粉矿全氧熔融还原炼铁装置的制作方法

本实用新型属于钢铁冶金领域，涉及一种粉矿全氧熔融还原炼铁装备，具体涉及一种粉矿全氧熔融还原炼铁装置。

背景技术：

非高炉炼铁的技术特点是利用非焦煤炼铁，分为直接还原和熔融还原。直接还原是指铁矿石在低于矿石熔化温度下，通过固态还原把铁矿石冶炼成铁的工艺过程；直接还原得到的产品仍为固态，保留了铁矿石失氧时形成的大量微气孔，称为海绵铁，也称为直接还原铁；直接还原铁需要电炉熔分才能得到铁水。熔融还原是指不使用高炉，在高温熔融状态下还原铁矿石的方法，其产品是与高炉铁水成分相近的液态铁水。主要的熔融还原炼铁工艺有COREX、FINEX、HIsarna和Romelt。COREX和FINEX工艺分别利用竖炉和流化床对铁矿石进行预还原，属于两步法熔融还原，工艺衔接复杂；HIsarna和Romelt工艺存在炉壁易受炉渣侵蚀损坏，冶炼能耗高等问题。

基于现有的熔融还原炼铁工艺存在的工艺复杂、冶炼能耗高等问题，需要一种粉矿全氧熔融还原炼铁装置以解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够促进氧化铁快速还原、简化工艺流程、降低能源消耗的粉矿全氧熔融还原炼铁装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：粉矿全氧熔融还原炼铁装置，包括顶部设置有粉矿加料口的熔融还原炉本体，熔融还原炉本体由炉顶、炉体和炉底组成，炉顶正面呈圆拱形；所述炉体为四面炉壁围成的矩形柱状结构，其中一对相对的炉壁上对称地设置有若干个均匀分布的、用于喷吹氧气的上风口，其中一对相对的炉壁上对称地设置有若干个均匀分布的、用于喷吹氧气和煤粉的下风口，其中一对相对的炉壁上分别设置有渣口和铁口。

其中，炉顶的炉壁由内向外分别为镶砖冷却壁和钢壳；炉体的炉壁由内向外分别为高铝耐火砖、光面冷却壁和钢壳。

其中，炉底由上至下分别为碳砖层、水冷层和混凝土层。

其中，炉体内底部区域砌筑有碳砖。

其中，渣口6为铜质冷却套，铁口由预制碳砖砌筑。

其中，其中一对相对的炉壁上对称地设置有两排上风口，上风口的数量为五个；其中一对相对的炉壁上对称地设置有两排下风口，下风口的数量为五个。

本实用新型的有益效果是：1、使用本申请方案粉矿全氧熔融还原炼铁装置，可实现粉矿在一个反应器中冶炼出铁水，省去了粉矿的造块工艺步骤和预还原系统，缩短了工艺流程，自动化程度高；2、通过在矩形柱状炉体上对称地设置若干个喷吹氧气的上风口和若干个喷吹氧气、煤粉的下风口，增加了熔池内的热能，同时可充分利用炉内各区域化学反应产生的热能，促进了氧化铁快速还原，降低了能源消耗，减少污染物排放；3、原料适应性广，产品稳定性好；4、设备结构简单，生产灵活性高，降低了生产成本。

附图说明

图1为本实用新型其中一种实施方式的正面剖视图；

图2为图1中A-A处的剖视图；

图中标记为：炉顶1、炉体2、炉底3、上风口4、下风口5、渣口6、铁口7、镶砖冷却壁11、钢壳12、高铝耐火砖21、光面冷却壁22、碳砖23、碳砖层31、水冷层32、混凝土层33。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图1、图2所示，粉矿全氧熔融还原炼铁装置，包括顶部设置有粉矿加料口的熔融还原炉本体，熔融还原炉本体由炉顶1、炉体2和炉底3组成，炉顶1正面呈圆拱形，由图2可知，炉顶1侧面剖视图呈矩形，将炉顶1设置成所述形状的目的是提高炉顶1的整体强度；所述炉体2为四面炉壁围成的矩形柱状结构，可以理解的是，炉体2的横截面为矩形，其中一对相对的炉壁上对称地设置有若干个均匀分布的、用于喷吹氧气的上风口4，其中一对相对的炉壁上对称地设置有若干个均匀分布的、用于喷吹氧气和煤粉的下风口5，其中一对相对的炉壁上分别设置有渣口6和铁口7。

