CN101519707B

CN101519707B - 一种用于粉铁矿预还原的多级流化床装置及工艺

Info

Publication number: CN101519707B
Application number: CN2008100339621A
Authority: CN
Inventors: 范建峰; 李维国; 周渝生; 李肇毅; 张友平
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: CN101519707A

Abstract

一种用于粉铁矿预还原的多级流化床装置及工艺，采用由至少2级流化床顺序串联而成的多级流化床，粉铁矿原料从料仓加入到第一级流化床中，作为流化介质和反应介质的高温煤气从最后一级流化床底部通入；粉铁矿原料受自重作用顺流而下，高温煤气与粉铁矿原料逆流而上，粉铁矿在多级流化床中逐步还原；粉铁矿经多级流化床还原或依自重直接添加到终还原炉中，或由喷枪喷入到终还原炉中；流化床为至少有二个锥度、而且不带气体分布板的锥型流化床。本发明克服当前多级流化床预还原工艺中煤气温度过高造成的原料熔融粘结问题，减少多级流化床中气体分布板压力损失，提高流化床预还原粉铁矿工艺效率，从而提高整个“二步法”熔融还原工艺效率。

Description

一种用于粉铁矿预还原的多级流化床装置及工艺

技术领域

本发明涉及炼铁领域中的熔融还原炼铁工艺，特别涉及一种用于粉铁矿预还原的多级流化床装置及工艺。

背景技术

高炉炼铁工艺是当前炼铁的主体工艺，但高炉炼铁工艺总体流程长、污染严重和对炼焦煤的依赖是工艺本身无法突破的瓶颈，熔融还原炼铁工艺有望克服高炉炼铁工艺的限制，在资源日益紧缺、环保压力日益增加的情况下，熔融还原炼铁工艺日益突显出其重要性。在众多开发的熔融还原炼铁工艺中，铁矿预还原与终还原炉搭配的“二步法”熔融还原工艺路线逐渐成为主体，多级流化床还原粉铁矿工艺因其独有的工艺特性而成为是众多的“二步法”熔融还原炼铁工艺的主要预还原工艺之一。

中国专利公开号CN1142248A、CN1090331A分别两个公开了多级流化床还原粉铁矿工艺。

这两个专利用多级流化床预还原粉铁矿工艺，粉铁矿从料仓添加到流化床中，矿石原料在自身重力作用下在多级流化床中逐步还原并添加到终还原炉中，流化床反应过程中的流化介质和还原气体为终还原炉出口煤气，经过每级流化床的气体分布板通入到流化床中流化并还原粉铁矿原料。

类似这种粉铁矿多级流化床还原工艺，终还原炉出口煤气直接通入到流化床中，终还原炉出口煤气温度超过1000℃，但粉铁矿原料在温度超过950℃条件下极易熔融而结块或烧结，造成流化床堵塞。对于流化床气体分布板，在分布板上粘附熔融原料是造成堵塞的主要因素，而且对于流化床工艺本身，系统内部的压力损失有很大部分是由气体通过分布板环节造成。对于粉铁矿流化床还原工艺，气体分布板磨损、堵塞也是造成工艺中断的主要原因之一。

发明内容

本发明的目的是开发一种用于粉铁矿预还原的多级流化床装置及工艺，克服当前多级流化床预还原粉铁矿工艺与终还原工艺搭配过程中煤气温度过高造成的原料熔融粘结问题，以及减少多级流化床还原粉铁矿工艺装置中气体分布板压力损失，提高多级流化床预还原粉铁矿工艺效率，从而提高整个“二步法”熔融还原工艺效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种用于粉铁矿预还原的多级流化床工艺，采用由至少2级流化床顺序串联而成的多级流化床，最大粒度不超过8mm的粉铁矿原料从料仓加入到第一级流化床中，作为流化介质和反应介质的高温煤气从最后一级流化床底部通入；粉铁矿原料受自重作用顺流而下，高温煤气则与粉铁矿原料逆流而上，粉铁矿在多级流化床中逐步得到还原；粉铁矿经多级流化床还原或依自重直接添加到终还原炉中，或由喷枪喷入到终还原炉中，或经过热压块后加入到终还原炉中；其中，进入流化床的煤气温度750～950℃；各级流化床为至少二个锥度的锥型流化床，可省去流化床气体分布板。

