专利名称：一种还原炼铁的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种还原炼铁的方法和装置，具体涉及一种还原和熔化过程在同一设 备进行的连续化生产铁水的方法和装置。
背景技术：
还原炼铁是钢铁生产的重要组成部分，其主要特点是用非焦煤作为一次性能源和 还原剂，将铁的氧化物在熔融状态下还原，具有以煤代焦、流程短、对环境污染小，建设投 资少，生产成本低等优点，是被业内广泛看好的领域，各国的钢铁企业竞相进行研究开发。 现有的还原炼铁的方法主要有COREX法(CN1010323B)、DIOS法(CN10!35136A)、HISELT法 (CN1037542A) 0其中COREX法已经工业化生产，其他两种方法仍处于试验阶段。但是所有 的还原炼铁工艺，由于能耗高、生产成本高等方面的原因，难与高炉工艺竞争。授权公告号为C拟697565Y的中国专利公开一种“电弧炉炼钢连续加料废钢预热 装置”，其电弧炉由炉体和电极构成，其连续加料废钢预热设备由预热通道、水冷给料槽等 组成，电弧炉内的高温烟气与预热通道内的原料直接进行热交换，可以提高进料的预热温 度，节省能源。但此方法只利用烟气中的显热，对炼钢过程中产生的CO的化学能无法利用。本申请人在申请号为2008100799930. 5的发明专利申请提供“一种电弧炉熔融炼 铁的方法和装置”，包括有炉体、炉盖、电极、加料设备和出料设备，装置还包括至少一对燃 烧室和至少一对蓄热器，燃烧室通过连接口与电弧炉的炉体连接，蓄热器的一端与燃烧室 连接，另一端分别与排放系统、风机和气体处理装置连接。该发明专利申请充分利用熔融还 原过程产生的析出气体，使析出气体燃烧加热蓄热器中的蓄热体，再通过气体循环把热量 从蓄热器带入炉体内，使余热得到充分利用。但是该过程为间歇操作成，一炉还原完成后再 加入另一炉进行还原，生产效率受到限制。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种还原炼铁的方法，使还原和熔化过 程在同一设备中进行，连续化生产铁水，提高还原效率。本发明的另一目的是提供一种实现 上述方法的还原炼铁装置。本发明提供的还原炼铁方法为，将还原物料置于还原炉中，在气体加热还原区加 热还原成金属铁，还原金属化率达到40 95%后，对还原炉产品继续进行电弧加热熔化， 并进行渣铁分离，产生铁水或直接还原钢水。所述气体加热还原和电弧加热熔化两个过程 在同一设备内进行，在气体加热还原区利用还原过程中产生的析出气体燃烧放出的热量加 热蓄热器中的蓄热体，再由气体将热量从蓄热器带入还原炉加热物料。所述进入还原炉气 体的温度为300 2000°C，已还原物料在炉底通过电弧加热熔化。所述被还原物料为天然块矿和人造块矿，所述人造矿块为含碳包衣球团、呼吸壳、 半呼吸壳、敞开壳，块状或蜂窝状含碳或非含碳成型物，呼吸壳内含有铁氧化物与含碳物质 及催化剂粘结剂等物质的混合物或只含有氧化铁或只含有含碳物质。包衣球团的包衣主要为石灰石粉末、白云石粉末或硅酸盐粉末用粘合剂粘和而成，所述粘合剂为硅溶胶、水玻 璃、磷酸或氧化铝，或上述物质的混合物。为实现上述还原炼铁的方法，本发明提供一种还原炼铁的装置，包括还原炉、蓄热 器、燃烧室、鼓风机、排放系统及相配套的管路和阀门。