CN100543149C - 焙熔还原炼铁方法及装置与原料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及以含碳球团为原料的熔融还原炼铁领域。本发明焙熔还原以复合含碳球团为原料，以煤为燃料和终还原的还原剂。由焙熔还原炉、中间熔体存储炉、终还原炉和煤粉旋风燃烧炉组成循环系统。复合含碳球团在焙熔还原炉的氧化气氛中进行焙烧加热、球核直接还原、球团铁氧化物外层间接还原和随即熔化等过程的预还原。第一次分离铁水后的熔渣进入终还原炉中终还原。终还原炉中的二次燃烧气体进入煤粉旋风燃烧炉中与所输入煤粉完全燃烧对焙熔还原炉供热。

Description

焙熔还原炼铁方法及装置与原料

技术领域

本发明涉及熔融还原炼铁技术领域。特别是以含碳球团为原料的熔融还原的领域，具体涉及到一种在氧化气氛中进行还原的含碳球团。

背景技术

本发明构思从能耗角度切入背景技术。对现有炼铁技术和方法作能耗方面的评述。

炼铁领域的能耗问题由来巳久，也同样进入未来。多少代工匠、工程师和冶金研究者共同追寻一个目标，较少的煤碳冶炼出较多的金属铁。在现代人类活动大规模的消耗能源，二氧化碳高度量排放，全球变暖，降耗减排刻不容缓。

就高炉的降耗节能，世界各国都做了很大努力。2004年度中国上海宝钢以吨铁能耗为：焦化88.11kg标煤/吨铁、炼铁395.41kg标煤/吨铁排行先进行列榜首。

从另一个角度看，高炉炼铁工艺是一个夕阳工艺。首先高炉内部还原反应空间依附于焦碳骨架支撑，高炉的容积越大，要求焦碳骨架满足的力学强度越大，要求焦碳的质量越高，地球上结焦煤消耗的速度决定高炉生产退出炼铁领域的速度。

就能耗而言，焦化工序是高炉生产工序存在的必要条件，焦化工序专门为高炉炼铁工序设置，高炉炼铁工序的能耗应包括焦化工序的能耗。焦化工序造成对环境的破坏及治理的成本应迭加于高炉环境保护的成本之上。

高炉集燃烧设备和反应容器为一体。燃烧反应在充满碳构架的高温环境中进行，燃烧的产物气体百分之百是还原气体，燃料化学能的释放不到三分之一。所以高炉中热量的获得是相当昂贵。各种必不可少的工序热耗相应地压缩到三分之一是不可能的。只有提高矿石品位减少渣焓和增大容积减少单位铁量的炉体散热损失这两个十分有限的降低能耗空间。但是就目前两言，矿石品位提高到几乎是纯铁氧化物的地步，5000m³的容积使高炉增长高度导致对焦碳质量的要求相应提高和鼓风动能的增加。

高炉上部的间接还原及应对来自下部的还原气体的利用率终止于相应温度下的反应气相成份平衡曲线。间接还原对还原气体的需要量，取决于高炉中直接还原与间接还原的比例，间接还原发生在上部温度较低区域，反应速度慢，一般需要3—6小时，来不及还原的铁氧化物随着熔化转变直接还原。直接还原的产物气体是还原气体直接加入到燃烧产物还原气流中。还原气体数量远大于间接还原的需要量，大量的还原气体随炉气一起排出炉外。所以高炉对碳的利用率只能达到52—60％。利用高温空气回收热量只能回收到40％的排出炉外的炉气中的能量，剩余60％无法回收的能量是高炉降低能耗难跨越的门坎。焦炉和高炉的炉气发电回收能源的能量转化有效率只能达到20—35％。

近几十年来发展起来的直接还原和熔融还原两个炼铁工艺流程对发展了五百年的高炉进行挑战。这两种工艺流程解决了对焦碳的依附和简化革除了高炉的焦化工序，是极大的进步，但是在能耗的定性和定量上以高炉竞争有些显得泛力，直接还原有熔化分离渣铁和熔融还原采用全氧煤法，消耗大量的电力能源，电力是所有能源中最高级的和最清洁的能源，巨大的钢铁产业和整个人类生产与生活争抢能源中的高级精粮不是明智之举。就定量而言，直接还原流程中单是已金属化的物料熔化渣铁热焓就需2.1GJ/吨铁。折合电力为583kw.h/吨铁。熔融还原无论是一步法还是二步法，除极少数方法外，氧气的消耗都在500Nm³/吨铁以上，现在唯一商业运行的COREX法的吨铁氧耗达720Nm³，按生产1Nm³氧消耗1kw.h电力计，即熔解还原单氧气一项消耗电力在500kw.h以上。现在的火力发电平均每度电耗煤350克，不算其它运行成本，每公斤煤热值以20—25MJ计，每kw.h的电力就不是代表3.597MJ的能量，而是代表着350克煤的7.875MJ能量。从这方面讲，现有的直接还原和熔融还原技术甩掉了传统高炉工艺流程拖着的至少88.13kg标煤的焦化能耗尾巴，而又拖上了一条至少：500×0.35×0.0225÷0.02927＝134.5kg标煤的电力或氧气消耗能耗尾巴。

从排出还原炉的还原尾气或炉气看，无论是直接还原还是熔融还原，尾气中的还原气体量都高于高炉还原尾气中的还原气量。而且没有象高炉那样有高温空气回收部份热量的余地。一座熔融还原炉是一座炼铁炉同时又是一座煤气发生炉。带来两种后果：1、靠出售剩余的煤气冲抵冶金产品的成本。钢铁厂远离城市，销售煤气渠道费人、财物力。2、不管如何处理，剩余煤气都要转化为二氧化碳排入大气环境中，增加大气环境的暖室气体负荷。

自一九八五年以来，中国相关科研机构对熔融还原的基础理论作了大量的研究，确立了以含碳球团熔融还原为主要研究方向。形成了以中国专利号96119847.8、中国专利号93114553.8和中国专利号02144629.6等专利权人为代表的三个研究群体。这三个群体代表着中国在熔融还原领域的研究水平底蕴。中国专利号96119847.8专利权人代表群体出版有《熔融还原技术》和《熔融还原》等专著，对本领域在理论上作了基础上的铺垫，提出了一系列的工艺数学模型，创立了含碳球团煤气循环还原溶分流程的原创性技术思想，专利号96119847.8专利的两套换热器把竖炉还原尾气的显热和尾气中还原气体的化学能的回收发挥到出神入化的地步，氧耗达到历史最低水平223--260.8Nm³/吨。不足之处是574.7kg/吨铁的煤耗，拆合标准煤耗为490.6kg标煤/吨铁略显高，另外3.46GJ能量的剩余煤气还是要出售收回成本。

