一種含鐵物料噴射還原爐的製作方法

2023-09-22 18:48:45

專利名稱：一種含鐵物料噴射還原爐的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種含鐵物料噴射還原爐，屬於鋼鐵冶金技術的氣固相熱交換領 域。
背景技術：
在鋼鐵冶煉生產中，含鐵物料的還原是在還原裝置中完成，其中關鍵設備是還原 爐。現有技術已有不少關於含鐵物料還原爐的專利公開，例如CN1075201公開了一種粉鐵 礦石循環流化床式預還原爐，包括圓桶狀第一、二還原爐和第一、二分離器，第一預還原爐 通過形成有氣體供應口的第二循環管連接到第二預還原爐，第二預還原爐通過形成有氣體 供應口和第三循環管連接到第一旋風分離器，中/微粒鐵礦石由於第一、二預還原爐匯合 起來的還原氣體而形成高速流化床在此進行循環，通過第一循環管使第一分離器和第一預 還原爐相互連接，漏鬥和第二旋風分離器連接在第一循環管上。CNl 176666、CN1211283和CNl 143391公開了還原細鐵礦石的三段流化床爐式裝 置，包括第一單流化床，在沸騰流化狀態烘乾/預加熱細鐵礦石，第一旋流器，收集夾在自 第一爐氣體中的細鐵礦石，第二單流化床爐，預還原來自第一爐的細鐵礦石，第二旋流器， 收集夾在自第二爐氣體中的細鐵礦石，第三雙流化床爐，它包含分別最後還原粗顆粒和中 等/細顆粒的第一反應爐和第二反應爐，第三旋流器以及第四旋流器，分別收集夾在來自 第一、第二反應爐爐氣體中的細鐵礦石顆粒。CN1142248公開了三階段流化床型還原設備及 其還原範圍寬的細鐵礦石的方法。該設備包括系列布置的帶有與其相連的第一旋風除塵器 的乾燥/預熱爐，帶有與其相連的第二旋風除塵的初級預還原爐、在沸騰流態化下終還原 鐵礦石中粗粒礦石，同時轉移該礦石中的中等/細粒礦石的二級高氣體速度還原爐、終還 原該中等/細粒礦石，形成其沸騰流化床的二級低氣體速度還原爐中內部旋風除塵器及捕 獲未被內部旋風除塵捕到的粉礦的第三旋風除塵器。CN1034022公開一種固態礦石的預還原和熔化還原爐。較大尺寸礦石在分配器上 形成流化床在預還原爐中被還原，在裝入熔化還原爐。較小尺寸的礦石在穿過預還原爐時 被還原，然後被噴入熔化還原爐中熔化。CN1248632公開了一種煤氧還原煉鐵方法在預還原 豎爐和終還原鐵浴爐中進行。以含鐵物料為原料，以煤為能源和還原劑。預還原採用中等 還原度，預還原的金屬化率為50-80%，終還原採用低的二次燃燒率C0+H2+C02+H20的濃度 彡85%。使整個還原過程中，間接還原與直接還原的比值接近理論最佳值7 3。CN85104511公開了在一個有氣化器和放置在它上面的直接還原豎爐的裝置中，豎 爐通過一個連接豎管和氣化器相連，把氣化器中取得的還原氣體直接引入，甚至在有高含 灰比時也能做到。CN1035136公開了一種鐵礦石熔融還原的方法包括將鐵礦石引入預熱和 預還原爐並預熱和預還原鐵礦石，預還原度低於30%，將礦石、含碳材料和助熔劑投入熔融 還原爐，用置於氧氣噴槍頂部的脫碳噴嘴和後續燃燒嘴將氧氣吹入熔融還原爐。以上公開 的相關設備與工藝結合的限制，存在金屬化率低，能耗高，生產效率低，成本高等問題。CN101445851A公開了一種含鐵物料懸浮還原裝置，該裝置中提到噴射還原爐，但是並沒有公開噴射還原爐的具體構造。 發明內容鑑於上述已有技術存在的問題，本實用新型提供一種含鐵物料噴射還原爐，用於 安裝在含鐵物料懸浮還原裝置中，含鐵物料懸浮還原裝置參見現有技術，如CN101445851A， 是含鐵物料懸浮還原裝置和含鐵物料懸浮二級快速還原裝置的核心設備。