管式爐——豎爐雙聯煤基熔融還原煉鐵法的製作方法

2023-07-25 02:29:31 4

專利名稱：管式爐——豎爐雙聯煤基熔融還原煉鐵法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種煤基熔融還原煉鐵法，具體是一種管式爐——豎爐雙聯煤 基熔融還原煉鐵法。
背景技術：
目前較流行的二步煤基熔融還原煉鐵法主要有懸浮爐——電爐雙聯法， 迴轉窯——電爐雙聯法，流化床——豎爐雙聯法。
懸浮爐一一電爐雙聯法。首先將鐵礦粉和細粒碳粉由空氣吹入懸浮爐內， 鐵礦粉和碳粉被懸浮在空氣中，煤燃燒放熱，並將鐵礦粉中70%的氧奪走，預還 原出細小鐵粒，靠重力下落到爐底的料由電爐熔融終還原。並實現渣一鐵分離。 此法的優點是可以直接使用鐵礦粉，不要求塊礦(或氧化球團礦)入爐，懸浮 爐出爐氣可回收發電，電供電爐使用。缺點是懸浮爐建造空間很大，反應器利 用係數很小， 一般僅為0. 5T/m3. d左右.投資很大，回收期較長。
迴轉窯——電爐雙聯法。首先將鐵礦塊(或氧化球團)與碳塊在迴轉窯尾 加入，混合料在窯內緩慢滾動向窯頭移動過程中，被窯頭燃燒的火焰加熱，實 現預還原(還原度30 70%)出爐後加到電爐(電弧爐、感應爐、單向直流電爐) 內，升溫繼續終還原直到熔融後渣一鐵分離。此法比懸浮態法反應器利用係數 有所提高，技術較成熟。缺點是對原料的要求較苛刻，必須是塊礦(或將鐵礦 粉經成球高溫燒結成氧化球團)以及塊碳方可入爐。另外，迴轉窯容易粘連結 圈故障停車。
流化床——豎爐雙聯法，流化床預還原原理類似懸浮爐，流化床鼓風壓力小於懸浮爐，礦粉和煤粉在爐內特定的範圍內上下翻騰，受熱預還原後的礦粉 和煤粉隨空氣通過等離子風口噴入豎爐燃燒升溫終還原，直至熔化後渣一鐵分
離。豎爐中需補加焦炭吸收風口處的C02保持爐內還原氣氛。此法的優點是流 化床比懸浮爐設備利用係數高，熔融終還原不使用高級能源(電)，仍使用煤。 但仍需消耗次高級能源焦炭。

發明內容
本發明為了解決上述的各種煤基熔融還原煉鐵法存在的問題，提供了一種 管式爐——豎爐雙聯煤基熔融還原煉鐵法。
本發明採用如下的技術方案實現管式爐——豎爐雙聯煤基熔融還原煉鐵
法，其工藝步驟如下
1) 、配料鐵礦粉、煤粉、石灰粉，其中配煤粉要超過還原鐵所需量的 10%~20%，配石灰粉量根據鐵礦粉、煤粉的含硫量以及鐵礦粉中脈石、煤灰份中 二氧化矽、石灰粉中有效氧化鈣的含量而定，其中有效氧化鈣含量:總二氧化矽 含量二1~3。
2) 、加水攪拌，混合料總含水量為12~18%，
3) 、高壓壓塊成型，壓塊的溼強度^3Mpa,
4) 、預熱乾燥增強，
5) 、管式爐預還原，
6) 、豎爐熔融終還原，
7) 、前爐渣鐵分離。
預熱乾燥的熱源為管式預還原爐出爐尾氣。
本發明是將鐵礦粉、煤粉、石灰粉加水攪拌，冷態壓塊，乾燥後，在管式 爐內壓塊受熱後鐵礦粉由煤粉直接預還原，加熱壓塊的熱源是預還原鐵的副產物煤氣，自產自用。然後預還原後鐵塊趁熱由豎爐噴煤粉熔融終還原，熔化後的 鐵水及渣液在前爐進行渣一鐵分離，豎爐內不必補加焦炭。
管式爐是爐膛內臥式並列的許多根耐火管(詳見申請人的在先申請，其發
