一种短流程熔融还原炼铁系统的制作方法

本实用新型属于炼铁技术领域，具体涉及一种短流程熔融还原炼铁系统。

背景技术：

当前的炼铁技术主要以高炉炼铁为主，高炉炼铁技术经过长时间不断地提高和完善，已经发展成为一个成熟、先进的生产工艺，其竞争力达到前所未有的水平。但高炉的发展也存在诸多问题，高炉炼铁技术整体生产流程过长，其烧结矿、球团矿和焦炭的生产过程造成严重的大气、水及粉尘污染；同时，高炉焦煤的大量消耗与其储量较少之间的矛盾问题，势必给高炉的后续发展带来危机。

近年来随着全球能源市场的变化和环保意识的增强，非高炉炼铁技术作为一种清洁节能的新技术、新工艺，越来越受到业界人士的高度关注。为此，我们提出一种采用煤粉直接还原铁矿粉的新型短流程熔融还原炼铁技术计系统。在此新技术系统中，可以直接使用煤粉实现对铁矿粉三级还原，在保证还原效果的基础上，大大缩短炼铁流程，可以很好地达到节能减排的效果。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的一个目的是提供一种短流程熔融还原炼铁系统。通过对煤炭制焦工艺进行优化，实现高温粉状焦在炉内循环，同时制得具有高热值的富氢煤气，利用此煤粉气化还原性煤气直接还原铁矿粉；同时，煤粉和铁矿粉在高温环境下也会发生接触式炭热还原反应，最后煤粉与铁矿粉都熔融于底部熔融铁还原池内，实现铁矿石的最终还原产铁。

为了解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种短流程熔融还原炼铁系统，包括煤粉制备装置、铁矿粉制备装置、铁矿粉直接还原与粉焦制备装置、气固分离装置；铁矿粉直接还原与粉焦制备装置为底部相通的U型结构，两侧分别为低温还原段、高温还原段，底部为熔融还原段，熔融还原段的底部得到铁水，所述煤粉制备装置、铁矿粉制备装置分别与低温还原段中部、底部连接，低温还原段与气固分离装置连接，气固分离装置分别与高温还原段的顶部燃烧装置、中部连接。

本申请提出了一种三级还原炼铁的短流程熔融还原炼铁的系统，充分利用煤粉不同组分的还原性特点，实现煤粉和铁矿粉的多级还原，最终实现煤和铁矿的综合高效清洁利用。

优选的，铁矿粉制备装置包括依次连接的铁矿石仓、碎矿仓、第一磨粉机、布袋除尘器、矿粉仓、矿粉给料机。

优选的，所述煤粉制备装置包括依次连接的原煤仓、破碎机、碎煤仓、第二磨粉机、粗煤分离器、粗煤粉仓、煤粉给料机。

进一步优选的，粗煤分离器与布袋除尘器连接。

优选的，铁矿粉制备装置和煤粉制备装置的进料方式为对冲、切圆和W型中的一种。

作为本申请的另一种实施方式，气固分离装置包括由上到下的气固分离器、第一料腿、分离原料仓、第二料腿，第一料腿与高温还原段的顶部燃烧装置连接，第二料腿与高温还原段的中部连接，气固分离装置的顶部设置第二排出口。

作为本申请的一种实施方式，气固分离装置包括依次连接的焦铁分离装置和粉焦分离装置，焦铁分离装置与高温还原段的中部连接，粉焦分离装置与高温还原段的顶部燃烧器连接。

进一步优选的，焦铁分离装置包括由上到下焦铁分离器、半还原铁粉仓、铁粉L料腿。

焦铁分离装置分离半还原铁粉，粉焦分离装置分离粉焦。

进一步优选的，粉焦分离装置包括由上到下的粉焦分离器、粉焦L料腿。

更进一步优选的，粉焦分离器的顶部设置第一排出口。

以上两种实施方式为给料方式不同。

排出口排出生成的煤气进行后续处理。

优选的，熔融还原段由上到下分别为熔渣出口、碳铁熔融还原段、铁水出口。

杂质在熔剂的作用下形成熔渣，熔渣密度较低，在上部出口排出，铁水则在底部出口流出。

所述煤粉制备装置能够实现煤粉的粗、细粉分级利用，同时可实现粗、细粉之间的耗量平衡匹配；所述铁矿粉制备装置可将铁矿研磨至所需粒度投入系统炉中，同时实现炼铁所需熔剂的添加。所述气固分离装置将低温还原段飞出的原料一部分返回高温还原段。

