一种铁矿石预还原烧结装置的制作方法

本实用新型涉及一种铁矿石的烧结装置，更具体的为一种铁矿石预还原烧结方法及其装置，属于铁矿石的烧结领域。

背景技术：

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。

日本JFE首次提出了预还原烧结矿的概念，作为一种尚未工业化应用的新技术，预还原烧结矿工艺是在烧结过程中就使铁矿石发生部分还原的生产工艺。预还原烧结矿可以把对铁矿石的一部分还原转移到烧结过程中，降低高炉还原负荷，因而对降低高炉还原剂比具有显著作用。因为铁矿石在高炉中主要靠气体还原，受气体还原平衡的限制，但在预还原烧结矿工艺中，主要靠固体还原，不受气体还原平衡的限制，而且所产生的气体还可以作为热源，这样只需较少碳量就可以达到预还原的目的。

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。

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，采用预还原烧结矿炼铁技术，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，同时避免了高炉上部烧结矿低温还原粉化的发生，从而提高了料层的透气性，有助于大型高炉生产率的提高。

但是预还原烧结矿生产尚没有一种现实可行的技术方案，主要存在以下一些技术难题：首先，再氧化和过熔化问题难以控制。要求在氧化性气氛下获得还原度40％～70％的预还原烧结矿的同时，还需要保证预还原烧结矿的强度。一旦固体燃料过少，氧化性气氛太强，还原度太低，反之固体燃料过多，温度过高，烧结矿容易过熔化。另外，预还原烧结矿生产过程是在抽风状态下进行，还原后的产物在烧结车台上处于氧化性气氛中，表面金属铁再次氧化，降低了预还原烧结矿的还原度。其次，预还原烧结过程产生大量的CO气体，烟气的处理难度大。传统烧结过程，在不配加富氧(氧气浓度21％以上)的前提条件下，烟气循环率只能达到30％左右，因此需要开发新的工艺来处理这种高CO的烟气，满足安全、清洁生产的要求。再次，预还原烧结矿强度较传统烧结矿低，容易发生再次氧化，所以要求减少后续处理的再氧化和磨损破碎。

另外，CN1940092A和CN100532579C公开了预还原球团的制备，CN201520390447.4公开了一种烟气循环式预还原烧结装置。

采用传统烧结矿-高炉炼铁工艺时，高炉上部低温还原粉化多、焦炭依赖性重，而且存在烧结工序固体能耗高、烧结烟气余能利用率低等问题，预还原烧结矿炼铁技术从根本上可以缓解上述问题；另外，基于未来钢铁行业的发展趋势，传统烧结矿炼铁技术将逐渐消失，但是预还原烧结矿技术不仅具备传统烧结矿和球团矿生产的能力，而且符合未来钢铁行业高效、低耗、低碳、低排放的发展方向，是一种更加先进、科学的预处理焙烧方式。

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CO，烟气的处理难度大(解决的办法就是烟气循环烧结，还可以利用烟气中的CO潜热和烟气的显热，降低能耗)，而现有烟气循环烧结技术烟气的循环率低。

技术实现要素：

针对以上缺陷和问题，本专利以现有传统烧结技术为基础，通过改变烧结机台车上的物料结构分布，以及烧结机烟气循环利用方式和预还原烧结矿的后续处理工艺，研发出了一种预还原烧结矿生产工艺及装置，能够很大程度上解决上述面临的技术难题。该实用新型巧妙的利用了双层布料的方式，使得烧结机台车上层布置传统烧结混合料，下层布置预还原烧结混合料，这样可以实现烧结机前部风箱的烟气仍然可以按照传统的烧结烟气处理方式，后部风箱高CO的烟气则进行循环利用，因此能够解决高CO烟气难以处理的问题，同时在一定程度上减少了预还原烧结矿还原过程的再次氧化，改善了料层间的燃烧气氛，有助于提高物料的温度和加速了铁矿物料还原反应的发生。另外，预还原烧结矿的冷却和运输需要预防再次氧化问题，还需要减少预还原烧结矿的磨损和破碎，基于此，该实用新型首先在烧结机台车上预留一些冷却台车，使得预还原烧结矿的一部分冷却过程在台车上实现，然后经过热筛处理后采用密封式输送系统直接运送到高炉中使用，从而可以解决预还原烧结矿的后续冷却和运输再氧化问题，并且可以最大程度的利用预还原烧结矿的显热，节能效果显著。

预还原烧结矿炼铁工艺主要具有以下一些优势：首先，大于40％的还原过程在烧结机上进行，减轻了高炉负荷，降低了炼铁工艺的焦比，减缓了炼铁工艺对焦炭的依赖，减少了总CO₂排放量；其次，预还原烧结矿结构疏松、孔隙发达，同时可以避免高炉上部的低温还原粉化问题，且高炉的软熔带厚度将更薄，从而使得高炉料层透气阻力减小，炉内压差降低，生产率提高；再次，高炉中预还原烧结矿的还原行为不再受到CO/CO₂气体反应平衡的限制，还原效率更高。研究结果表明，采用预还原烧结矿炼铁工艺较传统烧结矿炼铁工艺不仅总能耗降低和CO₂排放减少，而且预还原烧结矿的组织结构和冶金性能更好，符合高炉炼铁高效、低耗、低碳、低排放发展的方向。

