一种气电混合型气基竖炉还原系统及方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种气电混合型气基竖炉还原系统及方法。

背景技术：

生产直接还原铁的工艺称为直接还原法，属于非高炉炼铁工艺，分为气基法和煤基法两大类。气基法主要包括midrex、hyl、pered、流化床，煤基法以回转窑和转底炉法为主。约80％的直接还原铁是通过气基法生产，以midrex法和hyl法为主。

气基法直接还原技术在天然气丰富的地区得到了广泛的工业应用，近年来随着煤制气作还原剂技术的开发利用，气基竖炉直接还原技术在我国引起了广发的关注。为了保证直接还原铁产品的品质，直接还原工艺对含铁原料，特别是对直接入炉铁矿球团的要求极为苛刻，不仅要求必须有足够高的强度，还必须具有良好的透气性和还原性，且矿料在竖炉内一般设置为堆积状态，因气体在堆积状态的矿料中的扩散较慢，充分还原需6h左右，加上其还原、冷却均在炉体内进行，进一步延长工序时间还会导致炉内温度与气体成分控制不便。现有气基竖炉仅靠还原气带入热量做热源，实际还原温度在800～920℃左右，且还原温度很难进一步提升，直接限制了球团还原速率，是导致还原时间较长的主要限制因素之一。

现有流化床工艺常用的为fior流态法，其使用0.25～4mm范围的矿料，矿料在流化床上处于悬浮状态，增加了与还原气体接触的面积，但由于矿石颗粒仍较粗，仅在一定程度上减少还原时间，同时，细粒矿粉易逸出和气体利用率低，为解决这些问题，一般采用多个流化床串联使用，以增加矿石和还原气体的接触时间来提高气体利用率，这样使工艺变得复杂。

上述多种工艺系统中，为使还原气体达到使用要求，还需要设置多个气体加热、冷却装置，这不仅增加了设备投资，还使工艺体系变得复杂。

由此可见，目前的直接还原炼铁技术普遍存在还原效率低，工艺设备复杂等问题，因此，亟需一种还原效率高、工艺简单，有利于提高金属化率的方法和系统。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种气电混合型气基竖炉还原系统，采用气、电双热源，还原段温度高，反应速度快、反应时间短、金属化率较高，还原后的直接还原铁矿粉热态下直接进入电熔分炉熔分，更加节能；不需竖炉冷却段，节省了设备体积。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种气电混合型气基竖炉还原系统，包括料仓、预热仓、气电混合型气基竖炉和熔分炉，所述料仓经所述预热仓与所述气电混合型气基竖炉连接，所述气电混合型气基竖炉和熔分炉连接，其中，所述气电混合型气基竖炉包括：

设置在所述气基竖炉进料口下方的布料器；

位于所述气基竖炉倾斜底部的下端的下料口，所述倾斜底部使得所述竖炉内的矿粉堆积到所述下端；

位于所述气基竖炉内、且设置在所述下料口上方的循环送料装置，所述循环送料装置包括：驱动辊、链条、料斗和变向导杆，其中，多个所述料斗设置在所述链条上，所述链条设置在多个所述驱动辊上并与变向导杆配合形成倒l形传送装置，所述传送装置水平方向的末端位于所述布料器的上方；

位于竖炉本体内部的高温旋风除尘器，所述高温旋风除尘器设置于所述布料器上方并与所述气基竖炉的炉顶气出口连接；

设置在所述气基竖炉内壁上的电极板，为气基竖炉内的还原反应提供热源。

进一步的，所述气基竖炉的倾斜底部设置有倾斜的导料槽，将下落至所述竖炉底部的矿粉汇聚至所述循环送料装置的下部。

进一步的，所述气基竖炉的还原气入口设置于所述导料槽上方。

进一步的，所述驱动辊包括：第一驱动辊、第二驱动辊和第三驱动辊，其中，所述第二驱动辊设置于所述布料器上方，所述第三驱动辊设置于所述下料口上方，所述第一驱动辊的水平位置与所述第三驱动辊一致，竖直高度与所述第二驱动辊一致。

