CN1008540B - 直接还原的方法及其窑 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在回转窑中实施的直接还原的方法，在该方法中，含高挥发份的固体碳质物质在大体上没有向窑内导入推动气体的情况下从窑的两端被推入窑内，还提供了一种实施该方法的回转窑。

Description

本发明涉及回转窑中采用既作燃料又作还原剂的高挥发份的煤直接还原矿石。具体地说，本发明涉及海绵铁的生产，但又不局限于此。

海绵铁生产的直接还原法的优点是能够还原高品位的铁矿石，而不必用传统的高炉冶炼中所使用的昂贵的焦炭。直接还原法所用的可以代替焦炭的还原剂包括各种固体反应物，例如未焦化烟煤、无烟煤以及褐煤，还包括各种气体的还原剂。

在生产海绵铁的传统直接还原方法中，铁矿石被连续地输入回转窑的上端，与至少若干份还原剂和熔剂混和。通过回转窑的排料端引入可燃物的燃烧，还可通过回转窑的入口端任意地引入可燃物的燃烧，达到还原。

虽然有人业已在利用外加的能量方面作了一些尝试，例如，利用通过筒体吹入空气使回转窑炉料在加热和还原过程中所放出的一氧化碳和别的可燃物燃烧时的能量。但是在回转窑中直接还原铁矿石中采用既作燃料又作还原剂的含有高挥发份的廉价低级煤方面的尝试几乎都不成功。

在全部用高挥发份煤作燃料和还原剂的一种尝试中，煤由排料端吹入回转窑。结果，操作上有困难，金属还原差，由回转窑中排出不均匀的固体。

可以认为，这是由以下因素所造成的：回转窑内气体组份是变动的，但供给的空气量是恒定的;窑内气体压力的波动;窑内煤的分布不均匀。

另一方面，业已证明，由回转窑的进料端进煤的尝试是不行的，因为大部分挥发物从回转窑内喷出成为废气而与燃烧的气体一起排走。

操作上的困难在于实施这些方法，因为需要在燃烧器之后增加进一步冷却的设备和较大处理能力的废气处理装置。

最后，有人曾提出，从回转窑的排料端将高挥发份的煤吹入，而一部分煤从其入口端输入。对这种方法来说，从入口端输入的煤的挥发物随还原过程中产生的废气排出，从而损失了能量。

此外，这类回转窑在操作上的困难主要在于废气的含量和废气的处理装置。解决上述这些问题的办法是改变向回转窑中供给空气的方向，以利于燃料和挥发物的燃烧。

本发明的目的在于能够在回转窑直接还原中使用含高挥发份的碳质物既作燃料又作还原剂，又克服上述方法中的至少一些缺点，并且使从碳质物的挥发物中得到比上述方法更多的可利用的能量。

本发明的第一个方面提供了一种矿石直接还原方法。在该方法中，矿石和所需的任何熔剂被输入具有氧化性气体的热回转窑内，氧化性气体由沿回转窑的长度方向上设置的许多入口导入;而既作燃料又作还原剂的含高挥发份的碳质固体物质由回转窑的两端推入，大体上没有导入任何推动剂。

本发明的第一个方面的另一个特点是回转窑中被还原的矿石可在铁矿石、含钛铁矿石和含铬铁矿石组成的一组矿石中选择;补加的碳质物被推入回转窑中的取终还原段;提供的氧化性气体其中被通入预热段的，流向排料端，通入还原段的，流向进料端;氧化性气体是空气或者富氧气;推动剂是压缩空气;炉料则是在回转窑内被挡住的。

本发明的第二方面提供了一种实施本发明的第一方面的方法的一种回转窑。该回转窑有矿石和熔剂的进料装置，已还原的产品的排料装置，窑内气体产物排出的气体收集装置，沿着回转窑长度导入氧化性气体的风口，还有从回转窑两端将固体碳质物推入的推动装置，被采用的推动装置大体上不会向窑内导入气体推动剂。

推动装置最好包括碳质物推入的一般气动装置;一只箱体，其上有一个入口，用于接受被推入的碳质物，还有一个出口，用于将碳质物排入窑内，箱体直径比它的出口大得多;一个排气装置，排气装置在箱体上的连接要做到在使用推动装置时可将箱体内出、入口之间的几乎全部推动剂都去除。

