一种铁矿粉高效预热预还原装置的制作方法

本实用新型属于冶炼技术领域，特别涉及一种铁矿粉高效预热预还原装置，适用于超细粉的处理。

背景技术：

目前，在熔融还原炼铁工艺中，已实现工业化的铁矿粉的预热方式主要为流化床预热预还原和回转窑预热预还原，通过铁矿粉的预加热和预还原，终极反应炉将会大大提高反应速率和提高热效率，是提产增效减轻终极反应器负荷最为有效的途径。

流化床预热预还原技术运用在HIsmelt第一代炼铁工艺上采用的是循环流化床和环形流化床组合的Circoheat流化床技术，可将矿粉预热到 700℃以上，反应气体为温度1000℃的熔融炉高温煤气，只经一级循环流化床预还原，系统运行3年未实现预设的25％还原度并且设备故障率高。

FINEX炼铁技术采用多级紊流流化床工艺，可处理粒度小于8mm的铁矿粉，使用熔融气化炉的高热值热煤气(7000kJ/m³左右)作为还原剂进行预热预还原，此煤气系统压力高(4Mpa)，系统和设备均较为复杂，为防止流化床的黏结需控制较低的预还原度和预热温度。

采用分段回转窑预热技术处理铁矿粉，换热效率低、预热温度低、容易发生黏结并且技术落后，当铁矿粉粒度较低时返矿量超高，是极不经济的处理方式。

20世纪70年代初出现的悬浮预热技术因其具备气固两相分布均匀、换热效率高和高效分离的技术特点，单日可加热万吨以上生料，生料粒度控制在D30为80μm以下，在悬浮状态下加热生料粒度越细预热过程越容易进行，此技术处理的生料一般为石灰石、粘土和少量铁粉等。使用悬浮预热技术处理超细铁矿粉，因铁矿粉密度大、旋风筒分离效率下降和粉末气固传质传热过程不同存在较大差异，而此技术未使用在熔融还原炼铁工艺上，与工艺其他系统的连接及物质流、能量流、信息流的一致都将有较大的改变，此技术的缺陷也将移植到新工艺中并且变异和突出。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种铁矿粉高效预热预还原装置，具有工艺简单、设备可靠和预热效果好的特点，可实现铁矿粉尤其是超细铁矿粉在使用熔融还原煤气的条件下高效预热预还原，达到800℃以上的预热温度，通过控制反应气氛，铁矿粉可获得10～35％的预还原率。

本实用新型的装置包括：熔融还原炉1，汽化烟罩2，高温煤气处理系统3，铁矿粉预热系统4，原矿提升机5，原矿仓6，煤粉制备喷吹系统 7，除尘器8，增湿塔9，烟囱10，引风机11，热矿提升机12，热矿喷吹系统13，热矿给料机14，热矿喷吹管线15。

对本实用新型装置包括的各个零部件的端口进行说明，具有一个端口的列为第一端口，具有两个端口的其中左侧端口或上部端口为第一端口，具有三个端口的其中端口顺序为顺时针旋转以最上端为第一端口，具有四个以上端口的其中端口顺序为顺时针旋转以最上端为第一端口。

熔融还原炉1的第一端口与汽化烟罩2的第一端口连通；汽化烟罩2 的第二端口与高温煤气处理系统3的第一端口连通；高温煤气处理系统3 的第二端口与铁矿粉预热系统4的第六端口连通；铁矿粉预热系统4的第二端口与原矿提升机5的第一端口连通，铁矿粉预热系统4的第一端口与除尘器8的第一端口、增湿塔9的第一端口和煤粉制备喷吹系统7的第二端口连通，铁矿粉预热系统4的第四端口与热矿提升机12的第二端口连通，铁矿粉预热系统4的第五端口与引风机11连通；原矿仓6的第一端口连接矿粉来料，原矿仓6的第二端口连接除尘器8的第二端口和增湿塔 9的第二端口，原矿仓6的第三端口连接原矿提升机的第二端口；煤粉制备喷吹系统7的第一端口连接煤粉来料，煤粉制备喷吹系统7的第三端口与铁矿粉预热系统4的第三端口连接；热矿提升机12的第一端口与热矿喷吹系统13的第一端口相连接；热矿喷吹系统13的第二端口与热矿给料机14的第二端口相连接；热矿给料机14的第一端口连接热矿喷吹管线15 的第二端口，热矿喷吹管线15的第一端口连接在熔融还原炉1的第二端口。