进一步的，所述第一驱动辊和第二驱动辊与设置在竖炉外的驱动装置连接。

进一步的，所述链条与所述驱动辊之间均为活动连接；所述变向导杆与所述链条的接触部位为卡槽式结构。

进一步的，所述料仓包括：矿粉入口、矿粉出口；所述预热仓包括：多排热辐射管、矿粉进口、热矿粉出口、预热炉顶气进口和预热顶气出口，所述矿粉出口与所述矿粉进口连接，所述预热炉顶气进口与所述气基竖炉的炉顶气出口连接。

进一步的，还包括高温风机，所述高温风机的入口与所述预热顶气出口连接。

一种利用气电混合型气基竖炉还原系统生产还原铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将矿粉运至料仓，并将料仓内的矿粉送至预热仓进行预热；

2)预热后的矿粉送至气电混合型气基竖炉，同时启动竖炉外的驱动装置控制驱动辊带动链条和料斗运动；

3)矿粉经布料器下落，还原气从所述气基竖炉的下部输入，下降的所述矿粉与上升的所述还原气发生还原反应生成金属化不完全的物料，并通过导料槽汇聚至循环送料装置的下部，由所述循环送料装置的料斗将部分金属化物料传送至所述布料器进行二次布料，再次与所述还原气发生还原反应；

4)重复多次步骤3)直至矿粉的金属化率达标后将矿粉送至熔分炉，获得熔分铁水和熔分渣。

进一步的，所述还原气的成分为co和h2，其体积分数占炉内气体的80％以上，通入的还原气量为1100-1400nm³/t。

本发明的有益效果在于：

(1)采用气、电双热源，还原段温度高，反应速度快、反应时间短、金属化率较高。

(2)炉顶气在竖炉本体内部完成除尘，有效避免了炉顶气炉外除尘过程中的热损失问题。同时，炉顶气携带的细矿粉气固分离后直接被送至布料器，重新进行深还原反应。

(3)还原后的直接还原铁矿粉热态下直接进入电熔分炉熔分，更加节能；不需竖炉冷却段，节省了设备体积。

(4)竖直循环送料系统可控制竖炉内矿粉与还原气还原次数，促使矿粉进行多次还原反应，延长还原反应时间，易于得到高金属化率直接还原铁。

附图说明

图1为本发明气电混合型气基竖炉还原系统结构图。

图2为本发明还原系统生产还原铁的方法示意图。

图3为本发明变向导杆侧视图。

图4为本发明变向导杆俯视图。

其中，料仓100，矿粉入口101，矿粉出口102，预热仓200，热辐射管201，矿粉进口204，热矿粉出口205，预热炉顶气进口202，气基竖炉400，布料器410，循环送料装置420，导料槽430，高温旋风除尘器440，电极板450，还原气入口402，炉顶气出口403，热矿粉入口401，下料口404，还原气入口402，布料器410，第二驱动辊422，电极板450，高温风机300，预热顶气出口203，第一驱动辊421，第三驱动辊423，循环链条424，料斗425，变向导杆426，。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种气电混合型气基竖炉还原系统，图1为本发明气电混合型气基竖炉还原系统结构图，如图1所示,包括料仓、预热仓、气电混合型气基竖炉和熔分炉，所述料仓经所述预热仓与所述气电混合型气基竖炉连接，所述气电混合型气基竖炉和熔分炉连接。料仓内的矿粉进入预热仓预热后被送至气电混合型气基竖炉，矿粉在气电混合型气基竖炉内进行充分的氧化还原反应至矿粉的金属化率达标，最后，将还原后的矿粉送至熔分炉，获得熔分铁水和熔分渣。本发明解决了传统的炼铁工艺复杂设备的问题，通过改进气电混合型气基竖炉的结构，使得炼铁工艺设备以及流程变得简单，并提高了气基竖炉内的还原效率，还原后的还原铁矿粉热态下直接进入电熔分炉熔分，更加节能；不需竖炉冷却段，节省了设备体积。

