一种生产铁焦的竖炉工艺的制作方法

本发明涉及金属火法冶炼的技术领域，具体涉及一种生产铁焦的竖炉工艺，主要用于生产铁焦以替代高炉生产需要的部分焦炭。

背景技术：

焦炭是高炉冶炼的重要原料，在高炉内同时发挥铁水渗碳剂、发热剂、还原剂和料柱骨架的作用，高炉炼铁既要保证高炉炉况稳定顺行，又要尽量降低焦炭消耗。因此，高炉对焦炭质量的要求是热强度要高，同时反应性也要高。

为了保证焦炭的质量，焦炭的生产原料采用专用的焦煤，然而焦煤的资源是十分有限的，为了降低焦炭的消耗，高炉炼铁积极推广了喷吹煤粉的技术，该技术已在国内外得到普遍推广，降低焦炭的效果虽然明显，但是目前一般高炉焦比高达每吨铁水350-380公斤，先进的高炉焦比每吨铁水也有300-320公斤，不仅消耗量仍然很大，而且焦煤的价格逐年升高，使得降低生产成本的压力越来越大。

从目前全球焦煤分布和储量来看，分布极不均衡且优质焦煤资源总储量很有限，在每年消耗近10亿吨优质焦煤的情况下，再过不到70年世界的优质焦煤资源将消耗殆尽，如何进一步降低焦煤的消耗及CO₂的排放量，已经成为十分重要的课题。

近几年国内外积极开展了铁焦替代焦炭的研究，所谓铁焦，就是向非焦煤中添加一定比例的铁矿粉，通过高温炭化得到的含有金属铁的一种焦炭。由于金属铁对C+CO₂＝2CO反应具有催化作用，铁焦的反应性明显高于普通焦炭。

将铁焦与铁矿石混装入炉用于炼铁，其意义归纳起来有以下几点：

(1)铁焦很好地满足高炉对焦炭的热强度和反应性都要高的性能要求，并且铁焦的反应性明显高于普通焦炭，降低了热保存区温度，降低了能耗，提高了生产效率；

(2)铁焦替代部分焦炭，从而降低了焦炭消耗，降低了生产成本，提高了生产率,降低了CO₂的排放；

(3)非焦煤中配加的铁矿石在生产铁焦的过程中已还原成金属铁，这样也能够降低焦比、提高生产效率。

铁焦的制备方法目前主要有两种：

一种是日本JFE公司的热压块—竖炉法，这种方法是将含有少量黏结剂的铁矿石和非焦煤的混合物加热到一定温度，用压块机制成一定形状的团矿，然后装入竖炉型反应器中进行干馏，最后制得形状规整的铁焦产品。这种方法的优点是可以多配铁矿石(铁矿石配比最高可达30％)，铁焦的热性质较好。但其缺点是工艺流程复杂、生产率低且难以大型化。

另一种方法是日本新日铁公司的传统室式炼焦炉法，曾在大型焦炉上做过工业性试验。它是将破碎到合适粒度的铁矿石添加到配合煤的运输皮带机上，没有设置专门的混匀设备，而是在皮带机的转运过程中实现配合煤与铁矿石的均匀混合。工业试验结果显示，推焦作业顺利，没有发生炉墙侵蚀现象。这种方法的优点是可以利用传统的炼焦设备生产铁焦，铁焦的冷强度符合实际高炉生产的要求，产量大，工艺成熟；缺点是铁矿石配比低，而且热性能较差，难以达到理想的生产效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供了一种生产铁焦的竖炉工艺，该工艺先进可靠、能够实现铁焦的大规模生产、产品热强度好、反应性高、工艺过程没有炉墙侵蚀，从而减少高炉炼铁焦炭用量、降低高炉炼铁生产成本、提高高炉炼铁生产效率、减少高炉炼铁CO₂排放等显著优点。

本发明所采用的技术方案基于使用了如图2所示的炭化竖炉，该炭化炉为竖炉型式，由炭化室1和燃烧室2组成，多个炭化室1布置在一个很大的燃烧室2中，炭化室通过模块化组合而成，炭化室1从上到下分为预热段4、炭化段5和冷却段7，每个炭化室1和燃烧室2之间设有传热隔墙6，通过燃烧室2中的燃烧器3燃烧煤气产生炭化室1所需要的热量，各炭化室1内温度基本一致，压块料从顶部加入后经过预热段4、炭化段5和冷却段7后，在排料装置8的控制下按照合理流量排出。

