发明所述的气基竖炉仅设置有还原区和冷却渗碳区，还原气支管的设置使得还原气更容易到达还原区下部，还原气分布更均匀，还原气在炉内停留时间更长，还原气与铁矿石逆向接触，进而使得还原反应更充分，进而提高产品金属化率。

同时本发明所述气基竖炉不需要预热区，使得气基竖炉的高度得到降低，也提高了气基竖炉的利用率。另外回转窑生产的氧化球团的温度在1100-1300℃，可直接热态运送到气基竖炉作为原料使用，无需先降温、再加热工序，从而显著节约了系统能耗。也正是基于上述原因，在氧化球团的生产过程中，系统不需要起冷却作用的环冷机，使得氧化球团工艺得到简化。

附图说明

图1是本发明所述的热装气基竖炉系统的示意图。

图2是本发明所述的还原气进气环管的结构示意图。

图3是本发明所述方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1所示，本发明所述的热装气基竖炉系统包括气基竖炉1、热储罐2与热输送装置3。所述气基竖炉1用于还原热氧化球团制备铁，所述热储罐2用于对热氧化球团的储存和保温，所述热输送装置3用于输送热氧化球团。此时所述的热氧化球团的温度为1100-1300℃，其通过下文即将描述的热氧化单元4制备。本发明所述的系统可直接将上述温度的热氧化球团以热态运送到气基竖炉1作为原料使用，无需先降温、再加热工序，显著地节约了系统能耗。

如图1所示，所述热储罐2具有热储罐入口与热储罐出口，所述热储罐入口与所述热输送装置3相连，热氧化球团经热输送装置3运送到热储罐2中，在热储罐2中进行储存、保温，此时热氧化球团的温度为950-1200℃。

如图1和图2所示，所述气基竖炉1设置有上部的还原区101和下部的冷却渗碳区102，其中，所述还原区101设置有热炉顶气出口、还原气进气环管以及多个还原气支管，所述还原气进气环管设置在所述气基竖炉1的顶部，所述多个还原气支管与所述还原气进气环管连通并延伸至所述还原区101下部；所述气基竖炉1的还原区101与所述热储罐出口相连。

如图1和图2所示，还原气支管延伸至所述还原区101下部，即所述气基竖炉1的中部，还原气进气环管设置在所述气基竖炉1的顶部，其与所述多个还原气支管连通，热还原气从所述还原气进气环管进入所述多个还原气支管，到达还原区101下部，然后还原气体会缓慢上升。从热储罐2放出的热氧化球团由上至下进入气基竖炉1，通过与还原气换热后，以及被逆向流动的热还原气还原，再往下运动到冷却渗碳区102经冷却、渗碳成优质海绵铁产品后，从气基竖炉1底部排出。这样还原气更易达到竖炉的中部，气流分布更均匀，有利于提高还原气的温度、提高还原段温度，进而提高产品最终金属化率。在还原过程中，热氧化球团温度为800-1100℃，所述气基竖炉1内的热还原气的温度为850-1050℃，该温度为还原铁工艺中最合适的温度。所述还原气通常为H₂和CO的混合气，其比例可根据实际需要进行调整，通常H2/CO＝1.0～2。

如图1所示，还原反应过程中，会有气体生成，其可定义为热炉顶气，一般地，热炉顶气温度为750-1050℃，热炉顶气从气基竖炉1的上部侧面的热炉顶气出口排出，排出后可通过换热回收、显热处理等处理后进一步利用，例如可以将热量回收，用于为系统其他需要热量的装置或设备加热等。

另外，所述系统还可包括设置在所述热储罐和所述气基竖炉之间的进料装置6。进料装置6将热氧化球团从热储罐2导入气基竖炉1，进料装置6可根据实际需要调整进料速度。

如图1所示，所述系统还包括热氧化单元4，所述热氧化单元4包括链簏机401和回转窑402，用于制备所述热氧化球团，生球团依次通过所述链簏机401和回转窑402，经由链篦机401的烘干、预热和回转窑402的氧化焙烧生产出热氧化球团。将链篦机401-回转窑402生产的热氧化球团通过热输送装置3送进气基竖炉1，在气基竖炉1内逐渐被还原成优质海绵铁。

