粉矿熔融还原炼铁炉的制作方法

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，具体涉及一种粉矿熔融还原炼铁炉。

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。综上，现有的熔融还原炼铁工艺存在着工艺复杂、冶炼能耗高等问题

此外，现有技术中，往还原炉内添加粉矿时，通常方式有两种，一是采用皮带运输的方式将粉矿直接运输至还原炉的入料口处，公知的是粉矿通常含有一定水分，运输过程中特别是在雨天等空气湿度较大的情况下，粉矿容易板结成块，落入还原炉后不能充分进行熔融还原反应，造成生产效率低下、影响成品质量；二是使用混合进料滚筒机等装置进料，采用这种方式的弊端是，在实际生产过程中，经常出现混合进料滚筒反向溢料的现象，原料不能全部从出料口排出，部分原料在滚筒内堆积并从进料口反向溢出，原因是混合进料滚筒机的充填系数太大，转速降低离心力减小，物料产生堆积，严重影响了正常的生产进度。

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，同时设置有能够避免粉矿结块、进料时反向溢料的进料系统的粉矿熔融还原炼铁炉。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：粉矿熔融还原炼铁炉，包括顶部设置有进料口的还原炉本体，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；还包括进料系统，进料系统包括第一电机、筛箱、主轴、进料箱、筛筒，筛筒呈圆筒状且筒壁上设置有均匀分布的筛孔，筛筒设置在筛箱内且相对水平面倾斜；进料箱与筛筒同轴且进料箱的出料口伸入筛筒内；筛筒与主轴同轴并通过连接杆连接，第一电机驱动主轴带动筛筒旋转；筛箱上设置有第一出料口和第二出料口，第一出料口位于筛筒的正下方，第一出料口位于还原炉本体进料口的正上方，第二出料口位于筛筒较低的一端的下方；还包括第一挡料件和第二挡料件，第一挡料件和第二挡料件均为两端开口的圆台状结构，第一挡料件大口径的一端与筛筒位于高处的一端连接，第二挡料件小口径的一端同轴地连接在进料箱的外壁上，第二挡料件大口径的一端罩设在第一挡料件外。

其中，还包括筛网，筛网设置在第一出料口处。

进一步的，还包括搅拌装置，搅拌装置包括第二电机、转轴、搅拌叶片，搅拌叶片设置在转轴上，第二电机驱动转轴带动搅拌叶片旋转；转轴及搅拌叶片设置在筛网上方。

其中，筛箱上设置有通风管，通风管的风口处设置有滤网。

其中，筛箱上设置有空气加热器。

其中，筛筒相对水平面倾斜2-3°。

本实用新型的有益效果是：1、使用本申请方案粉矿熔融还原炼铁炉，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、设置有进料系统，该进料系统解决了现有技术中向炉内加料时粉矿结块、反向溢料造成生产效率低下等问题。

附图说明

图1为本实用新型其中一种实施方式的示意图；

图2为本实用新型进料系统的示意图；

图3为本实用新型还原炉本体的剖面示意图；

图4为图3中A-A处的剖视图；

图中标记为：炉顶1、炉体2、上风口21、下风口22、渣口23、铁口24、炉底3、进料系统4、第一电机41、筛箱42、第一出料口421、第二出料口422、主轴43、进料箱44、第二挡料件441、筛筒45、连接杆451、第一挡料件452、筛网5、搅拌装置6、第二电机61、转轴62、搅拌叶片63、通风管7、空气加热器8。

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3、图4所示，粉矿熔融还原炼铁炉，包括顶部设置有进料口的还原炉本体，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4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用于喷吹氧气的上风口21，其中一对相对的炉壁上对称地设置有用于喷吹氧气和煤粉的下风口22，在炉壁上对称地设置上风口21和下风口22的好处是，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；其中一对相对的炉壁上分别设置有渣口23和铁口24。

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21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21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21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22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22区域的温度可达到1500℃以上，炉料在下风口22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22区域发生的主要反应有：

CO₂+C＝2CO (8)