在本申请中“烟气”和“废气”具有相同的含义，两者可互换使用。

根据本实用新型的第一种实施方式，提供一种铁矿石预还原烧结装置，该装置包括：烧结机；第一料斗(A)和第二料斗(B)(它们位于烧结机的烧结台车的运行前端或运行上游端的上方)；位于烧结机的前端的点火炉；位于烧结机的烧结台车上方的密封罩，烟气循环管路，通往排放烟囱的大烟道管路，富氧空气管路，用于混合经由烟气循环管路所输送的循环烟气和经由富氧空气管路所输送的富氧空气的混气室，位于烧结机尾部的热矿筛。

优选的是，还包括一台制氧机。用于从空气分离氧气和氮气。

其中氧气用于烟气循环烧结配氧，氮气用于机上冷却。

一般，烧结机具有循环运转的烧结台车。烧结机的烧结台车的运行前端或运行上游端是指：布料起始端或布料前端。

第一料斗(A)用于以上所述的预还原混合料(II)布料到烧结机台车上。第二料斗(B)用于将以上所述的传统混合料(I)布料到烧结机台车上的预还原混合料(II)层上。

优选的是，第一料斗A和/或第二料斗B的底部装有辊式泄料阀。

作为优选，装置还包括与大烟道管路连接的烟囱。

在本实用新型中，烧结机具有20-32个风箱、优选24-28个风箱。

在本实用新型中，烧结机具有例如20-32个(优选24-28个)风箱。在本申请中，可将这些风箱分为：(几个)前端风箱(例如第1至第11个风箱，如第1-9个风箱),(几个)中后部风箱(例如第10个－第30个，如第12个-第25个风箱)，(几个)尾部风箱(例如倒数第1－3个风箱或倒数第1-2个风箱)。与这些风箱相对应，将烧结机的上部水平运行长度或水平运行区间(即在这些风箱上方、在烧结机上的水平运行方向的相对应长度范围)分为三个区段：烧结机的前端、中后部和尾部。其中，与烧结机前端相对应的(几个)前端风箱(例如第1至第11个风箱，如第1-9个风箱)的烟气将会(例如通过大烟道管路L2)外排。与烧结机中后部相对应的(几个)中后部风箱(例如第10至第30个风箱，如第12-25个风箱)的烟气作为循环烟气(例如通过烟气循环主管路L1被收集或汇集)。与烧结机尾部相对应的(几个)尾部风箱(例如倒数第1－3个风箱或倒数第1-2个风箱)的烟气也将会(例如通过大烟道管路L2)外排。循环烟气在重力除尘之后或在利用第一除尘器进行除尘之后与富氧空气(5)混合而形成混合空气，之后返回烧结机用于烧结和/或用于烧结点火助燃。烧结机的除了中后部风箱之外的其余风箱的烟气通过除尘器、主抽风机和烟气净化系统，然后外排。

作为优选，密封罩仅仅覆盖在与烧结机中后部的风箱(例如第10至第30个风箱，如第12-25个风箱)相对应的烧结机中后部(区段)上。即，密封罩仅仅覆盖在烧结机中后部(区段)上，或者说，密封罩仅仅覆盖在与烧结机的(几个)中后部风箱相对应的烧结机中后部上。因此，进入烧结机的前端(或前端区段)和尾部(或尾部区段)的烧结台车没有被密封罩覆盖。这里，进入烧结机尾部区段中的烧结台车作为冷却台车。

一般，进入所述烧结机的尾部区段中的1-5个冷却台车(优选2-3个冷却台车)没有被密封罩覆盖。或者说，烧结机的尾部有1-5个冷却台车(优选2-3个冷却台车)作为冷却台车。烧结机的尾部或尾部区段与尾部几个(例如倒数第1－3个或倒数第1－2个)风箱相对应。

在本实用新型中，烧结机中后部的风箱(例如第10至第30个风箱，如第12-25个风箱)烟气输出支管被连接至烟气循环主管路。

在密封罩所覆盖下的烧结机中后部区段中，相对应地，密封罩下前端风箱(例如密封罩下方前端第1-5个风箱，优选第1-3个风箱)的烟气输出支管上设有切换阀，和，另外，在烧结机尾部风箱(例如烧结机尾部倒数第1-5个风箱，优选倒数第1-3个风箱)的烟气输出支管上设有切换阀，因此，通过切换阀的切换让烟气分别通向大烟道管路或通向烟气循环主管路。

在本实用新型中，烟气循环主管路与富氧管路在混气室中汇合后，连接至点火器和密封罩。

在本实用新型中，烟气循环管路上设有第一除尘器和引风机。

在本实用新型中，大烟道管路上设有第二除尘器、主抽风机、烟气净化塔或烟气净化装置。

在本实用新型中，烧结机的与没有被密封罩覆盖的烧结机前端和烧结机尾部相对应的风箱的烟气输出支路被连接至大烟道管路。即，烧结机的(几个)前端风箱(例如第1至第11个风箱，如第1-9个风箱)的烟气输出支路被连接至大烟道管路。烧结机的(几个)尾部风箱(例如倒数第1－3个风箱或倒数第1-2个风箱)的烟气输出支路也被连接至大烟道管路。