根据本发明的具体实施例，如图1所示，气电混合型气基竖炉主要包括：布料器、下料口、循环送料装置、高温旋风除尘器以及电极板，其中，布料器设置在所述气基竖炉进料口下方，进入气基竖炉内的矿粉直接落到布料器上，布料器与循环送料装置相互配合能够进行多次布料；本发明的气基竖炉的底部呈倾斜状，使得通过布料器落下的矿粉堆积到倾斜底部的下端，此处的下端可以理解为竖直高度略低的一端，同时此处(竖直高度略低的一端)还设置有下料口，下料口处设有挡板，在矿粉的金属化率未达标前，挡板为闭合状态，下落的矿粉在下料口处堆积；循环送料系统设置在下料口上方，将在下料口处堆积的矿粉运送至布料板上；高温旋风旋风除尘器位于竖炉本体内部，设置于所述布料器上方，并与气基竖炉的炉顶气出口连接，一方面，炉顶气携带的细矿粉经除尘器气固分离后可直接从除尘器排入布料器，另一方面，高温旋风除尘器有效避免了在炉顶气炉外除尘过程中的热损失问题，输出较洁净的炉顶气；电极板设置在气基竖炉内壁上，对气基竖炉内以电加热的方式加热，为还原反应提供热源，弥补还原气所携带热量的不足，保证气基竖炉内还原段温度维持在1000-1120℃，促使还原反应快速进行，以缩短反应时间，提高反应效率。本发明的气电混合型气基竖炉适用于多种需要进行还原反应的矿粉，适应性高。

根据本发明的具体实施例，如图1所示，循环送料装置包括：驱动辊、链条、料斗和变向导杆，其中，多个所述料斗设置在所述链条上，所述链条设置在多个所述驱动辊上并与变向导杆配合形成倒l形传送装置，所述传送装置水平方向的末端位于所述布料器的上方，链条与驱动辊为活动连接。在本发明的一些优选的实施例中，驱动辊包括：第一驱动辊、第二驱动辊和第三驱动辊，其中，所述第二驱动辊设置于所述布料器上方，所述第三驱动辊设置于所述下料口上方，所述第一驱动辊的水平位置与所述第三驱动辊一致，竖直高度与所述第二驱动辊一致。

根据本发明的具体实施例，变向导杆与所述链条的接触部位为卡槽式结构，图3为本发明变向导杆侧视图，图4为本发明变向导杆俯视图。如图3和图4所示，变向导杆上设置有凹槽，链条设置在凹槽内，实现链条的变向，同时避免了变向导杆与料斗接触而阻碍其运动。在本发明的优选的实施例中，如图1所示，在所述第二驱动辊的左下方设置了两个变向导杆。

根据本发明的具体实施例，第一驱动辊和第二驱动辊与设置在竖炉外的驱动装置连接，为循环送料装置提供动力源。本发明对于驱动装置的选择没有特别的限制，可以采用多种方式进行驱动。本发明的循环送料系统可控制竖炉内矿粉与还原气还原次数，促使矿粉进行多次还原反应，延长反应时间，易于得到高金属化率直接还原铁。

根据本发明的具体实施例，气基竖炉的倾斜底部设置有倾斜的导料槽，将下落至所述竖炉底部的矿粉汇聚至所述循环送料装置的下部，气基竖炉的还原气入口设置于所述导料槽上方。吹入的还原气可将导料槽内的矿粉吹至另一端，减少了矿粉在导料槽内堆积。

循环送料系统工作时，启动驱动装置，驱动装置分别通过第一驱动辊和第二驱动辊带动循环链条以及料斗进行运动。料斗运动至装入第三驱动辊附近时，与导料槽内的矿粉接触，部分矿粉从料斗敞口端装入料斗，随后被循环链条提升至顶端。随着位于循环链条顶端的料斗向右继续水平运动，料斗运动至第二上驱动辊上开始换向时，料斗内的矿粉原料由于重力作用，开始向下倾倒，并进入布料器，重新返回还原流程。多次重复上述操作，直至得到矿粉金属化率达标。

根据本发明的具体实施例，预热仓包括：多排热辐射管、矿粉进口、热矿粉出口、预热炉顶气进口和出口，所述矿粉出口与所述矿粉进口连接，所述预热炉顶气进口与所述气基竖炉的炉顶气出口连接，所述高温风机的入口与预热顶气出口连接。如图1所示，经气基竖炉的炉顶气出口出来的高温炉顶气进入预热仓，与多排热辐射管一起对进入预热仓的矿粉进行预热，实现了高温炉顶气的二次利用，提高了资源利用率。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种气电混合型气基竖炉还原系统生产还原铁的方法，图2为本发明还原系统生产还原铁的方法示意图，如图2所示，包括以下步骤：