本发明所采用的技术方案如下：

一种生产铁焦的竖炉工艺,具体包括以下步骤：

(1)将铁矿和煤均粉碎至粒度小于0.5mm的粉末,然后将铁矿粉与煤粉加入粘结剂一起混匀后形成混匀料；

(2)将混匀料经过压块、烘干后形成压块料，压块的粒度大小为15-75mm；

(3)压块料由装料装置装入炭化炉中的炭化室中，压块料在炭化室中向下运行，先后经过炭化室的预热段和炭化段形成铁焦，预热的温度在300-800℃，炭化温度控制在800-1250℃，预热和炭化总的时间为10～30h；

(4)铁焦经过冷却段冷却至50-150℃的温度，通过排料装置连续排出炉外。

优选地，所述步骤一中铁矿粉与煤粉的质量比为20～40：60～80。

优选地，所述步骤一中的煤为非焦煤，选自无烟煤、烟煤或褐煤中的一种或多种。

优选地，所述步骤三中压块料在炭化室中运行的速度控制在3-30mm/min。

所述步骤三中炭化室中预热和炭化所需的热量，来源于炭化室隔墙外燃烧室燃料燃烧产生的热量，热量通过隔墙传给炭化室中的压块料。

所述燃烧室燃烧产生的高温烟气排出燃烧室后，通过换热器来预热燃烧室燃烧用助燃气体和/或烘干压块。

实施本发明生产铁焦的工艺，具有以下有益效果：

1)采用本发明生产铁焦的竖炉工艺，不仅工艺流程简单可靠，而且可以实现大规模生产，原因在于：炭化室可以通过模块化组合来实现大规模生产需要的产量，另外炭化炉前后的工艺及装备为规模化生产创造了条件，该工艺明显克服了采用焦炉生产铁焦这种工艺的许多缺点。

2)该工艺根据不同的原料条件，可通过有效的调节炭化温度和炭化时间，来得到优质的铁焦，铁焦能够达到高炉对焦炭的热强度和反应性的性能要求，并且铁焦的反应性明显高于普通焦炭，降低了热保存区温度，这样铁焦能够替代部分焦炭，从而降低焦炭消耗，降低生产成本，提高生产率,降低CO₂的排放，同时由于非焦煤中配加的铁矿石在生产铁焦的过程中已还原成金属铁，这样也能够降低焦比和提高了生产效率。

3)该工艺高品质的炭化室隔墙采用优质耐材，具有高导热、低气孔、耐高温、耐磨损等性能，为高生产效率、降低能耗和长寿命提供了很好的条件。

4)该工艺炭化室分为预热段、炭化段和冷却段，可达到的效果有：压块料在炭化前，经过了充分的预热，热量得到有效利用，炭化的效率得到提高；炭化过程中采用缓慢向下的连续运动，能够很好地避免炭化室中物料与隔墙及物料之间的粘接，不至于造成排料困难和中断生产；炭化完毕，铁焦在冷却段能够冷却到需要的温度。

5)该工艺炭化室和燃烧室各自独立，各自的还原气氛和氧化气氛互不干涉，能够实现温度场均匀，能够得到优质的铁焦。

6)该工艺压块料中煤和铁氧化物充分接触，能够使得铁在炭化过程中得到很好的还原，并且由于金属铁对C+CO₂＝2CO反应具有催化作用，铁焦的反应性明显高于普通焦炭。

7)该工艺燃烧室最终排出的高温烟气采用高温热交换器进行热量回收，用来预热进入燃烧室用助燃空气和压块料，降低了能耗，提高了能源利用效率。

8)该工艺炭化室预热段排出的炭化性气体返回至燃烧室再利用，可节约能源、降低能源消耗。

附图说明

图1为本发明生产铁焦的竖炉工艺的流程图；

图2为本发明所使用的炭化竖炉的示意图。

具体实施方式

为了使本发明技术方案更容易理解，现结合附图采用具体实施例的方式，对本发明的技术方案进行清晰、完整的描述。应当注意，在此所述的实施例仅为本发明的部分实施例，而非本发明的全部实现方式，所述实施例只有示例性，其作用只在于为审查员及公众提供理解本发明内容更为直观明了的方式，而不是对本发明所述技术方案的限制。在不脱离本发明构思的前提下，所有本领域普通技术人员没有做出创造性劳动就能想到的其它实施方式，及其它对本发明技术方案的简单替换和各种变化，都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种生产铁焦的竖炉工艺，用于生产替代高炉部分焦炭的铁焦，其主要生产步骤包括：