作为优选，第一除尘器是旋风除尘器或多管除尘器和第二除尘器是电除尘器或电+布袋复合除尘器。

作为优选，热矿筛的后端与输送机连接。

作为优选，输送机为密封链板输送机。

根据本实用新型提供的第二种实施方式，提供使用上述装置的一种铁矿石预还原烧结方法，该方法包括：

1)制备传统混合料：将铁矿石粉、熔剂和燃料进行原料配料，混合，制粒，得到传统混合料(I)，其中铁矿石粉、熔剂和燃料的用量比为75-85:10－15:3－6，优选78-82：11-13：4-5；

2)装备预还原混合料：将铁矿石粉和燃料混匀后造球(例如圆盘造球或压球)而获得内配碳的球团(IIa)，其中：燃料与矿比在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，添加剂可根据不同原料性能选择，如盐类等，球团平均直径在3～15mm，优选4～11mm，更优选5～8mm；(优选的是，添加剂可根据不同原料性能来选择，如盐类等)；

将内配碳的球团(IIa)放置在圆筒混合机中，加入燃料细粉和熔剂，混合，球团外部被燃料细粉和熔剂裹覆，得到预还原混合料(II)，其中：内配碳的球团(IIa)、燃料细粉和熔剂的用量质量比为1：0.001-0.025：0.001-0.02，优选1：0.005-0.02：0.003-0.015，更优选1：0.01-0.015：0.005-0.01；

3)布料：采用双层布料方式，将步骤2)制得的预还原混合料(II)预先布置在烧结机台车上，将步骤1)制得的传统混合料(I)布置在预还原混合料(II)层上；(例如，物料(II)通过第一料斗(A)布料到烧结机台车上。物料(I)通过第二料斗(B)布料到烧结机台车上的预还原混合料(II)层上。优选的是，第一料斗A和/或第二料斗B的底部装有辊式泄料阀)；

4)烧结：点火，传统混合料和预还原混合料在烧结机上进行烟气循环式烧结。

作为优选，该方法还包括：

5)制氧：利用制氧机分离空气而获得氧气和氮气，其中氧气用于烟气循环烧结配氧，氮气用于机上冷却；进一步优选的是，机上冷却风箱的烟气进行余热回收(余热产蒸汽或发电)后实现循环，重新用于机上冷却；和

6)烧结后的烧结饼经破碎后通过热矿筛，筛上产物送到高炉，筛下粉末经冷却后返回步骤1)中配料。

在本实用新型中，燃料和燃料细粉为焦粉、煤粉、或焦粉和煤粉二者的混合。

在本实用新型中，熔剂选自石灰石、白云石、生石灰、蛇纹石、消石灰中的一种或多种(例如两种或三种)，优选为消石灰。

在本实用新型中，步骤3)中布置的预还原混合料(II)的料层厚度占预还原混合料和传统混合料总厚度的20-70％，优选30-60％，更优选40-50％，其余的为传统混合料。

预还原混合料(II)通过第一料斗(A)布料到烧结机台车上，和传统混合料(I)通过第二料斗(B)布料到烧结机台车上的预还原混合料(II)层之上。在本申请中因为双层布料方式而取消了铺底料的使用，使得整个烧结混合料的料层透气性好；预还原烧结阶段产生的烟气温度较传统烧结低，且高温温度较传统烧结低(传统：1200℃～1400℃，预还原：1000℃～1200℃)。

在本实用新型中，步骤4)中的烟气循环式预还原烧结是指：来自烧结机中后部的几个风箱(例如第10至第30个风箱，如第12-25个风箱)的烟气作为循环烟气。循环烟气在重力除尘之后或在利用第一除尘器进行旋风除尘之后与富氧空气混合而形成混合空气，之后返回烧结机用于烧结，优选的是，循环的烟气返回烧结机用于烧结和用于烧结点火助燃，以便更好地调节烟气循环率，以及控制风氧平衡。

在本实用新型中，步骤2)中使用的燃料细粉要求90％以上的颗粒的粒级小于2mm，优选小于1.5mm，更优选小于1mm。

在本实用新型中，烧结机具有例如20-32个(优选24-28个)风箱。在本申请中，可将这些风箱分为：(几个)前端风箱(例如第1至第11个风箱，如第1-9个风箱),(几个)中后部风箱(例如第10个－第30个，如第12个-第25个风箱)，(几个)尾部风箱(例如倒数第1－3个风箱或倒数第1-2个风箱)。与这些风箱相对应，将烧结机的上部水平运行长度或水平运行区间(即在这些风箱上方、在烧结机上的水平运行方向的相对应长度范围)分为三个区段：烧结机的前端、中后部和尾部。其中，与烧结机前端相对应的(几个)前端风箱(例如第1至第11个风箱，如第1-9个风箱)的烟气将会(例如通过大烟道管路L2)外排。与烧结机中后部相对应的(几个)中后部风箱(例如第10至第30个风箱，如第12-25个风箱)的烟气作为循环烟气(例如通过烟气循环主管路L1被收集或汇集)。与烧结机尾部相对应的(几个)尾部风箱(例如倒数第1－3个风箱或倒数第1-2个风箱)的烟气也将会(例如通过大烟道管路L2)外排。循环烟气在重力除尘之后或在利用第一除尘器进行除尘之后与富氧空气5混合而形成混合空气，之后返回烧结机用于烧结和/或用于烧结点火助燃。烧结机的除了中后部风箱之外的其余风箱的烟气通过除尘器、主抽风机和烟气净化系统，然后外排。优选的是，如果采取机上冷却的方式，其中采用氮气作为冷却气体，则循环烟罩后面的几个风箱烟气经余热回收之后进行循环，实现余能的利用，和防止预还原烧结矿冷却过程的再次氧化。