中国专利号88104282.x提供了一种用改进型的煤粉化铁炉的设备以含煤球团为原料的冶炼铁水的方法。这种方法的推广和进一步研究停止于江苏省国营竹箦机械厂3t/hU冷风煤粉化铁炉上进行的半工业试验。能耗的定量分析，前炉煤粉燃烧的空气过量系数为0.6—1.05，要得到较高金属化率，含碳球团的配碳量必需超过化学反应当量。在1000℃--1400℃的高温下还原，球团80％的是直接还原，前炉进入后炉的烟气中只含有鼓入空气中氧气的5％的氧气，不可能燃烧完近480Nm³的球团排出的CO，近6.0GJ的化学能排出炉外，造成煤耗810—850kg/吨铁。这也显示了当初探索者的勇气和科学模索的道路进程。

中国专利号02144629.6专利权人代表群体出版有《铁矿含碳球团技术》专著，申报专利有中国专利号95110139.0、中国专利号93115876.1，该研究群体对现有技术的贡献在于提出了含碳球团自热还原的概念。高温富氧空气和含碳球团一起从炉顶装入炉中，顺流而下进行还原，解决了含碳球团中配煤的挥发份燃烧利用和还原产物气体就地燃烧加热自身球团和向下部球团供热的问题。这种技术思想简直就是科学和艺术的完美结合，但是具体实施上有待于技术上的改善，存在着一些不足之处。就中国专利号02144629.6专利而言，不足之处有：1、高温富氧空气的体积和温度都低于高温废气的体积和温度。换热后，高温废气从换热器排出时，仍带走大量的显热。2、还原炉中的料柱直接坐在终还原炉底，料柱的底面不通气，气体只能从料柱底下部侧面泻出。导致炉内气流边缘发育，大部份气流顺炉体边壁向下流出。造成还原料在炉子的截面上中心生成锥形死料柱。边缘还原过度和再氧化严重。3、料柱底部中心死料柱泡在铁水中发生直接还吸热和还原熔化吸热必将冷却铁水，使铁水及渣温度下降而凝固和冻炉。

日本人在中国申请了专利申请号01118551.1的专利：金属铁的制造方法和装置。所述原料是成型物。该成型物实际上是含碳球团的上位概念。成型物的配碳量在还原反应当量以上，竖炉中炉栅下部的燃烧空间向上部提供包括完全直接还原反应吸热2.717GJ/吨铁在内的全部工序热耗。炉栅上部的燃烧空间的燃烧是多余。相反取到两个不希望的效果：1、把还原反应的产物气体中的化学能转变为热能，而无法利用。2、使炉体上的布料或下料机构处于高温不利环境中。

发明内容

本发明的目的要把炼铁的总能耗包括：煤耗、氧耗、电力消耗降低到一个最低水平，提供一种复合含碳球团为原料的复合含碳球团焙熔还原炼铁方法及循环系统装置，提供一种所述复合含碳球团。

本发明构思来源于古老的还原罐炼铁法。这个古老方法是将细碎的铁矿石和木碳按比例混匀或分层装进一个罐子中并密封，然后将装了原料和还原剂的罐子堆码在一个窑中，闭窑后大火焙烧，一段时间后，停火冷却取罐子罐内还原后的金属及脉石倒入熔化炉中熔化为渣铁，分离出铁水和熔渣。

在本发明中，上述罐体的材料变为本来需要还原的铁氧化物的一部分，另一部分配入碳还原剂、熔剂、粘结剂等，然后散装或制成球核置于铁氧化物材质的罐子中。以此同时罐子形状由原来的圆柱形和密盖一起变为密封的球形，直径小到6mm以上。堆码还原罐窑由一个竖炉取代。同样用高温氧化气体和热还原罐进行焙烧。由于本发明中进入竖炉下部的高温气体温度高于罐体及内部物料的熔化温度。罐子不经冷却出窑就地随之熔化，由竖炉下部出口以熔液相排出。

这种古为今用的方法，带来了一个前所未有的效果。如上所述，还原罐的罐体材质是不加碳还原剂的铁氧化物。还原罐体在保护腔内矿石充分还原的同时也被腔内矿石还原产生的气体穿壁而过的过程中进行还原。这种还原过程，对于腔室内产生的还原生物气体来说是借道赶路穿墙而出，对于罐体本身来说是免费午餐半路伏击。

以上所述，铁氧化物质球形罐体及内腔的碳质还原剂、铁氧化物混合均匀的物质组成的球芯或球核组成的球团称之为复合含碳球团。

本发明提供的复合含碳球团内部的二次还原机理作如下表述：

普通含碳团在高于960℃以上温度中进行的直接还原的机理是公知的知识。

直接还原实质上是借助碳气化反应的间接还原，在有碳存在的高温情况下，铁氧化物还原反应的产物气体CO₂立即被碳气化：CO₂+C＝2CO。生成的CO又与铁化物反应，往复循环。当配碳量一定时，两个反应迭加总的产物气体的气相成份因温度而定。在1000℃以上温度时气相成份中CO的体积分数至少在80％以上。这种成份的气体有着相当强的还原势。

复合含碳球团的球核若单独来看也是一个普通含碳球团，具有普通含碳球团的一切性质。整体来看就是一个包藏在内部的一个含碳球核，球核的周围是一层不含碳的铁氧化物多孔介质，性质就是产生了质变化。

复合含碳球团在温度达到反应温度时，内部的含碳球核发生了直接还原和碳气化反应。

F_exO_y+CO＝F_exO_y+＝CO₂

CO₂+C＝2CO

两个反应相迭加得：

F_exO_y+C＝F_exO_y-1+CO

所述含碳球核也是多孔介质，反应的产物气体充盈在介质的孔隙中，随着浓度的不断增加为推动力向外扩散，介质中任一点的孔隙在任一个方面上都可能连通，连通的方式可能是并联也可能是串联。球体中各点与外界的孔隙通道的最短路径只能是这一点到球体表面的距离。由于孔隙对气体扩散的阻滞作用和产物气体的不断产生，气体浓度以压力的形式表征出来，压力的方向指向球体表面的法线方向，在这个法线方向上形成压力梯度。含碳球核内部在各点都发生反应，产物气体在压力梯度的作用下产生强制流动和分子扩散向球核表面渗透。普通含碳球团到这一步骤，产物气体从球体表面迁移到环境气相中就完成扩散的整个过程，复合含碳球团的球核外还有一层不含碳的铁氧化物外层结构，二者合为一个整体球团。含碳球核内部的反应产物气体渗出到球核表面后，受到不含碳的铁氧化物介质层的阻档，至使气体压力升高，产物气体连续地进入该阻挡多孔介质层。沿着原来的压力梯度指向，克服阻力向整个球体的表面继续强制流动和分子扩散。

