专利名称：一种粉铁矿预还原工艺以及多级流化床的制作方法
技术领域：
本发明涉及炼铁领域中的熔融还原炼铁工艺，特别涉及一种粉铁矿预 还原工艺以及多级流化床。
背景技术：
高炉炼铁工艺是当前炼铁的主体工艺，但高炉炼铁工艺总体流程长、 污染严重和对炼焦煤的依赖是工艺本身无法突破的瓶颈，熔融还原炼铁工 艺有望克服高炉炼铁工艺的限制，在资源日益紧缺、环保压力日益增加的 情况下，熔融还原炼铁工艺日益突显出其重要性。在众多开发的熔融还原 炼铁工艺中，铁矿预还原与终还原炉搭配的"二步法"熔融还原工艺路线 逐渐成为主体，多级流化床还原粉铁矿工艺因其独有的工艺特性而成为是 众多的"二步法"熔融还原炼铁工艺的主要预还原工艺之一。
中国专利公开号CN1142248A、 CN1090331A分别两个公开了多级流 化床还原粉铁矿工艺。
这两个专利用多级流化床预还原粉铁矿工艺，粉铁矿从料仓添加到流 化床中，矿石原料在自身重力作用下在多级流化床中逐步还原并添加到终 还原炉中，流化床反应过程中的流化介质和还原气体为终还原炉出口煤 气，经过每级流化床的气体分布板通入到流化床中流化并还原粉铁矿原 料。
类似这种粉铁矿多级流化床还原工艺，终还原炉出口煤气直接通入到 流化床中，终还原炉出口煤气温度超过IOO(TC，但粉铁矿原料在温度超过 95(TC条件下极易熔融而结块或烧结，造成流化床堵塞。对于流化床气体 分布板，在分布板上粘附熔融原料是造成堵塞的主要因素，而且对于流化 床工艺本身，系统内部的压力损失有很大部分是由气体通过分布板环节造 成。对于粉铁矿流化床还原工艺，气体分布板磨损、堵塞也是造成工艺中 断的主要原因之一。
发明内容
本发明的目的是开发一种粉铁矿预还原工艺及多级流化床，克服当前 多级流化床预还原粉铁矿工艺与终还原工艺搭配过程中煤气温度过高造 成的原料熔融粘结问题，以及减少多级流化床还原粉铁矿工艺装置中气体 分布板压力损失，提高多级流化床预还原粉铁矿工艺效率，从而提高整个 "二步法"熔融还原工艺效率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，
一种用于粉铁矿预还原工艺，采用由至少2级流化床顺序串联而成的 多级流化床，最大粒度不超过8mm的粉铁矿原料从料仓加入到第一级流 化床中，作为流化介质和反应介质的高温煤气从最后一级流化床底部通 入；粉铁矿原料受自重作用顺流而下，,高温煤气则与粉铁矿原料逆流而上， 粉铁矿在多级流化床中逐步得到还原；粉铁矿经多级流化床还原或依自重 直接添加到终还原炉中，或由喷枪喷入到终还原炉中，或经过热压块后加 入到终还原炉中；其中，进入流化床的煤气温度750 950°C;各级流化床 为至少二个锥度的锥型流化床，可省去流化床气体分布板。
进一步，通入流化床的高温煤气由多级流化床出口煤气经除尘、洗涤
和脱除C02工序的低温煤气与终还原炉出口的高温煤气混合而成。
多级流化床出口煤气经除尘、洗涤和脱除C02工序并回对到终还原炉 出口煤气中进行循环利用。
多级流化床由2~4级流化床组成。
作为各级流化床的锥型流化床至少有2个锥度，每个锥度10 40° 。 各级流化床不带气体分布板。
多级流化床每级流化床配有热旋风分离器回收铁矿石细粉，回收的铁 矿石细粉或返回到同一级流化床，或添加到下一级流化床中。 多级流化床内温度保持在650~950°C。 多级流化床内压力保持在0.1 1.0Mpa。 -多级流化床出口煤气气速〈0.5m/s。 多级流化床入口煤气气速范围是1.0~10.0m/s。
经多级流化床还原的粒度〉3mm粉铁矿的粗颗粒在自重作用下添加下 一级流化床或到终还原炉中，粒度〈mm粉铁矿细颗粒通过下料管添加下一级流化床或到终还原炉中。
经多级流化床还原的粉铁矿金属化率〉60%。
另外，本发明用于粉铁矿预还原工艺的多级流化床，其为锥型结构，
至少有两个锥度。所述的流化床的锥度为10 40° 。各级流化床可不设气
体分布板装置。
本发明粉铁矿多级流态化预还原工艺中，粒度〈8mm的粉铁矿从料仓 添加到流化床的下部，还原煤气从流化床底部通入，粉铁矿经2 4级流化 床还原添加到终还原炉中。 一级流化床出口煤气经热旋风除尘、洗涤和脱 除C02工序与终还原炉出口煤气混合作为流化床还原煤气和流化介质，流 化床由多锥度设计，混合煤气可不经气体分布板直接进入到流化床中。本 发明的粉铁矿多级流态化预还原装置和工艺，通过循环利用流化床出口煤 气，在降低最后一级流化床入口煤气的温度、提高工序能耗的同时，克服 了流化床内粉铁矿熔融造成的粘结，通过流化床多锥度设计，省去了流化 床气体分布板，减少了煤气的阻力损失，提高了流化床效率，从而提高了 多级流化床预还原与终还原搭配的"二步法"熔融还原炼铁工艺效率。