进一步，通入流化床的高温煤气由多级流化床出口煤气经除尘、洗涤和脱除CO₂工序的低温煤气与终还原炉出口的高温煤气混合而成。

多级流化床出口煤气经除尘、洗涤和脱除CO₂工序并回对到终还原炉出口煤气中进行循环利用。

多级流化床由2～4级流化床组成。

作为各级流化床的锥型流化床至少有2个锥度，每个锥度10～40°。

各级流化床不带气体分布板。

多级流化床每级流化床配有热旋风分离器回收铁矿石细粉，回收的铁矿石细粉或返回到同一级流化床，或添加到下一级流化床中。

多级流化床内温度保持在650～950℃。

多级流化床内压力保持在0.1～1.0Mpa。

多级流化床出口煤气气速＜0.5m/s。

多级流化床入口煤气气速范围是1.0～10.0m/s。

经多级流化床还原的粒度＞3mm粉铁矿的粗颗粒在自重作用下添加下一级流化床或到终还原炉中，粒度＜1mm粉铁矿细颗粒通过下料管添加下一级流化床或到终还原炉中。

经多级流化床还原的粉铁矿金属化率＞60％。

另外，本发明用于粉铁矿预还原的多级流化床装置，其为锥型结构，至少有两个锥度。所述的流化床的锥度为10～40°。各级流化床可不设气体分布板装置。

本发明粉铁矿多级流态化预还原工艺中，粒度＜8mm的粉铁矿从料仓添加到流化床的下部，还原煤气从流化床底部通入，粉铁矿经2～4级流化床还原添加到终还原炉中。一级流化床出口煤气经热旋风除尘、洗涤和脱除CO₂工序与终还原炉出口煤气混合作为流化床还原煤气和流化介质，流化床由多锥度设计，混合煤气可不经气体分布板直接进入到流化床中。本发明的粉铁矿多级流态化预还原装置和工艺，通过循环利用流化床出口煤气，在降低最后一级流化床入口煤气的温度、提高工序能耗的同时，克服了流化床内粉铁矿熔融造成的粘结，通过流化床多锥度设计，省去了流化床气体分布板，减少了煤气的阻力损失，提高了流化床效率，从而提高了多级流化床预还原与终还原搭配的“二步法”熔融还原炼铁工艺效率。

本发明的有益效果

本发明由于多级流化床出口煤气经旋风除尘、洗涤净化以及脱除CO₂等工序得到温度较低、有效气体含量较高的还原气体并与终还原炉出口的高温煤气混合，降低了流化床入口煤气温度，有效防止了流化床内粉铁矿原料由于反应气体温度过高造成的熔融粘结，同时提高了系统能量的循环利用。

另外，通过在同一级流化床进行两级或多级锥型设计，省去了流化床气体分布板，大大减少了流化床还原工艺过程中气体压力损失、减少了由于气体分布板出现的磨损堵塞等造成的工艺中断，提高了多级流化床还原粉铁矿工艺的效率。通过本发明的实施，可大大提高多级流化床预还原粉铁矿工艺效率，从而提高多级流化床预还原与终还原搭配的“二步法”熔融还原炼铁工艺效率。

附图说明

图1是本发明第一实施例的流程示意图；

图2是本发明第二实施例的流程示意图；

图3是本发明第三实施例的流程示意图；

图4是本发明流化床的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图3，粉铁矿1和熔剂2原料混合进入料仓3中，粉铁矿1从料仓3原料(粒度＜8mm)经下料管4添加到一级流化床5的下部，还原煤气从一级流化床入口23进入一级流化床5，一级流化床入口煤气为二级流化床经热旋风11的出口煤气；一级流化床入口煤气还原度H₂％+CO％＞50％，一级流化床入口煤气速度为1.0～10.0m/s，一级流化床入口煤气温度为500～900℃；

粉铁矿1在一级流化床5中反应后经下料管14添加到二级流化床6中，大颗粒原料则可在煤气管道逆流到二级流化床6中，一级流化床5反应后的煤气，经热旋风10排出一级流化床5，经煤气洗涤装置18和煤气脱除CO₂装置19，得到循环煤气21；与终还原炉出口煤气20混合得到混合煤气22，混合煤气22的温度为850～950℃，煤气还原度H₂％+CO％＞85％；

二级流化床6的入口煤气经二级流化床煤气入口23进入，入口煤气为三级流化床7的出口煤气经热旋风12所得的还原煤气；

粉铁矿在二级流化床6中还原后经下料管15添加到三级流化床7中，三级流化床7的入口煤气经三级流化床煤气入口25进入，入口煤气为四级流化床8的出口煤气经热旋风13所得的还原煤气；

粉铁矿在三级流化床7中还原后经下料管16添加到四级流化床8中，四级流化床8的入口煤气经四级流化床煤气入口26进入，入口煤气为终还原炉出口煤气20与循环煤气21混合得到的混合煤气22；粉铁矿经多级流化床还原后金属化率＞60％；

