CN101892339B - 一种熔融还原装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔融还原装置及方法，熔融还原方法包括下列步骤：将炉料分别经第一流化床装置和第二流化床装置还原后，输出各自的海绵铁和输出煤气；从第一流化床装置输出的海绵铁经压块后，装入熔融气化炉制得铁水，同时获得熔融气化炉导出煤气；从第二流化床装置输出的海绵铁经压块后，送入高炉使用；从第一流化床装置和第二流化床装置输出的顶煤气经除尘和经脱CO2系统后得到冷还原煤气；冷还原煤气经加压后与熔融气化炉导出煤气混合，混合后的煤气分别通入第一流化床装置和第二流化床装置进行还原反应。本发明既可生产热铁水，同时又能获得与铁水等量的海绵铁，可不输出煤气，尽量在工艺中自身平衡煤气用量，以最大限度地降低燃料的消耗量。

Description

一种熔融还原装置及方法
技术领域
本发明涉及一种熔融还原装置及方法。
背景技术
熔融还原技术是钢铁工业的几项前沿高新技术之一，是一种用煤和矿生产热铁水的新工艺。由于该法有不用或少用焦炭、环境保护好、能耗低、投资省、应变能力强等特点，因而受到世界各国的关注。据统计，迄今熔融还原法已有35种之多，其中较有竞争价值的有13种。仅有COREX、FINEX、FINMET及HIsmelt等少数几种熔融还原工艺具备有工业生产规模。但到目前为止，只有COREX及FINEX炼铁法是已投入工业规模生产。COREX法炼铁采用块矿、球团或烧结矿为含铁炉料，直接用块煤作能源。铁氧化物的预还原及终还原分别在两个反应装置(即预还原竖炉和熔融气化炉)中进行。COREX装置中的熔融气化炉自带了一个所谓的“焦化厂”，即熔融气化炉中有一个煤的结焦过程，从而可在炉内形成一个所谓的焦炭床层，正因为有此焦炭层，才能提高铁水温度及对铁水成分进行控制，生产出类似于高炉的铁水。COREX装置存在着必须使用块矿、块煤及结构庞大的缺点。FINEX是一种新的熔融还原工艺，该工艺使用非炼焦煤为能源和还原剂熔炼含铁粉矿生产类似高炉或COREX炉生产的热铁水。FINEX工艺是在COREX工艺的基础上发展起来的。该工艺分为两部份，首先采用流化床将矿粉还原成直接还原铁，然后利用COREX炉的熔融气化炉将固态海绵铁熔化、深度还原、提温、调整铁水成份，最终获得优质铁水，同时还能得到适宜温度及化学成份的优质还原煤气。
本发明充分利用FINEX使用粉矿的优点，在FINEX工艺的基础上，提出了一种新的工艺流程——熔融气化炉+双级流化床，即采用一个熔融气化炉配两套生产海绵铁的流化床，其中一套流化床生产的海绵铁供熔融气化炉生产热铁水；另一套流化床生产的海绵铁仅供高炉使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种熔融还原工艺，并可以充分利用熔融还原过程中自身产生煤气的装置及方法。
为了实现第一目的，采用以下技术方案：