明名稱為管式爐，專利申請號200720102158.5)。
豎爐是類似化鐵爐的爐型，可採用現有技術中的化鐵爐。
本發明相對現有技術具有如下有益效果
1、 綜合投資極小，噸鐵投資率小於300元；
2、 流程中所有物理化學餘熱都更巧妙更充分被利用，綜合能耗極低；
3、 從原料進入生產流程就開始溼法、成型、負壓為主運行，汙染很少，與 此相應需投入的除塵等環保設施亦很少；
4、 所有運轉設備都是冷態運行，高溫設備都是由耐火材料砌築的固定設備。 設備故障率低，生產運行平穩。
5、 無論還原還是加熱全部使用低級能源煤，既不用焦更不用電； 生產規模可大可小，而且很容易聯產鑄造；
6、 成本很低，投資回報極高；
7、 流程短，易操作，設備少，易維護。


圖1為本發明主要工藝設備的結構示意圖
圖2為管式爐的立剖視圖 圖3為圖2的A—A剖視圖 圖4為圖2的B—B剖視圖 圖5為圖2的C向示意圖 圖6為圖2的D向示意7為圖2的I部放大圖 圖8是管式爐的外形圖
圖中1-豎爐，2-管式爐，3-鐵水包，4-前爐，a接水暖、洗澡、攪拌等用 熱裝置，b接爐氣回收系統，c接鼓風機，d接冷水泵
2.1-無孔底座(耐火混凝土) ， 2.2-有孔底座(耐火混凝土，如圖2中C 向所示)，2.3-煙氣出口 (耐火混凝土，如圖2中D向所示)，2.4-管座(耐 火材料)，2.5-爐管(耐火材料)，2.6-管門(Q235) ， 2. 7-耐火橫梁(耐火 混凝土) ， 2.8-立磚拱券(耐火磚)，2.9-橫磚拱券(保溫磚)，2. 10-保溫墊 層(輕質保溫材料)，2. 11-保護層(水泥砂漿)，2.12-二次風管(鋼管)， 2.13-耐高溫棉(高鋁棉)，2. 14-煤氣回收空間，2. 15-觀察孔，2.16-孔蓋(Q235)， 2. 17-風閥，2. 18-煤氣入爐膛孔，2.19-—次風管(鋼管)，2.20-水冷式刮板 機，2.2卜溢流管(鋼管)，2.22-排汙管(鋼管)，2.23-外隔熱牆，2.24-預 埋件(Q235) ， 2.25-點火爐，2.26-火焰入爐膛口， 2.27-煙閥，2.28-水溝， 2.29-水池，2. 30-煙道
具體實施例方式
對本發明的實施例作進一步說明，實施例是用來說明本發明的，而不是對 其作任何發明。
1、 鐵礦粉、煤粉、石灰粉按一定比例配料，其中配煤粉要超過還原鐵所
需量的10%~20%，以便在豎爐內保持還原氣氛，配入石灰粉一為增加混合料塑性，
二為脫硫，配石灰量需根據鐵礦粉、煤粉的含硫量以及鐵礦粉中脈石、煤灰份
中二氧化矽、石灰粉中有效氧化鈣的含量而定，其中有效氧化轉總二氧化矽 二1~3。
2、 上述三種料加水充分攪拌，加水量根據塑性要求而定， 一般混合料總含水量為12 18%。
3、 攪拌好的混合料須高壓壓塊，壓塊的溼強度^3MPa。
4、 壓塊預熱脫物理水，增加強度。預熱熱源為管式預還原爐出爐尾氣。
