专利名称:旋流式二段直接还原熔融炼铁工艺及设备的制作方法
本发明是属于矿粉-粉煤-竖炉直接还原熔融炼铁的生产工艺及设备。
目前在工业上应用的炼铁工艺主要有1、以冶金焦为主的高炉-转炉工艺;
2、以原煤为主的直流电炉还原工艺;
3、以原煤为主的熔化气化炉-还原炉熔融还原工艺。
上述三种炼铁工艺的缺点是1、传统的高炉炼铁，必须以烧结，球团矿或块矿为原料，以昂贵的冶金焦碳为燃料，熔炼过程工艺复杂，能耗高，需建烧结厂、团矿厂、焦化厂等辅助工艺厂。基建投资大、成本高、操作复杂。
2、预还原炉-直流电弧炉炼铁，以粉矿为原料，在高压循环流化床中进行预还原，在直流电弧炉中进行终还原，耗电量大，成本高，不适于电力紧缺地区使用。
3、熔化气化炉-还原炉炼铁，也以块矿和球团矿为原料，以原煤为燃料，分别在熔化气化炉和还原炉中完成还原煤气，熔化海绵铁和还原铁矿任务，这就使设备复杂化，在还原过程中需要大量氧气，必须设置制氧厂，还需设置烧结、团矿等辅助厂，工艺复杂。
本发明将成熟的有色金属冶炼及生产钙镁磷肥所用的旋风炉工艺，经过改造用于炼铁，在熔融还原炉中产生煤气，在旋流式预还原器中对矿粉进行预还原，用加压净煤气将预还原矿粉送入竖炉中用高温煤气进行熔融还原。
本发明的工艺过程如下1、送热风通过还原熔融竖炉(4)上部，下部风口将大于1000℃的热风(21)送入炉内。
2、送煤粉用煤气加压机(13)对废气(15)加压，而后打开煤粉输送装置将煤粉(17)送入炉内，使其在炉内燃烧生成CO2，燃烧废气经余热锅炉(3)沿管道经过一级预还原器(8)，二级预还原器(9)，余热回收炉(11)，干式除尘器(12)，煤气加压机(13)，CO2、SO2吸收塔(14)驱除管路及设备中的空气。
3、调整煤粉输入量(17)和热风量(21)的比例，使燃烧生成物为CO并将其送入煤气处理系统，经加压机(13)加压后送出。
4、供给精矿粉启动螺旋给料器(2)，送入矿粉，矿粉经一级预还原器(8)，二级预还原器(9)进行预还原。
5、送加压净煤气用加压净煤气将预还原矿粉喷射入熔融还原竖炉(4)内进行还原。
6、出渣出铁终还原生成的铁水及渣，经铁口(5)和渣口(6)放出。
本发明工艺所使用设备包括
矿粉贮存及输送器(1)，螺旋给料器(2)，熔融还原竖炉(4)，叶片式旋流喷燃器(7)，预还原器(8)、(9)，回转给料器(10)，余热回收器(11)，余热锅炉(3)，煤气加压机(13)，CO2、SO2吸收塔(14)，干式除尘器(12)。
本发明的炼铁过程及原理本发明炼铁过程分为两个阶段1、预还原阶段控制加压净煤气温度使之保持大于1000℃。以大于15米/秒的速度将矿粉送入预还原器(8)和(9)，在煤气的螺旋形运动中，细粒铁矿物和煤气中CO+H2接触，被还原成低价铁氧化物及部分金属铁，固体沉降而煤气上升并沿管路流动。
1000℃的煤气和常温的矿粉接触后，发生复杂反应，温度降至750℃，在此温度下，预还原度可达40～60%。
2、终还原阶段终还原在熔融还原炉中进行，还原过程为(1)中温(950℃±)固态还原区，(2)高温熔化区(1800-2000℃)，(3)喉部收缩区，(4)炉缸区。
(1)中温还原区将预还原后的物料再度加热升温到950℃左右，同时在较高温度下再进行固态还原，以提高还原度。