对本实用新型的结构进一步说明，铁矿粉预热系统4单系列还包括：原矿来料管16、一级旋风筒17、一级换热管道18、一级下料管19、二级旋风筒20、二级换热管道21、二级下料管22、三级旋风筒23、三级换热管道24、三级下料管25、加热装置26、四级换热管道27、四级旋风筒28、热矿下料管29、煤粉喷吹管线30、助燃气体来管31、煤气来管32、烟气出口管线33。

其中，各个零部件具有一个端口的列为第一端口，具有两个端口的其中左侧端口或上部端口为第一端口，具有三个端口的其中端口顺序为顺时针旋转以最上端为第一端口，具有四个以上端口的其中端口顺序为顺时针旋转以最上端为第一端口。

一级旋风筒17的第一端口连接烟气出口管线33，一级旋风筒17的第二端口连接一级换热管道18的第一端口，一级旋风筒17的第三端口连接一级下料管19；二级旋风筒20的第一端口连接一级换热管道18的第二端口，二级旋风筒20的第二端口连接二级下料管22的第一端口，二级旋风筒20的第三端口连接二级换热管道21；三级旋风筒23的第一端口连接二级换热管道21，三级旋风筒23的第二端口连接三级换热管道24，三级旋风筒23的第三端口连接三级下料管25；加热装置26的第一端口连接四级换热管道27，加热装置26的第二端口连接三级下料管25，加热装置26 的第三端口连接煤粉喷吹管线30，加热装置26的第四端口连接助燃空气来管31，加热装置26的第五端口连接煤气来管32；四级旋风筒28的第一端口连接三级换热管道24，四级旋风筒28的第二端口连接热矿下料管 29，四级旋风筒28的第三端口连接四级换热管道。

其中，原矿来料管16连接在一级换热管道18上，一级下料管19连接在二级换热管道24上，二级下料管22连接在三级换热管道24上。

具体的，铁矿粉预热系统4所包含的预热分级可为二级、三级、四级、五级或多级，同时可为单系列、双系列或多系列。

本实用新型的技术路线是熔融还原炉产生的高温煤气经汽化烟罩和高温煤气处理系统降温净化处理后，煤气温度降至20～80℃，含尘量降至 5mg/Nm³以下，净煤气送至铁矿粉预热系统与煤粉共同燃烧，产生的高温烟气与高处下落的原矿粉逆向和同向换热同时进行，经多级预热后铁矿粉温度达到400～850℃，经高温输送管线喷吹进入熔融还原炉进行冶炼，换热后的热烟气经除尘后进入烟囱。相比现有两级回转窑铁矿粉预热技术，熔融还原炉煤气得到回用，预热系统占地面积小，预热设备简单，实现了铁矿粉的高效预热预还原。