回转窑的再一个特征是装有将碳质物推入回转窑还原段的附加推动装置;氧化性气体导入窑内的风口均单独控制;风口要弯曲到导入回转窑预热段的氧化性气体向着排料端流动，而导入还原段的氧化性气体向着进料端流动;回转窑的挡料装置包括在至少预热段设置的和在还原段随意设置的纵向间隔的挡料圈。

应当指出，本发明的方法特别适合于在具有大长径比，至少20至35的回转窑中实施。以下结合附图通过实施例对本发明作更详细地叙述。

附图说明：

图1为本发明的一种回转窑的示意侧视图;

图2为图1的回转窑中所用的推动装置的横剖视图。

一般来说，回转窑1的长度L＝65米，直径d＝2米，L/d＝32.5，回转窑1的长径比要较通常长径比大约大于12的大多数的回转窑大得多。

回转窑按常用的方法，通过回转窑1入口端上的加料斗2连续地供料，产品通过溜槽3在回转窑1的出口端排出。包括高品位铁矿和熔剂石灰石或者白云石的炉料按箭头“a”和“b”所指的路线通过。驱动装置和托辊4用于支承回转窑1并使其旋转。

回转窑1装有一对推动装置5，分别设置在回转窑1的两端。推动装置5适合于在没有任何大量推动剂导入的情况，将直径小于25毫米的含高挥发份的粒状煤推入回转窑1中。为了方便，采用空气作推动剂。

图2更清楚地表示了推动装置5，它包括一个箱体6，由常用的气动装置7把煤带入到由入口8进入箱体6的气流中送给箱体6。箱体6的直径比箱体上通向回转窑的排出口9的直径大得多。推动装置5还包括一个使推动空气从入口8和出口9之间的箱体6中去除的排气风扇10。

回转窑1在排料端还装有附加推动装置11，用于把煤推入回转窑1中的最终还原段。后者，即附加的推动装置11可随意地包括上述类型的推动装置，亦即包括一个箱体和排气装置，或者可仅包括常用的推动煤的气动装置，由于该装置是公知的，在此不作赘述。

很清楚，附加推动装置11的作用仅仅是把煤这种形式的还原剂供入到推动装置5推动的煤无法到达的最终还原段。

回转窑还装有许多单独控制的风口12，用于导入煤和煤的挥发份燃烧所需的空气以及使回转窑 气氛中CO与CO₂之比达到最佳值。

应当指出，从图1中看，回转窑有许多风口12，其中预热段上安置的两个风口被弯曲成能够使气流向着回转窑1的排料口流动，其余安置在还原段中的风口被弯曲成能够使气流向着回转窑1的进料端流动。

很清楚，把煤送入回转窑1中而不夹带任何推动气体，特别是如空气那样的氧化性气体，便可允许单独控制的风口12很精确地调节回转窑气氛的压力和组份。

很明显，由回转窑的进料端推入的煤中的任何挥发物将在回转窑预热段的一个区域内被放出，该区域离回转窑进料端足够远，以致挥发物在对本方法没有起到任何有用的作用是不会随废气逸出的。另外，推动空气的有意识排除使气体处理装置被处理的气体体积减至最小。

应当指出，在回转窑的排料端，大量地排除空气可使回转窑中出来的诸如海绵铁的还原产品的氧化的可能性减至最小。在没有任何推动气体排气装置的情况下，可有选择地包括任何附加的煤推动装置11，如图1中所示，并设置在回转窑的排料端。由于该装置是想把煤推入回转窑的最终还原段，所以为了达到此目的不需要大量的空气。

很清楚，本发明的方法在很大的程度上沿用沿着回转窑的长度朝进料端的方向上把空气直接供入窑内的常规做法，两者之间的唯一明显的区别在于本发明是使预热段中供给的空气流向回转窑的排料端。这就具有两个优点，既可使这种空气随窑内废气带走减至最小，又可避免由进料端推入的任何煤聚集在风口出口中。

回转窑1还装有一对纵向间隔的挡料圈13，它们在窑壁中形成且在离端壁30米之内的回转窑1的入口段设置。这两个挡料圈在回转窑1的整个直径上延伸，大体上呈环状。

在工作中，挡料圈13留住炉料，以致可提高回转窑的能力，尤其是预热的能力。在此借助煤和煤的挥发物与空气的燃烧使回转的炉料预热，同时，回转的炉料与落在其表面上的剩余的未氧化的煤混合。煤的分布要选择到可使煤分布在沿着回转窑的长度很宽的距离范围内，并且与炉料形成一种均匀的混合物。

