燃氣還原煉鐵爐及其一步還原煉鐵法的製作方法

2023-05-19 05:07:51

專利名稱：：燃氣還原煉鐵爐及其一步還原煉鐵法的製作方法
技術領域：
：本發明屬於金屬冶煉領域,具體地說是一種燃氣還原煉鐵爐及其一步還原煉鐵法。
背景技術：
：冶金行業煉4Ai要有直接法、高爐法和熔融還原法，目前高爐法仍然是其中的主力軍。2l世紀鋼鐵工業面臨資源、環保、經*各方面的挑戰,以焦炭為主的傳統高爐煉鐵工藝愈來愈暴露出它的局限性,非高爐煉鐵工藝具有高效利用資源、環i^A好、生產^^呈短以及提高生產效率等沐存、，世界各國紛紛花大力氣進行研究和開發。ITmk3技術是日^申戶鋼鐵公司及美國米德蘭公司聯合開發的;fc錄直接還原技術，是在鐵一碳相圖的新區域中進行的探索性實驗。在該區域中，含碳複合球團在135(TC的溫度下，於固液兩相區還原後熔化，且鐵水易於與渣分離。ITrak3標準流程中使用轉底爐作為還原設備,原料的加熱集中於轉底爐內進行,對設備要求較高;原料要先進行》V^^求團，該工序要有專門的才M成，要佔用場地、人工，且負^紹交大;以煤作燃料,排放的煙塵會對環^t^汙染,餘熱可回收利用但未用於煉鐵過程。
發明內容本發明要解決的技術問題，是提^~~種燃^￡原煉鐵爐，包括蓄熱室,加料倉、還原爐三部分，其中蓄熱室、力口料倉分別以還原爐廢^於燃氣、爐^^ftf貞熱並輸g還原爐內；還原爐為主反應區,使爐料熔融還原，實現^4失分離。該爐結構簡單，投資少，佔;也面積小。本發明的另外一個目的，是提供一種一步還原煉鐵法,原料、燃料及其助燃空^ii7v還原爐前已經過預熱，因此需還原區提供的用於熔融的熱能降低。預熱所需熱量由還原爐產生的廢氣提供，從而iii'j了充分利用熱能、減少環境汙染的目的，負M毛、運行成本降低該方法主體反應以燃氣作為燃料，清潔、環保、減排,熱效率高。為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是一種燃^^原煉鐵爐，包^i^、爐、蓄熱室與加料倉，其中所述蓄熱室內設有相互獨立的燃氣通道、助燃空氣通道、還原爐廢氣排放通道I;燃氣通道、助燃空氣通道的一端分別接相應氣源，另一端於出蓄熱室後、入還原爐前匯合於燃燒噴嘴,噴嘴出氣孔與還原爐爐腔接通;還原爐廢氣排放通道I的一端與還原爐爐腔4妄通,另一端與大氣3妄通；力口料^i殳有爐料加Ait道、ii^、爐廢氣排放通道II，爐料加Ait道的出口與還原爐爐腔接通;還原爐廢氣排放通道n的一端與還原爐爐腔接通，另一端與大氣接通；ii^爐的爐壁上設有爐渣出口、鐵水出口。所頓道為螺i走狀通道。本發明還提供了上鄉^i東鐵爐的煉IA^法,即一步還原煉鐵法，包括以下步驟①由鐵粉、熔渣助劑、煤按比例配成的爐料送J^。料倉的爐料加入通il^fff貞熱；同時，燃氣與助燃空氣由相應的通ititA,於蓄熱室內預熱；所述預熱所需的熱源由由還原爐廢氣排放通道I、II所載還原爐廢氣提供；②經預熱的燃氣、助燃空氣於出蓄熱室後、入還原爐前匯合，於燃燒噴嘴處點火，於還原爐內燃燒，還原爐內溫度>IOO(TC時，將經預熱的爐料加入還原爐，爐料經焙燒接i^容化狀態，滲碳與熔化同時進行,其^JS如下a.Fe203+3C0-2Fe+3C02,b.C02+C-2C0;b.