如上所述，含碳球核渗出表面的产物气体具有相当强烈的还原势，温度越高，CO的体积分数就越高，还原势就越强。在本发明中，复合含碳球团的还原温度在该球团的熔化温度点以下附近。球核渗出的产物气体不但有相当强的还原势，而且还具有高度活化动能。按热传导的规律，复合含碳球团的外层温度高于正在反应的球核温度。球核中的产物气体在不含碳的铁氧化物外层中转化为还原气体。还原物和还原气都处于最佳的接受反应状态，所以铁氧化物外层发生剧烈反应是必然的，是不可阻挡的。由于不存在碳，还原反应只发生间接还原反应：

F_exO_y+nCO＝Fe_xO_y-1+(n-1)CO+CO₂

对于这种复合含碳球团的不合碳的铁氧物外层发生的还原反应，本发明命名为“二次还原”。

如上所述，复合含碳球团的外层间接还原是在高温下的间接还原。还原气体有相当的还原势。这里包函了两层函意所至，一是球核供应的还原气体中CO的体积分数随温度升高而增加，二是对于Fe₃O₄—Fe的还原阶段，温度越高对CO的气相成份体积数要求越低。例如在1300℃时，气相成份分数为17％的CO仍对Fe₃O₄有还原势。

本发明所述的二次还原反应机理在还原反应动力学上的表述特征是还原气体和还原产物气体在微颗粒反应物和反应产物的固相层中扩散阻力可以忽略，不是控制环节，源于含碳核内部产物气体的压力梯度为推动力，气体强制向球体表面流和扩散。反应的速度取决于化学反应环节，而如上所述复合含碳球团的二次还原又是处在高温度高还原势下的间接还原反应，化学反应同样不是限制环节。

所述二次还原在还原反应热力学上最有价值的一个表述特征是：所述二次还原反应是不遵行化学反应平衡的特殊反应。所谓的化学平衡是正反应和逆反应同时发生和速度相等，达到总体上的平衡，因此二次还原的还原气体来自球核内部并具有压力梯度和指向，产物气体CO₂来不及回头与产物铁或产物层发生逆反应就被推出反应区域至到球体表面迁移到环境气相中，在反应点或区域补充上来的是新的还原气体CO，反应在由正反应方向一直进行到底，新补充上来的还原气体从产物铁层和产物层中穿过向外继续与还原物反应，使得产物铁层由内向球体表面推进，直到整个复合含碳团内核和外层反应结束。

所述二次还原的还原机理的另一个表述特征是复合含碳球团的铁氧化物外层沿半径方向从内到外同时发生由难还原到易还原的不同阶段的铁氧化物间接还原反应。铁氧化物的还原反应是分阶段进行是公知知识，分为：Fe₂O₃—Fe₃O₄、Fe₃O₄—FeO、FeO—Fe三个阶段。各阶段还原难易程度由高价铁向低价铁增加，需要的还原气体浓度不同。上一个不遵行化学反应平衡表述物征是征对铁氧化层上某一点或某一区域。本表述特征是从铁氧化层的球体半径方向看，是征对某一时间点，由于所述二次还原中还原气体和产物气体都是流动的，具体说高浓度CO把难还原的FeO还原为Fe后，虽然由于产物气体CO₂的混入降低浓度，向前流动扩散中仍然可以把前面的Fe₃O₄还原为FeO，还原产物FeO供后面新鲜的还原气体再还原为金属铁Fe。还原气浓度再次降低时即使排出球体表面扩散到环境气相，也能把正在预热的别的复合含碳球团个从内外由Fe₂O₃还原到Fe₃O₄。因此Fe₂O₃—Fe₃O₄还原阶段对还原气的气相成份要求几乎为零。

以上是二次还原机理的表述。

由于复合含碳球团的结构特征，在还原时，铁氧化物外层队内部的含碳球核还原保护期到两个方面的作用：1、阻隔了处界环境气相的氧化势对球核中还原反应的干扰。突破了化学热力学上在一个容器或一个区域的氧化气氛中不可能进行还原反应的限制。2、气体在复合含碳球团的外层的流动阻力和扩散阻力增加了含碳球核中的气体压力，从而增加了球核孔隙中的还原气体的还原势和碳气化反应的气化势，加快了球核中的铁氧化物的还原速度。

复合含碳球团的抗氧化的优良表现主要在还原结束后和熔化过程中得到很好的发挥，在还原结束后，无论是普通含碳球团还是复合含碳球团其中的碳都消耗殆尽，还原产物气体抵抗氧化的能力也随之消失。外界环境气相中的氧化性气体开始对还原后的产物进行再氧化，普通含碳球团的碳颗粒从内到外都是均匀的，还原后碳颗粒消失，原来碳颗粒的位置留下了大量空穴孔隙，还原产物形成了大孔隙的海棉状的多孔金属球团。氧化气体长驱直入扩散进金属球团的内部，再氧化反应发生在金属球团表面纵深的地方，并很容易地向内推进。而本发明复合含碳球团的还原产物铁是包裹在未还原为金属铁的氧化铁表层以内。由铁氧化物外层没有颗粒，这层氧化铁的保护层比较致密，并且此时复合球团已下降到熔化温度附近，原还原产物气体通道孔隙已闭合，氧化气体难以进入球团内部，此时复合含碳球团显示出特殊的抗氧化能力。

复合含碳球团球核和外层总的碳铁比低于Fe₃O₄还原为金属铁的化学反应当量，金属铁没有渗碳的余地。金属铁的熔化温度高于表层脉石和氧化铁的熔化温度，球体表面的熔液状物质堵塞了剩余的所有孔隙通道，抗氧化性能更加增强。直到整球团完全熔化。未还原的或轻微再氧化的氧化铁外表层部份和脉石一起成为熔渣，留到终还原炉中再次还原。

复合含碳球团还有一个显著的效果是在焙熔还原过程中，在焙熔还原炉的上部把球团内核中加入的还原煤中的挥发份带入比析出温度较高的区域析出。因还原煤藏在球团的内部。球团的传热是从外部到内部，内外存在着一个温度梯度。挥发份析出球体表面时，球团已下行到比内部析出温度高的环境区域。另一个是铁氧化物外层对挥发份中的细颗粒碳和煤焦油的过滤和截留。这种效果对于挥发份的点火、燃烧就地回收热量或者挥发份裂解为还原气参与球团的初级价段的还原都有着贡献。