本发明的有益效果
本发明由于多级流化床出口煤气经旋风除尘、洗涤净化以及脱除C O 2 等工序得到温度较低、有效气体含量较高的还原气体并与终还原炉出口的 高温煤气混合，降低了流化床入口煤气温度，有效防止了流化床内粉铁矿 原料由于反应气体温度过高造成的熔融粘结，同时提高了系统能量的循环 利用。
另外，通过在同一级流化床进行两级或多级锥型设计，省去了流化床 气体分布板，大大减少了流化床还原工艺过程中气体压力损失、减少了由 于气体分布板出现的磨损堵塞等造成的工艺中断，提高了多级流化床还原 粉铁矿工艺的效率。通过本发明的实施，可大大提高多级流化床预还原粉 铁矿工艺效率，从而提高多级流化床预还原与终还原搭配的"二步法"熔 融还原炼铁工艺效率。
图1是本发明第一实施例的流程示意图；图2是本发明第二实施例的流程示意图； 图3是本发明第三实施例的流程示意图4是本发明流化床的结构示意图。
具体实施例方式
实施例1
参见图3，粉铁矿1和熔剂2原料混合进入料仓3中，粉铁矿1从料 仓3原料(粒度〈8mm)经下料管4添加到一级流化床5的下部，还原煤 气从一级流化床入口 23进入一级流化床5， 一级流化床入口煤气为二级流 化床经热旋风11的出口煤气； 一级流化床入口煤气还原度 H2%+CO%>50%， 一级流化床入口煤气速度为1.0 10.0m/s， 一级流化床入 口煤气温度为500 卯(TC;
粉铁矿1在一级流化床5中反应后经下料管14添加到二级流化床6 中，大颗粒原料则可在煤气管道逆流到二级流化床6中， 一级流化床5反 应后的煤气，经热旋风10排出一级流化床5，经煤气洗涤装置18和煤气 脱除C02装置19，得到循环煤气21;与终还原炉出口煤气20混合得到混 合煤气22，混合煤气22的温度为850 950°C ，煤气还原度H2%+CO%>85%;
二级流化床6的入口煤气经二级流化床煤气入口 23进入，入口煤气 为三级流化床7的出口煤气经热旋风12所得的还原煤气；
粉铁矿在二级流化床6中还原后经下料管15添加到三级流化床7中， 三级流化床7的入口煤气经三级流化床煤气入口 25进入，入口煤气为四 级流化床8的出口煤气经热旋风13所得的还原煤气；
粉铁矿在三级流化床7中还原后经下料管16添加到四级流化床8中， 四级流化床8的入口煤气经四级流化床煤气入口 26进入，入口煤气为终 还原炉出口煤气20与循环煤气21混合得到的混合煤气22;粉铁矿经多级 流化床还原后金属化率>60%; -
粉铁矿在四级流化床8中还原后经下料管17添加到终还原炉9中， 最终还原生成铁水，终还原炉出口产出的煤气为终还原炉出口煤气20;
各级流化床入口煤气直接通入到流化床中，不经流化床气体分布板， 颗粒较小的粉铁矿通过下料管添加到下一级流化床中或最终进入终还原炉中，颗粒较大的粉铁矿可由煤气管道逆流下降到下一级流化床或最终进 入终还原炉中。
一级流化床出口煤气经旋风除尘、洗涤净化以及脱除C02 等工序与终还原炉出口煤气混合得到混合煤气，系统能量得到循环利用。 参见图4，本发明用于粉铁矿预还原工艺的多级流化床为锥型结构，
以多级流化床5为例，其内壁51、 52、 53有3个锥度，锥度为10 40° 。 实施例2
参见图4，粉铁矿1和熔剂2原料混合进入料仓3中，原料(粒度〈8mm) 经下料管4添加到一级流化床5的下部，还原煤气从一级流化床入口 23 进入一级流化床5， 一级流化床入口煤气为二级流化床经热旋风11的出口 煤气， 一级流化床入口煤气还原度112%+(:0%>50%， 一级流化床入口煤气 速度为1.0 10.0m/s， 一级流化床入口煤气温度为500 900°C。粉铁矿原料 在一级流化床5中反应后经下料管14添加到二级流化床6中，大颗粒原 料则可在煤气管道逆流到二级流化床6中， 一级流化床5反应后的煤气， 经热旋风10排出一级流化床5，经煤气洗涤装置18和煤气脱除C02装置 19，得到循环煤气21，与终还原炉出口煤气20混合得到混合煤气22，混 合煤气22的温度为850 950°C，煤气还原度H2%+CO%>85%。 