冷却台车下风箱(15)的高温废气或高温烟气的一部分输送至余能利用装置(17)的烟气输入端，经过余能利用装置(17)利用后的废气被再次循环利用，例如循环至混气室(3)。

优选的是，有密封罩仅仅覆盖在烧结机的中后部上，即有密封罩仅仅覆盖在与烧结机(几个)中后部风箱相对应的烧结机的中后部上方。因此，烧结机的前端和尾部没有被密封罩覆盖。因此，进入烧结机的前端区段和尾部区段中的烧结台车没有被密封罩覆盖。这里所述的进入烧结机的尾部或尾部区段中的烧结台车作为冷却台车。

一般，进入所述烧结机的尾部区段中的1-5个冷却台车(优选2-3个冷却台车)没有被密封罩覆盖。或者说，烧结机的尾部有1-5个冷却台车(优选2-3个冷却台车)作为冷却台车。烧结机的尾部或尾部区段与尾部几个(例如倒数第1－3个或倒数第1－2个)风箱相对应。步骤5)中烧结饼通过冷却台车后，经过热筛处理后筛上产物采用密封式输送系统运送到高炉。

优选的是，冷却台车下风箱的高温废气用于余热发电用。

一般，用于制备步骤1)中的铁矿石粉的铁矿石原料是现有技术中常用的各种炼铁用的原料，例如，它是选自于：铁粉矿、铁精矿或其它含铁原料，例如普通磁铁精矿或高磷铁精矿。

一般，布料后料层厚度为500～1000mm，优选650-950mm，更优选800-900mm。

常规的烧结工艺是在烧结机台车机速为2.5～4.5m/min，垂直烧结速度为20～40mm/min，混合料温度为35～80℃，烧结负压为-14KPa～-17KPa，烧结风量为90±5m³/(m².min)，废气温度为100～150℃条件下进行烧结的。

本申请中，烧结机的烧结台车的水平运行长度一般是30-150m，优选50-130m，更优选70-110m。

在本实用新型中，热矿筛的筛孔尺寸2～10mm，优选3-8mm，更优选为4-6mm。

在本实用新型中，热矿筛的筛上产物直接输送到高炉使用(输送方式：如链板机，要求能够连续、保温、耐400～500℃温度即可)；筛下粉末经冷却(水冷或其它方式)后返回配料。

在烧结机(4)的中后部台车上采用密封罩(2)覆盖，覆盖的位置需要根据内配碳球团和传统烧结混合料的配比(确保密封罩区域是内配碳球团烧结区域)，以及风氧平衡计算结果来确定(要求烧结进风氧气含量在9％～15％，以保证预还原烧结矿的还原度和生产率)，循环的烟气来自于烧结机中后部的风箱，经烟气循环风管(L1)集中后通过除尘器(8)和引风机(9)进入混气室(3)，并且与富氧空气(5)充分均匀混合，然后基于风氧平衡理论结合烧结生产实际，按比例输送到密封罩(2)中用于预还原烧结和点火炉(1)中用于烧结点火助燃，如此既可以提高预还原烧结的烟气循环量，也有助于保持循环烟罩内的风氧平衡。没有循环的烟气进入烟气净化风管(L2)集中后通过除尘器(10)、主抽风机(11)和烟气净化系统(12)，然后进行外排。为了实现烟气循环率、风管温度和风氧平衡之间的可控及优化调节，对密封罩(2)区域两侧风箱的烟气增加切换阀，这几个风箱的烟气可以选择性的切换进入烟气循环风管(L1)或烟气净化风管(L2)。烧结机尾的几节台车没有覆盖烟气循环罩，这几节台车可以作为机上冷却台车，出口的烟气可以进入烟气循环风管(L1)或烟气净化风管(L2)，用于提升风管温度，达到烟气处理或循环利用的最佳温度；出口的烟气还可以用于余热发电，以提高能源的利用效率。机尾增加几节烧结台车还有另外一个目的，通过调节风箱支管阀门的开度来实现热态烧结饼温度满足后续设备处理能够接受的温度的自动控制。

在本实用新型中，热矿筛设置在烧结机的尾部(或末端)出料位置。密封罩只覆盖在与烧结机的中后部风箱相对应的烧结机中后部上，即简单表述为仅仅覆盖在中后部的风箱上，而与烧结机前部和尾部的风箱相对应的烧结机前端或尾部都没有被密封罩覆盖。