絲爐料的不斷加入i^f、爐內出現上下分層的爐渣與鐵水所形成的熔分區；③爐料ii^還原爐內，會ii^熔分區的上部爐渣層與下部鐵水層的結合部，吸收周圍液相物質的熱能並於液相環^生ii^反應，而還原^所產生的煤氣C0從液面上溢出，徊p熱區氧化生成C02,並產生熱量為後續還原A^提供熱源。所述爐津釤且成中各組分的重量份數比為鐵粉55—75份，熔渣助劑10~20份，煤粉15—25份。所iitt渣助劑為石灰石、白雲石、螢石、鋁酸鉤中的一種。所述燃氣為煤氣、天然氣中的一種。所述煤氣由煤U生爐提供。所述助燃空氣為含氧量>30%的富氧空氣。本發明所提供的上述一步還原煉鐵法,其工藝原理是①爐術情D。料倉進^f貞熱；同時,燃氣與助燃空氣於蓄熱室內預熱；②經預熱的燃氣、助燃空氣,溫度為800—100(TC,iiAii原爐前混合、點火，於還原爐內燃燒，還原爐內溫度達IOO(TC或以上時,將經預熱的爐料加入還原爐，爐料i^vii^爐前溫度為80(TC左右;第一;W口料後，爐料於iE^爐內會以堆狀出現，雖然表面處於氧化區環境，但其內部基本不與觸，爐料在還原爐內經焙燒接^t化狀態，其反應如下a.Fe203+3C0=2Fe+3C02,b.C02+C=2CO,其中反應b為吸熱反應,在IOOO'C以上最為活躍，反應所需的熱量與爐內加熱速度平衡，爐料溫度4橫恆定，當ii^度ii^95%或更高時，淑見測到鐵的溫度開始下降，滲碳與熔化同時進行;隨著爐料的不斷加入，由於爐渣與鐵水比重不同，會使還原爐內出現上下分層的爐渣與鐵水所形成的熔分區，,還原爐內液面的提升，^就會在新的環境下進行，③後續加入的爐料i4^還原爐內，由於比重的原因，會i^A^分區的上部爐渣層與下部鐵水層的結合部，爐料與熔分區上方的燃燒區隔開，使還原反應完全處於無氧環境下進行，反應所需的熱量通過上部的燃燒區，通過液體爐渣向爐料傳遞，爐料吸收周圍液相物質的熱能並於液相環tti還原反應，而^f、反應所產生的CO從液面上溢出，在加熱區二次燃燒產生熱量，為後續還原^提供熱源。本發明所提供的上i^然^^煉鐵爐及其一步還原煉鐵法,具有以下沐泉i)高溫環境下的氧化鐵對耐火材料的破壞4艮嚴重,這個因素也直接決定了爐窯的4躺壽命。本發明在斜目區的還原^i過程中，因碳料分布面積大,故ii^的才;^也大大增加，即使有少量的鐵料沒有接觸到碳料,從而未被還原，其熔化後也是位於鐵水的上部，鐵水中含有碳，上方的爐渣是鹼性^^牛，所以完全具備了還原反應所需要的糾5這部條料仍會發生聯Mo實馬封iL明，爐渣中氧化4失的^i低於0.5%,不會對還原爐的耐火材料產生^f可損害,保證爐體的使用壽命,降低爐子的維護費用。ii)還原爐內所產生的排方級氣，溫度高達100H400。C，一p分ifA蓄熱室，另"^^it^P料倉,用於對燃氣、助燃空氣、爐料進^f貞熱，以充分利用廢氣所帶熱能,^f氐f^4提高熱效率。iii)各種通道設計成螺i腫繞式,以儘量加長氣體、爐料在通道內的4対呈，iiJ)J充分利用餘熱的目的。廢氣經蓄熱室、力口料倉吸熱後，最終排i^丈溫度200。C左右，大大斷氐了熱量損失。iv)成品中不含FeO，各種鐵氧化物^^皮ii^，出鐵率提高，產品純度提高。產品的含碳量可以通過碳的加入量進行調節與控制。v)還原^JI主要是在液相區進行，不會有"frf可粉塵排出還原爐;燃料、富氧空氣、爐料相隔預熱,煤料不會與氧接觸發生燃燒，從而不會產生煙氣和粉塵，只會吸收熱量。因此，煉鐵過程潔淨生產，沒有汙染源，加之燃料煤的用量下降，所以二IUt^排量大幅降低。