本实用新型的有益效果：

1)第一段低温煤气还原铁矿粉，第二段高温煤气和粉焦共同还原半还原铁矿粉，第三段熔融状态粉焦还原铁矿粉，经过三级还原铁矿粉，充分利用煤粉不同组分的还原性特点，实现煤粉和铁矿粉的多级还原，最终实现煤和铁矿的综合高效清洁利用，短流程练铁，同时也会得到一定量的煤气；

2)本实用新型的煤粉熔融还原铁矿粉的新型短流程炼铁系统工艺可实现煤粉的分质充分利用，从而实现铁矿粉的充分预还原，进而达到更好的充分还原效果；

3)煤粉和矿粉经过破碎、磨粉后，粗煤料进入低温还原段的底部，细煤料进入低温还原段的中下部，细煤粉可以得到充分的气化燃烧得到高氢的煤气，粗煤粉在高温下制得粉焦，一部分还原反应后，剩余的部分在熔融状态下进入熔融段，细煤粉在粗煤粉的上方，可以与矿粉充分的反应，矿粉落下后再与粉焦发生还原反应，使细煤粉和粗煤粉分级利用；

4)高温还原段利用粉焦燃烧的热量使粉焦和矿粉反应，未反应的矿粉、粉焦熔融并落入高温熔融段，充分的提高了反应物的温度，并提高了熔融段的温度，促使熔融段发生接触还原反应。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实用新型的一种短流程熔融还原炼铁系统结构图；

图2为本实用新型的另一种短流程熔融还原炼铁系统结构图；

图3为本实用新型的另一种短流程熔融还原炼铁系统结构图；

其中，

1、铁矿石仓；2、铁矿破碎机；3、碎矿仓，4、第一磨粉机；5、布袋除尘器；6、矿粉仓；7、矿粉给料机；8、原煤仓；9、煤粉破碎机；10、碎煤仓；11、第二磨粉机；12、粗煤分离器；13、粗煤粉仓；14、煤粉给料机；15、低温还原段；16、高温还原段；17、焦铁分离器；18、半还原铁粉仓；19、粉焦分离器，20、粉焦L料腿；21、铁粉L料腿； 22、燃烧器；23、熔渣出口；24、碳铁熔融还原段；25、铁水出口；26、排出口；2-1、气固分离器；2-2、第一L料腿；2-3、分离原料仓；2-4、第二L料腿；1-1、煤粉制备装置； 1-2、铁矿粉制备装置；1-3、气固分离装置；1-4第三L料腿；1-5、第四L料腿。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面结合实施例对本实用新型进一步说明

实施例1

如图1所示

一种短流程熔融还原炼铁系统，包括煤粉制备装置1-1、铁矿粉制备装置1-2、铁矿粉直接还原与粉焦制备装置、气固分离装置1-3；铁矿粉直接还原与粉焦制备装置为底部相通的U型结构，两侧分别为低温还原段15、高温还原段16，底部为熔融还原段24，所述煤粉制备装置1-1、铁矿粉制备装置1-2分别与低温还原段15中部、底部连接，低温还原段 15与气固分离装置1-3连接，气固分离装置1-3分别与高温还原段16的顶部燃烧器22、中部连接。

实施例2

如图2所示

一种短流程熔融还原炼铁系统，包括煤粉制备装置1-1、铁矿粉制备装置1-2、铁矿粉直接还原与粉焦制备装置、气固分离装置1-3；铁矿粉直接还原与粉焦制备装置为底部相通的U型结构，两侧分别为低温还原段15、高温还原段16，底部为熔融还原段24，所述煤粉制备装置1-1、铁矿粉制备装置1-2分别与低温还原段15中部、底部连接，低温还原段 15与气固分离装置1-3连接，气固分离装置1-3分别与高温还原段16的顶部燃烧器22、中部连接。

煤粉制备装置1-1包括由上到下的矿粉仓6、矿粉给料机7。

铁矿粉制备装置1-2包括由上到下的粗煤粉仓13、煤粉给料机14。

气固分离装置1-3包括由上到下的气固分离器2-1、第一L料腿2-2、分离原料仓2-3、第二L料腿2-4，第一L料腿2-2与高温还原段16的顶部燃烧器22连接，第二L料腿2-4 与高温还原段16的中部连接，气固分离装置1-3的顶部设置排出口26。