以切线或割线方向进入的高温热风，产生旋流运动并使煤粉燃烧生成CO，铁矿物在煤气旋流及紊流运动中，矿物粒子和还原煤气的CO+H2密切接触，还原成Fe固。
在900～1000℃范围内，平衡气相成份中CO含量几乎为100%但在燃烧过程的氧化和还原区内，煤气成份是产生错踪变化的。
(2)高温还原区大于1000℃的热风，用富氧或不富氧，使煤粉燃烧生成1800～2000℃的高温煤气。
下降的固态还原铁及物料在本区内熔化，并有部分金属铁再氧化。
在煤气的旋流运动中，被熔化的渣铁液体靠离心作用抛向炉壁，并沿炉壁流下。
较大颗粒的煤粒也被抛向炉壁粘附在溶渣上，渣中FeO和煤粒接触，被直接还原成液态铁，也沿炉壁下降到炉缸。
燃烧火焰可分成氧化焰带和还原焰带。
3、喉部收缩区由于过剩煤粉存在，该区发生CO2+C＝2CO的吸热反应，煤气温度有所下降，且煤气成份全部为CO。
煤气流经收缩区的喉部时，流速提高几倍，使高温气体喷射到炉缸上层液体界面上产生摄动作用，有利于铁水脱硫。
熔化物在快速回旋收缩中，相互碰撞，由细小液滴聚成大液滴。通过喉部后，容积骤然扩大，煤气中的液滴和煤粒等，由于惯性作用降到炉缸中。
4、炉缸区炉缸内物料分上中下三层上层一煤粒层，中层一熔渣层，下层一熔铁层。
炉缸区的化学反应是直接还原FeO+C→Fe+CO↑在焦粒层和渣界面进行。
渗碳3Fe+C→Fe3C在铁滴穿过焦粉层时进行。
脱硫 FeS+CaO+C→Fe+CaS+CO↑在渣铁界面进行。
附图为旋流二段直接还原熔融炼铁工艺流程图1-矿粉贮存及输送器 2-螺旋给料器 3-余热锅炉 4-熔融还原竖炉 5-铁口 6-渣口 7-叶片式旋流喷燃器 8-一级旋流预还原器 9-二级旋流预还原器 10-回转给料器 11-余热回收炉 12-干式除尘器 13-煤气加压机 14-CO2、SO2吸收塔 15-外送煤气 16-送热风炉煤气 17-煤粉输入 18-回收炉尘 19-石灰粉输入 20-加压净煤气输送管 21-大于1000℃热风(富氧或不富氧) 22-调温加压净煤气。
本发明工艺的优点是(1)可直接采用0～7μm的矿粉，不需进行烧结，团矿予处理，简化了工艺，减少了设备磨损。
2、使用价格低廉的烟煤或无烟煤为燃料，不需使用昂贵的冶金焦和电力，使生产成本大大降低，特别适用于缺少焦煤资源和电力紧缺的地区。
3、不需建立烧结，团矿厂、焦化厂、制氧厂等辅助工艺厂。使基建投资节约60%左右。
4、热效率高，能耗低，本发明工艺所耗电能和蒸汽均可自给，此外还可向外提供剩余煤气及电能。本发明炼铁净能耗为1.7GCal/t，而直流电弧炉法为3.39GCal/t，熔化气化炉-还原炉法为2.5GCal/t。
本发明所用设备优点是1、矿粉在预还原器中进行预还原，减少了炉缸中的直接还原，保证了炉缸具有足够的温度，使铁渣具有充分的热度和良好的流动性。
2、以蓄热式热风炉代替传统的管式热风炉，炉内风温从400℃提高到700℃，补充了由于煤粉燃烧不完全生成CO所减少的热量。
3、采用旋风收尘器方式的预原器内加耐火衬料，代替孔板流化床还原，避免了需要严格控制气流速度及容易发生孔眼磨损、堵塞等缺点。
4、采用干式除尘，粉尘闭路循环方法，消除了粉尘排放对环境的污染。