vi)以燃氣作為燃料，克服了因用焦炭it^的闢對產品內在質量、炫煉過程中燃煤氣氛的影響當焦炭中硫轉超過0.8°/。時，為保證生鐵的質量,必須提高爐渣的石嫂，而漆量的增加又^f吏能耗大幅提高。本發明利用燃氣作燃料,可大幅P爭^^危的含量，使燃燒a分，也省去了使用焦炭情況下分解鉤、矽的過程，節約肖沐。7綜上可見，由於採用了上述4支術方案,本發明與現洧技^M目比，所取得的技術進步在於(1)設備簡單、妙、可靠，^^本低，佔用場地小J頓壽命長；(2)原料範圍廣,粉礦、塊礦、煤塊^t某粉均可直接應用，產生煤氣可以全部二次燃燒,有利於降^^產成#能源消耗。(3)工藝簡單、才刺卡方便，生產流程縮短,工序布置緊湊，便於生產組織和管理。(4)實現清潔生產，節能、P條耗、減排,大幅度降低企業的生產成本,提高生產效率,具有良好的經濟歲M和社會Jt^。本發明適用於一步ias^、法煉糹夾。本發明下面將結^i兌明書附圖與具體實施例作進一步詳細說明。圖1是本發明實施例中燃氣i^^煉鐵爐的平面分布結構示意圖；圖2為圖1所示實施例中還原爐1的內部結構示意圖；圖3為本發明各種物料(爐料、氣體)的^f濕圖。圖中1—還原爐，2—蓄熱室，3—加料倉，31-35—通逸41—爐渣出口，42~4失水出口，5—燃燒區，6~熔分區，7—上部爐渣層、8—下部鐵水層、9—煤生爐、10_燃燒德M實施方式實施例圖1所示為一種燃^f煉鐵爐，包4極原爐1、蓄熱室2與加料倉3。蓄熱室2內設有相互獨立的燃氣通道31、助燃空氣通道32、還原爐廢氣排放通道I33;燃^t道31、助燃空氣通道32的一端分別與煤^生爐9、富氧空氣源相接，另一端於出蓄熱室2後、入還原爐1前的燃燒噴嘴10處混合併點火;還原爐廢氣排放通道I33的一端與迅原爐1爐腔接通,另一端與大^通。加料倉3設有爐料加入通道34、ii^、爐廢氣排放通道n35,爐料加入通道34的8出口與ii^爐1爐腔接通;ii^爐廢氣排放通道n35的一端與ii^爐1爐腔接通，另一端與大^i妄通。以上通道31、32、34、35均由螺旋狀下降、螺旋狀上升的兩段通ili且成，兩段間於底部連通為一體，通道33為相應的螺旋狀。ii^、爐1的爐壁上i殳有爐渣出口41、鐵水出口42。利用上ii^^i^煉鐵爐實現的一步:1￡^煉鐵法，包括以下步驟①由鐵粉、熔渣助劑、煤按比例酉己成的爐料送JJ口料倉3的爐料加Ait道34進4tf貞熱；同時，由煤^X^爐提供的煤氣、含氧量》30%的富^/力燃空氣由相應的通道31、32ii_7v,於蓄熱室2內預熱;所預熱所需的熱源由還原爐1的廢氣提供；將經預熱的爐料-加7v還原爐1,爐料經焙;^l妄i^:化狀態，滲石灰與熔化同時進4亍，其反應如下a.Fe2(b+3C0=2Fe+3C02，b.C02+C=2C0;隨著爐料的不斷加入，i^f、爐1內出現上下分層的爐渣7與4失水8所形成的熔分區6，參考圖2;③後續爐料加入還原爐1內，因比重因素^itMt分區6的上部爐渣層7、下部鐵水層8的結^p，吸收周圍液相物質的熱能並於液相環J^^J31^gj^,而i^f、反應所產生的煤氣C0從液面上溢出，在加熱區5氧化生成C02,並產生熱量為後續還原雄提微源。爐料組成為鐵粉55—75份，熔渣助劑10~20份，煤粉15—25份。熔渣助劑選自石灰—石、白雲石、榮石、鋁^鉤。各種物料包括爐料、氣體的^f呈圖參考圖3。