5、 幹壓塊入管式預還原爐的各耐火管，並在壓塊推壓塊行進過程中，在隔 絕空氣條件下由耐火管壁傳熱，壓塊逐步升溫到40(TC以上，壓塊中煤開始乾餾 釋放揮發份及焦油等可燃物，升溫到80(TC以上，壓塊中煤(C)奪取緊密相鄰 的鐵礦粉的氧，生成煤氣(CO)，將鐵還原。煤乾餾釋放的可燃氣及煤還原鐵的 副產物煤氣，由於爐膛內的引風機抽吸尾氣的負壓，順著耐火管與壓塊的空隙 進入爐膛，鼓風燃燒，120(TC左右的火焰及熱氣流在爐膛內上下穿行數次後， 溫度降低到40(TC以下被引風機抽出爐外進入加熱入爐空氣的換熱器。溫度降至 20(TC以下，被引風機送至預熱窯預熱乾燥壓塊。
1200'C左右的火焰及熱氣流在爐膛內上下穿行數次過程中耐火管被加熱， 並形成高、中、低三個溫度梯度。
耐火管通過管內壁將蓄熱傳給壓塊，使壓塊在低溫區脫去物理及化學水， 在中溫區乾餾釋放揮發份等可燃氣，在高溫區還原鐵副產煤氣。
如此循環往復，幹壓塊不斷入爐，壓塊頂壓塊經過三個溫度區，可燃氣、 煤氣自產自消，熱能自產自用，被頂出高溫區耐火管口的熱壓塊(約100(TC), 已有約80%以上的鐵被還原成海綿鐵(可燃氣、煤氣離逸壓塊時形成許多微氣道， 壓塊形似海綿而得名)。
6、 熱壓塊趁熱入豎爐，豎爐底側鼓入攜帶煤粉(由雷蒙磨製得)的熱空氣 (約50(TC)，在爐底煤粉燃燒，進一步加熱熱壓塊實現終還原，並將壓塊逐步
熔化，利用比重原理使渣一鐵分離，得到鐵水。
煤粉在爐底燃燒形成的氧化氣氛(含大量C02)，被壓塊中的過剩配煤吸收，形成還原氣氛。
從豎爐頂側引出的爐氣中含有大量煤氣，其中一小部分送入管式預還原爐 爐膛燃燒作為加熱爐管保持爐溫的熱量補充，大部分被收集它用(比如煤氣發 電、供暖鍋爐、熱處理、加熱入爐空氣等)
7、 在豎爐內熔融的鐵水和渣液及時排出爐外進入前爐(耐火保溫爐)，渣
一鐵液分層(比重不同)，在渣一鐵液界面，溶解在鐵水中的碳將溶解在渣液中 的氧化鐵繼續還原，直至液面逐漸上升到前爐溢流口，浮在鐵水上面的渣液流 出前爐，鐵水留在爐底，實現渣一鐵分離。
8、 在管式爐預還原中及豎爐熔融終還原中，煤及礦粉中大部分的硫被氣化 成S02、 S03、 C0S等酸性物，與石灰反應生成鹽產物，熔融進入渣中被除去。
管式爐的結構如下由圖2可見管式爐內橫斜著數層(如圖示為6層)爐 管2. 5，每根爐管2. 5由數根(本圖示為6根)短耐火管連接而成。在每根管的 兩端及每兩根短管連接處都有管座2.4支撐並固定。爐膛內所有爐管2.5 (圖4 示意為36根)的管座連接成一體後，將爐膛分割成數段(圖2示意為6段)。 連成一體後的管座2. 4就成了一堵擋火牆。這樣火焰及熱氣流就不能走短路， 從爐膛的一段直接進入另一段，而必須沿著擋火牆上下繞行。由此延長了傳熱 距離，使出爐尾氣溫度降低。並且使每根爐管2.5從圖2所示的右到左形成了 溫度遞降梯度。
由圖2可見，爐兩端的耐火橫梁2.7將爐膛與外界隔離封閉，中間的耐火 橫梁2.7將火焰及熱氣流擋住，強制其轉向下行。下行到爐底的熱氣流穿過有 孔管座2.2的孔，進入下端爐膛空間，遇到由管座2.4連接的擋火牆，氣流又 改向上行。熱氣流如此上下穿行過程中與每一根爐2.5管反覆接觸(附圖2示 意6次)傳熱，提高了本爐的熱效率。由圖2可見，立磚拱券2.8既封閉了爐頂，又為熱氣流在爐頂部的反向運 行留出了空間。橫磚拱券2.9既為提高券的承壓強度，又為爐頂的保溫。保溫 墊層2.10既為填平爐券頂，以方便保護層2.11的施工，同時減少了爐頂的散 熱。