在本实用新型中，在密封罩所覆盖下的烧结机中后部区段之中，与该区段的前端对应的风箱是指在被密封罩覆盖的中后部区段中，下方位置靠前的风箱。在密封罩所覆盖下的烧结机中后部区段之中，与该区段的后端对应的风箱是指在被密封罩覆盖的中后部区段中，下方位置靠后的风箱。

在本实用新型中，循环烟气与富氧空气混合后，进入点火器点火助燃和密封罩内。

作为优选，本申请中所述的装置还包括制氧机、氧气管道、氮气管道、第二密封罩、余能利用装置、废气循环装置。氧气管道连接制氧机和混气室。氮气管道连接制氧机和第二密封罩。第二密封罩设置在烧结机尾部的冷却台车上方。烧结机尾部冷却台车下方的风箱的烟气输出支路连接余能利用装置的烟气输入端。余能利用装置的烟气输出端与废气循环利用装置连接。空气通过制氧机获得氧气和氮气。氧气通过氧气管道进入混气室。氮气通过氮气管道进入第二密封罩、进入烧结机尾部的几个台车(冷却台车)，起保护作用。氮气经过台车后变为高温废气，废气从尾部台车下方的风箱进入余能利用装置。被余能利用装置利用后的废气进入废气循环装置内。

在本申请中，未阐释的工艺流程和操作制度按照传统烧结方法进行。未阐释的装置和设备为本领域的常见装置和设备。

在本申请中，布料料斗与料斗含义相同。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下有益技术效果：

1、基于预还原烧结矿的技术特点，结合传统烧结生产方式，创造性的开发了一种预还原烧结矿生产工艺(工艺基本流程如图2所示)及装置，该工艺在获得预还原烧结矿的同时实现高CO烧结烟气的循环利用，达到节能减排、提质增产的目的，是一种流程短(取消机外冷却和整粒筛分等工序)、能耗低(高CO烟气和烧结饼显热得到高效利用)的新型预还原烧结生产工艺。

2、原料准备及料层结构分配是该技术的基础。采用两套原料准备系统，一套按照传统烧结方式进行配料、混合、制粒，另外一套需要把铁精矿和燃料经配料、混合后造球，然后再经过一个圆筒混合机，同时配加一定量的细颗粒燃料和熔剂，实现球团外部燃料和熔剂的裹覆。采用双层布料方式实现烧结机台车下部是外裹燃料和熔剂的内配碳球团，上部是传统烧结混合料。双层布料方式是关键技术之一。

3、烟气循环区域的合理设计及烟气循环率、风管温度和风氧平衡之间的可控及优化调节是技术核心。

4、取消机外冷却和整粒筛分，实现预还原烧结矿的热态入炉是防止预还原烧结矿再次氧化，磨损破碎的重要措施。

5、本实用新型的烧结后的烧结矿经过热筛处理后采用密封式输送系统直接运送到高炉中使用，从而可以解决预还原烧结矿的后续冷却和运输再氧化问题，并且可以最大程度的利用预还原烧结矿的显热，节能效果显著。

附图说明

图1为现有技术的烧结工艺流程图；

图2为本实用新型装置结构图；

图3为本实用新型设有切换阀的装置结构图；

图4为本发明的另一种装置结构图。

附图标记：1：点火器；2：密封罩；3：混气室；4：烧结机；5：富氧空气；6：热矿筛；7：输送机；8：第一除尘器；9：引风机；10：第二除尘器；11：主抽风机；12：烟气净化塔或烟气净化装置；13：切换阀；14：烟囱；15：风箱；16：制氧机；17：余能利用装置；18：废气循环利用装置；19：第二密封罩；L1：烟气循环管路；L2：大烟道管路；L3富氧空气管道或氧气管道；L4：氮气管道；A：第一布料料斗；B：第二布料料斗。

具体实施方式

一种铁矿石预还原烧结装置，该装置包括：烧结机4；第一(布料)料斗A和第二(布料)料斗B；位于烧结机4的前端的点火炉1；位于烧结机4的烧结台车上方的密封罩2，烟气循环管路L1，通往排放烟囱的大烟道管路L2，富氧空气管路L3，用于混合经由烟气循环管路L1所输送的循环烟气和经由富氧空气管路L3所输送的富氧空气的混气室3，位于烧结机尾部的热矿筛6。优选的是，还包括一台制氧机。用于从空气分离氧气和氮气。