5、采用煤气加压机，提高净煤气压力，用加压净煤气吹送煤粉和预还原矿粉，避免了预还原矿粉的再氧化，减少了单位生铁的煤气发生量。
6、采用SO2和CO2吸收装置，提高了净煤气质量，减少了废气中有害物质对环境的污染。
7、采用锅炉管气化冷却方式回收热能用于发电，既利用了余热，又降低了能耗。
本发明实施条件1、在旋流式预还原器(8)、(9)内加耐750℃以上高温的耐火内衬。
2、按高炉缸要求改造旋风炉，使之适用于炼铁工艺。
3、旋风炉的送风系统，采用传统高炉蓄热式热风炉代替有色冶金使用的管式热风炉。
勘误表
权利要求
1.本发明属于矿粉-煤粉-竖炉直接还原熔融炼铁的生产工艺及设备。所述的工艺包括送热风，送煤粉，调整煤粉和风量比，燃烧生成CO，供给精矿粉进行预还原，对预还原矿粉进行终还原，出渣出铁水，其特征是以加压净煤气输送煤粉及矿粉，以旋风方式对矿粉进行预还原，在旋风炉中以二段熔融还原方式进行终还原。
2.根据权利要求
1所述的加压净煤气输送煤粉和矿粉，其特征是在常温下输送煤粉和矿粉，以保证预还原矿粉不被再氧化。
3.根据权利要求
1所述的对矿粉进行预还原，其特征是矿粉和煤气可以在旋流式的预还原器中，也可以在流化床中进行预还原。
4.根据权利要求
1所述的二段熔融还原，其特征是该熔融还原在950℃±进行中温固态还原，在1800-2000℃范围内进行高温熔融还原。
5.根据权利要求
1和4所述的中温固态还原，其特征是经预还原的矿物粒子随着以切线或割线进入的高温热风作旋流运动时被还原成固态铁。
6.根据权利要求
1和4所述的高温熔融还原，其特征是它用大于1000℃的富氧或不富氧的高温热风使煤粉燃烧生成高温煤气，使部分FeO还原生成液态铁，该溶化液体在作旋流运动中靠离心力作用抛向炉壁沿炉壁降落到炉缸中。
7.本发明所使用的设备包括矿粉输送器(1)螺旋给料器(2)、熔融还原竖炉(4)、叶片式旋流喷燃器(7)、预还原器(8)、(9)、回转给料器(10)、余热回收器(11)、余热锅炉(3)煤气加压机(13)、CO2、SO2吸收塔(14)、干式除尘器(12)，其特征是所述的熔融还原竖炉(4)，预还原器(8)(9)可以是旋流式预还原设备，也可以是流化床预还原设备。
8.根据权利要求
7所述的熔融还原竖炉(4)，其特征是它需按高炉要求在旋风炉缸内设置耐火衬料，使之能够长期盛大量铁水。
9.根据权利要求
7所述的旋流式预还原器(8)、(9)，其特征是该预还原器内衬的耐火材料可耐750℃以上的高温耐火材料，煤气和矿粉在该还原器中作旋流式运动。
专利摘要
矿粉—煤粉—竖炉直接还原熔融炼铁的生产工艺及设备。它采用熔融还原竖炉中产生的大于1000℃的高温煤气，在旋流式预还原器中对矿粉进行预还原，在旋风式熔融还原竖炉中对预还原矿粉进行中温固态还原(在950℃±)和高温熔融还原(1800—2000℃)本发明以矿粉为原料，以煤粉为燃料，节省大量昂贵冶金焦和电力，工艺简单，操作、控制方便，基建投资少，生产成本低、降低能耗、经济效益显著。
文档编号C21B13/00GK86102198SQ86102198
公开日1987年12月23日 申请日期1986年4月3日
发明者李世原 申请人:李世原导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan