熔融還原煉鐵方法及其裝置的製作方法

2023-12-10 23:39:17

專利名稱：熔融還原煉鐵方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於直接還原法冶煉鐵水領域。主要適用於用鐵礦粉和煤粉直接冶煉鐵水。
熔融還原作為冶金領域的一項重大新工藝，其主要特點是可用非焦煤作為一次能源和還原劑，而且是將氧化鐵在熔融狀態下還原，具有以煤代焦，流程短，顯著改善環境汙染，降低基建投資和生產成本等優點。它是未來煉鐵工業發展的方向，也是目前各國鋼鐵工業競相研究開發的重要領域。
在現有的熔融還原冶煉鐵水的方法中，主要的有COREX法(ZL87108012)、DIOS法(CN1035136A)、HISMELT法(CN1037542A)。其中COREX法已初步形成一定規模的生產能力，其它兩種仍處於試驗階段。COREX法的主要特徵是以氧化球團或塊礦作為原料，採用預還原和終還原二步法;預還原在MIDREX式豎爐(US3764123)中進行，終還原在熔融氣化爐中完成。COREX法雖然取得了突破性的成功，但仍存在一些缺點，如生產率低，煤耗氧耗高，投資大，設備複雜等。與現有先進的高爐相比，仍缺乏競爭力。
申請號為93114553.8的中國專利申請提供了一種含碳球團-鐵浴熔融還原煉鐵方法。它的特點是以冷固結含碳球團為原料，其方法上，採用預還原-鐵浴熔融還原二步法和鐵浴熔融還原一步法兩種。採用二步法時，預還原溫度為850～1250℃，終還原溫度為1400～1550℃;預還原在預還原爐中進行，終還原在臥式或立式鐵浴爐中進行。該專利申請雖然提出了用冷固結含碳球團為原料的熔融還原的煉鐵方法，但沒有提出預還原的具體裝置和能夠具體實施的工藝參數，在預還原和終還原之間沒有氣體和預還原球團的緩衝設備和方法，一旦某一環節出現問題，將會影響整個過程的順利進行，同時也無法調節，各環節協調較困難，給實施帶來一定的困難。
本發明的目的在於提供一種投資小、成本低、生產率高，易於調節和實施的熔融還原煉鐵方法及其裝置。
根據上述目的，本發明採用了以下主要技術方案以冷固結含碳球團為原料，用非焦煤作為燃料和還原劑;熔融還原採用預還原和終還原二步法;預還原在分帶的豎爐中進行，終還原在密封有壓力的立式鐵浴爐中進行。
本發明所述的熔融還原煉鐵裝置如附

圖1所示，即附圖1為本發明熔融還原煉鐵裝置的結構示意圖。
圖1中，1為原料侖，2為布料器，3為豎爐，在豎爐3中，3-1為乾燥帶，3-2為預熱帶，3-3為還原帶，3-4為均熱帶，4為對輥排料機，5為中間侖，6為螺旋給料器，7為立式密閉鐵浴爐，8為出渣口，9為出鐵口，10為氧槍，11為煤侖，12為石灰石噴槍，13為終還原煤氣輸出管，14為高溫除塵器，15為豎爐燃燒室，16為助燃空氣管路，17為預還原廢氣輸送管，18為旋風除塵器，19為豎爐煤氣入口，20為渣，21為鐵水。
預還原豎爐3和立式鐵浴爐7之間有一中間侖5，中間侖5的上部通過對輥排料機4與豎爐3相接，下部通過螺旋給料機6與立式密閉鐵浴爐相連。豎爐的橫斷面為矩形，豎爐上部乾燥帶3-1、預熱帶3-2和還原帶3-3的尺寸略小於下部尺寸，爐身角α1為10～14°均熱帶3-4也稱均熱室，其上部尺寸略大於下部尺寸，傾角α2為8～10°，豎爐燃燒室15緊鄰還原帶3-3，豎爐煤氣入口19與水平面的夾角α3為30～45°;水冷對輥排料機4的每個輥上有溝槽和狼牙齒，終還原反應器7為一立式密閉鐵浴爐。
本發明熔融還原煉鐵方法如下1、以冷固結含碳球團為原料，用非焦煤作為燃料和還原劑。
冷固結含碳球團的成分(重量%)為鐵精礦粉80.5～85%，煤粉12～17%，粘結劑1～3%。
冷固結含碳球團的配碳量(重量%)為6～20%。
冷固結含碳球團用對輥球壓機壓制而成。壓制的生球可直接入爐或經烘乾後入爐使用。
