CN1012580B - 一种炼海绵铁的新工艺及炉型 - Google Patents

Abstract

本发明属于用直接还原法炼海绵铁技术，包括一种新的工艺方法及炉型。

通过本发明炉顶上的上、下料斗及炉内的螺旋焊接体，可使矿石和煤分层装入，并在各自的螺旋容室内凭自重向下做螺旋运行。炉内空气从炉下部的风口处吹入，并与风口处的煤燃烧，产生的热能及高温还原性气体，通过螺旋钢板上的孔向上运行。该技术与已有技术相比，节省能源、节省投资、工艺简单，易于操作，可提高技术经济效益。

Description

本发明属于用直接还原法炼海绵铁技术领域。

近年来，用直接还原法生产海绵铁的技术以其可以用价格便宜，储量丰富的非焦煤代替昂贵的焦炭、石油、或天然气;可以直接使用粉矿、造球或块矿且可省去高炉炼铁法三个生产流程中的两个流程（烧结和炼焦）等优越性，而在商业上获得了成功。目前，在国内外用直接还原法生产海绵铁工艺方法主要有：竖炉运动床、回转窑直接还原法、流化床工艺及反应器固定床工艺等，这些方法各有千秋，如竖炉运动床，由于这种工艺及炉型属真正的逆流操作，在设计上可以使废气中未利用的还原剂重新循环，所以它可以取得最大的能量利用效率，但因该工艺主要包括两个不同的工段-还原性气体的发生和矿石还原，故在竖炉运动床之外，还必须设置气体转化炉，还原气体是在转化炉中利用天然气及燃料转化而成，并且是截热，故必须将气体保持在750°～900℃的高温下送进炉内，这对于大多数缺乏天然气原料的地区来说，显然是不适用的。又如用回转窑直接还原法，可以将矿石、煤、回收焦、石灰石或白云石（脱硫剂）一起从加料端加入到回转窑中，在整个窑身的适当位置有控制地鼓入空气，燃烧还原时产生的挥发分和一氧化碳，可把炉料加热到还原温度，是一种使矿石和固体还原剂在较高的温度下能够有效接触的简单方式，因而是一种颇有吸引力的方法，目前我国也大都采用这种工艺。但是，因为其传热速度和反应剂的接触效率不如其他工艺且固体燃料需粉碎后再喷到炉内燃烧;其容量与产量比系数较低;与电炉配合炼钢困难;出来的产品需筛分和磁选等，致使生产单位直接还原铁的能耗较高，能量利用率低。故而使回转窑法炼海绵铁也受到限制。流化床工艺仅仅是对某些细粒铁矿是最好的办法，但还原铁的大部分湿热在实践中无法预以回收。而反应器固定床工艺，是由若干个反应器相互串联，反应气体依次连续流过整个系统，因此也需要设置还原气体发生器及天然气加水转化装置，工艺过程较为复杂。

根据上述工艺存在的不足，本发明在已经投入工业生产的用直接还原法炼海绵铁工艺的基础上，提出了一种新的工艺方法及炉型，目的在于减少钢铁生产工序，降低能源消耗。提高海绵铁产量，现将本发明基本构思简述如下：（参看图1）

将矿石和煤分别从炉顶装入，炉内装有用金属制作的螺旋焊接体，矿石和煤各自在自己的螺旋容室凭自重向下作螺旋运行，螺旋钢板上钻有若干小孔，如同筛子一样，以便气体通过，炉内空气是从炉子下部的风口处吹入炉内，并与风口处的煤燃 烧，产生热能及高温还原性气体，矿石在下行的过程中，经过预热，还原，最后在风口以上的自己的螺旋容室出口处凭自重流出炉外。煤在下行时，也经过预热，并不断改变气体成分，保持炉内有比较浓的还原性气体，最后在自己的螺旋容室出口处进入到炉下部，在风口处与空气接触燃烧，产生热能和还原性气体，高温还原性气体穿过螺旋钢板上小孔，与矿石、煤接触，并作直线一直向上运行，使整个炉内有关气体还原、热交换，炉料与煤气相对运动的基本原理与高炉相同，由于炉料是均匀的一层矿石一层煤，因而煤气分布更均匀，顺利条件较好，气体还原，热量交换进行的更充分。煤被燃烧后，变成煤渣，并通过炉最下的炉底叶轮排渣。该炉顺利生产的关键在于控制炉内温度，在炉下螺旋焊接体端面，温度要控制在900℃左右，以防止矿石互相粘结，造成炉料不顺利故障。如果炼出的海绵铁不与电炉热装钢，为防止炼出的海绵铁在炉外再氧化，需要进行立刻冷却，其方法有两种：一种是采用让海绵铁先流到铁桶内，加上盖，外部喷水冷却，另一种是在海绵铁出口处再设计用钢板焊接的冷却室，采用冷炉顶煤气循环冷却，无论是铁桶冷却还是冷却室冷却，它们容积的大小均取决于每次的排量。正常生产时，对于原料的选择同高炉和其他竖炉一样，一般要求矿石的品位高，煤的灰分低。最理想的是采用粘矿粉造球直接进入炉内，同时对煤和矿石都要求含磷、硫越低越好，为下道炼钢工序提供方便。在操作时，根据热电偶显示的温度，可通过对风量，排渣的控制来调节炉内的正常温度和保持充分的还原性气体，使产品有正常的预热，还原及固定的排出时间，从而获得产量高能耗低，炉子又顺行的生产过程。