还原炉在气体加热还原区的两侧炉 壁上分别设有一个以上如1 10个进气孔，每侧蓄热器通过燃烧室和进气孔与还原炉连 接，蓄热器的另一端与鼓风机和排放系统连接，燃烧室设有烧嘴。所述还原炉分为预热区、 加热还原区、熔渣区和熔化区，还原炉还包括电极、炉盖、进料装置、进气孔、铁水出口和渗 碳材料，所述电极插入到熔化区。还原炉为准矩形结构，所述还原炉炉体内设有1个以上如3根电极，所述电极为直 流电极或交流电极；电极为石墨电极也可以为其它形式的电极，石墨电极外涂有防氧化保 护层。还原炉一侧的多个进气孔对应一组蓄热器和燃烧室或每个进气孔单独对应一组蓄热 器和燃烧室。所述还原炉的另外一种形式为每侧设有上下两排进气孔，每排设有1 10个 进气孔，所述燃烧室出口通过三通阀分别上、下两排进气孔连接。所述燃烧炉设有气体燃料 烧嘴、或液体燃料烧嘴、或固体燃料烧嘴、或周边燃料烧嘴，或上述烧嘴的组合，根据工艺需 要可以加燃料也可以不加燃料或有时加有时不加。还原炉也可以设计为，顶部设有两个等离子枪，还原炉内设有隔墙，隔墙的上部设 有气体通道，所属隔墙为耐火砖砌结构或水冷夹层的耐火砖砌结构。所述蓄热器中的蓄热 体为陶瓷耐火材料、金属材料或被还原的物料本身作蓄热体。蓄热体的形状为球状体、矩形 体或蜂窝状多面体。所述装置也适用电石生产过程，黄磷及磷酸制取等其它碳还原的化学过程；生产 电石以呼吸壳为原料，呼吸壳内只由含碳物质和催化剂组成，呼吸壳外壳主要由碳酸钙组 成。由气体加热区加热至1100 2100°C，进入下部电石熔炼炉中，此时，所述还原炉上部为 碳酸钙分解区，下部为电石熔炼区。还原炉的熔炼部分为电加热炉，电弧炉、电磁感应炉、电 渣炉、电渣炉或等离子炉，或上述炉型之间的组合。与现有技术相比，本发明的优点是①气体加热还原和电弧加热熔化两个过程在 同一设备内进行，可以连续进行还原生产，简化了操作过程，节省了设备，提高还原炼铁的 效率。②利用还原过程烟气的热量和还原过程产生的含CO析出气体燃烧产生的热量，加热 蓄热器中的蓄热体，通过气体循环把热量带入还原炉体内加热被还原物，使热量利用达到 最佳化。③可以采用单排进气孔或双排进气孔进气，操作灵活。④使用三相交流电极加热， 功率大，利于扩大生产能力。⑤使用石墨电极外加防氧化保护层，有利于延长电极的使用寿 命，降低还原炼铁的成本。本发明流程合理，节省投资和设备占用，适用于熔融还原炼铁生 产，也可用于其它金属的冶炼过程或其它需要用炭还原的金属氧化物的还原过程。⑥在相 同原理的基础上形式灵活，可以派生出多种使用形式。⑦降低还原剂炼铁过程中的热耗，以 适应不同的具体要求，由于优化了工艺过程，也大大地降低了污染，并且降低了整个过程的 造价和经营成本
图1为本发明还原炼铁装置流程示意图；图2为还原炉连接俯视图；图3为本发明另一方案还原炉示意图；图4为图3所述方案的俯视图。