1)粉粹后达到合格粒度的铁矿粉(0.3mm)和煤粉与粘结剂一起混匀，混匀后进行压块，压块的粒度大小为20-50mm，然后进行烘干；

2)烘干后的压块料由装料装置从炭化室顶部进料，炭化室被压块料全部填充，料面高出炭化炉本体一定高度；

3)压块料在炭化室中靠重力向下运行，经过预热段、炭化段后完成炭化过程，炭化室内温度1100℃，炭化室中进行预热和炭化所需的热量，来源于炭化室隔墙外燃烧室燃烧产生的热量，热量通过隔墙传给炭化室中的压块料；

4)燃烧室位于炭化室四周或两侧，燃烧室内设置若干个烧嘴，燃料和助燃气体燃烧会产生1100～1400℃的高温烟气，高温烟气的热量整体均匀通过隔墙加热炭化室隔墙内的压块料；燃料为煤制煤气、高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、天然气、石油液化气或页岩气等的至少一种；

5)压块料在炭化室内进行充分的炭化反应；根据原料条件和工艺需要，炭化室内的温度和炭化反应的时间均能实现可调、可控；

6)燃烧室排出的烟气温度较高，约900～1200℃，排出后的高温烟气通过换热器进行热量回收，预热进入燃烧室的助燃气体，助燃气体可预热至500～700℃，换热后的烟气温度降低至400～600℃，还可用于烘干原料等，烘干后的100～150℃的烟气通过烟囱外排；

7)各个炭化室内部被炭化物料在反应过程中，产生的气体，如CO、H₂等，在炭化室顶部空间返回至燃烧室作为补充燃料；

8)经过炭化段后生产的铁焦最后经过冷却段，根据需要的温度可以达到50-150℃，通过排料装置连续排出炉外，得到的冷态铁焦与高炉原燃料配料后加入高炉。

本发明工艺具有以下优点：

1)该工艺对铁矿石的品位要求不高，低品位铁矿石也可以使用；

2)该工艺的能源利用充分，能源浪费很少，并且资源都得到循环利用；

3)该工艺中的炭化炉由炭化室和燃烧室组成，炭化室的数量根据产量要求进行模块化的组合，燃烧室的大小和数量根据炭化室的多少进行调整。

实施例2

本发明生产铁焦的工艺包括以下步骤：

1)将粉粹后含铁品位53％的铁矿粉和褐煤与粘结剂充分混匀，铁矿粉与褐煤的质量比例为30：70，混匀后压块，压块后的粒度大小约30mm，经过烘干机烘干处理后运至槽下料仓；

2)将以上得到的烘干块料由炉顶装置从炭化炉顶部装入炭化室，压块料将炭化室全部装满，并高出炭化炉顶面一定高度；

3)炭化室的预热段和炭化段为长方形，其宽度为300～800mm，长度为1000～1800mm，高度10000～18000mm；

4)通过管道向燃烧器供应的煤气和预热后达到600℃的助燃空气在燃烧室内燃烧，燃烧产生1350℃的高温烟气，混合料在炭化室内进行炭化反应；炭化室内的温度控制在1100℃，预热和炭化反应时间控制在15-18h；

5)燃烧室出来的烟气温度约1000℃，排出后的高温烟气通过热交换器进行热量回收，将进入燃烧室助燃空气预热至600℃，再经过换热器将压块料烘干，排出的烟气温度降低至100～150℃，最后通过烟囱外排；

6)各炭化室混合料反应完毕后，1050～1100℃铁焦经过冷却段后温度达到100℃以下后从排料装置排出，得到合格铁焦。

该工艺生产效率明显提高，焦比和生产成本明显降低，每天铁焦产量为约300吨以上，年产量可达100万吨以上。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。