本实用新型铁矿粉高效预热预还原处理的具体步骤及控制的参数如下：

1.自熔融还原炉1出来的高温煤气1400～1650℃，经过汽化烟罩2降温至750～1100℃，煤气含尘量由20～100g/Nm³降至20～40g/Nm³；

2.高温煤气经高温煤气处理系统3，煤气降温至20～80℃，煤气含尘量降至5mg/Nm³以下；

3.净煤气进入铁矿粉预热系统4参与铁矿粉的预热预还原；

4.铁矿粉来料进入原矿仓6，经原矿提升机5将原矿粉提升至铁矿粉预热系统4顶部；

5.原煤经煤粉制备喷吹系统7制备为水分含量小于2％的动力煤，喷吹至铁矿粉预热系统4；

6.铁矿粉预热系统4的烟气出口管线33通向除尘器8或增湿塔9，除尘灰输送至原矿仓6，净烟气送至烟囱10内排放；

7.铁矿粉经铁矿粉预热系统4预热后，温度达到400～850℃，通过热矿输送管线和热矿提升机12提升至热矿喷吹系统13。

8.热矿粉用热矿给料机14经热矿喷吹管线15输送至熔融还原炉1喷吹入炉，参与炉内反应熔炼为铁水。

步骤3中铁矿粉预热系统的工作步骤如下：

1.原矿粉来料由原矿提升机5提升至原矿来料管16，落料至一级换热管道18，在管道内与来自加热装置26的热烟气发生热交换，原矿粉经一级加热后随热烟气进入一级旋风筒17，旋风分离落料至一级下料管19内，换热后的热烟气离开一级旋风筒17进入烟气出口管线33，此时热烟气温度小于300℃；

2.一级下料管19内的热矿粉落料至二级换热管道21，在管道内与来自加热装置26的热烟气发生热交换，热矿粉随热烟气进入二级旋风筒20 内，经旋风分离落料至二级下料管22内，热烟气离开二级旋风筒20进入一级换热管道；

3.二级下料管22内的热矿粉落料至三级换热管道24，在管道内与来自加热装置26的热烟气发生热交换，热矿粉随热烟气进入三级旋风筒23 内，经旋风分离落料至三级下料管25内，热烟气离开三级旋风筒23进入二级换热管道21；

4.三级下料管25内的热矿粉落至加热装置26内，与热烟气换热并随之进入四级旋风筒28；

5.热矿粉经旋风分离落料至热矿下料管29内，热烟气离开四级旋风筒28进入三级换热管道24内；

步骤4中加热装置26中的热烟气由来自煤粉喷吹管线30的动力煤、助燃气体来管31的助燃空气、煤气来管32中的煤气燃烧反应生成，热烟气温度1300～1500℃。当熔融还原炉正常生产时，煤气供应稳定，加热装置26可完全使用煤气，煤粉制备喷吹系统7可作为开炉使用或备用。

步骤4中加热装置26通过控制反应气氛，铁矿粉可获得10～35％的预还原率。

步骤1～5中一级旋风筒～四级旋风筒内为负压气氛，压力范围处于 -200Pa～-1500Pa之间。

本实用新型的优点在于：

1.铁矿粉预热系统由多级预热单元组成，铁矿粉可获得10～35％的预还原率，温度达到400～850℃，预热效率高、设备简单、占地面积小、投资低，解决了现有两级回转窑设备传热效率低、设备占地面积大、不能预热超细矿粉的缺点；

2.熔融还原炉大量的高温煤气净化后输送到铁矿粉预热系统内使用，能源有效利用率得到提升，工厂整体能耗下降；

3.铁矿粉预热系统烟气中回收的粉尘输送至原矿仓，简单的实现了除尘灰的回收利用；

4.通过控制铁矿粉预热系统出口烟气温度，有效的利用热烟气热量，系统热效率高。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种铁矿粉高效预热预还原工艺流程示意图。其中，熔融还原炉1，汽化烟罩2，高温煤气处理系统3，铁矿粉预热系统4，原矿提升机5，原矿仓6，煤粉制备喷吹系统7，除尘器8，增湿塔9，烟囱10，引风机11，热矿提升机12，热矿喷吹系统13，热矿给料机14，热矿喷吹管线15。

图2为铁矿粉预热系统流程示意图。其中，原矿来料管16，一级旋风筒17，一级换热管道18，一级下料管19，二级旋风筒20，二级换热管道 21，二级下料管22，三级旋风筒23，三级换热管道24，三级下料管25，加热装置26，四级换热管道27，四级旋风筒28，热矿下料管29，煤粉喷吹管线30，助燃气体来管31，煤气来管32，烟气出口管线33。