粉铁矿在四级流化床8中还原后经下料管17添加到终还原炉9中，最终还原生成铁水，终还原炉出口产出的煤气为终还原炉出口煤气20；

各级流化床入口煤气直接通入到流化床中，不经流化床气体分布板，颗粒较小的粉铁矿通过下料管添加到下一级流化床中或最终进入终还原炉中，颗粒较大的粉铁矿可由煤气管道逆流下降到下一级流化床或最终进入终还原炉中。一级流化床出口煤气经旋风除尘、洗涤净化以及脱除CO₂ 等工序与终还原炉出口煤气混合得到混合煤气，系统能量得到循环利用。

参见图4，本发明用于粉铁矿预还原工艺的多级流化床为锥型结构，以多级流化床5为例，其内壁51、52、53有3个锥度，锥度为10～40°。

实施例2

参见图4，粉铁矿1和熔剂2原料混合进入料仓3中，原料(粒度＜8mm)经下料管4添加到一级流化床5的下部，还原煤气从一级流化床入口23进入一级流化床5，一级流化床入口煤气为二级流化床经热旋风11的出口煤气，一级流化床入口煤气还原度H₂％+CO％＞50％，一级流化床入口煤气速度为1.0～10.0m/s，一级流化床入口煤气温度为500～900℃。粉铁矿原料在一级流化床5中反应后经下料管14添加到二级流化床6中，大颗粒原料则可在煤气管道逆流到二级流化床6中，一级流化床5反应后的煤气，经热旋风10排出一级流化床5，经煤气洗涤装置18和煤气脱除CO₂装置19，得到循环煤气21，与终还原炉出口煤气20混合得到混合煤气22，混合煤气22的温度为850～950℃，煤气还原度H₂％+CO％＞85％。二级流化床6的入口煤气经二级流化床煤气入口23进入，入口煤气为三级流化床7的出口煤气经热旋风12所得的还原煤气。粉铁矿在二级流化床6中还原后经下料管15添加到三级流化床7中，三级流化床7的入口煤气经三级流化床煤气入口25进入，入口煤气为四级流化床8的出口煤气经热旋风13所得的还原煤气。粉铁矿在三级流化床7中还原后经下料管16添加到四级流化床8中，四级流化床8的入口煤气经四级流化床煤气入口26进入，入口煤气为终还原炉出口煤气20与循环煤气21的混合煤气22。粉铁矿在四级流化床8中还原金属化率＞60％，经下料管17添加到热压块27中压块添加到终还原炉9中，最终还原生成铁水，终还原炉出口产出的煤气为终还原炉出口煤气20。

各级流化床入口煤气直接通入到流化床中，可不经流化床气体分布板，颗粒较小的粉铁矿通过下料管添加到下一级流化床中或最终进入终还原炉中，颗粒较大的粉铁矿可由煤气管道逆流下降到下一级流化床或最终进入终还原炉中。一级流化床出口煤气经旋风除尘、洗涤净化以及脱除CO₂等工序与终还原炉出口煤气混合得到混合煤气，系统能量得到循环利用。

实施例2与实施例1的差别是，经多级流化床还原的直接还原铁经热压块添加到终还原炉中。

实施例3

参见图5，粉铁矿1和熔剂2原料混合进入料仓3中，原料(粒度＜8mm)经下料管4添加到一级流化床5的下部，还原煤气从一级流化床入口23进入一级流化床5，一级流化床入口煤气为二级流化床经热旋风11的出口煤气，一级流化床入口煤气还原度H₂％+CO％＞50％，一级流化床入口煤气速度为1.0～10.0m/s，一级流化床入口煤气温度为500～900℃。粉铁矿原料在一级流化床5中反应后经下料管14添加到二级流化床6中，大颗粒原料则可在煤气管道逆流到二级流化床6中，一级流化床5反应后的煤气，经热旋风10排出一级流化床5，经煤气洗涤装置18和煤气脱除CO₂装置19，得到循环煤气21，与终还原炉出口煤气20混合得到混合煤气22，混合煤气22的温度为850～950℃，煤气还原度H₂％+CO％＞85％。二级流化床6的入口煤气经二级流化床煤气入口23进入，入口煤气为三级流化床7的出口煤气经热旋风12所得的还原煤气。粉铁矿在二级流化床6中还原后经下料管15添加到三级流化床7中，三级流化床7的入口煤气经三级流化床煤气入口25进入，入口煤气为四级流化床8的出口煤气经热旋风13所得的还原煤气。粉铁矿在三级流化床7中还原后经下料管16添加到四级流化床8中，四级流化床8的入口煤气经四级流化床煤气入口26进入，入口煤气为终还原炉出口煤气20与循环煤气21的混合煤气22。粉铁矿在四级流化床8中还原金属化率＞60％，经下料管17添加到终还原炉9中，最终还原生成铁水，终还原炉出口产出的煤气为终还原炉出口煤气20。

