铁水制备设备和铁水制备方法与流程

本发明涉及一种铁水制备设备和铁水制备方法。

背景技术：

目前，世界上大约60％的铁产量是采用自14世纪发展起来的高炉法生产的。根据高炉法，将经历烧结过程的铁矿和用烟煤作原料制成的焦炭一起装入高炉后，再吹入氧气使铁矿还原成铁，由此制造铁水。

如此，在铁水生产设备中最普及的高炉法考虑到反应特性，要求原料具有至少一定等级以上的强度且具有在炉中能确保透气性的粒度。由于上述原因，通过处理特定原煤而获得的焦炭用作碳源，该碳源用作燃料和还原剂。同样地，经历连续烧结处理(agglomeratingprocess)的烧结矿主要用作铁源。

因此，现代高炉法必然需要原料初步处理设备，诸如焦炭生产设备和烧结设备。亦即，除了高炉之外，还需要配备附属设备，而且需要设置用于防止附属设备造成的各种污染的防污装备。因此，存在对附加设备和装备的大量投资导致生产成本增加的问题。

为了解决高炉法的这些问题，全世界的炼铁厂都在致力于开发一种通过直接使用原煤作为燃料和还原剂以及替代所述烧结矿直接使用粉矿和块矿作为铁源来生产铁水的熔融还原炼铁法。

在这种熔融还原炼铁法中，从还原炉排出的还原铁粉经压块后，再装入熔融气化炉制备铁水。此时，经过压块的热压铁(hotcompactediron，hci)通过输送装置和装料装置等装入熔融气化炉之前需要移动相当距离。由于上述原因，在移动过程中会发生相当大的热损失。根据运行结果，装载于输送装置的hci的温度为约600℃至700℃，而通过所述装料装置装入所述熔融气化炉之前的温度为约400℃至500℃，温度下降了大约200℃。为了补偿这种热损失导致的hci显热损失，需要向熔融气化炉进一步装入块煤，因此存在燃料费增加的问题。

由于上述原因，为了抑制燃料费增加，在供应到熔融气化炉之前，需要对hci温度补偿热损失。

技术实现要素：

技术问题

本发明的一个示例性实施方案提供一种铁水制备设备和铁水制备方法，通过提高熔融气化炉热效率降低煤消耗量，可以改善运行效率以及降低运行成本。

技术方案

本发明的一个示例性实施方案提供一种铁水制备设备包含：熔融气化炉，所述熔融气化炉中装入还原铁和块状煤料而制备铁水；还原炉，所述还原炉连接于所述熔融气化炉，所述还原炉利用从所述熔融气化炉排出的还原气体将粉铁矿制成还原铁粉；储料仓，所述储料仓连接于所述熔融气化炉，用于将还原铁提供给熔融气化炉；以及供热装置，所述供热装置设置在所述储料仓，用于向储料仓内的还原铁供热。

所述铁水制备设备还可包含压块装置，所述压块装置连接于所述还原炉，用于对从所述还原炉排出的还原铁粉进行压块并将还原铁块供应到所述储料仓。

所述铁水制备设备还可包含输送装置，所述输送装置的一端连接于所述压块装置，而另一端连接于所述储料仓，所述输送装置用于从所述压块装置向所述储料仓输送还原铁块。

所述铁水制备设备还可包含混入装置，所述混入装置连接于所述输送装置，用于向所述输送装置混入含铁材料或含碳材料。

所述供热装置可通过感应加热向所述储料仓内的还原铁供热。

所述供热装置可包含：感应线圈，所述感应线圈埋设在所述储料仓的壁内；高频发生器，所述高频发生器用于产生施加到所述感应线圈的高频电力；以及导电线和连接器，所述导电线和连接器用于电连接所述感应线圈和所述高频发生器。