具体实施方式

本实用新型包括：熔融还原炉1，汽化烟罩2，高温煤气处理系统3，铁矿粉预热系统4，原矿提升机5，原矿仓6，煤粉制备喷吹系统7，除尘器8，增湿塔9，烟囱10，引风机11，热矿提升机12，热矿喷吹系统13，热矿给料机14，热矿喷吹管线15。

对本实用新型装置包括的各个零部件的端口进行说明，具有一个端口的列为第一端口，具有两个端口的其中左侧端口或上部端口为第一端口，具有三个端口的其中端口顺序为顺时针旋转以最上端为第一端口，具有四个以上端口的其中端口顺序为顺时针旋转以最上端为第一端口。

熔融还原炉1的第一端口与汽化烟罩2的第一端口连通；汽化烟罩2 的第二端口与高温煤气处理系统3的第一端口连通；高温煤气处理系统3 的第二端口与铁矿粉预热系统4的第六端口连通；铁矿粉预热系统4的第二端口与原矿提升机5的第一端口连通，铁矿粉预热系统4的第一端口与除尘器8的第一端口、增湿塔9的第一端口和煤粉制备喷吹系统7的第二端口连通，铁矿粉预热系统4的第四端口与热矿提升机12的第二端口连通，铁矿粉预热系统4的第五端口与引风机11连通；原矿仓6的第一端口连接矿粉来料，原矿仓6的第二端口连接除尘器8的第二端口和增湿塔 9的第二端口，原矿仓6的第三端口连接原矿提升机的第二端口；煤粉制备喷吹系统7的第一端口连接煤粉来料，煤粉制备喷吹系统7的第三端口与铁矿粉预热系统4的第三端口连接；热矿提升机12的第一端口与热矿喷吹系统13的第一端口相连接；热矿喷吹系统13的第二端口与热矿给料机14的第二端口相连接；热矿给料机14的第一端口连接热矿喷吹管线15 的第二端口，热矿喷吹管线15的第一端口连接在熔融还原炉1的第二端口。

对本实用新型的结构进一步说明，铁矿粉预热系统4单系列还包括：原矿来料管16，一级旋风筒17，一级换热管道18，一级下料管19，二级旋风筒20，二级换热管道21，二级下料管22，三级旋风筒23，三级换热管道24，三级下料管25，加热装置26，四级换热管道27，四级旋风筒28，热矿下料管29，煤粉喷吹管线30，助燃气体来管31，煤气来管32，烟气出口管线33。

一级旋风筒17的第一端口连接烟气出口管线33，一级旋风筒17的第二端口连接一级换热管道18的第一端口，一级旋风筒17的第三端口连接一级下料管19；二级旋风筒20的第一端口连接一级换热管道18的第二端口，二级旋风筒20的第二端口连接二级下料管22的第一端口，二级旋风筒20的第三端口连接二级换热管道21；三级旋风筒23的第一端口连接二级换热管道21，三级旋风筒23的第二端口连接三级换热管道24，三级旋风筒23的第三端口连接三级下料管25；加热装置26的第一端口连接四级换热管道27，加热装置26的第二端口连接三级下料管25，加热装置26 的第三端口连接煤粉喷吹管线30，加热装置26的第四端口连接助燃空气来管31，加热装置26的第五端口连接煤气来管32；四级旋风筒28的第一端口连接三级换热管道24，四级旋风筒28的第二端口连接热矿下料管 29，四级旋风筒28的第三端口连接四级换热管道。

本实用新型的技术路线是熔融还原炉产生的高温煤气经汽化烟罩和高温煤气处理系统降温净化处理后，煤气温度降至20～80℃，含尘量降至 5mg/Nm³以下，净煤气送至铁矿粉预热系统与煤粉共同燃烧，产生的高温烟气与高处下落的原矿粉逆向和同向换热同时进行，经多级预热后铁矿粉温度达到400～850℃，经高温输送管线喷吹进入熔融还原炉进行冶炼，换热后的热烟气经除尘后进入烟囱。相比现有两级回转窑铁矿粉预热技术，熔融还原炉煤气得到回用，预热系统占地面积小，预热设备简单，实现了铁矿粉的高效预热预还原。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