根据上述工艺方法的构思，现将本发明配合上述工艺所设计的新炉型（以下称为S炉）技术特征叙述如下：（参看图2）

S炉的炉体（4）采用钢结构，炉衬（6）采用普通耐火砖，炉容积可根据情况设计成大小不同的各种规格，大的可为几百，甚至上千立方米，小的可为几个立方米，炉内容室装有垂直不运转的多头螺旋焊接体（7），螺旋焊接体钢板的螺旋角与垂直角度在25°左右，以矿石、煤可凭自重顺利向下运行为准。在螺旋焊接体钢板上钻有若干小孔，小孔间距10毫米左右，孔径一般为3～5毫米。钢板材料由二种钢制作，炉内温度高于700℃的区域采用耐热钢板，低于700℃区域采用普通钢板。内径焊接在同等材料的无缝钢管（13）上，钢管下端内径堵死，螺旋焊接体整个外径都固定在炉体内壁上，螺旋焊接体钢板头数的多少，可根据炉子内径决定，一般以容室互相间距500毫米左右为宜。炉顶上装有布料机（14）上料斗（3）和下料斗（2）（见图3、4、5、6）上料斗分外容室（18）、内容室（19），内外容室各有数量相等的下料锥口（20），下料斗的下料锥口数与上料斗内外容室的锥口总数相等。炉子的下部装有高压风机（10）和所开的进风口（17），由于风是直接来自高压风机，所以风管内部不需耐火材料来保护，炉室最底部装有叶轮（11），与外壳（15）动配合，通过机械传动慢慢运转，便可排出煤渣，外壳（15）出口处装有进水管道。装入料斗中的矿石和煤是通过皮带输送机或卷扬机及布料机来实现的。从炉顶逸出的煤气可通过管道送到煤气净化系统。

现将附图说明如下：

图1、S炉炼海绵铁工艺原理图。

图2、S炉构造图。

图3、上料斗。图4，上料斗俯视图

图5、下料斗。图6，下料斗俯视图

图中序号为：

1.螺旋钢板孔    2.下料斗

3.上料斗    4.炉体

5.煤气逸出口    6.炉衬

7.螺旋焊接体    8.螺旋容室出口

9.炉门    10.高压风机

11.叶轮    12.排渣管道

13.无缝钢管    14.布料机

15.外壳    16.进水管道

17.进风口    18.外容室

19.内容室    20.下料锥口

本发明炉型的设备结构简单，基建投资低，不需热风炉、铸铁和排水渣装置，只需控制风量和炉内温度，生产一般很顺利。本发明炉型的炉容积设计可从几立方米到上千立方米，所有电炉厂家均可按照自己需要来设建此炉以解决废钢供需矛盾。此外，我国目前钢铁产量仍然解决不了我国经济发展需要，提高钢铁产量不一定就非通过上高炉炼铁，上转炉炼钢的这种钢铁生产线，这种生产线就焦 化、烧结、高炉、制氧、氧气炼钢五大工序来说，不要说工序繁多，光基建就可耗大笔资金。采用本发明的工艺方法及炉型，与电炉配合炼钢，特别是采用本发明炉型内的煤气作为炼钢能源，气体和海绵铁都可配合热装，即发展了钢铁生产，节省了能源，又节省了基建投资和基建时间，是一种值得推广的技术。

Claims (6)

1、一种用直接还原法炼海绵铁的方法，冶炼过程中的气体还原、热量交换、炉料与还原气体的相对运动属逆流操作，其特征在于矿石与煤通过炉顶上的料斗和炉内的螺旋槽达到矿石和煤在炉内分层，矿石和煤各自在自己的螺旋容室凭自重向下作螺旋运动，炉内空气从炉子下部的风口处吹入，并与风口处的煤燃烧产生的热能及高温还原性气体，通过螺旋钢板上的孔向上运行，操作时，可通过对风量，排渣的控制来调节炉内的正常温度和保持具有充分还原性的气体，使矿石正常预热、还原，并使产品有固定的排出时间。

2、一种用直接还原法炼海绵铁的炉型，炉身竖直，采用钢结构，炉衬采用普通耐火砖，其特征在于，炉内容室装有垂直不运动的多头螺旋焊接体，焊接体的螺旋钢板螺旋角与垂直角度为25°左右，以矿石、煤可凭自重向下顺利运行为准，螺旋头数可根据炉内径大小决定，一般以螺旋容室互相间距500毫米左右为宜。螺旋体钢板上钻有若干个小孔，炉顶上配有分层装料的上、下料斗，炉底装有一机械传动的叶轮，螺旋体钢板内径焊接在同等材料的无缝钢管上，外径固定在炉体内壁上。

3、根据权利要求2中所记载的用直接还原法炼海绵铁的炉型，其特征在于螺旋体钢板上小孔间距10毫米左右，孔径3～5毫米。

4、根据权利要求2中所记载的用直接还原法炼海绵铁的炉型，其特征在于所述的上料斗分内外容室、且外容室各有相等数量的下料锥口，上料斗装有布料机。

5、根据权利要求2所记载的用直接还原法炼海绵铁的炉型，其特征在于所述下料斗的下料锥口数与上料斗内外容室锥口总数相等。

6、根据权利要求2中所记载的用直接还原法炼海绵铁的炉型，其特征在于所述的炉底上的叶轮与外壳动配合，外壳出口装有进水管。

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