本发明复合含碳球团的制备由下列步骤构成：

1、原料的准备。

a：铁氧化物包括：所有含铁的矿石、钢铁工业和制造工业工序中的压延工序中的氧化渣、高炉除尘的所有含铁粉尘料、黄铁矿生产硫酸过程中的硫酸渣。所有铁氧化物原料破碎磨细到0—3mm。分批料化验全铁含量。

b：还原剂包括：无烟煤、烟煤、焦粉、沥青焦、各种木质纤维碳化粉。所有还原剂磨细到0—1mm。分批量化验固定碳含量备用。

c：粘结剂包括：无机和有机两大类所有粘结剂。

d：熔剂包括：氧化钙、碳酸钙、白云石等。

2、原料的配备。

A：铁氧化物分为内核料和外层料.两种料都可以是单一或多品种组合的铁氧化物料。外层料的含铁品位可以等于或低于内核料的含铁品位。

B：以内核铁氧化物批料中总铁量(批料干料重量×含铁品位)为配料计算基准。单位：公斤或吨。

C：还原剂以批料中总固定碳总重为基准，单位：公斤或吨。

D：内核层批料中总碳铁配比为：

E：将碳铁根据需要配比好的内核料再配以适量的水、粘结剂、熔剂、混合均匀。

F：将混合均的内核料用压力成型或滚动成型的方式制成球形的复合含碳球团的内核。

G：所述复合含碳球团的内核也可以用滚动成型设备一层铁氧化物一层还原剂的方式分层成型成多层状组合含碳内核。但是总的碳铁比不超出0.18—0.3的范围。

H：外层铁氧化物料确定含铁品位后配以适量的水、粘结剂置于仓储设备中。

I：将成球好的含碳内核投入滚动成球设备中，再加入外层铁氧化物混合料，继续成型复合碳球团的外层，该步骤的成型控制环节是：

J：根据某种需要，外层料中也可以含有少量碳质还原剂，其碳浓度与内核料的碳浓度之比小于15％。这也不违反本发明外层中以间接还为主的利用内核还原气的宗旨。

K：复合含碳球团的铁氧化物外层可根据需要再盖一层外层原料，例如碳酸钙，则铁氧化物层为次外层.也不违反本发明宗旨。

I：复合含碳球团的直径为6—300mm。

L：复合含碳球团的外层成型也可采用压力成型的方法，将外层料冲压或挤压成半球壳，装入内核或内核混合料的散料，盖上上半球壳，施压成型为整个复合含碳球团球体。

3、复合含碳球团的干燥：

①复合球团的干燥可采用四种方式进行炉外干燥；

(1)自然干燥，(2)利用焙熔还原炉的排出废气余热干燥，

(3)在其它有热量的烟气干燥床上干燥，(4)强制鼓风空气干燥。

②焙熔还原炉内上部烘干床干燥。

复合含碳球团以湿球方式由炉顶装料机构进入焙熔还原炉上部烘干床支撑构架的上部空间，直接利用炉内上部炉气的热量和鼓风动能排出水份到炉外。

如下表1是以Fe₃O₄为原料，在总的用碳量相同的碳铁比相同的情况，还原试验的比较：

表1

本发明总体构思由三个层次的原理方法构成总体技术方案。第一层次为复合含碳球

团二次还原原理；第二个层次复合含碳球团焙熔还原机理，第三个层次为复合含碳球团焙熔还原循环系统装置及炼铁方法。

复合含碳球焙熔还原是在一个竖炉中进行的。复合含碳球团由布料装置的进料管进入焙熔还原炉内部的填充床上部，高于还原后的炉料熔化温的载热氧化性气体从焙熔还原炉下部入口，经高温气体分配室和炉底气体通孔进入填充床的下部。如前所述，还原煤是禁固包藏在复合含碳球团的核心部位，所以在焙熔还原炉中，煤的还原作用与热能作用是分开的。无论是高温还原还是相对低温度还原，高温氧化气氛的气体不与还原煤直接接触，进行热交换的过程中不发生碳气化反应，不产生溶碳消耗和不吸热降温。竖炉逆顺传热效率最高的优势消化容纳了载热气体带入热量，排出炉外的尾气温度可低于100℃以下，使热效率的利用达95—98％。就高温氧化气氛气体在竖炉中只起纯传热作用，对固体状态的复合含碳球团进行焙烧加热。还原过程由复合含碳球的球核直接还原和铁氧化物外层间接还原自身完成。还原完成后随即熔化为熔液相排出炉外。所述的这种还原方法本发明命名为“复合含碳球团焙熔还原法”。

在复合含碳球团的焙熔还原中，复合含碳球团表面排出的气体成份中约有20％以下的CO气体，这部份CO气体的仍有还原势。随着主气流上升到复合含碳球团的球核未发生直接还原的温度区域以及上部区域时，这部份CO气体对整个球团进行炉内气固还原：

3Fe₂O₃+CO＝2Fe₃O₄+CO₂。

由于三点原因：1)，原阶段反应平衡对CO的浓度要求几乎为零。

2)，复合含碳球团的球核配碳量低于球核铁量的Fe₃O₄还原到Fe的化学反应当量。

3)，上述的

的反应是针对整个复合含碳球用的内核和外层由未反应核模型方式进行。

所以复合含碳球团焙熔还原法在炉中对复合含碳球团表面最后排出的气体中剩余的CO第三次完全利用。

本发明复合含碳球焙熔还原能够把还原能耗降到最低的原理正是如上所述遵行的两个原则：热量的最高利用原则和还原剂的最高利用原则。

复合含碳球团焙熔还原中进入焙熔还原炉下部的气体温度高于炉料的熔化温度。球团还原结束是一个标志点，复合含碳球团的内部球核直接还原吸热停止，球团温度剧激上升，球团开始由固相转变为液相，迅速熔化后通过熔体通道流入熔体收集室。实际复合含碳焙熔还原炉下部软熔层的厚度是很薄的，不会造成原对气体流通的阻力限制。

本发明构思的第三个层次是复合含碳球团焙熔还原循环系统，在所述循环系统中，复合含碳球团焙熔还原是作为一个预还原步骤，复合含碳球团焙熔还原后排出熔体还原度为0.7—0.79，金属化率为0.6—0.68。其它步骤实际是对所述熔体进行第一次渣铁分离后终还原和再次渣铁分离，对所述焙熔还原进行热量的提供。第一次渣铁分离的职能是：

1、减少终还原炉的容积，只对含有氧化铁的熔渣进行终还原处理。

2、使已还原的占65％的铁水免受终还原的渗碳，分离的铁水只带走1％以下铁水中碳，减少溶碳的消耗和减少随后的炼钢工序中的除碳负荷。

终还原中二次燃烧率为80％，剩余20％的CO气体随终还原二次燃烧的高温炉气进入燃烧炉参与煤粉完全燃烧，在终还原中同样实现了一个能量100％利用的最高原则，但是与焙熔还原炉还原中的最高利用原则相比，终还原炉输出的剩余能量却是一种循环方式的利用。