一种熔融还原装置，包括第一上料皮带，第一上料皮带的顶端设置有第一还原炉炉顶装料设备，第一还原炉炉顶装料设备将炉料装入第一流化床装置，第一流化床装置出口通过输出皮带连接第一热压块系统，再经海绵铁装料设备输入至熔融气化炉的顶部，熔融气化炉的上部通过管道连接至热旋风除尘器，热旋风除尘器的底部设置有连接至熔融气化炉的管道；热旋风除尘器的顶部通过还原气煤气管连接至第一流化床装置底部；其特征在于：所述熔融还原装置还包括第二上料皮带，第二上料皮带的顶端设置有第二还原炉炉顶装料设备，第二还原炉炉顶装料设备将物料装入第二流化床装置，第二流化床装置出口通过输出皮带连接第二热压块系统，形成热压块海绵铁；还原气煤气管还连接至第二流化床装置的底部；第一流化床装置和第二流化床装置的顶端分别通过带有第一煤气清洗系统和第二煤气清洗系统的管道连接至脱CO2系统的入口，脱CO2系统的出口连接至冷煤气加压设备入口，冷煤气加压设备出口通过冷煤气管连接至管道。
为了在生成铁水的同时生产等量海绵铁而不外排煤气，所述第一流化床装置底部和第二流化床装置底部的还原气煤气管上分别设置有第一加热器和第二加热器，以加热进入流化床的还原煤气。
为了实现第二目的，采用下列技术方案：
一种熔融还原方法，其特征在于：所述熔融还原方法包括下列步骤：
将炉料分别经第一流化床装置和第二流化床装置还原后，输出各自的海绵铁和输出煤气；
从第一流化床装置输出的海绵铁经压块后，装入熔融气化炉制得铁水，同时获得熔融气化炉导出煤气；
从第二流化床装置输出的海绵铁经压块后，送入高炉使用；
从第一流化床装置和第二流化床装置输出的顶煤气经除尘和经脱CO2系统后得到冷还原煤气；
冷还原煤气经加压后与熔融气化炉导出煤气混合，混合后的煤气分别通入第一流化床装置和第二流化床装置进行还原反应。
所述熔融气化炉导出煤气温度为1050℃，冷还原煤气的温度为40℃，混合后得到≥500℃还原煤气，采用部分氧化法将≥500℃还原煤气升温到850℃的还原煤气，从而可得到满足两套流化床的还原煤气需要量及还原煤气温度要求。
所述炉料为干燥为粒度为0-8mm的含铁粉矿及粉状熔剂。
从第一流化床装置和第二流化床装置输出的输出煤气经除尘后，可部分进入脱CO2系统，剩余部分输出；也可全部进入脱CO2系统，无煤气输出。
干燥后粒度为0-8mm的含铁粉矿及粉状熔剂经垂直皮带机装入流化床R4，流化床内的含铁粉矿被熔融气化炉产生的还原煤气逐级还原，含铁粉矿经流化床还原成海绵铁，从流化床排出的海绵铁温度为700℃。
海绵铁在热态下压块。一个系列流化床生产的热压块经耐热皮带直接装入熔融气化炉；另一个系列流化床生产的热压块送高炉使用。
熔融气化炉的任务是熔化海绵铁并获得合格的铁水，同时制出满足流化床要求的还原气。热压块海绵铁、块煤(或煤压块)、焦炭等从熔融气化炉顶部加入，煤粉和氧气由熔融气化炉氧口喷入。从熔融气化炉顶部加入的煤与1100℃的高温煤气相遇并立即被干燥、裂解和干馏焦化，在炉内形成所谓的焦炭床层。在风(氧)口区，鼓入的氧与碳燃烧，得到1050℃的高温还原煤气(CO+H2＞90％)离开熔融气化炉。熔融气化炉出口煤气温度1050℃，兑入40℃的冷煤气后，得到≥500℃还原煤气，再经热旋风除尘器除尘后，采用部分氧化法将500℃还原煤气升温到850℃的还原煤气，作为流化床的还原气。热旋风除尘器收集的粉尘返送回熔融气化炉。
加入熔融气化炉的海绵铁在下降过程中熔化，矿石中脉石、煤灰、熔剂等形成炉渣，形成的渣、铁贮于炉缸，实现渣铁分离，定期排放。