本實用新型技術方案如下名詞解釋並流，即含鐵物料微粉懸浮於高溫還原氣體中，向一個方向流動。一種含鐵物料噴射還原爐，包括氣固出料管、噴射爐體、還原氣體管道、氧氣管道、 旋風冷卻器排氣管和旋風預熱器集料筒；其中在噴射爐體內部，自上而下分別是懸浮還原 區、渦流還原區和噴流調溫區，渦流還原區與噴射調溫區之間設置有一個帶風帽的隔柵，在 渦流還原區內設置有噴射布料裝置，在噴流調溫區的底部設置高溫還原氣體噴槍、氧氣噴 嘴和CO噴嘴，高溫還原氣體噴槍設置在還原氣體管上面，氧氣噴嘴設置在氧氣管上面，還 原氣體管與還原氣體管道相連，氧氣管與氧氣管道相連，CO噴嘴與旋風冷卻器排氣管相連； 氣固出料管與噴射爐體的上部的懸浮還原區相連，旋風預熱器集料筒和還原氣體分支管道 分別與渦流還原區內設置的噴射布料裝置相連。此處設計採用了高溫還原氣體噴槍、氧氣 噴嘴和CO噴嘴，並採用噴射的方式進行工作，不但能利用來自旋風冷卻器排氣管的CO氣 體預熱含鐵物料，而且氧氣與部分還原氣體和CO氣體燃燒，能迅速提升噴射還原爐內的溫 度；高溫還原氣體噴槍、氧氣噴嘴和CO噴嘴均設置在噴射爐體的下半部，採用向上噴射，也 為氣固相併流提供了動力學條件，含鐵物料在噴射還原爐內被快速加熱並快速還原，提高 了熱還原效率，從而能獲得高金屬化率的預還原含鐵物料產品。優選的，所述的還原氣體管為環形管。優選的，所述的氧氣管為環形管。優選的，所述的還原氣體管上設置3 12個高溫還原氣體噴槍；所述的氧氣管上 設置3 6個氧氣噴嘴。此處設計可以根據不同的生產需要，在還原氣體管和氧氣管上分 別設置多個高溫還原氣體噴槍和氧氣噴嘴。優選的，所述的還原氣體環形管在噴射還原爐體內設置兩個，分別位於外圈和內 圈，位於外圈的還原氣體管的內圓直徑大於位於內圈的還原氣體管的外圓直徑。此處設計 增加還原氣體噴入的密度，增加氣固兩相併流的動力，使含鐵物料還原更為均勻。所述的噴射布料裝置包括入料口、物料分散器和還原氣體布料噴嘴；入料口位於 還原氣體布料噴嘴的上方，入料口和還原氣體布料噴嘴設置在物料分散器內；噴射布料裝 置中的入料口與旋風預熱器集料筒相連；噴射布料裝置的還原氣體布料噴嘴與還原氣體分 支管道相連，還原氣體布料噴嘴與還原氣體分支管道之間設置有開關。此處設計的優點在 含鐵物料噴射還原爐中氣、固兩相向上並流，使氣固兩相接觸充分，增加傳熱、傳質係數， 含鐵物料微粉通過入料口進入物料分散器後，還原氣體布料噴嘴噴入的還原氣體將含鐵物 料微粉從物料分散器均勻地噴入渦旋還原區，使得含鐵物料均勻分散並與還原氣體快速充 分反應，從而提高了含鐵物料的還原速率。本實用新型的優勢體現在1)由於在含鐵物料噴射還原爐中氣、固兩相向上並流，氣固兩相接觸充分，傳熱、
4傳質係數大，為含鐵物料傳熱和還原提供了充分的動力學條件，使含鐵物料得以快速加熱 和還原，乾燥速度快。2)來自旋風冷卻器的帶一定溫度的CO氣體，經旋風冷卻器排氣管與CO噴嘴相連， 最終由CO噴嘴噴入噴射調溫區，CO氣體不但能預熱含鐵物料而且還能與氧氣燃燒產生大 量的熱，增加噴射還原爐內的溫度，為含鐵物料的還原反應提供了必要的溫度基礎，因此說 此工藝不但降低系統的能源消耗並提高了還原效率而且提高了系統熱效率和含鐵物料的
金屬化率。3)提高了系統熱效率和含鐵物料的金屬化率，金屬化率高可控制在70 90%。4)含鐵物料噴射還原爐，系統穩定性好，設備安置緊湊，佔地面積小，投資費用少， 生產能力高，產品金屬化率高，質量均勻。