图5为本发明第三实施方案还原炉示意图。其中1-阀门、2-鼓风机、3-蓄热器、4-燃烧室、5-炉盖、6-还原炉、7-预热区、8-气体加 热还原区、9-进气孔、10-电极、11-加料设备、12-熔渣区、13-熔化区、14-铁水出口、15-渗 碳材料、16-等离子枪、17-隔墙、18-通道、19-气孔、20-三通阀。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明。实施例1本发明还原炼铁的装置如图1所示，主要由还原炉6、蓄热器3、燃烧室4、鼓风机 2、排放系统及相配套的管路和阀门1组成。蓄热器的一端通过燃烧室、进气孔与还原炉连 接，蓄热器的另一端与鼓风机2和排放系统连接，所述排放系统包括除尘器、引风机和烟 囱。燃烧室设有烧嘴，燃料管路和空气管路连接到烧嘴。还原炉分为预热区7、气体加热还 原区8、熔渣区12和熔化区13。还原炉还包括电极10、炉盖5、进气孔9、进料设备11、铁水 出口 14和渗碳材料15，电极插入到熔化区13。如图2所示，还原炉横截面为准矩形结构， 还原炉插有三根交流电极10，所述电极为石墨电极，电极的外部设有防氧化涂层。还原炉在 气体加热还原区的两侧炉壁上分别设有6个进气孔9，每侧燃烧室出口通过绝热管路连接 到各个进气孔。本发明还原炼铁的过程为，将被还原物料置入还原炉6中，物料为呼吸壳，冷空气 由空气鼓风机2，经左侧的阀门1鼓入，进入蓄热体的冷空气被由上次经烟气预热的蓄热体 加热成为高温空气，进入左侧的燃烧室，燃烧室内装有煤气烧嘴，预热高温空气同烧嘴喷入 的煤气混合燃烧成为高温烟气，高温烟气经绝热管路和进气孔9喷入气体加热还原区8加 热物料，完成加热后的废气从还原炉右侧的进气孔排出进入右侧燃烧室，由于在气体加热 还原区，物料在还原过程中会产生大量的可燃气体，包括还原过程中产生的⑶，煤受热后产 生的挥发份等，可燃气体随废气一起进入到右侧的燃烧室，燃烧室内的烧嘴喷入助燃空气， 将废气中的可燃气体完全燃烧，燃烧后的高温烟气再进入右侧的蓄热器，烟气将热量传递 给蓄热体后，温度降低逐渐降低，由蓄热器尾部排出，经过排放系统进入大气。随着过程的 逐渐进行，出右侧蓄热体的烟气温度逐渐升高，当达到一定温度后，整个设备换向工作，冷 空气经过鼓风机和阀门由右侧的蓄热器进入右侧燃烧室，冷空气在经过蓄热体后被加热成 高温空气，与右侧燃烧室内供入的煤气混合燃烧，产生的高温烟气通过燃烧室与还原炉连 接的绝热管道，从右侧进入炉内的气体加热还原区，加热物料后进入左侧的燃烧室，将废气 中的可燃气体完全燃烧后由左侧蓄热器排出，整个设备按照这种方式循环工作，使得还原 过程中产生的可燃气体完全燃烧，燃烧产生的热量又为物料的加热还原提供能量。在还原炉中，物料自上而下运动，经过预热区预热后进入还原炉的气体加热还原 区，在这个区内物料被供入的高温气体迅速加热，短时间内提高至1600°C，还原过程中产生 的可燃气体，既可以在这个区域内和过剩的的高温空气燃烧，也可以随气体进入燃烧室内 燃烧，包衣球团在加热还原区进行加热和还原的过程，当球团达到一定的金属化率后，进入 还原炉底部的熔化区，由电极将还原后的产品完全熔化，熔化后的铁水由还原炉底部的出 铁口排出。在还原炉熔池的内可以放置废石墨电极等渗碳材料调节铁水成分，使铁水成分能够达到规定要求。由于在气体加热还原区，喷入的气体具有氧化性，为了防止石墨电极在高温下被 氧化，可以在石墨的表层涂刷抗氧化涂层。实施例2本发明另一实施方案如图5所示，物料为呼吸壳，还原炉中部的气体加热还原区8 每侧炉壁上，设有上下两排进气孔9，每排设有3个进气孔，所述燃烧室4出口通过三通阀分 别与上、下两排进气孔连接。