所述供热装置还可包含：冷却水供应管，所述冷却水供应管连接于所述感应线圈的一端；以及冷却水排出管，所述冷却水排出管连接于所述感应线圈的另一端。

所述冷却水供应管和所述冷却水排出管可由不导电的材料形成。

所述铁水制备设备还可包含发电装置，所述发电装置连接于所述高频发生器，用于通过回收从所述还原炉一端排出的废气的能量来产生电力。

所述发电装置可包含：高温集尘装置，所述高温集尘装置连接于所述还原炉一端，用于去除所述废气中的粉尘；膨胀涡轮，所述膨胀涡轮连接于所述高温集尘装置，用于使所述去除粉尘的废气膨胀以产生旋转力；发电机，所述发电机连接于所述膨胀涡轮，用于将所述旋转力转换成电能；以及变压器，所述变压器的一端连接于所述发电机，而另一端连接于所述高频发生器，所述变压器用于调节电压向所述高频发生器供应电能。

所述储料仓可包含：供料仓，所述供料仓连接于所述输送装置，从所述输送装置接收还原铁块；均压仓，所述均压仓连接于所述供料仓，从所述供料仓接收还原铁块；以及装料仓，所述装料仓的一端连接于所述均压仓，而另一端连接于所述熔融气化炉，所述装料仓用于将从所述均压仓接收的还原铁块供应到熔融气化炉。

所述供热装置可设置在所述均压仓，用于向均压仓内的还原铁块供热。

所述均压仓可由并排设置的多个均压仓组成，每个均压仓的一端连接于所述供料仓，而另一端连接于所述装料仓。

本发明的另一个示例性实施方案提供一种铁水制备方法包含：将铁矿装入还原炉制成还原铁的步骤；对所述还原铁进行压块制备还原铁块的步骤；向所述还原铁块供热的步骤；以及将所述供热后的还原铁块和块状煤料供应到熔融气化炉制备铁水并将所产生的还原气体供应到还原炉的步骤。

向所述还原铁块供热的步骤可通过感应加热来供热。

对于所述铁水制备方法，在向所述还原铁块供热的步骤之前，还可包含向所述还原铁块混入含铁材料或含碳材料的步骤。

相对于所述还原铁块的总量100重量％，所述含铁材料或含碳材料的混入量可小于或等于5重量％。

向所述还原铁块供热的步骤作为能量源可利用由所述将铁矿装入还原炉制成还原铁的步骤中产生的废气回收而得的能量。

所述由废气回收而得的能量可以是将基于所述废气的膨胀而产生的能量转换成旋转力后，再将所述旋转力转换成电能，以电能形式回收的能量。

可将所述回收的电能供应到向用于感应加热的感应线圈施加高频电力的高频发生器。

发明效果

根据本发明的一个示例性实施方案的铁水制备设备和铁水制备方法，通过提高熔融气化炉热效率降低煤消耗量，可以改善运行效率以及降低运行成本。

附图说明

图1是根据本发明的一个示例性实施方案的铁水制备设备的模式图。

图2是更具体地示出根据本发明的一个示例性实施方案的铁水制备设备的感应加热装置的模式图。

图3是示出根据本发明的一个示例性实施方案的铁水制备设备中并排设置多个均压仓的模式图。

图4是示出基于根据本发明的一个示例性实施方案的铁水制备设备的感应加热装置结构的还原铁块的升温效果的坐标图。

图5是示出通过根据本发明的一个示例性实施方案的铁水制备设备对还原铁块进行加热时煤消耗量下降的效果的坐标图。

具体实施方式

文中术语第一、第二、第三等用于描述各种部分、成分、区域、层和/或段，但这些部分、成分、区域、层和/或段不应该被这些术语限制。这些术语仅用于区分某一部分、成分、区域、层和/或段与另一部分、成分、区域、层和/或段。因此，在不脱离本发明的范围内，下面描述的第一部分、成分、区域、层和/或段也可以描述为第二部分、成分、区域、层和/或段。

本文所使用的术语只是出于描述特定实施例而不意在限制本发明。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则本文所使用的单数形式也意在包含复数形式。还应该理解的是，术语“包含”不是具体指某一特性、领域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，而排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。

虽然没有另作定义，但本文使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)的含义与所属领域的技术人员通常理解的意思相同。对于辞典里面有定义的术语，应该被解释为具有与相关技术文献和本文中公开的内容一致的意思，而不应该以理想化或过于正式的含义来解释它们的意思。