如图1所示，所述系统还可包括造球室5，所述造球室5与所述热氧化单元4相连，用于将原料制成生球团，并传递给所述热氧化单元4，其中原料通常为铁矿石。

根据本发明所述的系统，在氧化球团的生产过程中，系统不需要起冷却作用的环冷机，使得氧化球团工艺得到简化。

如图3所示，本发明还提供一种利用上述系统还原铁的方法，所述方法包括以下步骤：

通过热输送装置3将温度为1100-1300℃的热氧化球团输送至热储罐2，所述热储罐2对所述热氧化球团进行储存、保温，此时热氧化球团的温度为950-1200℃；

将所述热储罐2中的热氧化球团由上至下送至所述气基竖炉1的还原区101，从所述还原气进气环管通入还原气，所述还原气经还原气支管后延伸至所述还原区101下部，并由下至上与所述热氧化球团逆向流动，进入所述气基竖炉1的热氧化球团的温度为800℃-1100℃，此时发生还原反应，得到还原铁与热炉顶气；

所述热还原气的温度为850℃-1050℃，所述还原气与所述热氧化球团逆向接触，进行还原反应，得到还原铁与热炉顶气，一般地，热炉顶气温度为750-1050℃。

所述还原铁经过冷却渗碳区102的冷却、渗碳得到铁，所述热炉顶气从所述热炉顶气出口排出，该热量可回收，用于为系统其他需要热量的装置或设备加热等。

如图3所示，进一步地，所述方法还包括以下步骤：

通过进料装置6将所述热氧化球团从所述热储罐2输送至所述气基竖炉1。

如图3所示，更进一步地，所述方法还包括以下步骤：

将生球团通过链簏机401烘干、预热，传送至回转窑402，所述回转窑402对其进行氧化焙烧，制备热氧化球团。

如图3所示，更进一步地，所述方法还包括以下步骤：

将原料送入造球室5，制备所述生球团，其中原料通常为铁矿石。

实施例1

铁矿石造球室生产的生球团，经由链篦机烘干、预热和回转窑氧化焙烧生产出1200℃的全铁为67％的热铁精矿氧化球团，热氧化球团经热输送装置运送到热储罐，氧化球团入炉温度为1050℃，在热储罐中进行储存、保温，从热储罐放出约950℃的热氧化球团经进料装置进入气基竖炉。约880℃、H2/CO＝1.8的热还原气从气基竖炉顶部的还原气进气环管进入气基竖炉，再通过多个向下的还原气支管通入到气基竖炉中部，设置12个还原气支管在气基竖炉顶部呈环管状分布。热氧化球团与逆向运动的热还原气换热接触，然后进行还原反应，再往下运动到冷却渗碳区经冷却、渗碳成金属化率95％、含碳2.1％的优质海绵铁产品，经与氧化球团反应后生成约880℃的热炉顶气从竖炉顶部排出。

实施例2：

铁矿石造球室生产的生球团，经由链篦机烘干、预热和回转窑氧化焙烧生产出1280℃的全铁为57％的热铁精矿氧化球团，热氧化球团经热输送装置运送到热储罐，氧化球团入炉温度为1110℃，在热储罐中进行储存、保温，从热储罐放出约1000℃的热氧化球团经进料装置进入气基竖炉。约900℃、H2/CO＝1.5的热还原气从气基竖炉顶部的还原气进气环管进入气基竖炉，再通过多个向下的还原气支管通入到气基竖炉中部，设置12个还原气支管在气基竖炉顶部呈环管状分布。热氧化球团与逆向运动的热还原气换热接触，然后进行还原反应，再往下运动到冷却渗碳区经冷却、渗碳成金属化率91％、含碳1.0％的优质海绵铁产品，经与氧化球团反应后生成约945℃的热炉顶气从竖炉顶部排出。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。