还原炉工作时，高温气体先出左侧燃烧室，由左侧炉壁下部进 气孔喷入还原炉内，在炉体内高温气体横向流动加热物料，加热物料后的气体由右侧炉壁 上排进气孔9排入对面燃烧室，在燃烧室将废气中的可燃成分燃烧后，废气经蓄热器3排出 到排放系统。工作一段时间系统换向，高温气体出右侧燃烧室，从还原炉右侧下排进气孔喷 入炉内加热物料，加热后的废气再经过左侧上排气孔排出，按照这种方式上下布置的进气 孔交替工作，实现物料受热均勻。其它工作流程与实施例1相同，不再复述。实施例3本发明第三中实施方式如图3和图4所示，原料为呼吸壳，还原炉顶设有两个等离 子枪16，还原炉内设有隔墙17，隔墙的上部设有气体通道18，所述隔墙为耐火砖砌结构或 水冷夹层的耐火砖砌结构，还原炉的进气孔9设在两侧炉壁下部，炉底部设有出铁口 14，还 原物料由上部入料孔加入后，高温气体由一侧底部进气孔进入还原炉，在炉内气体沿炉膛 向上流动加热物料，废气到达炉膛上部后，经过隔墙气孔，进入另外一侧炉膛，再向下流动 加热物料，加热物料后的废气由位于底部的气孔排出，工作一段时间后换向工作，当被加热 物料通过气体加热达到一定温度，并具有一定金属化率时，位于还原炉顶部的两个等离子 枪开始工作，将煤粉和空气作为介质喷入炉内，将还原产物加热熔化，熔化后的铁水由设在 底部的出铁口排出。随后再加入新的呼吸壳作为另一个循环的开始，通过这种方式延长了 高温气体在还原炉内的流通路径，提高了换热效率。同时通过等离子枪煤粉与空气进行不 完全燃烧产生大量的CO加热熔化物料后，从气孔19引入另外一侧上述同样的炉体中，除对 此炉中物料进行气体保护外，还可作为燃料对物料或对炉体外蓄体进行加热，使加热效率 提高并降低污染。实施例4用于生产电石本发明另一实施方案为用图1所示的装置生产电石，此时，还原炉内的气体加热 还原区8为碳酸钙分解区，熔化区13为电石熔炼区。物料为呼吸壳，呼吸壳内只由含碳物 质和催化剂组成。电石生产过程与实施例1相同，将有含碳物质的呼吸壳置于还原炉中， 在还原炉的预热区，对包衣球团进行预热，随着生产的进行，物料自上而下运动，进入气体 加热还原区，在这个区域内，包衣球团被经过蓄热体被加热后的高温烟气加热至1200 2000°C，球团的外层碳酸钙包衣在加热过程中分解成氧化钙，并与球团中的部分碳发生反 应生成碳化钙，在反应过程中生成的一氧化碳气体随废气进入燃烧室中，与燃烧室供入的 空气混合燃烧，产生的高温废气通过蓄热器后将热量储存在蓄热体，在下一个循环加热过 程中蓄热体的热量由热载体带回至还原炉内加热物料。经过气体加热还原区的包衣球团被 加热至高温并发生了部分还原反应后，进入还原炉底部的熔炼区，在这个区域内，由电极继 续进行电加热至球团完全熔炼还原，最终的电石产品由位于还原炉底部的出口排出。
权利要求
1.一种还原炼铁的方法，将还原物料置于还原炉中，还原炉自上而下分为预热区，气 体加热还原区，熔化区，在气体加热还原区(8)进行物料加热还原过程，还原金属化率达到 40 95%后，在还原炉底部熔化区对还原产品继续进行电弧加热熔化，并进行渣铁分离， 产生铁水或直接还原钢水，其特征是所述气体加热还原和电弧加热熔化两个过程在同一 设备不同区内进行，在气体加热还原区利用还原过程中产生的析出气体燃烧放出的热量加 热蓄热器中的蓄热体，再由气体将热量从蓄热器带入还原炉加热物料；所述进入还原炉高 温气体的温度为300 2000°C ；已还原物料在炉底通过电弧加热熔化。