第一料斗A用于以上所述的预还原混合料II布料到烧结机台车上。第二料斗B用于将以上所述的传统混合料I布料到烧结机台车上的预还原混合料II层上。

优选的是，第一料斗A和/或第二料斗B的底部装有辊式泄料阀。

作为优选，装置还包括与大烟道管路L2连接的烟囱14。

在本发明中，烧结机4具有20-32个风箱15、优选24-28个风箱15。

可将这些风箱分为：(几个)前端风箱(例如第1至第11个风箱，如第1-9个风箱),(几个)中后部风箱(例如第10个－第30个，如第12个-第25个风箱)，(几个)尾部风箱(例如倒数第1－3个风箱或倒数第1-2个风箱)。与这些风箱相对应，将烧结机的上部水平运行长度或水平运行区间(即在这些风箱上方、在烧结机上的水平运行方向的相对应长度范围)分为三个区段：烧结机的前端、中后部和尾部。其中，与烧结机前端相对应的(几个)前端风箱(例如第1至第11个风箱，如第1-9个风箱)的烟气将会(例如通过大烟道管路L2)外排。与烧结机中后部相对应的(几个)中后部风箱(例如第10至第30个风箱，如第12-25个风箱)的烟气作为循环烟气(例如通过烟气循环主管路L1被收集或汇集)。与烧结机尾部相对应的(几个)尾部风箱(例如倒数第1－3个风箱或倒数第1-2个风箱)的烟气也将会(例如通过大烟道管路L2)外排。循环烟气在重力除尘之后或在利用第一除尘器进行除尘之后与富氧空气5混合而形成混合空气，之后返回烧结机用于烧结，优选的是，为了更好的调节烟气循环率，以及控制风氧平衡，循环的烟气返回烧结机用于烧结和用于烧结点火助燃。烧结机的除了中后部风箱之外的其余风箱的烟气通过除尘器、主抽风机和烟气净化系统，然后外排。

密封罩仅仅覆盖在烧结机的中后部上，即有密封罩仅仅覆盖在与烧结机(几个)中后部风箱相对应的烧结机的中后部上方。因此，烧结机的前端和尾部没有被密封罩覆盖。因此，进入烧结机的前端区段和尾部区段中的烧结台车没有被密封罩覆盖。这里所述的进入烧结机的尾部区段中的烧结台车作为冷却台车。

进入所述烧结机的尾部区段中的1-5个冷却台车(优选2-3个冷却台车)没有被密封罩2覆盖。或者说，烧结机的尾部有1-5个冷却台车(优选2-3个冷却台车)作为冷却台车。烧结机的尾部或尾部区段与尾部几个(例如倒数第1－3个或倒数第1－2个)风箱相对应。在本发明中，烧结机中后部的风箱15(例如第10至第30个风箱15，如第12-25个风箱15)烟气输出支管被连接至烟气循环主管路L1。

作为优选，在密封罩2所覆盖下的烧结机中后部区段中，相对应地，密封罩2下前端风箱(例如密封罩下方前端第1-5个风箱，优选第1-3个风箱)的烟气输出支管上设有切换阀13，和，另外，在烧结机尾部风箱(例如烧结机尾部倒数第1-5个风箱，优选倒数第1-3个风箱)的烟气输出支管上设有切换阀13。分别在大烟道管路L2和烟气循环主管路L1之间切换。因此，通过切换阀13的切换让烟气分别通向大烟道管路L2或通向烟气循环主管路L1。

在本发明中，烟气循环主管路L1与富氧管路L3在混气室3中汇合后，连接至点火器1和密封罩2。

在本发明中，烟气循环管路L1上设有第一除尘器8和引风机9。

在本发明中，大烟道管路L2上设有第二除尘器10、主抽风机11、烟气净化塔或烟气净化装置12。

在本发明中，烧结机4的与没有被密封罩2覆盖的烧结机前端和烧结机尾部相对应的风箱15的烟气输出支路被连接至大烟道管路L2。即，烧结机的(几个)前端风箱15(例如第1至第11个风箱，如第1-9个风箱)的烟气输出支路被连接至大烟道管路L2。烧结机的(几个)尾部风箱15(例如倒数第1－3个风箱或倒数第1-2个风箱)的烟气输出支路也被连接至大烟道管路L2。

作为优选，第一除尘器8是旋风除尘器或多管除尘器和第二除尘器10是电除尘器或电+布袋复合除尘器。

作为优选，热矿筛6的后端与输送机7连接。

作为优选，输送机7为密封链板输送机。优选的是，如果采取机上冷却的方式，其中采用氮气(例如由上述制氧机制得)作为冷却气体，则循环烟罩后面的几个风箱烟气经余热回收之后进行循环，实现余能的利用，和防止预还原烧结矿冷却过程的再次氧化。

作为优选，所述装置还包括制氧机16、氧气管道L3、氮气管道L4、第二密封罩19、余能利用装置17、废气循环装置18，氧气管道L3连接制氧机16和混气室3，氮气管道L4连接制氧机16和第二密封罩19，第二密封罩19设置在烧结机尾部的冷却台车上方，烧结机尾部冷却台车下方的风箱15的烟气输出支路连接至余能利用装置17(例如它的烟气入口)，余能利用装置17(例如它的烟气输出端)与废气循环利用装置18连接，例如循环至混气室3。

余能利用装置为本领域常用的装置。可以是蒸汽发电机、余热锅炉等装置。

对比例1(单层布料方式)

一种铁矿石烟气循环式预还原烧结方法包括以下步骤：

1)将铁矿石粉(如磁铁精矿)、添加剂(如CaCO₃粉)和焦粉(或煤粉)混匀后通过压球或圆盘造球方式来造球，获得内配碳的球团，其中煤矿比为0.18:1(wt)，球团平均直径为6mm；