熔融还原段24由上到下分别为熔渣出口23、碳铁熔融还原段24、铁水出口25。

实施例3

如图3所示

一种短流程熔融还原炼铁系统，包括煤粉制备装置1-1、铁矿粉制备装置1-2、铁矿粉直接还原与粉焦制备装置、气固分离装置1-3；铁矿粉直接还原与粉焦制备装置为底部相通的U型结构，两侧分别为低温还原段15、高温还原段16，底部为熔融还原段24，所述煤粉制备装置1-1、铁矿粉制备装置1-2分别与低温还原段15中部、底部连接，低温还原段 15与气固分离装置1-3连接，气固分离装置1-3分别与高温还原段16的顶部燃烧器22、中部连接。

铁矿粉制备装置包括依次连接的铁矿石仓1、铁矿破碎机2、碎矿仓3、第一磨粉机4、布袋除尘器5、矿粉仓6、矿粉给料机7。

所述煤粉制备装置包括依次连接的原煤仓8、煤粉破碎机9、碎煤仓10、第二磨粉机 11、粗煤分离器12、粗煤粉仓13、煤粉给料机14。

粗煤分离器12与布袋除尘器5连接。

铁矿粉制备装置和煤粉制备装置的进料方式为对冲、切圆或W型中的一种。

气固分离装置包括依次连接的焦铁分离装置和粉焦分离装置，焦铁分离装置与高温还原段16的中部连接，粉焦分离装置与高温还原段16的顶部燃烧器22连接。

焦铁分离装置包括由上到下焦铁分离器17、半还原铁粉仓18、铁粉L料腿21。

粉焦分离装置包括由上到下的粉焦分离器19、粉焦L料腿20。

粉焦分离器19的顶部设置排出口31。

矿粉给料机和煤粉给料机是称重给料机。

熔融还原段由上到下分别为熔渣出口23、碳铁熔融还原段24、铁水出口25。

实施例4

上述短流程熔融还原炼铁的系统进行还原炼铁的方法，具体步骤为：

1)原料的制备

原煤和铁矿石经过破碎、磨粉、分离的过程分别进入煤粉仓、矿粉仓，备用；

2)低温还原

在低温还原段内，结合高温还原段输送过来的高温煤气作用，输入的煤粉气化燃烧进一步产生煤气，粗煤粉未能完全气化得到粉焦，铁矿粉在还原性煤气的作用下进一步发生还原反应，产生的煤气、粉焦、半还原铁矿粉由低温还原段顶部进入焦铁分离装置；

3)高温还原

粉焦分离装置将分离下来的粉焦送入高温还原段顶部的燃烧器内，在通入助燃气体(空气或富氧气体)作用下，发生气化燃烧反应，产生还原性煤气；焦铁分离装置将分离下来的半还原铁矿粉送入高温还原段中部，在还原性煤气和高温的作用下，半还原铁矿粉和煤气、高温粉焦进一步发生还原反应；

4)熔融还原

低温还原段、高温还原段未反应完全的矿粉和粉焦在高温作用下呈熔融状态的进入熔融还原段并发生还原反应最终得到了铁水。

低温还原段煤粉发生低氧无焰气化。

粗煤粉仓的粗煤粉的粒径为0.1-1mm，矿粉仓的矿粉的粒径为0.1-1mm。

低温还原段的温度为1400-1500℃，高温还原段的温度为1000-1100℃。

实施例5

上述短流程熔融还原炼铁的系统进行还原炼铁的方法，具体步骤为：

1)原料的制备

原煤和铁矿石经过破碎、磨粉、分离的过程分别进入粗煤粉仓、矿粉仓，粗煤分离器将粗煤粉和细煤粉分离，细煤粉进入布袋除尘器；

2)低温还原

在低温还原段内，结合高温还原段输送过来的高温煤气作用，输入的煤粉气化燃烧进一步产生煤气，粗煤粉未能完全气化得到粉焦，铁矿粉在还原性煤气的作用下进一步发生还原反应，产生的煤气、粉焦、半还原铁矿粉由低温还原段顶部进入焦铁分离装置；

3)高温还原

粉焦分离装置将分离下来的粉焦送入高温还原段顶部的燃烧器内，在通入助燃气体(空气或富氧气体)作用下，发生气化燃烧反应，产生还原性煤气；焦铁分离装置将分离下来的半还原铁矿粉送入高温还原段中部，在还原性煤气和高温的作用下，半还原铁矿粉和煤气、高温粉焦进一步发生还原反应；

4)熔融还原

低温还原段、高温还原段未反应完全的矿粉和粉焦在高温作用下呈熔融状态的进入熔融还原段并发生还原反应最终得到了铁水。

低温还原段煤粉发生低氧无焰气化。

粗煤粉仓的粗煤粉的粒径为1-3mm，矿粉仓的矿粉的粒径为1-3mm。

低温还原段的温度为1100-1200℃，高温还原段的温度为1500-1700℃。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。