2.根据权利要求1所述还原炼铁的方法，其特征是所述被还原物料为天然块矿和人 造块矿，所述人造矿块为含碳包衣球团、呼吸壳、半呼吸壳、敞开壳，块状或蜂窝状含碳或非 含碳成型物，呼吸壳内含有铁氧化物与含碳物质及催化剂粘结剂等物质的混合物或只含有 氧化铁或只含有含碳物质；所述包衣球团的包衣主要为石灰石粉末、白云石粉末或硅酸盐 粉末用粘合剂粘和而成，所述粘合剂为硅溶胶、水玻璃、磷酸或氧化铝等，或上述物质的混 合物。
3.—种还原炼铁的装置，包括还原炉(6)、蓄热器(3)、燃烧室0)、鼓风机O)、排放系 统及相配套的管路和阀门(1)，所述还原炉在气体加热还原区的两侧炉壁上分别设有至少 一个，如1 10个进气孔(9)，每侧蓄热器的一端通过燃烧室和进气孔与还原炉连接，所述 蓄热器的另一端与鼓风机和排放系统连接，所述燃烧室设有烧嘴，所述还原炉内可分为预 热区(7)、加热还原区(8)、熔渣区(12)和熔化区(13)；还原炉还包括电极(10)、炉盖(5)、 进料设备(11)、进气孔(9)、铁水出口(14)和渗碳材料(15)，所述电极插入到熔化区。
4.根据权利要求3所述还原炼铁的装置，其特征是所述还原炉的横截面为准矩形结 构，所述炉体内设有至少1根电极，如3根电极，所述电极为直流电极或交流电极；电极为石 墨电极，也可以为其它形式的电极，石墨电极外部涂有防氧化保护层；使用后的废电极或其 它含碳物质置入还原炉熔池中，作为铁水的渗碳材料，其单个外形形状和尺寸可根据需要 选择，在这些渗碳材料中每个单个材料的外形形状或尺寸可以相同也可以不同，其渗碳材 料的加入比例也根据工艺需要选择。
5.根据权利要求3所述还原炼铁的装置，其特征是还原炉一侧的多个进气孔对应一 组蓄热器和燃烧室或每个进气孔单独对应一组蓄热器和燃烧室；所述还原炉每侧设有至少 一排进气孔，如上下两排进气孔(9)，每排设有至少1个进气孔，如1 10个进气孔，所述燃 烧室出口通过三通阀分别与上、下两排进气孔连接。
6.根据权利要求5所述还原炼铁的装置，其特征是所述燃烧室设有气体燃料烧嘴、液 体燃料烧嘴、固体燃料烧嘴或周边燃料烧嘴，或上述烧嘴的组合。根据工艺需要可以加燃料 也可以不加燃料或有时加有时不加。
7.根据权利要求3所述还原炼铁的装置，其特征是所述还原炉顶设有两个等离子枪 (16)，还原炉内设有隔墙(17)，隔墙的上部设有气体通道(18)，所述隔墙为耐火砖砌结构 或水冷夹层的耐火砖砌结构；等离子枪对已进行气体加热还原后的物料进行熔化加热，通 入的载体可以是固体燃料如碳粉，液体燃料或气体燃料，或者它们的混合物，并加入含氧气 体如纯氧或空气，通入后进行不完全燃烧，产生以CO为主的气体，或进行完全燃烧产生CO2 为主的气体，通过还原炉上部的气孔进入另一侧正在进行气体加热还原的炉体，如果通入 的可燃气体主要是以CO为主的气体，可以对正在还原的炉体的物料进行气体保护的情况下，作为燃料对物料或对蓄热体进行加热。两侧炉体的一侧在进行等离子加热，另一侧在进 行气体加热还原过程，而这侧炉体中等离子加热产生的气体直接进入正在进行气体加热还 原的另一炉体，借助于其外接蓄热装置通过合理的加热过程，加热温度在800 2100°C，进 行合理的还原加热。气体还原加热后的物料，用等离子通入载体物质，进行熔炼加热，产生 铁水或直接还原钢，产品从出铁口中排出后，再加入呼吸壳等物料，重复上述过程，用此过 程还可以进行铁水，直接还原钢，电石，黄磷等需要用碳还原的过程，也可以用直流电极加 热，交流电极加热，或电磁加热等方法代替等离子加热，也可采用直流电弧炉正极放置在炉 底或炉墙的合理位置进行合理加热。