1)将矿粉运至料仓，并将料仓内的矿粉送至预热仓进行预热，所述矿粉粒度为100目占65％以上；

2)预热后的矿粉送至气电混合型气基竖炉，同时启动竖炉外的驱动装置控制驱动辊带动链条和料斗运动；

3)矿粉经布料器下落，还原气从所述气基竖炉的下部输入，下降的所述矿粉与上升的所述还原气发生还原反应生成金属化不完全的物料，并通过导料槽汇聚至循环送料装置的下部，由所述循环送料装置的料斗将部分金属化物料传送至所述布料器进行二次布料，再次与所述还原气发生还原反应，所述还原气的成分为co和h2，其体积分数占炉内气体的80％以上，通入的还原气量为1100-1400nm³/t；

4)重复多次步骤3)直至矿粉的金属化率达标后将矿粉送至熔分炉，获得熔分铁水和熔分渣。

实施例一

1)将矿粉运至料仓，并将料仓内的矿粉送至预热仓进行预热，所述矿粉粒度为100目占80％以上；

2)预热后的矿粉送至气电混合型气基竖炉，同时启动竖炉外的驱动装置控制驱动辊带动链条和料斗运动；

3)矿粉经布料器下落，还原气从所述气基竖炉的下部输入，下降的所述矿粉与上升的所述还原气发生还原反应生成金属化不完全的物料，并通过导料槽汇聚至循环送料装置的下部，由所述循环送料装置的料斗将部分金属化物料传送至所述布料器进行二次布料，再次与所述还原气发生还原反应，所述还原气的成分为co和h2，其体积分数占炉内气体的80％，通入的还原气量为1200nm³/t，竖炉内还原温度950℃；

4)步骤3)持续10-15min后得到矿粉的金属化率为92％，将矿粉送至熔分炉，获得熔分铁水和熔分渣。

实施例二

1)将矿粉运至料仓，并将料仓内的矿粉送至预热仓进行预热，所述矿粉粒度为100目占90％以上；

2)预热后的矿粉送至气电混合型气基竖炉，同时启动竖炉外的驱动装置控制驱动辊带动链条和料斗运动；

3)矿粉经布料器下落，还原气从所述气基竖炉的下部输入，下降的所述矿粉与上升的所述还原气发生还原反应生成金属化不完全的物料，并通过导料槽汇聚至循环送料装置的下部，由所述循环送料装置的料斗将部分金属化物料传送至所述布料器进行二次布料，再次与所述还原气发生还原反应，所述还原气的成分为co和h2，其体积分数占炉内气体的85％，通入的还原气量为1300nm³/t，竖炉内还原温度950℃；

4)步骤3)持续8-12min后得到矿粉的金属化率为96％，将矿粉送至熔分炉，获得熔分铁水和熔分渣。

对比例

气基法的典型代表是midrex法，是目前最完善、出产能力最强、使用最普遍的直接还原炼铁法。某工厂的工艺路线及操作参数如下：

(1)将还原气体从竖炉的下部区域通入竖炉内；其中，还原气原料为天然气，经催化重整后，还原气中co和h2总体积为85％，co与h2体积比为1.25:1，还原气温度为950℃；

(2)将矿粉送入气基竖炉内，其中矿粉的铁品位为63％、粒度为6-19mm，进入竖炉的氧化球团和块矿混配矿中的粉末粒度<5mm的量不大于5％；

(3)矿粉在炉内进行还原，还原反应温度800℃左右，物料在炉内完成加热和还原，整个过程需持续5-6h；完成还原的矿料在冷却区域内通过循环冷煤气冷却至常温后从卸料口排出；得到的产品的金属化率为90％-93％，炉顶气一部分用于重整炉加热系统的燃料，一部分经净化后回重整炉循环制气。

综上所述本发明采用气、电双热源，还原段温度高，反应速度快、反应时间短、金属化率较高；炉顶气在竖炉本体内部完成除尘，有效避免了炉顶气炉外除尘过程中的热损失问题。同时，炉顶气携带的细矿粉气固分离后可直接返回布料器，重新进入深还原反应；还原后的直接还原铁矿粉热态下直接进入电熔分炉熔分，更加节能；不需竖炉冷却段，节省了设备体积。竖直循环送料系统可控制竖炉内矿粉与还原气还原次数，促使矿粉进行多次还原反应，延长反应时间，易于得到高金属化率直接还原铁。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。