經實驗，本發明所提供的燃^i原煉鐵爐及其一步還原煉鐵法，與傳統高爐法的生產數據對比如下表所示tableseeoriginaldocumentpage10權利要求1、一種燃氣還原煉鐵爐，包括還原爐、蓄熱室與加料倉，其特徵在於所述蓄熱室內設有相互獨立的燃氣通道、助燃空氣通道、還原爐廢氣排放通道I；燃氣通道、助燃空氣通道的一端分別接相應氣源，另一端於出蓄熱室後、入還原爐前匯合於燃燒噴嘴，噴嘴出氣孔與還原爐爐腔接通；還原爐廢氣排放通道I的一端與還原爐爐腔接通，另一端與大氣接通；加料倉設有爐料加入通道、還原爐廢氣排放通道II，爐料加入通道的出口與還原爐爐腔接通；還原爐廢氣排放通道II的一端與還原爐爐腔接通，另一端與大氣接通；還原爐的爐壁上設有爐渣出口、鐵水出口。2、根據權利要求1所述的燃氣^f、煉鐵爐,其特徵在於:所^it道為螺凌狀通道。3、一種一步ii^煉鐵法,其特徵在於:於權利要求1或2所述的燃氣^a^、煉鐵爐中進行，並包括以下步驟①由鐵粉、熔渣助劑、煤按比例配成的爐料送至加料倉的爐料加入通道進#^熱；同時,燃氣與助燃空氣由相應的通iiiiA，於蓄熱室內預熱；所述預熱所需的熱源由還原爐廢氣棑力丈通道I、II所載還原爐廢氣提供；②經預熱的燃氣、助燃空氣於出蓄熱室後、入還原爐前匯合,於燃燒喻，觜處點火，並於還原爐內燃燒，還原爐內溫度MOO(TC時，將經預熱的爐料加入還原爐，爐料經焙;^^i^^^R態,滲碳與熔化同時進行,其^如下a.Fe2(h+3C0=2Fe+3C02,b.C02+C=2C0;醋爐料的不斷加入ii^、爐內出現上下分層的爐渣與鐵水所形成的熔分區；③爐料iiA還原爐內，會i^t分區的上部爐漆層與下部鐵水層的結^卩，吸收周圍液相物質的熱能並於液相環^^Ji^反應，而還原反應所產生的煤氣C0從液面上溢出，徊口熱區氧化生成C02，並產生熱量為後續還原^M^是供熱源。4、衝艮據權利要求3所述的一步i^^煉鐵法,其特44於:所述爐泮衫且成中各組分的重量〗分數比為鐵粉55—75份，炫渣助劑10~20份，煤粉15—25份。5、根據權利要求3或4所述的一步還原煉鐵法，其特棘於:所跳渣助劑為石灰石、白雲石、螢石、鋁酸鉀中的一種。6、根據權利要求3或4所述的一步ii^煉鐵法，其特徵在於:所述燃氣為煤氣、天然氣中的一種。7、根據權利要求6所述的一步ii^、煉鐵法，其特;fi^於:所述煤氣由煤驢生爐提供。8、根據權利要求3或4所述的一步iHi^煉鐵法,其特;f錄於:所ii^力燃空氣為含氧量>30%的富氧空氣。全文摘要本發明公開了一種燃氣還原煉鐵爐及其一步還原煉鐵法。所述煉鐵爐包括還原爐、蓄熱室與加料倉，其中蓄熱室、加料倉分別用於對燃氣、爐料進行預熱並輸送至還原爐內，爐料於還原爐內熔融還原出鐵，並實現渣鐵分離，該爐結構簡單，投資少，佔地面積小，用於一步還原法煉鐵；一步還原煉鐵法中，原料、燃氣燃料及其助燃空氣在進入還原爐前已利用還原爐的廢氣預熱，故在還原區只需提供較低熱能即可使爐料熔融，從而實現充分利用熱能、減少環境汙染的目的，能耗、運行成本降低，該方法利用非焦燃料，進一步降低成本，清潔、環保、減排，熱效率高，用於一步煉鐵。文檔編號C21B11/00GK101624638SQ200910075148公開日2010年1月13日申請日期2009年8月14日優先權日2009年8月14日發明者輝杜申請人:輝杜