下面参照附图详细说明本发明的实施例，以使所属领域的技术人员容易实施本发明。本发明能够以各种不同方式变形实施，并不局限于本文所述的实施例。

图1是示意性地示出根据本发明的一个示例性实施方案的铁水制备设备的模式图。图1的铁水制备设备的结构只是用于例示本发明，本发明不限于此。因此，图1的铁水制备设备可以变形为各种形态。

如图1所示，根据本发明的一个示例性实施方案的铁水制备设备可包含：熔融气化炉10，所述熔融气化炉10中装入还原铁和块状煤料而制备铁水；还原炉20，所述还原炉20连接于所述熔融气化炉10，所述还原炉20利用从所述熔融气化炉10排出的还原气体将粉铁矿制成还原铁粉；储料仓40，所述储料仓40连接于所述熔融气化炉10，用于将还原铁提供给熔融气化炉10；以及供热装置50，所述供热装置50设置在所述储料仓40，用于向储料仓40内的还原铁供热。

可通过所述供热装置50补偿向储料仓40输送期间发生的还原铁的热损失。由此，可以避免如前所述的熔融气化炉10所需的燃料增加导致燃料费增加的问题。可以采用通过廉价方法供热的装置，其供热成本低于熔融气化炉10的燃料即块状煤料(原煤等)增加而增加的成本。作为非限制性实例，可以采用下述的通过感应加热来供热的供热装置50。但，只要是能够利用外部供应的能量向储料仓40内的还原铁供热且所供应的能量成本低于未供热时燃料费增加而增加的成本的装置均可采用。

所述供热装置50优选设置成尽量邻近所述储料仓。例如，可以将供热装置的全部构件设置在储料仓40外部，也可以将部分构件设置在储料仓40内部或者埋设在储料仓40的壁内，并将剩下的部分构件设置在储料仓40外部。

另外，所述还原炉20可以是具有流化床的流化床还原炉，并且可以包含至少两级的多个还原炉。

所述铁水制备设备还可包含压块装置30，所述压块装置30连接于所述还原炉20，用于对从所述还原炉20排出的还原铁粉进行压块并将还原铁块供应到所述储料仓40。所述压块装置中压成块的还原铁供应到储料仓40，通过所述供热装置向储料仓40内的还原铁块供热，从而补偿输送过程中发生的热损失。然后，还原铁块从所述储料仓40装入熔融气化炉10，从而可以制成铁水。在此情况下，如图1所示，在装入熔融气化炉10之前，还原铁块与用于在熔融气化炉10中制备铁水的块状煤料等燃料混合后同时装入，从而可以进一步减少热损失。

所述压块装置20中压成块的还原铁可通过输送装置70输送到储料仓40，所述输送装置70的一端连接于所述压块装置20，而另一端连接于所述储料仓40，所述输送装置70从所述压块装置20向所述储料仓40输送还原铁块。在此情况下，所述铁水制备设备还可包含混入装置80，所述混入装置80连接于所述输送装置70，用于向所述输送装置70混入含铁材料或含碳材料。所述混入装置80可在输送装置70的开始部分将含铁材料或含碳材料混入输送装置70内。因此，导电性高的含铁材料或含碳材料在向还原铁块供热的过程中与还原铁块一起被加热，从而可以提高加热效率以及缩短加热时间。如下所述，当所述供热装置50为通过感应加热来供热的装置时，可以进一步提高上述的效果。具体地，导电性高的含铁材料或含碳材料在还原铁块的感应加热过程中与还原铁块一起被感应加热，从而可以实现提高感应加热效率以及缩减加热时间的效果。

下面进一步详细说明所述供热装置50通过感应加热向所述储料仓40内的还原铁供热的情形。

图2是示意性地示出所述供热装置50为通过感应加热来供热的感应加热装置时的相关结构的模式图。

更具体地，所述储料仓40可以是均压装料装置，其包含：供料仓41，所述供料仓41连接于所述输送装置70，从所述输送装置70接收还原铁块；均压仓42，所述均压仓42连接于所述供料仓41，从所述供料仓41接收还原铁块；以及装料仓43，所述装料仓43的一端连接于所述均压仓42，而另一端连接于所述熔融气化炉10，所述装料仓43用于将从均压仓42接收的还原铁块供应到熔融气化炉10。