圖1為本實用新型的示意圖。圖2為本實用新型的實施例1中的帶有高溫還原氣體噴槍的還原氣體管、帶有氧 氣噴嘴的氧氣管和CO噴嘴的俯視圖。圖3為本實用新型的實施例1中的帶有高溫還原氣體噴槍的還原氣體管和帶有氧 氣噴嘴的氧氣管側視圖。圖4為本實用新型實施例2的帶有高溫還原氣體噴槍的還原氣體管、帶有氧氣噴 嘴的氧氣管和CO噴嘴的俯視圖。其中1、噴射爐體；2、旋風預熱器集料筒；3、入料口 ；4、物料分散器；5、還原氣體布 料噴嘴；6、還原氣體分支管道；7、開關；8、還原氣體管道；9、高溫還原氣體噴槍；10、氧氣管 道；11、氧氣噴嘴；12、旋風冷卻器排氣管；13、噴流調溫區；14、隔柵；15、風帽；16、渦旋還 原區；17、懸浮還原區；18、氣固出料管；19、CO噴嘴；20、還原氣體管；21、氧氣管。
具體實施方式
以下實施例是對本實用新型的進一步說明，但本實用新型並不局限於此。實施例1 如圖1-3所示，含鐵物料噴射還原爐安裝於含鐵物料懸浮還原裝置中，含鐵物料 懸浮還原裝置參見CN101445851A，其中三級旋風預熱器與旋風預熱器集料筒2相連，氣固 出料管18的出料端與含鐵物料懸浮還原裝置中的旋風分離器相連，CO噴嘴19的進氣口與 旋風冷卻器排氣管12相連。含鐵物料噴射還原爐，它包括氣固出料管18、噴射爐體1、還原氣體管道8、氧氣管 道10、旋風冷卻器排氣管12、旋風預熱器集料筒2 ；其中在噴射爐體1內部，自上而下分別 是懸浮還原區17、渦流還原區16和噴流調溫區13，渦流還原區16與噴射調溫區13之間設 置一個帶風帽15的隔柵14，在渦流還原區16內設置有噴射布料裝置，在噴流調溫區13的 底部設置高溫還原氣體噴槍9、氧氣噴嘴11和CO噴嘴19，高溫還原氣體噴槍9設置在還原 氣體管20上面，氧氣噴嘴11設置在氧氣管21上面，還原氣體管20與還原氣體管道8相連， 氧氣管21與氧氣管道10相連，CO噴嘴19與旋風冷卻器排氣管12相連；氣固出料管18與 噴射爐體1的上部的懸浮還原區17相連，旋風預熱器集料筒2和還原氣體分支管道6分別 與渦流還原區16內設置的噴射布料裝置相連。
5[0031]還原氣體管20和氧氣管21均為環形管。所述的還原氣體管20上設置4個高溫還原氣體噴槍9 ；所述的氧氣管21上設置3 個氧氣噴嘴11。噴射布料裝置包括入料口 3、物料分散器4和還原氣體布料噴嘴5 ；入料口 3位於 還原氣體布料噴嘴5的上方，入料口 3和還原氣體布料噴嘴5設置在物料分散器4內；噴射 布料裝置中的入料口 3與旋風預熱器集料筒2相連；噴射布料裝置的還原氣體布料噴嘴5 與還原氣體分支管道6相連，還原氣體布料噴嘴5與分支管道6之間設置有開關7。工作過程含鐵物料鐵礦微粉；還原氣體發生煤氣。含鐵物料噴射還原爐，如圖1-3所示750°C高溫發生煤氣由高溫還原氣體噴槍9 以4-15米/秒的速度(可調)噴入噴流調溫區13，來自旋風冷卻器的400°C的CO氣體經 旋風冷卻器排氣管12最終由CO噴嘴19以4-10米/秒的速度噴入噴流調溫區13，系統自 動控制氧氣噴嘴11向噴流調溫區13噴入氧氣，適量的發生煤氣和CO氣體與氧氣燃燒產生 熱量，使噴流調溫區的還原氣體溫度上升為750°C 士5°C，高溫還原氣體通過風帽15以3-12 米/秒的速度噴入渦旋還原區16。