2)用铁矿石粉(即普通铁矿粉，可以是粉矿，也可以是粉矿和精矿的混合物)、熔剂(它包括生灰石、石灰石等原料的混合物；这几种原料的用量比使得在烧结矿制备过程中控制CaO与SiO₂的重量比为大约1.8:1)和焦炭粉进行配料(获得干基物料)，其中铁矿石粉、熔剂和焦炭燃料的用量比为83:12:5；然后，在一次混合机中添加基于干基物料总重量的7wt％的水进行混合以获得烧结混合料；

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(90％以上的颗粒的粒级小于1mm)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58:40:2；

4)将预还原烧结混合料布置到烧结机4(该烧结机4的底部具有24个风箱)的烧结台车上进行烟气循环式预还原烧结，并且在低负压、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的80％的负压(例如-12.8KPa)。这里所述的小风量是指相当于常规风量的85％的风量(76.5m³/(m².min))；和

5)预还原烧结后的烧结矿在绝氧的条件下(即在低氧(如0.1-3vol％)或无氧的条件下)，在罐式冷却器7中采用氮气冷却。在冷却器的出口处向预还原烧结矿的表面喷涂一定量的氯化钙或氢氧化钙(例如以0.5－5wt％浓度的溶液形式)，减少运输过程预还原烧结矿的再氧化。

另外，在步骤1)中，在制备球团的过程中采用润湿量的水(即基于步骤1的干基物料总重量的7wt％)。

其中，在步骤4)中的烟气循环式预还原烧结如下进行：来自烧结机头部或前端的第3至第10个风箱以及来自烧结机尾部或后端的倒数第1至倒数第8个风箱的烟气作为循环烟气，经由烟气循环主管路L1输送的循环烟气在通过第一除尘器8(即旋风除尘器)除尘之后与从富氧空气管路L3所输送的富氧空气5混合而形成混合空气，之后返回烧结机4用于烧结。

烧结台车上的布料后料层厚度为850mm左右。

在步骤4)的烧结步骤中，在烧结机(4)的点火炉(1)后至烧结机尾罩前，采用密封罩(2)全部覆盖，并且保持密封罩内为微负压(例如-50至-5Pa)。

烧结工艺是在烧结机台车机速为3.5～4.0m/min，垂直烧结速度为30mm/min，混合料温度为40～50℃，烧结负压为-13KPa，烧结风量为72m³/(m².min)，废气温度为120℃条件下进行烧结的。

烧结机中部风箱(即第11个至倒数第9个)和点火段风箱(例如第1和第2风箱)的烟气在主抽风机11作用下经由大烟道管路L2进入第二除尘器10(即电除尘器)和烟气净化塔12中进行处理，处理后的烟气被排放。

在步骤5)中，预还原后的烧结矿在罐式冷却器7中采用氮气冷却，以防止预还原烧结矿的二次氧化，冷却后的高温废气被输送到余热发电系统中用于余热发电，而余热发电后的废气再循环至罐式冷却器7中用于烧结矿的冷却。在冷却器的出口处向预还原烧结矿喷涂一定量的氯化钙或氢氧化钙(例如以0.5－5wt％浓度的水溶液形式)，减少运输过程预还原烧结矿的再氧化。

所获得的预还原烧结矿的还原度在40％～45％范围，这主要来自于内配碳球团的还原。

由于本实施例1中使用普通的铁精矿粉，无需在大烟道管路L2上增加一个磷收集器13。

实施例1

一种铁矿石预还原烧结方法，该方法包括：

1)制备传统混合料：将铁矿石粉、熔剂(它包括生灰石、石灰石和蛇纹石三种原料的混合物；这三种原料的用量比使得在烧结矿制备过程中控制CaO与SiO₂的重量比为大约1.8:1)进行原料配料，混合，制粒，得到传统混合料(I)，其中铁矿石粉、熔剂和煤炭燃料的用量比为83:12:5；

2)制备预还原混合料：将铁矿石粉、添加剂和焦粉混匀后造球(例如圆盘造球或压球)而获得内配碳的球团(IIa)，其中：燃料与矿比在0.18:1(wt)，球团平均直径为6mm；

将内配碳的球团(IIa)放置在圆筒混合机中，加入燃料细粉和熔剂，混合，球团外部被燃料细粉和熔剂裹覆，得到预还原混合料(II)，其中：内配碳的球团(IIa)、燃料细粉和熔剂的用量质量比为1：0.012：0.008；其中，燃料细粉要求90％以上的颗粒的粒级小于1mm；

3)布料：采用双层布料方式，利用第一料斗A将步骤2)制得的预还原混合料(II)预先布置在烧结机台车上，利用第二料斗B将步骤1)制得的传统混合料(I)布置在预还原混合料(II)层上；其中，预还原混合料的厚度占预还原混合料和传统混合料总厚度的40％，其余的为传统混合料；烧结机4(该烧结机4的底部具有24个风箱)的烧结台车上进行烟气循环式预还原烧结，并且在低负压、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的80％的负压(例如-12.8KPa)。这里所述的小风量是指相当于常规风量的85％的风量(76.5m³/(m².min))；