二级流化 床6的入口煤气经二级流化床煤气入口 23进入，入口煤气为三级流化床7 的出口煤气经热旋风12所得的还原煤气。粉铁矿在二级流化床6中还原 后经下料管15添加到三级流化床7中，三级流化床7的入口煤气经三级 流化床煤气入口 25进入，入口煤气为四级流化床8的出口煤气经热旋风 13所得的还原煤气。粉铁矿在三级流化床7中还原后经下料管16添加到 四级流化床8中，四级流化床8的入口煤气经四级流化床煤气入口 26进 入，入口煤气为终还原炉出口煤气20与循环煤气21的混合煤气22。粉铁 矿在四级流化床8中还原金属化率>60%，经下料管17添加到热压块27 中压块添加到终还原炉9中，最终还原生成铁水，终还原炉出口产出的煤 气为终还原炉出口煤气20。
各级流化床入口煤气直接通入到流化床中，可不经流化床气体分布 板，颗粒较小的粉铁矿通过下料管添加到下一级流化床中或最终进入终还 原炉中，颗粒较大的粉铁矿可由煤气管道逆流下降到下一级流化床或最终
8进入终还原炉中。 一级流化床出口煤气经旋风除尘、洗涤净化以及脱除 C02等工序与终还原炉出口煤气混合得到混合煤气，系统能量得到循环利 用。
实施例2与实施例1的差别是，经多级流化床还原的直接还原铁经热 压块添加到终还原炉中。
实施例3
参见图5，粉铁矿1和熔剂2原料混合进入料仓3中，原料(粒度〈8mm) 经下料管4添加到一级流化床5的下部，还原煤气从一级流化床入口 23 进入一级流化床5， 一级流化床入口煤气为二级流化床经热旋风11的出口 煤气， 一级流化床入口煤气还原度H2。/。+CO。/。〉50。/。， 一级流化床入口煤气 速度为1.0~10.0m/s， 一级流化床入口煤气温度为500 900°C。粉铁矿原料 在一级流化床5中反应后经下料管14添加到二级流化床6中，大颗粒原 料则可在煤气管道逆流到二级流化床6中， 一级流化床5反应后的煤气， 经热旋风10排出一级流化床5，经煤气洗涤装置18和煤气脱除C02装置 19，得到循环煤气21，与终还原炉出口煤气20混合得到混合煤气22，混 合煤气22的温度为850 950°C，煤气还原度H2%+CO%〉85%。 二级流化 床6的入口煤气经二级流化床煤气入口 23进入，入口煤气为三级流化床7 的出口煤气经热旋风12所得的还原煤气。粉铁矿在二级流化床6中还原 后经下料管15添加到三级流化床7中，三级流化床7的入口煤气经三级 流化床煤气入口 25进入，入口煤气为四级流化床8的出口煤气经热旋风 13所得的还原煤气。粉铁矿在三级流化床7中还原后经下料管16添加到 四级流化床8中，四级流化床8的入口煤气经四级流化床煤气入口 26进 入，入口煤气为终还原炉出口煤气20与循环煤气21的混合煤气22。粉铁 矿在四级流化床8中还原金属化率>60%，经下料管17添加到终还原炉9 中，最终还原生成铁水，终还原炉出口产出的煤气为终还原炉出口煤气20。
各级流化床入口煤气直接通入到流化床中，可不经流化床气体分布 板，各级流化床内设置内部构件以改善流化床内煤气流分布，颗粒较小的 粉铁矿通过下料管添加到下一级流化床中或最终进入终还原炉中，颗粒较 大的粉铁矿可由煤气管道逆流下降到下一级流化床或最终进入终还原炉
9中。 一级流化床出口煤气经旋风除尘、洗涤净化以及脱除C02等工序与终 还原炉出口煤气混合得到混合煤气，系统能量得到循环利用。
实施例3与实施例1的差别是，多级流化床的入口可设置内部构件进 一步改善流化床内的煤气分布。
综上所述，本发明通过对多级流化床出口煤气旋风除尘、洗涤净化以 及脱除C02等工序得到温度较低、有效气体含量较高的还原气体并与终还 原炉出口的高温煤气混合以降低流化床入口煤气温度，防止流化床内粉铁 矿原料由于反应气体温度过高造成的熔融粘结，同时有效循环利用系统能 量。另外，通过对同一级流化床进行两级或多级锥度设计，省去流化床气 体分布板，减少流化床还原工艺过程中气体压力损失、减少由于气体分布 板出现的磨损堵塞等造成的工艺中断，提高多级流化床还原粉铁矿工艺的 效率，也提高多级流化床预还原与终还原搭配的"二步法"熔融还原炼铁 工艺效率。
权利要求