为了获得可满足两套流化床的还原煤气需要量，用两套流化床的顶煤气分别经湿法除尘后，得到净煤气，净煤气经一套CO2脱出系统，脱出CO2后获得冷还原气。冷还原气经加压后从热旋风除尘器前兑入高温还原煤气。通常，熔融气化炉出口煤气温度1050℃，兑入40℃的冷煤气后得到850℃的还原煤气，该还原煤气用于流化床；本发明采用熔融气化炉出口煤气温度1050℃，兑入40℃的冷煤气后，仅要求得到≥500℃还原煤气，其冷煤气的兑入量后者是前者的4倍，采用部分氧化法将≥500℃还原煤气升温到850℃的还原煤气，从而可得到满足两套流化床的还原煤气需要量及还原煤气温度要求。为确保熔融气化炉和双级流化床装置工艺的顺利进行，本工艺充分发挥熔融气化炉和高炉均有强大的终还原的能力，从而可适当降低进入流化床的还原煤气中CO+H2的浓度及流化床生产的海绵铁的金属化率。本工艺将还原煤气中CO+H2的浓度控制为≥80％；流化床生产的海绵铁的金属化率控制为40-60％。
本发明既可生产热铁水，同时又能获得与铁水等量的海绵铁。本发明原则上不输出煤气，尽量在工艺中自身平衡煤气用量，以最大限度地降低燃料的消耗量。
说明书附图
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对实施例作进一步描述：
实施例1：
如图1所述：原料场来的炉料(粉矿、石灰石粉、白云石粉)经干燥器15干燥后粒度为0-8mm的含铁粉矿及粉状熔剂经由第一上料皮带6和第二上料皮带6`向第一流化床装置2和第二流化床装置2`上料。第一流化床装置2分成四级R4、R3、R2、R1流化床，第二流化床装置2`分成四级R4`、R3`、R2`、R1`流化床。
干燥后粒度为0-8mm的含铁粉矿及粉状熔剂经第一还原炉炉顶装料设备7装入流化床R4，流化床内的含铁粉矿被熔融气化炉1产生的还原煤气逐级还原，含铁粉矿经第一流化床装置2的各级流化床R4、R3、R2、R1还原成海绵铁，从流化床R1排出的海绵铁温度为700℃。海绵铁在热态下由第一热压块系统3压块。第一流化床装置2生产的热压块经耐热皮带直接从熔融气化炉1海绵铁装料设备4装入。
与上述过程相同，第二流化床设备2`生产出的热压块送高炉使用熔融气化炉1的任务是熔化海绵铁并获得合格的铁水，同时制得温度为1050℃的还原气。热压块海绵铁、煤压块及块状熔剂等从熔融气化炉1顶部加入，煤粉经煤粉喷吹系统9由熔融气化炉1氧气风口喷入，氧气也由熔融气化炉1氧气风口喷入。热旋风除尘器10收集的粉尘返送回熔融气化炉1。熔融气化炉1对加入的热态直接还原铁(或热压块)进行终还原、加热及熔化、熔化的渣铁贮于炉缸、实现渣铁分离及调整铁水成分、定期从铁口排放铁水/炉渣。
熔融气化炉1制得的≥500℃还原气经热旋风除尘器10除尘后经还原气煤气管11送到第一加热器14，采用在加热器14内采用部分氧化法将500℃还原煤气升温到850℃的还原煤气直接送入第一流化床装置2的流化床R1。还原气经各级流化床R1、R2、R3、R4，将含铁粉矿加工成海绵铁；而还原气则被含铁炉料加工成顶煤气，顶煤气由R3和/或R4导出。顶煤气采用煤气清洗系统5除尘，除尘后的煤气经脱CO2系统8后获得冷还原煤气。
熔融气化炉1出口处的还原煤气温度为1050℃，必须兑入冷煤气。顶煤气经脱CO2系统8后再经冷煤气加压设备16加压的冷煤气在熔融气化炉1出口处的管道13兑入，从而得到≥500℃还原气。采用部分氧化法将500℃还原煤气升温到850℃的还原煤气，即制得的850℃还原气。
本工艺的煤气输出，可根据所需铁水及海绵铁的量进行匹配后输出，如要生产相同数量的铁水及海绵铁，可达到无煤气输出；如不要求输出与铁水等同的海绵铁，可有部分煤气输出。