通常，包含煤的炉料在大约900℃离开预热段，进入回转窑的中段和后段，并在那里温度为950-1050℃下使大约95%的炉料大体上完全还原。炉料在大约1050℃下通过所提供的溜槽3离开回转窑。

申请人相信，上述的回转窑在能量利用率方面较以前所使用的回转窑高，因为在一般窑的预热过程中从包含还原剂的炉料中放出的挥发物惯常由回转窑排入大气而废弃。本发明则用于预热炉料。

而且，设想上述的回转窑能提供与具有较小的长径比较常见的回转窑相同的炉料容量。因此，申请人的回转窑在托辊上施加的负荷大体上是较小的，而且辅助托辊和驱动装置均不必满足在高负荷状态下所需要的那种技术要求。再有，申请人的回转窑的投资费并不比较常见的回转窑的投资费用有很大的差别。最后，因为空气是在整个回转窑内供给燃烧的，所以废气燃烧之后几乎不需要空气，故而使仍较多的费用减至最少。

很清楚，上述的本发明在没有离开其范围的情况下可作出多种变换。特别是回转窑的尺寸可以作很多的变动而仍旧保持较大的长径比。进口端和出口端也可供给许多用于供应碳质物的管子。

通常，设想中的氧化性气体是空气，但可能的话也包括富氧的空气。

在特殊的情况下，在炉料送入回转窑之前，可能还需要供给与炉料一起混合的补加的碳质物。例如，可把从回转窑排出的不被人所注目的废气中回收的炭当作一种与进料混合的添加物来使用。

Claims (11)

1、一种直接还原矿石的方法，包括把矿石和任何所需的熔剂送入具有氧化性气体的热态回转窑中，氧化性气体由沿着窑的长度设置的许多入口被导入回转窑内，其特征在于即作还原剂又作燃料的含有高挥发份的固体碳质物质，从回转窑的两端，在大体上没有向窑-引入任何推动剂的情况下被推入回转窑，补加的碳质物质被推入回转窑的最终还原段；氧化性气体以气流状供入，在回转窑预热段中的氧化气体流向排料端，在回转窑还原段的氧化性气体流向进料端。

2、如权利要求1所述的一种方法，其特征在于被还原的矿石由铁矿石、含钛铁矿石和含铬铁矿石组成的一组矿石中选择。

3、如权利要求1所述的一种方法，其特征在于氧化性气体由空气和富氧空气组成的一组气体中选择。

4、如上述的权利要求中的任何一项的一种方法，其特征在于推动剂是压缩空气。

5、如权利要求1、2或3所述的一种方法，其特征在于炉料在回转窑内被挡。

6、如权利要求4所述的一种方法，其特征在于炉料在回转窑内被挡。

7、如权利要求6所述的一种方法，其特征在于炉料在回转窑的预热段中被挡。

8、一种实施直接还原方法的回转窑，包括筒体，把矿石和熔剂供入窑内的装置，从窑内排出还原产品的装置，排出窑中放出的气体产物的气体收集装置，沿窑长导入氧化性气体的风口，其特征在于推入固体碳质物质的推动装置设置在回转窑的每一端，被采用的推动装置大体上不会向窑内导入推动剂;所说的推动装置包括推入碳质物质的常用气动装置，一个有一个接受被推入的碳质物质的入口和一个把碳质物质排入回转窑中的出口的箱体，箱体的直径比其出口直径大得多，以及一个排气装置，箱体与排气装置的连接要使在使用推动装置时可把绝大部分推动剂从箱体出、入口之间的箱体中去除;所说的回转窑有把碳质物质推入窑的最终还原段的附加推动装置;风口均单独控制，并被变曲到使在窑的预热段中导入的氧化性气体流向窑的排料端，而使在窑的还原段中导入的氧化性气体流向窑的进料端。

9、如权利要求8所述的一种窑，其特征在于所说的窑具有挡料装置，包括在窑的至少是预热段中设置的纵向间隔的挡料圈。

10、如权利要求9所述的一种窑，其特征在于挡料装置设置在窑的预热段和还原段。

11、如权利要求8至10中的任何一项的窑，其特征在于所说的窑具有的长度与直径之比为20-35。

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