4)烧结：点火，传统混合料和预还原混合料在烧结机上进行烟气循环式烧结；

5)烧结后的烧结饼经破碎后通过热矿筛，筛上产物通过链板输送机送到高炉，筛下粉末经冷却后返回步骤1)中配料。

其中，烧结台车上的布料后料层厚度为850mm左右。来自烧结机中后部的第10至第20个风箱的烟气作为循环烟气，循环烟气在重力除尘之后或在利用第一除尘器8进行旋风除尘之后与富氧空气5混合而形成混合空气，之后返回烧结机用于烧结和/或用于烧结点火助燃。烧结机的除了中后部风箱之外的其余风箱15的烟气通过除尘器10、主抽风机11和烟气净化系统12，然后外排。烧结机的尾部设有3个冷却台车，步骤5)中烧结饼通过冷却台车后，经过热筛处理后筛上产物采用密封式输送系统运送到高炉。

实施例2

重复实施例1，只是步骤1)中铁矿石粉、熔剂和煤炭燃料的用量比为81:15:4；步骤2)中燃料与矿比在0.25:1(wt)球团平均直径为10mm；内配碳的球团、燃料细粉和熔剂的用量质量比为1：0.15：0.01。

另外，所述工艺除了包括1)制备传统混合料；2)制备预还原混合料；3)布料；4)烧结之外，还包括：

5)制氧：利用制氧机分离空气而获得氧气和氮气，其中氧气用于烟气循环烧结配氧，氮气用于机上冷却；并且，机上冷却风箱的烟气进行余热回收(余热产蒸汽或发电)后实现循环，重新用于机上冷却；和。

6)烧结后的烧结饼经破碎后通过热矿筛，筛上产物通过链板输送机送到高炉，筛下粉末经冷却后返回步骤1)中配料。

实施例3

重复实施例1，只是用煤粉替代焦粉，消石灰替代生石灰。

实施例4

重复实施例1，只是预还原混合料的厚度占预还原混合料和传统混合料总厚度的50％，其余的为传统混合料。

实施例5

重复实施例1，只是烧结机中后部的第8至第18个风箱(15)的烟气作为循环烟气，循环烟气在重力除尘之后或在利用第一除尘器(8)进行旋风除尘之后与富氧空气(5)混合而形成混合空气，之后返回烧结机用于烧结和用于烧结点火助燃；烧结机的除了中后部风箱之外的其余风箱(15)的烟气通过除尘器(10)、主抽风机(11)和烟气净化系统(12)，然后外排。

实施例6

一种铁矿石预还原烧结装置，该装置包括：烧结机4；位于烧结机4的前端的点火炉1；位于烧结机4的烧结台车上方的密封罩2，烟气循环管路L1，通往排放烟囱的大烟道管路L2，富氧空气管路L3，用于混合经由烟气循环管路L1所输送的循环烟气和经由富氧空气管路L3所输送的富氧空气的混气室3，位于烧结机尾部的热矿筛6。装置还包括与大烟道管路L2连接的烟囱14。其中，烧结机4具有24个风箱15。密封罩覆盖在烧结机中后部的第10至第20个风箱15。烧结机4前部的9个风箱和烧结机4尾部的4个风箱没有被密封罩覆盖的冷却台车。烧结机中后部的第10至第20个风箱的烟气输出支管被连接至烟气循环主管路L1。烟气循环主管路L1与富氧管路L3在混气室3中汇合后，连接至点火器1和密封罩2。烟气循环管路L1上的第一除尘器8和引风机9。装置上还设置有大烟道管路L2上的第二除尘器10、主抽风机11、烟气净化塔或烟气净化装置12。烧结机4前部的9个风箱和烧结机4尾部的4个风箱的烟气输出支路被连接至大烟道管路L2。第一除尘器8是旋风除尘器和第二除尘器10是电除尘器。

实施例7

重复实施例6，只是密封罩下前端的第1-3个风箱15和在烧结机尾部倒数第1-3个风箱15的烟气输出支管上设有切换阀13。分别在大烟道管路L2和烟气循环主管路L1之间切换。通过切换阀13的切换让烟气输出支管内的烟气分别通向大烟道管路L2或通向烟气循环主管路L1。

实施例8

重复实施例6，只是热矿筛6的后端与密封链板输送机连接。

实施例9

重复实施例6，只是所述装置还包括制氧机16、氧气管道L3、氮气管道L4、第二密封罩19、余能利用装置17、废气循环装置18，氧气管道L3连接制氧机16和混气室3，氮气管道L4连接制氧机16和第二密封罩19，第二密封罩19设置在烧结机尾部的冷却台车上方，烧结机尾部冷却台车下方的风箱15的烟气输出支路连接至蒸汽发电机的锅炉的烟气入口，蒸汽发电机的锅炉的尾气输出端与废气循环利用装置18(循环管路)连接，例如循环至混气室3中。

效果数据

与对比例1相比，本发明的实施例1－5能够在台车上烧结出上层传统烧结矿，下层还原程度高的预还原烧结矿，从而实现部分预还原烧结矿入炉的目的。良好的透气性一方面确保烧结质量和上下层烧结程度的均匀性，另一方面，可以布设更厚的料层厚度，充分利用自动蓄热原理，显著提高生产效率和减少燃料消耗。本发明具有显著的减排和节能效果。