由圖2可見，每一根爐管2.5的右端(末端)都對應一個觀察孔2.15，正 常情況下，每個觀察孔2.15都由孔蓋2.16封閉，遇到故障時(如爐管2.5的 高溫端粘連結瘤)，可打開對應孔蓋2. 16通過觀察孔2. 15排除故障後再封閉， 防止漏氣。
由圖2可見，所有管2. 5的末端管座連接形成的"爐牆"將爐膛與外界隔 離，該爐牆與觀察孔2. 15所在的外隔熱牆2. 23圍成了一個煤氣回收空間2.14。
由圖2可見，在煤氣回收空間2.14的下部，有若干個煤氣入爐膛孔2.18， 在煤氣入爐膛孔2. 18靠近爐膛的一側有一次風管2.19。在煤氣回收空間2.14 的底部是水冷式刮板機2.20。水冷式刮板機2.20的右側是溢流管2.21，其作 用是保持水溝水位。在水溝的底部一側是排汙管2.22，由閥門控制，必要時開 啟閥清理水溝裡的汙垢。
由圖2和圖3對照可見，水冷式刮板機2. 20是焊接在最右端的管座2.1上 的預埋件2. 24上的，由水冷式刮板機2. 20的底板將煤氣回收空間2.14與水溝 隔離開。水冷式刮板機2.20的下部浸在水裡，而上面無水。
由圖8可見，管式爐的外側位於右數第一端爐膛和第三段爐膛處各有一個 點火爐2. 25,每個點火爐2. 25的券頂端都有一個火焰入爐膛口 2. 26。
由圖2可見，在一、二次風管上都裝有風閥2.17，用以調節入爐風量。在 煙道中裝有煙閥2.27，用以調節抽菸量及煤氣入爐膛量。
權利要求
1、一種管式爐——豎爐雙聯煤基熔融還原煉鐵法，其工藝步驟如下1)、配料鐵礦粉、煤粉、石灰粉，其中配煤粉要超過還原鐵所需量的10％～20％，配石灰粉量根據鐵礦粉、煤粉的含硫量以及鐵礦粉中脈石、煤灰份中二氧化矽、石灰粉中有效氧化鈣的含量而定，其中有效氧化鈣含量總二氧化矽含量＝1～3，2)、加水攪拌，混合料總含水量為12～18％，3)、高壓壓塊成型，壓塊的溼強度≥3Mpa，4)、預熱乾燥增強，5)、管式爐預還原，6)、豎爐熔融終還原，7)、前爐渣鐵分離。
2、 根據權利要求1所述的管式爐——豎爐雙聯煤基熔融還原煉鐵法，其特 徵在於預熱乾燥的熱源為管式爐的出爐尾氣。
全文摘要
本發明涉及一種煤基熔融還原煉鐵法，具體是一種管式爐——豎爐雙聯煤基熔融還原煉鐵法，解決了現有技術中各種煤基熔融還原煉鐵法存在的問題。其工藝步驟如下配料鐵礦粉、煤粉、石灰粉；加水攪拌；高壓壓塊成型；預熱乾燥增強；管式爐預還原；豎爐熔融終還原；前爐渣鐵分離。本發明具有如下有益效果綜合投資極小，綜合能耗極低；汙染很少；設備故障率低，生產運行平穩；生產規模可大可小，而且很容易聯產鑄造；成本很低，投資回報極高；流程短，易操作，設備少，易維護。
文檔編號C21B13/02GK101440417SQ200810215298
公開日2009年5月27日 申請日期2008年9月19日 優先權日2007年9月21日
發明者劉向軍, 安俊富, 張晉華, 成宏富, 王安國, 王玉蓮, 田文光, 白富榮, 範文兵, 賀煥亮, 趙二勞, 瑛 郭, 郭文平, 郭智宜 申請人:瑛 郭