2、預還原冷固結含碳球團的預還原在豎爐3中進行。該豎爐從上至下分成四個區(帶)乾燥帶3-1、預熱帶3-2、還原帶3-3和均熱帶3-4。冷固結含碳球團在豎爐3中的預還原過程實際上是含碳球團與熱煤氣的逆流熱交換過程。冷固結含碳球團在豎爐3中由上向下運行，熱煤氣通過煤氣入口19進入豎爐3，並由下往往上運行。現將冷固結含碳球團在豎爐3中的預還原過程分述如下含碳球團在乾燥帶冷固結含碳球團由原料侖1經豎爐3入口處的布料器2均勻地分布在豎爐3的乾燥帶3-1。由於熱煤氣上升帶來的熱量，乾燥帶3-1的溫度範圍為室溫～300℃，使含碳球團的殘餘水份被蒸發，達到乾燥目的。含碳球團經乾燥帶3-1乾燥後進入預熱帶3-2，球團從300℃左右被加熱至1150℃，即預熱帶3-2的溫度範圍為300～1150℃。在這一過程中，將發生高價鐵氧化物被煤氣中CO和H2還原成低價鐵氧化物的反應，與此同時，球團中的煤發生分解反應，一部分碳的直接還原反應及鐵橄欖石的生成反應。上述反應式如下含碳球團進入還原帶3-3還原帶3-3的溫度範圍為1150～1250℃。在還原帶主要發生低價鐵氧化物被球團中的C直接還原為金屬鐵的反應。即
在這區域，金屬化率可達到70%。球團進入均熱帶球團進入均熱帶3-4，還原球團的溫度為1250℃～1000℃以下，FeO繼續被碳還原為金屬鐵。球團在整個預還原過程中，其金屬化率可達80%，即球團在豎爐3出口處的金屬化率可達80%。
預還原過程所需的煤氣由終還原反應器7中發生的氧煤燃燒、氧化物還原及煤的分解等產生的氣體提供。終還原產生的煤氣經煤氣輸出管13進入高溫除塵器14，經高溫除塵後進入豎爐燃燒室15，利用由助燃空氣管路16輸入燃燒室15的空氣進行助燃。終還原反應器7輸出的煤氣溫度達1600～1700℃，高於預還原所需溫度，為此，利用溫度較低的預還原豎爐3頂部輸出的預還原廢氣經旋風除塵器18除塵後輸入燃燒室15中，調節煤氣溫度，使進入預還原豎爐3中的煤氣溫度保持在1100～1300℃範圍內。同時，在燃燒室15內，還可以通過改變煤氣的燃燒程度，來調節進入預還原豎爐3中的預還原氣體的溫度和成分，使預還原操作穩定，並能保證滿足預還原過程的熱量平衡所需的熱量。
預還原時豎爐各帶(區)的溫度是通過進入豎爐的煤氣成分、溫度和流量而加以控制的。
3、終還原球團的終還原在立式密閉鐵浴爐7中進行。
在預還原豎爐3的出口處，已預還原的球團經對輥排料機4排入中間侖5中，再用高溫螺旋給料器6將球團加入立式密閉鐵浴爐7中。已被預還原的球團在立式密閉鐵浴爐7內的下降過程中，由於球團內部還有3～5%的殘存碳，故不會被氧化。而且球團進入終還原立式密閉鐵浴爐後還會繼續發生自還原反應，達到更高的金屬化率;減少爐渣的氧化性。
在立式密閉鐵浴爐7內主要進行終還原、熔化、滲碳及渣鐵分離等反應。其反應式如下
終還原溫度為1500～1700℃，終還原熔化過程中所需的還原劑和熱量，除球團中的殘存碳外，主要由加入立式密閉鐵浴爐7中的煤供給。煤粉或煤塊由煤侖11輸入。終還原過程中通過氧槍10，向立式鐵浴爐7內吹入氧氣或空氣，降低能耗。由於氧氣或空氣的輸入，將產生二次燃燒，二次燃燒產生的熱量經渣層傳入熔池，也可以通過石灰石噴槍12輸入的石灰石作為熱載體將熱量帶入熔池，二次燃燒效率可達到80%以上。加入石灰石的目的，是為了控制渣的鹼度在1.1～1.2範圍內。終還原時，爐內壓力為0.5～1.5Kg/cm2。
本發明在整個工藝過程中所產生的煤氣除滿足本發明工藝要求外，剩餘部分還可供其它用途使用。
在終還原過程中，由終還原煤氣輸出管13輸出的煤氣溫度為1600～1700℃。
在終還原過程中，還需控制如下參數
煤的二次燃燒率為5～20%，由煤倉加入的煤粒度為3-25mm，煤粉可由石灰石噴槍12或氧槍10噴入鐵浴中，鐵水溫度為1450～1500℃。豎爐輸出煤氣溫度為200～300℃。
與現有技術相比，本發明具有如下特點[1]由於鐵礦粉和煤粉比表面積大，在球團內部分布均勻，接觸條件好，傳熱、傳質速度快，反應速度高。可以利用高溫低質煤氣實現快速自還原。因此，有很高的生產率(大約可達6-10t/m3.d)。由於預還原球團內部有一定的殘碳量，在進入終還原反應器時具有一定的抗氧化能力，並能繼續進行自還原反應，提高球團金屬化率，降低爐渣氧化性，可延長爐襯壽命。終還原時二次燃燒率不高，可獲得較高的熱效率，操作控制容易。由於球團的預還原度較高，渣中FeO含量少，爐襯侵蝕速度慢，生產成本低，設備作業率高。預還原豎爐兩側各有一燃燒室，可以通過控制煤氣的燃燒程度，來調節預還原氣體的溫度和成份，使預還原操作穩定，並保證滿足預還原過程的熱量平衡需要的熱量。由於預還原的排料裝置的特殊結構，可以消除預還原發生粘結對操作順行的不良影響。投資少、成本低、設備簡單、生產率高、適應性廣、靈活性強。有一定數量的熱值剩餘煤氣輸出，可供車間煤氣平衡使用。
實施例採用本發明所述的熔融還原煉鐵方法和裝置，進行了3次利用鐵礦粉和煤粉直接冶煉鐵水的試驗。所採用的冷固結含碳球團的成分配比如表1所示，所用煤粉的成分如表2所示。