对焙熔还原进行供热的煤粉旋风燃烧炉采用燃烬室和燃烧室串联，对燃料和终还原炉输入的未燃烧的可燃气体进行100％的完全燃烧，体现了一个燃料的化学能量完全释放的一个利用原则。燃烧的燃料输入量取决于复合含碳球团焙熔还原炉的全部热量需量扣除还原炉输入的能量(包括带入热量和可燃气体的化学能量)。煤粉旋风燃烧炉输出的高温载热气体进入焙熔还原炉，对复合含碳球团进行热量提供完成了本发明的能量循环过程。

在循环系统中，复合含碳球团焙熔还原炉排出的炉气温度为80—100℃，输入高温气体温度两1580—1650℃，排出的熔体温为1530℃。在中间存储炉中，排铁水温度为1400—1450℃，排入终还原炉的熔渣温为1420℃—1440℃。在终还原中炉中：还原煤的输入量取决于输入的熔体中的铁量的FeO的反应当量。还原煤以煤粉和粒煤两种方式输入，炉底输入氮气为20Nm³/吨对熔渣中的液体和粒煤进行剧烈的搅拌。粒煤每次出铁后一次加够。分离的渣铁温度为1350—1550℃，二次燃烧率控制为78—82％。排出气体温度为1400—1580℃。

在燃烧炉中，燃料可以是气体燃料、液体燃料和固体燃料。空气过量系数为1—1.15，鼓入的空气温度为室温至400℃，燃烧采用旋风燃烧的方式，燃烧炉采用燃烧室与燃烬室串联。在燃烧室与燃炉室之间设置喷管装置，提高燃烧室的能量密度。燃烬室排出的温度控制为1550—1680℃范围。

为了减少炉体的热损失，本发明在所述焙熔还原炉的炉腹以上炉身、中间熔体存储炉和终还原炉顶部采用了保温措施。

附图说明

图1是复合含碳球团焙熔还原循环系统工艺流程及循环系统装置简图；

图2是本发明具体实施方式吨铁物料平衡图；

图3是本发明具体实施方式吨铁能量平衡图。

下面结合图1对本发明作进一步详细说明：

在图1中：1是复合含碳球团焙熔还原炉、2是中间熔体存储炉、3是终还原炉、4是煤粉旋风燃烧炉、5是复合含碳球团、6是下料管、7是烘干床支撑构架、8是焙熔还原熔体温层、9是中央倒V形炉底、10是高温空气通孔、11是熔体通孔、12是高温气体引入口、13是高温气体分配及熔体收集空间、14是熔体排出口、15是密封过桥管道连结、16是中间熔体存储炉熔体入口、17是熔渣排出口、18是虹吸式管道连结、19是出铁口、20是第一次分离的铁水、21是终还原炉熔渣引入口、22是输入煤粉、23是压缩空气、24煤粉喷入口、25是氮气、26是氧气、27是氧气喷入口、28粒煤喷入口、29是第二次分离的铁水、30是终还原炉渣出口、31是炉渣、32是高温炉气出口、33是密封管道连结、34是高温炉气引入口、35燃烬室、36一次鼓入空气、37是二次鼓入空气、38二次空气入口、39是一次空气入口、40是燃烬室高温气体出口、41是密封管道连结、42是高温燃烧产物气体喷出管、43是还原废气排出口、44是循环系统排出废气、45是燃烧炉输入煤粉、46是氮气喷入口、47是燃烧室、48是终还原输入粒煤、49是中间熔体存储炉保温层，50是出铁口。

本发明复合含碳球团焙熔还原炼铁方法循环系统工作过程如下：

复合合碳球团5由提升机构提升到焙熔还原炉1的上方，由水平输送到下料管6；经下料管6进入焙熔还原炉1中的烘干床支撑构架(7)上部的空间，烘干并得到初步的预热。烘干温度为100—320℃，烘干床支撑构架7吊桂在竖炉顶部，减轻烘干床上的炉料对下部炉料的重力传递，具体减少熔化带的软融层的高温荷重，也相当于缩短料柱高度。烘干并预热到250℃是合含碳球团5顺着支撑构架7的边缘和炉壁构成的环形口流到倒V形炉底9上部的炉内空间形成填充床，来自高温气体分配及熔体收集空间13的高温气体经气体通孔10和熔体通孔12进入填充床。进入填充床的载热气体温度为1550—1620℃，首先熔化已经还原结束的金属球团。容让出空间使正在还原的复合含碳球团依靠自身的重力依次下降到各个相应的区域空间并随时填充熔化消失的金属球团所占据的空间。熔化过程是这样的，首先高温气体通孔附近的金属球团层被熔化出一个小溶洞，溶洞容积逐渐增大，熔液以贴壁流的方式顺着溶洞壁往下流，流到炉底后顺着熔体通孔进入熔体收集室，这样熔化形式带来了一个很好的效果；此时的熔体中氧化铁含有一定比例，靠炉壁外是没有熔化的温度较低金属球团，溶洞的洞体壁面实际代替了熔化带的炉壁面工作，使炉壁面免受到侵蚀损坏。在炉底的熔体流动时，下层是铁液相上层是渣液相，铁液保护了炉底和渣相氧化铁接触，渣相又保护了铁液的再氧化。当溶洞的壁受熔化减薄时，支承不了上部的重力压迫，发生局部或整个溶洞垮塌，还原结束的和还原接近尾声的球团落下填充溶洞空间。新的小溶洞又开始形成。上述熔化过程又重新开始，熔化金属球团后的高温温气体穿过熔化形成的溶洞壁和金属球团之间通孔通道继续上升，温度降到金属球团的熔化温度以下，与正在还原的复合含碳球团发逆流热交换，提供预热和还原吸热等所有的工序热耗，上升到烘干床支撑构架下面时温度降到320—350℃，继续预热和烘干在烘干床内复合含碳球团，在炉顶时温度降到100℃以下，此时排出炉外的加热废气带走的热量占输入热量的5％以下。高温载热气体和还原产物气体释放绝大部份热量后变为废气44，从炉顶废气排出口43排入炉外除尘设备中。高温载热气体是终还原炉二次燃烧和煤粉旋风炉的燃烧烟气，旋风流渣除尘效果本身就是旋风炉的一大优势，煤粉旋风燃烧炉输出烟气在炉中就达到80—90的除尘率。所以高温载热气体不会对复合含碳球团料柱的气流通道堵塞，复合含碳球团焙熔炉本身就是一座颗粒气体过滤除尘器，特别是料柱的熔化部位，对高温气体中的微尘飞灰起到粘附捕捉的最佳效果，炉顶部的湿球团对灰尘的湿式粘捕也起到一定阻拦作用。排出的废气对炉后的除尘设备来讲，负荷减轻到很小的程度。复合含碳球团5在得到高温载热气体传递的热量，逐步升温，从干燥、预热、还原反应，在被熔化前结束了还原反应过程。还原结束后复合含碳球团中球核中的碳用完，直接还原停止，直接还原吸热也随着停止，复合含碳球团变成了金属化球团。金属化球团面临的是刚输入的高温载热气体，1550—1680℃的高温气体冲击下，金属化球团温度激剧上升到熔化温度。由于还原的金属铁没有渗碳的余地，熔化温度高于脉石、还原煤灰分、添加剂的熔化温度，先形成的熔渣包围在金属球团的外层，使还原的金属铁不发生再氧化。当达到金属铁的熔化温度时，金属球团变为液体珠滴顺着如上所描述溶洞壁流下，让出第二层金属球团的熔化表面。熔化继续进行。熔化的熔体由熔体通孔11流入高温气体分配及熔体收集空间13，被高温气体继续过热到1500—1550℃，从出口14经密封过桥管道连结15和中间熔体存储炉的入口16进入中间熔体存储炉2中。