顆粒度範圍為1-40微米鐵礦微粉在含鐵物料懸浮還原裝置三級旋風預熱器被部 分預還原並預熱到650°C，然後經旋風預熱器集料筒2和入料口 3，最終進入物料分散器4， 750°C度高溫發生煤氣由還原氣體布料噴嘴5噴出，同時將物料分散器4中含鐵物料微粉通 過物料分散器4均勻噴撒到渦旋還原區16。含鐵物料微粉在渦旋還原區16被加熱到700°C 士5°C到達懸浮還原區17，然後進 入氣固出料管18，經氣固出料管18進入含鐵物料懸浮還原裝置中的旋風分離器，最終生產 出金屬化率為70% 90%的預還原含鐵物料微粉。實施例2 如圖4所示，在噴射還原爐體1內設置兩個還原氣體管20，均為環形管，分別位於 外圈和內圈，位於外圈的還原氣體管的內圓直徑大於位於內圈的還原氣體管的外圓直徑， 內圈還原氣體管上面設置有6個高溫還原氣體噴槍，外圈還原氣體管上面設置有7個高溫 還原氣體噴槍。其他同實施例1。
權利要求一種含鐵物料噴射還原爐，其特徵在於，包括氣固出料管、噴射爐體、還原氣體管道、氧氣管道、旋風冷卻器排氣管、旋風預熱器集料筒；其中在噴射爐體內部，自上而下分別是懸浮還原區、渦流還原區和噴流調溫區，渦流還原區與噴射調溫區之間設置有一個帶風帽的隔柵，在渦流還原區內設置有噴射布料裝置，在噴流調溫區的底部設置高溫還原氣體噴槍、氧氣噴嘴和CO噴嘴，高溫還原氣體噴槍設置在還原氣體管上面，氧氣噴嘴設置在氧氣管上面，還原氣體管與還原氣體管道相連，氧氣管與氧氣管道相連，CO噴嘴與旋風冷卻器排氣管相連；氣固出料管與噴射爐體的上部的懸浮還原區相連，旋風預熱器集料筒和還原氣體分支管道分別與渦流還原區內設置的噴射布料裝置相連。
2.根據權利要求1所述的含鐵物料噴射還原爐，其特徵在於，所述的還原氣體管為環 形管。
3.根據權利要求1所述的含鐵物料噴射還原爐，其特徵在於，所述的氧氣管為環形管。
4.根據權利要求1所述的含鐵物料噴射還原爐，其特徵在於，所述的還原氣體管上設 置3 12個高溫還原氣體噴槍；所述的氧氣管上設置3 6個氧氣噴嘴。
5.根據權利要求2所述的含鐵物料噴射還原爐，其特徵在於，所述的還原氣體管在噴 射還原爐體內設置兩個，分別位於外圈和內圈，位於外圈的還原氣體管的內圓直徑大於位 於內圈的還原氣體管的外圓直徑。
6.根據權利要求1所述的含鐵物料噴射還原爐，其特徵在於，所述的噴射布料裝置包 括入料口、物料分散器和還原氣體布料噴嘴；入料口位於還原氣體布料噴嘴的上方，入料口 和還原氣體布料噴嘴設置在物料分散器內；噴射布料裝置中的入料口與旋風預熱器集料筒 相連；噴射布料裝置的還原氣體布料噴嘴與還原氣體分支管道相連，還原氣體布料噴嘴與 還原氣體分支管道之間設置有開關。
專利摘要本實用新型涉及一種含鐵物料的噴射還原爐，包括氣固出料管、噴射爐體、還原氣體管道、氧氣管道、旋風冷卻排氣管、旋風預熱器集料筒，在噴射爐體內設置噴射布料裝置，底部設置有高溫還原氣體噴槍，氧氣噴嘴和CO噴嘴，由CO噴嘴噴入的CO氣體可預熱了含鐵物料，氧氣和部分還原氣體的燃燒提高了爐內的溫度，使還原反應順利進行；利用噴射布料裝置使含鐵物料均勻與還原氣體充分接觸。本實用新型系統穩定性好，設備安置緊湊，佔地面積小，投資費用少，生產能力高，產品金屬化率高，質量均勻。
文檔編號C21B7/00GK201648414SQ20102014411
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者王學斌, 董傑 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司