預還原在小型豎爐中進行。首先將用煤氣發生爐製備的煤氣(CO 87%，H213%)通入豎爐燃燒室，並通入助燃空氣燃燒，並用冷煤氣調節其煤氣成分和溫度，然後引入豎爐中。冷固結含碳球團從豎爐爐頂加入。球團與熱煤氣在豎爐中形成逆流。球團自上而下，經歷四個帶(區)，各個帶的溫度如表3所示。
終還原在100Kg感應爐中進行。首先將一定量的生鐵熔化，形成鐵浴熔池，然後斷電。接著開始向熔池吹氧和噴吹煤粉、石灰石，形成一定渣後連續向爐內加入經預還原的球團，並開始測定加入的球團量、噴吹氧氣量、煤氣量和石灰石量。每隔十分鐘由渣口放一次渣，每出兩次渣後出一次鐵，連續進行終還原。終還原溫度列入表3，試驗的噸鐵消耗和指標如表4所示。最終各試驗所得鐵水成分如表5所示。


權利要求
1.一種熔融還原煉鐵方法，以冷固結含碳球團為原料，以煤為能源和還原劑；冷固結含碳球團先在預還原豎爐中進行預還原，接著在終還原反應器中進行終還原，在終還原過程中，向反應器中加入煤粉和噴入氧氣或空氣，其特徵在於[1]冷固結含碳球團的組成成分(重量%)為鐵精礦粉80.5～85%，煤粉12～17%，粘結劑1～3%；[2]冷固結含碳球團的配碳量(重量%)為6～20%；[3]預還原在豎爐(3)中進行；[4]球團在豎爐的預還原過程中，先後經歷乾燥帶(3-1)、預熱帶(3-2)、還原帶(3-3)和均熱帶(3-4)；四個帶(區)的溫度範圍為乾燥帶為室溫～300℃，預熱帶為300～1150℃，還原帶為1150～1250℃，均熱帶1250～1000℃；[5]進入預還原豎爐(3)中的煤氣溫度為1100～1300℃；[6]終還原在立式密閉鐵浴爐中進行；[7]終還原溫度為1500～1700℃。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於終還原立式密閉鐵浴爐輸出的煤氣溫度為1600～1700℃。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在終還原過程中，渣的鹼度為1～1.2。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於終還原時，爐內壓力為0.5～1.5Kg/cm2。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於預還原時豎爐各帶區的溫度是通過進入豎爐(3)的煤氣成分、溫度和流量加以控制的。
6.一種熔融還原煉鐵裝置，包含預還原爐、終還原反應器、連接預還原爐和終還原爐的煤氣輸送管路、除塵器及終還原爐煤粉和氧氣加入裝置，其特徵在於[1]預還原爐為豎爐(3);終還原反應器為立式密閉鐵浴爐(7);[2]預還原豎爐(3)自上而下分為乾燥帶(3-1)、預熱帶(3-2)、還原帶(3-3)和均熱帶(3-4)四個區;[3]豎爐(3)與立式密閉鐵浴爐(7)之間有中間侖(5)的上部通過對輥排料機(4)與豎爐(3)相接，下部通過螺旋給料機(6)與立式密閉鐵浴爐(7)相接;[4]終還原立式密閉鐵浴爐(7)上有一石灰石噴槍。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於豎爐(3)的爐身角α1為10～14°，均熱室(3-4)的傾角α2為8～10°。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於豎爐煤氣入口(19)與水平面的夾角α3為30～45℃。
全文摘要
本發明熔融還原煉鐵方法及裝置屬於直接還原法冶煉鐵水的領域。以冷固含碳球團為原料，以煤為能源和還原劑。預還原在豎爐中進行，終還原在立式鐵浴爐中進行。豎爐與立式鐵浴爐之間有中間侖相連。冷固結含碳球團的配碳量為6～20％。球團在豎爐的預還原過程中要經歷乾燥帶、預熱帶、還原帶和均熱帶四個區。進入豎爐的煤氣溫度1100～1300℃。終還原溫度為1500～1700℃。終還原過程中，可向爐中噴吹煤粉、石灰石、氧氣或空氣。
文檔編號C21B11/00GK1102440SQ9411507
公開日1995年5月10日 申請日期1994年8月27日 優先權日1994年8月27日
發明者齊淵洪, 周渝生, 蔡愛平, 於敬峰, 王來久, 任志國 申請人:冶金工業部鋼鐵研究總院