自熔融还原炉1出来的高温煤气1400～1650℃，经过汽化烟罩2降温至750～1100℃，煤气含尘量由20～100g/Nm³降至20～40g/Nm³；高温煤气经高温煤气处理系统3，煤气降温至20～80℃，煤气含尘量降至5mg/Nm³以下；净煤气进入铁矿粉预热系统4参与铁矿粉的预热预还原；铁矿粉来料进入原矿仓6，经原矿提升机5将原矿粉提升至铁矿粉预热系统4顶部；原煤经煤粉制备喷吹系统7制备为水分含量小于2％的动力煤，喷吹至铁矿粉预热系统4；铁矿粉预热系统4的烟气出口管线33通向除尘器8或增湿塔9，除尘灰输送至原矿仓6，净烟气送至烟囱10内排放；铁矿粉经铁矿粉预热系统4预热后，温度达到400～850℃，通过热矿输送管线和热矿提升机12提升至热矿喷吹系统13。热矿粉用热矿给料机14经热矿喷吹管线 15输送至熔融还原炉1喷吹入炉，参与炉内反应熔炼为铁水。

其中铁矿粉预热系统的工作原理为，原矿粉来料由原矿提升机5提升至原矿来料管16，落料至一级换热管道18，在管道内与来自加热装置26 的热烟气发生热交换，原矿粉经一级加热后随热烟气进入一级旋风筒17，旋风分离落料至一级下料管19内，换热后的热烟气离开一级旋风筒17进入烟气出口管线33，此时热烟气温度小于300℃；一级下料管19内的热矿粉落料至二级换热管道21，在管道内与来自加热装置26的热烟气发生热交换，热矿粉随热烟气进入二级旋风筒20内，经旋风分离落料至二级下料管22内，热烟气离开二级旋风筒20进入一级换热管道；二级下料管 22内的热矿粉落料至三级换热管道24，在管道内与来自加热装置26的热烟气发生热交换，热矿粉随热烟气进入三级旋风筒23内，经旋风分离落料至三级下料管25内，热烟气离开三级旋风筒23进入二级换热管道21；三级下料管25内的热矿粉落至加热装置26内，与热烟气换热并随之进入四级旋风筒28；热矿粉经旋风分离落料至热矿下料管29内，热烟气离开四级旋风筒28进入三级换热管道24内；加热装置26中的热烟气由来自煤粉喷吹管线30的动力煤、助燃气体来管31的助燃空气、煤气来管32 中的煤气燃烧反应生成，热烟气温度1300～1500℃。当熔融还原炉正常生产时，煤气供应稳定，加热装置26可完全使用煤气，煤粉制备喷吹系统7 可作为开炉使用或备用。加热装置26通过控制反应气氛，铁矿粉可获得 10～35％的预还原率。一级旋风筒～四级旋风筒内为负压气氛，压力范围处于-200Pa～-1500Pa之间。

技术效果

1.通过铁矿粉预热系统对细矿粉特别是超细矿粉进行多级预热，预热效率高、设备简单、占地面积小、投资低，铁矿粉预热温度可达400～850℃，通过调节加热装置内气氛，可实现铁矿粉10～35％的预还原率，解决了现有两级回转窑设备传热效率低、设备占地面积大、不能预热超细矿粉的缺点；

2.熔融还原炉大量的高温煤气净化后输送到铁矿粉预热系统内使用，能源有效利用率得到提升，工厂整体能耗下降；

3.铁矿粉预热系统烟气中回收的粉尘输送至原矿仓，简单的实现了除尘灰的回收利用；

4.通过控制铁矿粉预热系统出口烟气温度，有效的利用热烟气热量，系统热效率高。