1. 一种用于粉铁矿预还原工艺，采用由至少2级流化床顺序串联而成的多级流化床，最大粒度不超过8mm的粉铁矿原料从料仓加入到第一级流化床中，作为流化介质和反应介质的高温煤气从最后一级流化床底部通入；粉铁矿原料受自重作用顺流而下，高温煤气则与粉铁矿原料逆流而上，粉铁矿在多级流化床中逐步得到还原；粉铁矿经多级流化床还原或依自重直接添加到终还原炉中，或由喷枪喷入到终还原炉中，或经过热压块后加入到终还原炉中；其中，进入流化床的煤气温度750～950℃；各级流化床为至少有二个锥度、而且不带气体分布板的锥型流化床。
2. 如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原工艺，其特征是，通入流化床 的高温煤气由多级流化床出口煤气经除尘、洗涤和脱除032工序的低 温煤气与终还原炉出口的高温煤气混合而成。
3. 如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原工艺，其特征是，多级流化床出口煤气经除尘、洗涤和脱除C02工序并回对到终还原炉出口煤气中进行循环利用。
4. 如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原工艺，其特征是，多级流化床 由2 4级流化床组成。
5. 如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原工艺，其特征是，作为各级流 化床的锥型流化床的每个锥度10~40° 。
6. 如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原工艺，其特征是，多级流化床 每级流化床配有热旋风分离器回收铁矿石细粉，回收的铁矿石细粉或 返回到同一级流化床，或添加到下一级流化床中。
7. 如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原工艺，其特征是，多级流化床 内温度保持在650 950°C。
8. 如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原工艺，其特征是，多级流化床 内压力保持在.0.1 1.0Mpa。
9. 如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原工艺，其特征是，多级流化床 出口煤气气速0.5m/s。
10. 如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原工艺，其特征是，多级流化床入口煤气气速范围是1.0~10.0m/s。
11. 如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原工艺，其特征是，经多级流化 床还原的粒度〉3mm粉铁矿的粗颗粒在自重作用下添加下一级流化床 或到终还原炉中，粒度〈lmm粉铁矿细颗粒通过下料管添加下一级流 化床或到终还原炉中。
12. 如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原工艺，其特征是，经多级流化 床还原的粉铁矿金属化率>60%。
13. —种用于权利要求1所述的粉铁矿预还原工艺的多级流化床，其特征 是，所述的流化床有至少二个锥度、而且不带气体分布板的锥型流化
14. 如权利要求13所述的用于粉铁矿预还原工艺的多级流化床，其特征 是，所述的流化床的内壁锥度10 40° 。
全文摘要
一种用于粉铁矿预还原工艺，采用由至少2级流化床顺序串联而成的多级流化床，粉铁矿原料从料仓加入到第一级流化床中，作为流化介质和反应介质的高温煤气从最后一级流化床底部通入；粉铁矿原料受自重作用顺流而下，高温煤气与粉铁矿原料逆流而上，粉铁矿在多级流化床中逐步还原；粉铁矿经多级流化床还原或依自重直接添加到终还原炉中，或由喷枪喷入到终还原炉中；流化床为至少有二个锥度、而且不带气体分布板的锥型流化床。本发明克服当前多级流化床预还原工艺中煤气温度过高造成的原料熔融粘结问题，减少多级流化床中气体分布板压力损失，提高流化床预还原粉铁矿工艺效率，从而提高整个“二步法”熔融还原工艺效率。
文档编号C21B13/14GK101519707SQ20081003396
公开日2009年9月2日 申请日期2008年2月28日 优先权日2008年2月28日
发明者周渝生, 张友平, 李维国, 李肇毅, 范建峰 申请人:宝山钢铁股份有限公司