上述技术方案的工作原理是，粉矿通过粉矿加料口进入炉内，燃烧产生的高温烟气在圆拱形炉顶内加热粉矿，高温烟气的温度约为1400℃，粉矿加热熔化形成熔池，熔池内的氧化铁一边被上升的CO还原，一边向下迁移；需要说明的是，粉矿可以是铁精矿粉或含铁尘泥，矿粉的粒径应小于3mm；上风口4喷吹入氧气，氧气可以是深冷制氧或者变压吸附制氧，要求氧气浓度大于85％，氧气燃烧部分CO放出热量，为铁矿粉的熔化和还原提供热量，上风口4区域发生的反应有：

Fe₂O₃+CO＝Fe₃O₄+CO₂ (1)

Fe₂O₃+H₂＝Fe₃O₄+H₂O (2)

Fe₃O₄+CO＝FeO+CO₂ (3)

Fe₃O₄+H₂＝FeO+H₂O (4)

FeO+CO＝Fe+CO₂ (5)

FeO+H₂＝Fe+H₂O (6)

2CO+O₂＝2CO₂ (7)

CO、H₂、CO₂等气体混合形成炉内煤气(以下简称煤气)，可通过控制上风口4喷吹的氧气量来调节煤气的氧化度，从而调节炉料的金属化率。下风口5喷入氧气和煤粉，煤粉可以是无烟煤或者烟煤与无烟煤的混和煤，煤粉中固定碳含量大于60％，氧气和煤粉燃烧生成CO，为氧化铁还原提供热量和还原剂，下风口5区域的温度可达到1500℃以上，炉料在下风口5区域还原以后，含铁氧化物全部还原为金属铁，还原后煤气的还原势为75％-95％，煤气上浮过程中进一步还原铁氧化物。下风口5区域发生的主要反应有：

CO₂+C＝2CO (7)

FeO+CO＝Fe+CO₂ (8)

FeO+C＝Fe+CO (9)

2C+O₂＝2CO (10)

2CO+O₂＝2CO₂ (11)

下风口5区域为保证铁氧化物的还原率，需要控制煤粉和氧气的喷吹量以保证调节炉内有较高的还原势。为了充分利用煤气的热能和化学能，上风口4喷吹氧气，燃烧从下风口5上浮的CO，为粉矿的熔化和还原提供热量。高温烟气在排出熔融还原炉本体之前与粉矿在圆拱形炉顶进行气-粉快速换热，不但可以快速熔化粉矿，而且利用烟气显热，降低烟气排出温度。熔融还原炉本体内熔池温度为1400-1500℃，粉矿从入炉到还原时间为2-4小时。为了促进氧化铁还原需要调控炉内的还原气氛，下风口5喷吹的煤粉应过量，上风口4控制煤气的还原势为80％左右。还原得到的金属铁聚集成液滴，依靠与炉渣的密度差下降到熔融还原炉本体底，还原后的熔渣浮在铁水上部。炉渣通过渣口6定时排出，水淬形成水淬渣。铁水的出铁间隔为1.5-2小时，通过铁口排出，用于铸造成生铁块或直接炼钢；熔融还原产生的高温烟气通过余热锅炉进行余热回收，制备蒸汽。

优选的，炉顶1的炉壁由内向外分别为镶砖冷却壁11和钢壳12，镶砖冷却壁11用金属铜铸造，镶嵌的耐火砖为高铝砖，钢壳12由普通碳钢焊接；炉体2的炉壁由内向外分别为高铝耐火砖21、光面冷却壁22和钢壳12，光面冷却壁22用金属铜铸造，钢壳12由普通碳钢焊接。

优选的，炉底3由上至下分别为碳砖层31、水冷层32和混凝土层33。水冷层32内均匀分布一层循环水管，用于冷却炉底3。

优选的，炉体2内底部区域砌筑有碳砖23。

优选的，渣口6为铜质冷却套，用于排出炉渣；铁口7由预制碳砖砌筑，也可以用预制高铝砖砌筑，用于排出还原得到的铁水。

优选的，其中一对相对的炉壁上对称地设置有两排上风口4，上风口4的数量为五个；其中一对相对的炉壁上对称地设置有两排下风口5，下风口5的数量为五个。上风口4、下风口5均为现有结构，采用铜铸造而成。申请人在实践中发现，在炉体2上对称地设置两排上风口4、下风口5时，熔融还原铁的效果最佳。