FeO+CO＝Fe+CO₂ (9)

FeO+C＝Fe+CO (10)

2C+O₂＝2CO (11)

2CO+O₂＝2CO₂ (12)

下风口22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21喷吹氧气，燃烧从下风口22上浮的CO，为粉矿的熔化和还原提供热量。高温烟气在排出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。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22喷吹的煤粉应过量，上风口21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还原炉本体底，还原后的熔渣浮在铁水上部。炉渣通过渣口23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24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。

如图1、图2所示，还包括进料系统4，进料系统4设置在还原炉本体进料口上方，进料系统4包括第一电机41、筛箱42、主轴43、进料箱44、筛筒45，筛筒45呈圆筒状且筒壁上设置有均匀分布的筛孔，筛筒45设置在筛箱42内且相对水平面倾斜；进料箱44上设置有进料斗，粉矿通过进料斗进入进料箱44，优选的是进料箱44内设置有螺旋叶片，螺旋叶片与主轴43连接，螺旋叶片跟随主轴43转动，输送粉矿的同时可以起到进一步对粉矿搅拌的作用，避免结块；进料箱44与筛筒45同轴且进料箱44的出料口伸入筛筒45内；筛筒45与主轴43同轴并通过连接杆451连接，第一电机41驱动主轴43带动筛筒45旋转；筛箱42上设置有第一出料口421和第二出料口422，第一出料口421位于筛筒45的正下方，第一出料口421位于还原炉本体进料口的正上方，第二出料口422位于筛筒45较低的一端的下方；还包括第一挡料件452和第二挡料件441，第一挡料件452和第二挡料件441均为两端开口的圆台状结构，第一挡料件452大口径的一端与筛筒45位于高处的一端连接，第二挡料件441小口径的一端同轴地连接在进料箱44的外壁上，第二挡料件441大口径的一端罩设在第一挡料件452外。

上述进料系统的工作原理是，粉矿由进料斗进入进料箱44后经螺旋叶片运输到筛筒45内，一部分物料随着筛筒45转动被带到一定高度作抛物线运动，另一部分物料随筛筒45转到一定的高度滑落；翻转过程中粉矿穿过筛筒45落向筛筒45下方的第一出料口421；未过筛的结块粉矿和粒径不符合要求的粗颗粒粉矿跟随筛筒45的旋转，沿着筛筒45内部的斜坡面滑动至筛筒45低端出口后落入第二出料口422，优选的是第二出料口422下方设置有皮带运输装置，可将结块粉矿和粒径不符合要求的粗颗粒粉矿运出进行二次回收处理。第二挡料件441的作用是减小了进料箱44与筛筒45间的间隙，遮挡住大部分未筛选的物料使其不易穿过所述间隙；第一挡料件452和第二挡料件441配合作用，起到了防止未筛选物料从第一挡料件452与进料箱44之间的间隙进入筛箱42的作用。

优选的，还包括筛网5，筛网5设置在第一出料口421处。筛网5起到了二次筛选的作用，进一步保证只有符合粒径要求的粉矿能够落入还原炉本体的进料口。

进一步优选的，还包括搅拌装置6，搅拌装置6包括第二电机61、转轴62、搅拌叶片63，搅拌叶片63设置在转轴62上，第二电机61驱动转轴62带动搅拌叶片63旋转；转轴62及搅拌叶片63设置在筛网5上方。搅拌装置6的作用是防止粉矿物料在第一出料口421处堆积而影响正常出料，保障出料顺畅。

优选的，筛箱42上设置有通风管7，通风管7的风口处设置有滤网。

优选的，筛箱42上设置有空气加热器8。空气加热器8是现有常规的装置，用在本技术方案中起到进一步减少物料中所含水分的作用，避免结块，提高工作效率，进一步优选的，空气加热器8为太阳能空气加热器，包括太阳能集热器和循环管道，太阳能集热器设置在筛箱42外，循环管道伸入筛箱42内。

优选的，筛筒45相对水平面倾斜2-3°。