一种烟气循环式预还原烧结装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种铁矿石的烟气循环式预还原烧结装置。
【背景技术】
[0002] 目前我国以高炉炼铁工艺为主，烧结矿占入炉原料的70%~90%，烧结工序能耗 占炼铁能耗的10%~15%，存在能耗高、污染大、余热利用率低等问题。传统烧结工艺流程 如图1所示，传统铁矿烧结工艺主要以焦粉和无烟煤作为燃料为烧结过程提供热量，采用 抽风烧结的方式，生产以铁酸钙为粘结相的高碱度烧结矿。
[0003] 中国专利 CN101343689B，CN101608256B，CN101921909B，CN102127636B， CN102676797B和中国专利公开CN103911507A公开了烧结矿的制备方法。
[0004] 另外，CN1940092A和CN100532579C公开了预还原球团的制备。
[0005] 国内目前为了增加产量和实现节能减排，在宁钢和沙钢等烧结厂采用了烧结烟气 内循环式烧结方案，内循环工艺是由新增抽风机将温度较高、O 2含量较高、SO2含量较低的 风箱烟气直接抽入新设管道而不进入原有烟道，再经过多管除尘后或补充新鲜空气或与环 冷循环烟气在混合器中混匀，并进入烧结台车面机罩内，再次通过料层参与烧结过程。与 之对应的是一种烧结烟气外循环式烧结方案，外循环工艺是在常规烧结工艺基础上，将O 2 含量较高、SO2^量较低的某一烟道的烟气在主抽风机后由循环风机引出，再经过重力除尘 或旋风除尘后与补充的新鲜富氧空气或与环冷机废气在混合器中混匀，并进入烧结台车面 机罩内，再次通过料层参与烧结过程。这两种烧结烟气循环利用方式一定程度上可以实现 节能减排，但烟气循环率低，原因如下：试验研究和生产实践证明，为了保证烧结矿的产质 量指标要求，烧结空气中的氧气含量不能低于16 %~18%，而烧结烟气中的氧气含量仅为 13%左右，所以进行烟气循环时，如果不配加富氧空气或纯氧，烟气循环率低于35%以下， 即使采用富氧或纯氧，也只能循环50%左右。）目前的生产应用显示节能效果并不明显，工 艺技术上还有待进一步的完善，因此还没有得到大规模推广应用。
[0006] 现有技术中提到了预还原的概念，但是仅仅是局部设计或设想。目前作为一种尚 未工业化应用的新技术，预还原烧结工艺所生产的烧结矿中还含有金属铁和氧化铁，用于 高炉中具有还原铁的作用。
[0007]目前，节能减排和环境保护对烧结生产提出了更高的要求，现有烧结生产技术具 有能耗高，烟气排放量大，脱硫成本高等缺陷。为了适应烧结生产的需要，采用烟气循环烧 结技术，从源头治理出发，一方面，可以利用烟气中的显热和潜热；另一方面，可以降低烟气 的排放量，减少脱硫成本。
[0008] 焦炭的短缺和高炉生产对焦炭需求（焦炭作为料层的骨架和直接还原反应的还 原剂）的矛盾制约了长流程炼铁工艺的发展，以及大型高炉生产对原料透气性提出了更高 的要求。为了增强长流程炼铁工艺的生命力，采用预还原烧结技术，使得一部分还原脱氧过 程在烧结中完成，不仅可以减少焦炭的消耗，而且预还原烧结矿孔隙率高，提高了料层的透 气性，有助于大型高炉生产率的提高。
[0009] 另外，磷作为钢铁冶炼过程中的主要有害元素之一，必须去除，但目前钢铁生产工 艺只能在选矿和炼钢过程中脱磷，这是储量丰富的高磷铁矿石资源利用困难的主要原因， 如果能够在烧结过程中直接脱磷，减少磷对后续工序设备和产品质量的影响，将有助于高 磷铁矿资源的开发利用。
[0010] 针对以上缺陷，本专利以现有技术为基础，通过融合烟气循环烧结和预还原烧结 两种技术，研发出了一种烟气循环式预还原烧结工艺和装置，能够一定程度上解决上述面 临的技术难题。 【实用新型内容】
[0011] 现有预还原烧结技术尚处于概念和基础研究阶段，没有一套具体的实施方案，预 还原后的烟气含有较高的C0,并且对后续烟气处理带来困难；而现有烟气循环烧结技术不 仅烟气的循环率低，节能减排效果也很有限，经济效益不显著；另外，现有传统烧结技术是 在一种氧化气氛下完成烧结过程，不可能实现高磷铁矿的直接脱磷。