8.根据权利要求3所述还原炼铁的装置，其特征是所述蓄热器中的蓄热体为陶瓷耐 火材料、金属材料或被还原的物料本身作蓄热体；所述蓄热体的形状为球状体、矩形体或蜂 窝状多面体。
9.根据权利要求3所述还原炼铁的装置，其特征是所述装置适用电石生产过程，黄 磷及磷酸制取等其它碳还原的化学过程；生产电石以呼吸壳为原料，呼吸壳内只由含碳物 质和催化剂组成，呼吸壳外壳主要由碳酸钙和粘结剂组成；由气体加热区加热至1100 1900 0C，进行还原过程并进入下部电石熔炼炉中，此时，所述还原炉上部主要为碳酸钙分解 区和还原区，下部为电石熔炼区，而制取黄磷过程中，呼吸壳内只有含碳物质及催化剂组 成，呼吸壳外壳主要为磷的氧化物和粘结剂组成，由气体加热至1000 1900°C，进行还原 过程并进入下部熔炼区。
10.根据权利要求3所述还原炼铁的装置，其特征是所述还原炉的熔炼部分为电加热 炉，电弧炉、电磁感应炉、电渣炉或等离子炉形式，或上述炉型之间的组合，也可以从底部喷 入燃料及氧气或空气进行熔炼；电极孔或等离子枪与炉体间隙的密封形式可以用合理方法 将熔炼炉整个置于保护壳内，也可以采用特殊材料密封其中间的间隙部分。
11.根据权利要求3所述还原炼铁的装置，其特征是从蓄热器排放到外部的气体具有 较低的温度，其中只含有很少的可燃气体成分，在相当经常的情况下，只含有很少的氧气成 分。
12.根据权利要求3所述还原炼铁的装置，其特征是进入还原炉的气体可以含有氧气 也可以不含有氧气，进入还原炉的气体可以是收集的排放出整个系统的烟气，也可以是氮 气、一氧化碳、二氧化碳或其它惰性气体从一面通过蓄热器和燃烧室，作为热载体通入还原 炉内加热物料，接下来从还原炉出来的含有可燃气体成分的气体在对面燃烧室通过通入含 氧气体与之燃烧，加热蓄热体。
13.根据权利要求3所述还原炼铁的装置，其特征是还原炉气体加热还原区的每排或 每排中的每个进气口的进气量可以调节，以满足工艺条件。
14.根据权利要求3所述还原炼铁的装置，其特征是可用氮气或其它惰性气体把整个 系统密封，只有废烟气经处理后排放大气。
全文摘要
本发明提供一种还原炼铁的方法和装置，还原装置包括还原炉、蓄热器、燃烧室、鼓风机、排放系统及相配套的管路和阀门。还原炉还包括电极、进气孔、铁水出口和渗碳材料，电极插入到熔化区。气体加热还原和电弧加热熔化两个过程在同一设备内进行，在气体加热还原区利用还原过程中产生的析出气体燃烧放出的热量加热蓄热器中的蓄热体，再由气体将热量从蓄热器带入还原炉加热物料。进入还原炉气体的温度为300℃～2000℃，已还原物料在炉底通过电弧加热熔化。本发明流程合理，节省投资和设备占用，适用于熔融还原炼铁生产，也可用于其它金属的冶炼过程或其它需要用炭还原的金属氧化物的还原过程。
文档编号C21B11/00GK102146490SQ20101010686
公开日2011年8月10日 申请日期2010年2月9日 优先权日2010年2月9日
发明者贾会平 申请人:贾会平