在所述中间熔体存储炉2中熔体靠自身的比重作用进行渣铁液相分离。铁水沉于下部，渣熔体浮于铁水之上。循环系统中第一次分离的铁水20由一次出铁口19排出，进入炼钢工序。第一次分离的铁水由于在焙熔还原炉中没有过多的残碳供金属铁渗碳，铁水中带走的熔解碳在1％以下。减少了炼铁工序的碳素消耗也减轻了炼钢工序的除碳负荷。渣熔体中含有没有金属化的剩余FeO，焙熔还原过程中还原度为73—78％剩余的27—22％的氧有待于终还原中再还原，熔渣由排渣口17经虹吸式管道连结18通过终还原炉的熔渣引入口21进入到终还原炉的内腔中。第一次分离出去的铁水温度为1500℃，供应给终还原炉的渣熔体温度为1510℃，供应的方式可以是阶段性的，也可以是连续性的。

中间熔体存储炉2向终还原炉3排入渣熔体的同时，终还原所需要的还原煤由两路进入内部反应空间，一路是还原煤粉22由压缩空气23携带由喷口24喷入上一炉未放尽的铁水，另一路是抑制泡沫渣过多产生的并参与反应的还原粒煤48。煤粉的粒度在1mm以上，粒煤的粒度在1—20mm之间。粒煤48由压缩空气23经喷口28喷入熔渣的上表面。同时启动喷氧装置，二次燃烧的氧气26经氧气喷口27喷到熔渣表面上部的二次燃烧空间。二次燃烧率控制在80％左右，这80％的燃烧率内也包括还原煤中的挥发份的燃烧。还原煤的喷入量包括粒煤和煤粉的两者之和。喷入量按煤中的固定碳量满足所需要还原的FeO量的化学反应当量碳量加上铁水中渗碳量，再加上粒煤的烧损量计算。搅拌和铁溶所需的氮气25从经还原的下部喷口46喷入铁水中。终还原反应结束后铁水29从铁口50排出，渣31从渣口30排出。二次燃烧的高温炉气提供终还原所需的全部工序热耗。剩余的热能由产生的高温炉气携带从排气口32经密封管道连结33向煤粉旋风燃烧炉4输送，参与煤粉燃烧和热量迭加，循环到焙熔还原炉的供热量中。这部份热量占总供热量的23—25％。终还原剩余热量100％的循环利用是本发明的一个主要特征。而且这部份热量的加入，近1.0GJ/吨铁的热量由1550℃的高温炉气携带进入煤粉旋风燃烧炉的燃烧室，对燃烧室内的煤粉和空气预热搅拌混合，以致于点火和稳定燃烧起到极大的积极作用，也为本发明循环系统中的煤粉旋风燃烧炉直接使用冷空气起到热空气的效果。

根据焙熔还原炉所需要的全部工序热耗和终还原炉循环进来的热量及自身所消耗的热所平衡的需要量的煤粉45由压缩空气喷入一次空气36中，经一次空气入口39进入燃烧室47中，二次空气37从二次空气入口中38以100m/秒以上的速度切向吹入燃烧室47产生强烈旋转运动，一次风带入的煤粉在二次风的强烈混合下进行高速旋转燃烧。燃烧温可达1750℃。煤中的灰分在熔融状态下被甩到旋风炉的炉壁上，顺壁流下形成液态排渣。颗粒状的煤粒也同样被用到炉壁的融渣层上附着，与旋转的空气产生摩擦式的传质燃烧。燃烧室47中产生的燃烧烟气和终还原的二次燃烧气体混合由喷管42喷入燃烬室35进一步燃烧，达到百分这百的完全燃烧，燃料的化学能得到完全释放。燃烧的产物气体载着全部的热量从燃烬室的烟气出口40离开煤粉旋风燃烧炉，进入密封管道连结41，由焙熔还原炉的下部入口12进入高温气体分配及熔体收集空间13。再通过倒V形炉底9的通孔11和通孔10进入复合含碳球团填充床，提供焙熔还原过程的全部工艺热量、还原吸热和金属球团的熔化热等热量。进行新的不间断的复合含碳球团焙熔还原循环系统的物料、能量的循环运动。

为了减少炉体的散热损失，本发明在焙熔还原炉的熔化带以上炉身的耐火材料与炉皮钢板之间砌筑隔热保温砖，把炉体保温部位的表面温度与环境温的温差降为20℃以下。在中间熔体存储炉的所有炉体表面也采用了隔热保温。如图1中的8和49所示。管道连结33和41采用碳化硅材料的管壁外包围磷酸盐结合的膨胀珍珠岩保温材料。

循环系统装置中的各个不同功能的炉子之间连接除了图1所示的连接形式之外，根据产品的成份要求和车间布置可以灵活进行如下连接：

(1)当要求铁水中的含碳量高时，例如生产铸造生铁可以由焙熔还原炉与终还原炉直接短路连接。即不经过中间熔体存储炉2。熔化的渣铁熔体直接流入终还原炉，铁水由终还原炉的出铁口50放出，省去密封过桥管道连结15。

(2)将图1中的煤粉旋风燃烧炉4由竖直状态旋转为水平状态，燃烬室的高温气体出口40与所述焙熔还原炉的高温气体入口12直接连接，省去密封管道连结41。密封管道连结33接上一个直角弯头管道。