实施例2：与实施例1不同的是，管道13内没有第一加热器14和第二加热器14`，这样在实施过程中，只需调节冷、热煤气的比例，就可以直接得到850℃的混合煤气，而无需加热器。

Claims (8)

1.一种熔融还原装置，包括第一上料皮带（6），第一上料皮带（6）的顶端设置有第一还原炉炉顶装料设备（7），第一还原炉炉顶装料设备（7）将炉料装入第一流化床装置（2），第一流化床装置（2）出口通过输出皮带连接第一热压块系统（3），再经海绵铁装料设备（4）输入至熔融气化炉（1）的顶部，熔融气化炉（1）的上部通过管道（13）连接至热旋风除尘器（10），热旋风除尘器（10）的底部设置有连接至熔融气化炉（1）的管道；热旋风除尘器（10）的顶部通过还原气煤气管（11）连接至第一流化床装置（2）底部；其特征在于：所述熔融还原装置还包括第二上料皮带（6`），第二上料皮带（6`）的顶端设置有第二还原炉炉顶装料设备（7`），第二还原炉炉顶装料设备（7`）将物料装入第二流化床装置（2`），第二流化床装置（2`）出口通过输出皮带连接第二热压块系统（3`），形成热压块海绵铁；还原气煤气管（11）还连接至第二流化床装置（2`）的底部；第一流化床装置（2）和第二流化床装置（2`）的顶端分别通过带有第一煤气清洗系统（5）和第二煤气清洗系统（5`）的管道连接至脱CO2系统（8）的入口，脱CO2系统（8）的出口连接至冷煤气加压设备（16）入口，冷煤气加压设备（16）出口通过冷煤气管（12）连接至管道（13）。
2.如权利要求1的所述熔融还原装置，其特征在于：所述第一流化床装置（2）底部和第二流化床装置（2`）底部的还原气煤气管（11）上分别设置有第一加热器（14）和第二加热器（14`）。
3.如权利要求1的所述熔融还原装置，所述第一流化床装置（2）包括通过管道串联的流化床R1，流化床R2、流化床R3和流化床R4。
4.如权利要求1的所述熔融还原装置，所述第二流化床装置（2`）包括通过管道串联的流化床R1`，流化床R2`、流化床R3`和流化床R4`。
5.一种熔融还原方法，其特征在于：所述熔融还原方法包括下列步骤：
将炉料分别经第一流化床装置和第二流化床装置还原后，输出各自的海绵铁和输出煤气；
从第一流化床装置输出的海绵铁经压块后，装入熔融气化炉制得铁水，同时获得熔融气化炉导出煤气；
从第二流化床装置输出的海绵铁经压块后，送入高炉使用；
从第一流化床装置和第二流化床装置输出的顶煤气经除尘和经脱CO2系统后得到冷还原煤气；
冷还原煤气经加压后与熔融气化炉导出煤气混合，混合后的煤气分别通入第一流化床装置和第二流化床装置进行还原反应。
6.如权利要求5所述的熔融还原方法，其特征在于：所述熔融气化炉导出煤气温度为1050℃，冷还原煤气的温度为40℃，混合后得到≥500℃还原煤气，采用部分氧化法将≥500℃还原煤气升温到850℃的还原煤气，从而可得到满足两套流化床的还原煤气需要量及还原煤气温度要求。
7.如权利要求6所述的熔融还原方法，其特征在于：所述炉料为干燥后粒度为0-8mm的含铁粉矿及粉状熔剂。
8.如权利要求6所述的熔融还原方法，其特征在于：从第一流化床装置和第二流化床装置输出的输出煤气经除尘后，可部分进入脱CO2系统，剩余部分输出；也可全部进入脱CO2系统，无煤气输出。
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