参见图2，所述供热装置可设置在所述均压仓42。具体地，所述均压仓42可包含：感应线圈3，所述感应线圈3埋设在所述均压仓42的壁内；高频发生器1，所述高频发生器1用于产生施加到所述感应线圈3的高频电力；以及导电线2和连接器4，所述导电线2和连接器4用于电连接所述感应线圈3和所述高频发生器1。此外，所述供热装置还可包含插入均压仓42的温度计7，所述温度计7用于监控均压仓42内的还原铁块的温度。

所述感应线圈3可以是将铜管加工成线圈形状的感应线圈，并且可以埋设在所述均压仓42的耐火材料壁体内。此外，可以设置成在所述感应线圈3的一侧通过冷却水供应管5供应冷却水并在另一侧通过冷却水排出管6排出冷却水。在此情况下，感应线圈3和所述冷却水供应管5及冷却水排出管6可以用由橡胶等不导电的材料制成的软管分别连接。

对利用所述通过感应加热来供热的供热装置的供热过程更详细地说明如下。

对于包含所述供料仓41、均压仓42及装料仓43的均压装料装置，当所述装料仓43内的还原铁块的量达到下限值时，从所述供料仓41向所述均压仓42装入还原铁块。此时，所述装料仓43处在加压状态，所述供料仓41控制成常压状态，在常压状态下从所述供料仓41向所述均压仓42装入还原铁块，然后封闭所述均压仓42并通过注入氮气等来加压直至所述均压仓42内的压力达到所述装料仓43的压力。另外，当所述均压仓42封闭时，将产生自高频发生器1的高频电力供应到所述感应线圈3，由于流过所述感应线圈3的高频电力，在所述均压仓42内的还原铁块内金属铁中产生滞后损失和表面涡流损失等，还原铁块本身被基于滞后损失和表面涡流损失等的电阻发热机构加热。通过设置在所述均压仓42的温度计7来监控这种还原铁块的加热状态。因此，当还原铁块的温度达到特定温度时，切断从所述高频发生器1至所述感应线圈3的高频电力供应，并确认所述均压仓42内的压力与所述装料仓43的压力是否相同，然后将所述均压仓42中被加热的还原铁块装入所述装料仓43。

另外，可以并排设置多个安装有所述通过感应加热来供热的供热装置50的均压仓42，如图3所示。由此，当铁水制备设备的产量大时，通过并排设置多个安装有所述供热装置50的均压仓42，将大量的还原铁块分散后同时加热，从而可以提高加热效率。

此外，如前所述，所述混入装置80可在输送装置70的开始部分将含铁材料或含碳材料混入输送装置70内。因此，导电性高的含铁材料或含碳材料在还原铁块的感应加热过程中与还原铁块一起被感应加热，从而可以提高感应加热效率以及缩减加热时间。

通过利用发电装置60回收从所述还原炉一端排出的高温、高压废气所具有的能量，可以获得所述通过感应加热来供热的供热装置50中所消耗的电力。具体地，所述发电装置60可包含：高温集尘装置61，所述高温集尘装置61连接于所述还原炉一端，用于去除所述废气中的粉尘；膨胀涡轮62，所述膨胀涡轮62连接于所述高温集尘装置，用于使所述去除粉尘的废气膨胀以产生旋转力；发电机63，所述发电机63连接于所述膨胀涡轮，用于将所述旋转力转换成电能；以及变压器64，所述变压器64的一端连接于所述发电机，而另一端连接于所述高频发生器，所述变压器64用于调节电压向所述高频发生器供应电能。

因此，在所述高温集尘装置61去除从所述还原炉一端排出的高温、高压废气中所包含的粉尘之后，通过在膨胀涡轮62中使所述去除粉尘的高温、高压废气膨胀而产生旋转力，从而可以转换成旋转力。然后，可将所述旋转力在所述发电机63中转换成电能，以电能形式进行回收，对回收的电能在所述变压器64中调节电压后，可以供应到向用于感应加热的感应线圈3施加高频电力的高频发生器1。