(3)煤粉旋风燃烧炉4的高温气体入口34与终还原炉3的的上部高温炉气出口32接连接，省去密封管道连结33，密封管道连结41不变。

(4)煤粉旋风燃烧4坐在终还原炉3的顶部，煤粉旋风燃烧炉4的燃烧室47直接和终还原炉3的二次燃烧空间相通形成二位一体，密封管道连续41不变。

(5)煤粉旋风燃烧炉4的燃烬室35与焙熔还原炉的高温气体分配及熔体收集室13相通连接形成二位一体密封管道连结33不变。

(6)煤粉旋风燃烧4的燃烬室35与焙熔还原炉1的高温温气体分配及熔体收集室13相通连接，下部燃烧室47与终还原炉3的二次燃烧空间相通连接，形成三位一体。

本发明与现有技术比较，有几大独立优点。

1、低能耗方面的优点。在预还原中配入复合含碳球团中的还原剂经过球核直接还原、铁氧化物外层间接还原和焙熔还原炉中Fe₂O₃—Fe₃O₄阶段的易还原的三次利用，利用利达98％以上，终还原中给入的还原剂100％利用，煤粉燃烧炉中的燃料100％化学能释放，焙熔还原炉排的废气仅带走总能耗的2％的炉气焓。总煤耗为352.57—368.98kg标煤/吨铁、氧气消耗78.25Nm³/吨铁、鼓风电力仅为37kwh。在本发明循环系统内能量的利用效率达98％。

2、生产效率方面的优点。传统的二步法熔融还原中高预还原率的还原温度在900℃以下，炉料在预还原炉中运行的时间为4—6小时。本发明中复合含碳球团在焙熔还原炉中的还原温度在1500℃、炉料在预还原中运行时间为25—30分钟，缩短了8—14倍的时间，生产率提高了1个数量级，吨铁炉体散热损失降低数倍，解决了高预还原设备大头终还原设备小尾的长期问题。

3、热负荷与传热效率的配置优点，从传热效率来说，在所有传热方式中竖炉的逆流传热效率最高，终还原炉中靠辐射传热，传热效率较低。本发明中预还原的焙熔还原炉承担了74％的热负荷，终还原炉只承担26％的热负荷，特别把2GJ/吨铁左右的渣焓和铁水焓由焙熔还原炉承担，充分发挥竖炉逆流传热效率最高的不可替代的优势。

4、设备连接的优点，在所有二步法熔融还原中预还原向终还原的物料转移都是850℃左右的固相转移方式，设备的连接和输送机构在高温状态中工作的冷却一直都是困难问题。本发明中预还原向终还原的物料输送是液相转移。液相的转移只靠自身重力，无需输送机构。设备的连接由简单的管道连结连接。

5、高温载热气体的清洁优点，在所有二步还原法中，从终还原炉向预还原炉输送的高温气体无一不经过高温气体降温除尘，以防止料柱气体通道堵塞和颗粒粘结。一是增加设备，二是丢失部份热量。本发明中循环系装置中的煤粉旋风燃烧炉自身就是一台高效率的高温烟气除尘器，从喷管中喷出高温气体的除尘率在90—92％。直接输入焙熔还原炉不会造成料柱颗粒间气流通道堵塞。更何况料柱下部熔化部位对高温气体的飞灰起到粘附捕捉和熔化的作用。

6、高温氧化铁对耐火材料的侵蚀具有较大改善的优点，本发明的预还原中的预还原度为70—78％，金属化率63—65％。终还原只处理近三分之一的铁量的氧化铁，原负荷减轻。进入终还原的熔渣中的氧化铁浓度相对降低。熔渣在焙熔还原炉中停留时间短。中间熔体存储炉承担了熔渣的存储大部分时间。可使终还原炉阶段性操作，缩短氧化铁在终还原中的寿命时间。中间熔体存储炉是一个简单的容器，耐火材料的更换修复比较方便，整体存储炉的交替更换更为方便，对生产作业的连续性不会造成影响。从这方面而言中间熔体存储炉是焙熔还原炉和终还原炉移到炉外的快换炉底和炉缸。

7、系统装置的设备通用性和操作技术的成熟性优点。本发明循环系统内外装置的设备技术和操作技术均为现有技术。几乎现在高炉生产中的所有设备皆可为用，这为将来对高炉生产工序的改造和替代就设备投资成本不能不说具有诱惑力。特别是所属的氧化球团厂的整套配料成球生产线对于复合含碳球团的制备更是大有用武之地。

8、铁氧化物及铁矿石原料的含铁量品位可适宜降低要求的优点。包括高炉在内的任何一种熔融还原二步法中，只要涉及预还原的还原气靠下部或终还原提供，工序热耗只能来自不完全燃烧提供。热量成本是完全燃烧的3倍。熔化1kg渣，需约1.8MJ热量，折合80％固定碳的焦0.225kg，熔融还原中虽是靠二次燃烧供热，但终还原炉传热效率低，成本同样高。本发明中，热量的提供是煤粉的完全燃烧，熔化1kg渣只折合25MJ/kg的烟煤0.072kg，本发明可在降低矿石品位要求所降低的矿石成本与增加的冶金成本之间寻求利润空间。

9、煤种、挞配优点，本发明中只对加入复合含碳球团的无烟煤的挥发份要求在7％以下。输入终还原的无烟煤的挥发份则在20％以下。对煤粉旋风燃烧炉来说可使用任何一种发热值在23MJ/kg以上的烟煤，对挥发份要求无限制。特别使长烟煤等高挥发份的煤种进入炼铁领域创造条件。三种煤都要求硫含量在1％以下。

10、对环境友好的优点，本发明煤的燃烧是完全燃烧。煤粉旋风燃烧炉的空气过量系数为1—1.15，1700℃的高温炉内环境下，挥发份中的任何对环境造成污染的有机物质都不可能不裂解燃烧。煤中的灰份90％以上被高速旋转的高温气流进行液态、气态分离。飞灰在焙熔还原炉中正在熔化的料料底部熔化层的融状体金属球团粘附捕捉拦截。终还原炉中的二次燃烧高温炉气进入煤粉旋风燃烧的燃烧室，客观上降低了空气中的氮气成份浓度，同时也降低了氧气成份的浓度，抑制燃烧中氮氧化物的生成起了很大作用。另外，焙熔还原炉中复合含碳球团反应时，渗出球团表面的气体中剩余的一氧化碳又可对少数生成的氮氧化物进行还原，重新生成氮气和二氧化碳。

具体实施方式。

按照本发明所述复合含碳球团焙熔还原循环系统装置炼铁的方法：1、复合含碳球团制备

1.1 表2 实施方式硫酸渣精选铁精矿的化学成份％

表3 实施方式配入复合含碳球团无烟煤成份％

1.2 内核批料：

【1】硫酸渣铁精矿粉(干料)：786.41kg

【2】还原煤：140.5kg

【3】CaO：21kg

[4]粘结剂：17kg

[5]水：136kg

1.3 外层料：

1.3.1 硫酸渣铁精矿(干料)：786.41kg

1.3.2 粘结剂：17kg

1.3.3 水：136kg

1.4 按本发明复合含碳球团制备方法制得干燥复合含碳球团1768.33kg。

2、将上述制得复合含碳球团投入本发明循环系统装置，经过焙熔还原、第一次分离铁水、终还原等步骤即可得到低能耗铁水。

3、物料及能量平衡：

3，1物料平衡如图2所示。

3.2 能量平衡如图3所示。

4、本发明具体实施方式能耗为如表4所示。

表4 生产一吨铁水能耗：

 