各级流化床入口煤气直接通入到流化床中，可不经流化床气体分布板，各级流化床内设置内部构件以改善流化床内煤气流分布，颗粒较小的粉铁矿通过下料管添加到下一级流化床中或最终进入终还原炉中，颗粒较大的粉铁矿可由煤气管道逆流下降到下一级流化床或最终进入终还原炉中。一级流化床出口煤气经旋风除尘、洗涤净化以及脱除CO₂等工序与终还原炉出口煤气混合得到混合煤气，系统能量得到循环利用。

实施例3与实施例1的差别是，多级流化床的入口可设置内部构件进一步改善流化床内的煤气分布。

综上所述，本发明通过对多级流化床出口煤气旋风除尘、洗涤净化以及脱除CO₂等工序得到温度较低、有效气体含量较高的还原气体并与终还原炉出口的高温煤气混合以降低流化床入口煤气温度，防止流化床内粉铁矿原料由于反应气体温度过高造成的熔融粘结，同时有效循环利用系统能量。另外，通过对同一级流化床进行两级或多级锥度设计，省去流化床气体分布板，减少流化床还原工艺过程中气体压力损失、减少由于气体分布板出现的磨损堵塞等造成的工艺中断，提高多级流化床还原粉铁矿工艺的效率，也提高多级流化床预还原与终还原搭配的“二步法”熔融还原炼铁工艺效率。

Claims

1.一种用于粉铁矿预还原的多级流化床工艺，采用由至少2级流化床顺序串联而成的多级流化床，最大粒度不超过8mm的粉铁矿原料从料仓加入到第一级流化床中，作为流化介质和反应介质的高温煤气从最后一级流化床底部通入；粉铁矿原料受自重作用顺流而下，高温煤气则与粉铁矿原料逆流而上，粉铁矿在多级流化床中逐步得到还原；粉铁矿经多级流化床还原依自重直接添加到终还原炉中，或由喷枪喷入到终还原炉中，或经过热压块后加入到终还原炉中；其中，进入流化床的煤气温度750～950℃；各级流化床为至少有二个锥度、而且不带气体分布板的锥型流化床。

2.如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原的多级流化床工艺，其特征是，通入流化床的高温煤气由多级流化床出口煤气经除尘、洗涤和脱除CO₂工序得到的低温煤气与终还原炉出口的高温煤气混合而成。

3.如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原的多级流化床工艺，其特征是，多级流化床出口煤气经除尘、洗涤和脱除CO₂工序并回到终还原炉出口煤气中进行循环利用。

4.如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原的多级流化床工艺，其特征是，多级流化床由2～4级流化床组成。

5.如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原的多级流化床工艺，其特征是，作为各级流化床的锥型流化床的每个锥度10～40°。

6.如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原的多级流化床工艺，其特征是，多级流化床每级流化床配有热旋风分离器回收铁矿石细粉，回收的铁矿石细粉或返回到同一级流化床，或添加到下一级流化床中。

7.如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原的多级流化床工艺，其特征是，多级流化床内温度保持在650～950℃。

8.如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原的多级流化床工艺，其特征是，多级流化床内压力保持在0.1～1.0Mpa。

9.如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原的多级流化床工艺，其特征是，多级流化床出口煤气气速＜0.5m/s。

10.如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原的多级流化床工艺，其特征是，多级流化床入口煤气气速范围是1.0～10.0m/s。

11.如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原的多级流化床工艺，其特征是，经多级流化床还原的粒度＞3mm粉铁矿的粗颗粒在自重作用下添加下一级流化床或到终还原炉中，粒度＜1mm粉铁矿细颗粒通过下料管添加下一级流化床或到终还原炉中。

12.如权利要求1所述的用于粉铁矿预还原的多级流化床工艺，其特征是，经多级流化床还原的粉铁矿金属化率＞60％。

13.一种用于权利要求1所述的粉铁矿预还原的多级流化床装置，其特征是，所述的流化床有至少二个锥度、而且不带气体分布板的锥型流化床。

14.如权利要求13所述的用于粉铁矿预还原的多级流化床装置，其特征是，所述的流化床的内壁锥度10～40°。