[0012] 针对上述现有烧结技术存在的缺点，本实用新型提出了一种烟气循环式预还原烧 结工艺，旨在生产预还原烧结矿的同时还可以利用内配碳还原出高磷铁矿中的磷。在现有 技术的直接还原过程中，磷铁矿被还原成气体P2，接触到金属铁后又生成了Fe2P，因此在现 有技术中不具有本实用新型所述的内配碳脱磷的效果。而在本实用新型的技术中，内配碳 小球可以是高磷铁矿内配碳球团，小球中的磷被还原成气体？ 2后，及时地扩散到球团外部， 与之接触的是烧结矿（没有金属铁）和弱氧化性气氛（氧气含量较低，一般在10%以下）， 因此确保了磷的脱除。另外，本实用新型采用烟气循环烧结的方式，实现磷资源的富集和回 收利用，以及高效利用烟气中的显热和潜热，达到资源高效利用和节能减排的目的。
[0013] 本实用新型的设计人经过理论计算和实验室研究结果表明，预还原烧结矿在还原 度达到40%~60%时，高炉燃料比可降至450kg/t以下，炼铁成本将大幅降低，同时ay咸 排将超过10%。
[0014] 由于预还原后的烟气含有较高的C0,本实用新型的解决它的办法就是烟气循环烧 结，还可以利用烟气中的CO潜热，降低能耗，避免了对后续烟气处理的影响。另外，本实用 新型可以采用大部分的烟气进行循环利用，因为该工艺为了保证物料外部弱氧化和球团里 面还原气氛，对烧结气体的氧气含量要求更低，采用的是小风量和低负压烧结方式，而且对 预还原烧结矿的强度要求也降低，因为预还原烧结矿的固结机理，主要是硅酸铁和硅酸钙 的液相，以及部分铁酸钙的液相固结；而传统烧结主要是铁酸钙的液相固结，本质上也不可 能生产高强度的预还原烧结矿。而且高炉生产对预还原烧结矿的强度要求也更低，采用预 还原烧结矿作为高炉炉料时，解决了高炉上部低温还原粉化的问题，强度损失极大减小，同 时预还原烧结矿具有发达的孔隙率，从而保证了料层的透气性，这也是采用预还原烧结矿 时高炉生产率提高的根本原因。
[0015] 根据本实用新型的实施方案，提供一种铁矿石预还原烧结方法，该方法包括：
[0016] 1)将铁矿石粉（例如铁精矿粉，如普通铁矿或高磷铁矿）和煤炭燃料（例如焦粉 或煤粉）混匀后造球（例如圆盘造球或压球）而获得内配碳的球团，其中：煤与矿的重量比 是在0. 08~0. 35:1 (wt)、优选0. 1~0. 3:1 (wt)、更优选0. 15~0. 2:1 (wt)的范围，球团 平均直径在3~15mm，优选4~11mm，更优选5~8mm;
[0017] 2)用铁矿石粉、熔剂和煤炭燃料粉进行配料，其中铁矿石粉、熔剂和煤炭燃料的用 量比为75-85:10 - 15:3 - 6 ;然后，在一次混合机中添加水（例如基于固体物料总重量的 5-9wt%，如7wt% )进行混合以获得烧结混合料，
[0018] 3)将步骤1)中获得的内配碳的球团、步骤2)中获得的烧结混合料和附加的煤炭 燃料细粉在二次混合机中进行混合，获得预还原烧结混合料，其中：烧结混合料、内配碳球 团和附加的煤炭燃料细粉的用量比（按wt)为50-70:28 - 48:1 - 5,优选53-65:34 - 46: L 2 - 3 ;更优选 55-62:36 - 43: L 5 - 2. 5 ;和
[0019] 4)将预还原烧结混合料布置到烧结机的烧结台车上进行预还原烧结（优选，进行 烟气循环式预还原烧结，更优选在低负压、小风量下进行烧结）。这里的低负压是指相当于 常规烧结负压（例如-14至-17. 2KPa)的70 %~90 %的负压（例如-IlKPa至-15KPa， 如-11. 2至-14. 4KPa)。这里所述的小风量是指相当于常规风量的80 %~90 %的风量（例 如 72m3/ (m2. min)至 81m3/ (m2. min))。
[0020] 优选的是，烧结机的底部具有例如20-34个、优选22-32个、更优选24-28个风箱。
[0021] 优选的是，上述方法还包括：
[0022] 5)预还原烧结后的烧结矿在绝氧的条件下（即在低氧（如0? l_3vol % )或无氧 的条件下）进行冷却。优选的是，在罐式冷却器中采用惰性气体（如氮气）冷却。
[0023] 在步骤1)中，一般来说，在制备球团的过程中采用润湿量的水（例如基于固体物 料总重量的5-9wt %，如7wt % )。
[0024] 在步骤2)中，一般来说，煤炭燃料为焦粉或焦粉和煤粉二者的混合，并且，煤炭燃 料与铁矿石粉的重量比为3~10 : 75~85,优选4~6 : 75~85。
[0025] -般，步骤4)中的烟气循环式预还原烧结是指：来自烧结机头部或前端的几个风 箱（例如第3至第12个风箱，如第3-10个风箱）以及来自烧结机尾部（或后端）的几个 风箱（例如倒数第1至倒数第8个风箱）的烟气作为循环烟气，循环烟气在简单的重力除 尘之后或在利用第一除尘器（8)进行除尘之后（例如利用旋风式除尘器（8)进行旋风除尘 之后）与富