总煤耗(kg标准煤)	357.66(10.468GJ)
		氧气消耗(Nm<sup>3</sup>)	78.25
鼓风电能消耗(kw.h)	37

Claims (9)

1、一种以煤为燃料和还原剂的熔融还原炼铁方法，其特征在于包括如下步骤：

[1]以复合含碳球团为原料；

[2]由焙熔还原炉、中间熔体存储炉、终还原炉、煤粉旋风燃烧炉及各炉之间密封管道连结件组成炼铁循环系统；

[3]预还原在焙熔还原炉中进行，复合含碳球团进入焙熔还原炉经过干燥、预热，还原反应和熔化等过程，以液相排入中间熔体存储炉；

[4]熔体在中间熔体存储炉中进行第一次渣铁分离，分离铁水后的熔渣排入终还原炉；

[5]进入终还原炉的熔渣进行剩余氧化铁的终还原反应，二次燃烧产物气体排入煤粉旋风燃烧炉的燃烧室；

[6]进入煤粉旋风燃烧炉燃烧室的终还原炉二次燃烧产物气体与同时进行的空气和煤粉进行混合初步旋风燃烧后，由喷管进入燃烬室100％完全燃烧，形成高温载热氧化气氛气体对焙熔还原炉提供所需全部热量；

[7]复合含碳球团结构为铁氧化物外层和含碳铁氧化物球核，球核的配碳量低于球核中铁氧化物由Fe₃O₄→FeO→Fe的直接还原化学反应当量；

[8]煤粉旋风燃烧炉输入焙熔还原炉的高温载热气体温度为1550—1680℃；

[9]焙熔还原炉排入中间熔体存储炉的熔体温度为1500—1550℃；

[10]中间熔体存储炉中排出的铁水温度为1400—1450℃，排入终还原炉的熔渣温度为1420—1460℃；

[11]在终还原炉中；

①还原煤的输入量取决熔体总的FeO→Fe直接还原反应当量和二次分离铁水中带走的碳量；

②还原煤以煤粉和粒煤两种方式输入，粒煤在出铁后一次性加够；

③二次分离的渣铁温度为1350—1550℃；

④二次燃烧率控制为78—82％：

⑤排出气体温度为1400—1680℃：

[12]煤粉旋风燃烧炉中；

①燃料煤的输入量取决于焙熔还原炉的全部工艺热耗和煤粉旋风燃烧炉自身散热和煤粉分解热再扣除终还原炉输入热量；

②鼓入空气温度为室温到400℃：

③输入煤和终还原炉输入的二次燃烧剩余CO的空气过量系数为1—1.15；

④所需要输入的煤粉由压缩空气携带喷入一次空气进入炉中；

⑤一、二次空气量的体积分别占总空气量体积的25％和75％；

⑥一、二次空气均以切向进入燃烧室；

⑦二次空气进入燃烧室的速度为60—130m/秒；

⑧一、二次空气进入燃烧室的压力为3000—5000mm水柱；

[13]焙熔还原炉的炉腹以上炉身，中间熔体存储炉终还原炉的炉顶和各炉之间密封管道连结都采用隔热保温措施。

2、一种权利要求1所述炼铁方法的专用循环系统装置，包括焙熔还原炉(1)、中间熔体存储炉(2)，终还原炉(3)，煤粉旋风燃烧炉(4)，密封过桥管道连结(15)，密封管道连结(18)、密封管道连结(33)和密封管道连结(41)，其特征在于：

A、所述焙熔还原炉具有：下料管(6)、烘干床支撑构架(7)、中央倒V形炉底(9)、高温空气通孔(10)、熔体通孔(11)、高温气体分配及熔体收集空间(13)、高温气体引入口(12)、还原废气排出口(43)和熔体排出口(14)；

B、所述中间熔体存储炉具有：熔体入口(16)、出铁口(19)和熔渣排出口；

C、所述终还原炉具有：熔渣引入口(21)、煤粉喷入口(24)、氮气喷入口(46)、粒煤喷入口(28)、氧气喷入口(27)，高温炉气出口(32)、渣口(30)和出铁口(50)；

D、所述煤粉旋风燃烧炉具有：燃烧室(47)、燃烬室(35)、高温炉气引入口(34)、二次空气入口(38)、一次空气入口(39)、高温燃烧产物气体喷出管(42)和燃烬室高温载热气体出口(40)。

3、根据权利要求2所述循环系统装置，其特征在于：根据需要，所述焙熔还原炉和所述终还原炉之间具有短路连结。

4、根据权利要求2所述循环系统装置，其特征在于根据需要和车间布置：

4.1 高温气体出口(40)与高温气体入口(12)直接连接，密封管道连结(33)不变；

4.2 高温气体入口(34)与高温炉气出口(32)直接连接，密封管道连结(41)不变；

4.3 燃烧室(47)与终还原炉二次燃烧空间直接相通连接，密封管道连结(41)不变；

4.4 燃烬室(35)与高温气体分配及熔体收集直接相通连接，密封管道连结(33)不变；

4.5 燃烧室(47)与终还原炉二次燃烧空间直接连接，燃烬室(35)与焙熔还原炉的高温气体分配及熔体收集直接连接。

5、一种权利要求1所述炼铁方法中使用的专用复合含碳球团原料，其特征在于所述复合含碳球团具有；

A、一个包括铁氧化物、碳质还原剂、熔剂、脱硫剂和粘结剂按需要比例混合均匀球核；

B、一层包括铁氧化物，粘结剂按比例混匀将所述含碳球核包裹在内部的球体外层或次外层。

6、根据权利要求5所述复合含碳球团原料，其特征在于所述球体外层或次外层的碳浓度与所述球核的碳浓度之比为；

外层碳平均浓度/球核碳平均浓度＝0—0.15。

7、根据权利要求5所述复合含碳球团原料，其特征在于所述球核的含碳量为：

C_球核/Fe_球核＝0.18—0.3

C_球核——所述球核中固定碳重量，单位kg或吨；

Fe_球核——所述球核中铁元素重量，单位kg或吨。

8、根据权利要求5所述复合含碳球团原料，其特征在于所述外层铁氧化物中铁元素重量与所述球核铁氧化物中铁元素之比例为：

Fe_外层/Fe_球核＝0.8—1.2。

9、根据权利要求5所述复合含碳球团原料，其特征在于所述复合含碳球团直径为6—300毫米。

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