本发明的另一个示例性实施方案提供一种铁水制备方法包含：将铁矿装入还原炉制成还原铁的步骤；对所述还原铁进行压块制备还原铁块的步骤；向所述还原铁块供热的步骤；以及将所述供热后的还原铁块和块状煤料供应到熔融气化炉制备铁水并将所产生的还原气体供应到还原炉的步骤。

如上所述，通过向还原铁块供热的步骤，可以补偿还原铁块输送到铁水制备设备的储料仓40和熔融气化炉10的期间发生的还原铁的热损失。因此，如前所述，可以避免熔融气化炉10所需的燃料增加导致燃料费增加的问题。

所述供热可以是通过感应加热来供热。所述感应加热方式是将产生自高频发生器1的高频电力供应到感应线圈3，由于流过所述感应线圈3的高频电力，在所述还原铁块内金属铁中产生滞后损失和表面涡流损失等，还原铁块本身可被基于滞后损失和表面涡流损失等的电阻发热机构加热。

另外，对于所述铁水制备方法，在向所述还原铁块供热的步骤之前，还可包含向所述还原铁块混入含铁材料或含碳材料的步骤。因此，导电性高的含铁材料或含碳材料在还原铁块的感应加热过程中与还原铁块一起被感应加热，从而可以提高感应加热效率以及缩减加热时间。

在上述步骤中，相对于所述还原铁块的总量100重量％，所述含铁材料或含碳材料的混入量可小于或等于5重量％。如果含铁材料或含碳材料的混入量过多，就有可能发生还原铁块的供应量达不到目标铁水生产所需量的问题。

向所述还原铁块通过感应加热来供热的步骤作为能量源可利用由所述将铁矿装入还原炉制成还原铁的步骤中产生的废气回收而得的能量。

更具体地，所述由废气回收而得的能量可以是将基于所述废气的膨胀而产生的能量转换成旋转力后，再将所述旋转力转换成电能，以电能形式回收的能量。然后，将所述回收的电能供应到向用于感应加热的感应线圈施加高频电力的高频发生器，可以作为能量源来使用。

图4示出了在容量为约10kw的感应加热炉中调整输出功率并加热2kg的还原铁块(hci)填充床的结果。从图4可知，在约20％至30％的输出功率(即，2kw至3kw的输出功率)范围下20分钟内升温大约200℃。此外，图4示出了这种升温速度随着输出功率的增加而增加。这样的结果表明，通过根据本发明的一个示例性实施方案的铁水制备设备和铁水制备方法，可在短时间内有效地加热还原铁块。

另外，所述感应加热所需的电能是通过根据本发明的装置将从所述流化床还原炉一端排出的高温、高压废气所具有的能量进行回收后供应的，因此不需要进一步供应外部电力，就可以实现还原铁块的加热。

图5示出了如上所述将还原铁块(hci)加热后装入熔融气化炉会减少铁水制备所需的煤消耗量。这是通过对所述熔融气化炉的操作经验和热分析导出的，还原铁块的温度每升高100℃，生产1吨铁水时消耗的煤料比减少大约20kg。

如上所述，当采用根据本发明的一个示例性实施方案的铁水制备设备和铁水制备方法时，通过回收及使用现有铁水制备设备所废弃的能量，可以减少熔融气化炉中的煤消耗量。

由此，可以获得直接使用粉铁矿的铁水制备设备的运行效率改善及运行成本降低的效果。

如上所述对本发明进行了说明，但是所属领域的技术人员容易理解在不脱离权利要求书中要求保护的本发明的概念和范围内能够进行各种修改及变更。

符号说明

1：高频发生器2：导电线

3：感应线圈4：连接器

5：冷却水供应管6：冷却水排出管

7：温度计10：熔融气化炉

12：还原气体管线20：还原炉

30：压块装置40：储料仓

41：供料仓42：均压仓

43：装料仓50：感应加热装置

60：发电装置61：高温集尘装置

62：膨胀涡轮63：发电机

64：变压器70：输送装置

80：混入装置