CN101974661A - 熔融还原炼铁的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种熔融还原炼铁的方法和设备，设备包括还原熔炼炉、蓄热器、燃烧室和配套管路连接系统。还原熔炼炉由隔墙分成炉膛和还原室，炉膛的下部为熔炼池，熔炼池设有燃料和助燃气体的喷嘴。将被还原物料和还原剂置于还原室中，利用还原过程产生的析出气体燃烧放出的热量和熔炼炉产生的烟气等热量加热被还原物料还原成铁，在熔炼池中喷入燃料和助燃气体，燃烧加热熔化为铁水或直接还原钢水。本发明利用燃料燃烧加热熔化为铁水或直接还原钢水，产生的烟气用于加热被还原物料，充分利用热能，节省用电，降低生产成本。既可以单独采用电弧加热熔化或燃料燃烧加热熔化，也可以采用电弧与燃料燃烧同时加热熔化，增加了操作的灵活性。

Description

熔融还原炼铁的方法和设备 

技术领域

本发明涉及一种熔融还原炼铁的方法和装置，具体涉及一种在熔炼池中喷入燃料和助燃气体燃烧加热还原铁熔化为铁水的熔融还原炼铁方法和装置。 

背景技术

还原炼铁是钢铁生产的重要组成部分，其主要特点是用非焦煤作为一次性能源和还原剂，将铁的氧化物在熔融状态下还原，具有以煤代焦、流程短、对环境污染小，建设投资少，生产成本低等优点，是被业内广泛看好的领域，各国的钢铁企业竞相进行研究开发。现有的还原炼铁的方法主要有COREX法(CN1010323B)、DIOS法(CN1035136A)、HISELT法(CN1037542A)。其中COREX法已经工业化生产，其他两种方法仍处于试验阶段。但是所有的还原炼铁工艺，由于能耗高、生产成本高等方面的原因，难与高炉工艺竞争。 

授权公告号为CN2697565Y的中国专利公开一种“电弧炉炼钢连续加料废钢预热装置”，其电弧炉由炉体和电极构成，其连续加料废钢预热设备由预热通道、水冷给料槽等组成，电弧炉内的高温烟气与预热通道内的被还原物料直接进行热交换，可以提高进料的预热温度，节省能源。但此方法只利用烟气中的显热，对炼钢过程中产生的CO的化学能无法利用。 

本申请人在申请号为2008100799930.5的发明专利申请提供“一种电弧炉熔融炼铁的方法和装置”，包括炉体、炉盖、电极、加料设备和出料设备，装置还包括至少一对燃烧室和至少一对蓄热器，燃烧室通过连接口与电弧炉的炉体连接，蓄热器的一端与燃烧室连接，另一端分别与排放系统、风机和气体处理装 置连接。该发明专利申请充分利用熔融还原过程产生的析出气体，使析出气体燃烧加热蓄热器中的蓄热体，再通过气体循环把热量从蓄热器带入炉体内，使余热得到充分利用。但是该专利申请使用电弧炉加热熔化还原后的铁，电耗量大，还原炼铁的成本高。 

技术内容 

本发明的目的是提供一种熔融还原炼铁的方法，通过熔炼炉内燃料燃烧加热熔化还原后的铁成铁水，节省用电，降低熔融还原炼铁的生产成本。本发明的另一目的是提供一种实现上述熔融还原炼铁方法的设备。 

本发明所述熔融还原炼铁的方法为：将被还原物料和还原剂置于还原室中，利用还原过程产生的析出气体燃烧放出的热量和还原熔炼炉熔炼过程产生的热量加热被还原物料，析出气体燃烧放出的热量通过蓄热器转换进行利用。被还原物料在加热室中预热并还原成铁，物料加热到850～1600℃，进入还原熔炼炉的炉膛中，喷入燃料和助燃气体燃烧加热熔化为铁水，进行渣铁分离。 

被还原物料为天然铁矿石、碳包衣球团或呼吸壳，还原剂为煤粉或焦粉。所述碳包衣球团为铁矿粉制成小球外包煤粉或焦粉包衣。呼吸壳是由心部成型物和外包壳组成，心部成型物是铁矿粉与煤粉或焦粉混合后制成球团，外包壳为石灰石粉末或白云石粉末，包壳的方法为滚球包壳、压球包壳、喷粉包壳或浸渍包壳。 

燃料为气体燃料、液体燃料或固体燃料，或上述燃料组合。助燃气体为空气、氧气或富氧空气。作为选择，辅助电弧炉加热还原铁熔化为铁水，或用电弧加热替换喷入燃料和助燃气体，燃烧加热还原铁熔化为铁水。 

一种熔融还原炼铁的设备，包括熔融还原炉、蓄热器、燃烧室和配套管路连接系统。蓄热器通过燃烧室与熔融还原炉相连接。熔融还原炉由隔墙分成炉 膛和1～4个还原室，炉膛的下部为熔炼池，炉膛和还原室之间设有通道，隔墙设有气孔，还原室的中部设有阀板，燃烧室和还原室之间设有通气孔，熔炼池的侧壁设有燃料和助燃气体喷嘴。 

熔融还原炉的炉盖上设有电极孔，电极孔能插入电极。还原室为上小下大结构，便于物料下落到熔炼池。所述设备外部设有保温层。通道的上部为圆弧形结构。通气孔用烧嘴砖制成。炉膛与燃烧室之间设有气体通道，炉膛中的气体可以进入燃烧室，气体通道用烧嘴砖制成。阀板的入口处设有密封套，密封套与氮气管路连接，用氮气密封保护，防止被还原物料及气体泄漏。熔炼炉的截面为圆形、矩形或长圆形结构。 

本发明可以单独采用电弧加热熔化或燃料燃烧加热熔化，也可以采用电弧与燃料燃烧同时加热熔化，单独使用燃料燃烧加热熔化时将电极孔封闭。也可以采用等离子炉、感应熔炼炉加热代电弧炉加热进行熔化，同时加入燃料和助燃气体燃烧加热。 

与现有技术相比，本发明利用燃料燃烧加热熔化为铁水，节省用电，降低生产成本。加热熔化过程产生的烟气用于加热被还原物料，充分利用热能。本发明熔融还原炼铁的设备，由隔墙将还原炉分为炉膛和还原室，还原室设有阀板，可以分批向炉膛送入还原后的铁进行熔化，连续生产。熔融还原炉的炉盖设有电极孔，可以插入电极，底部设有喷入燃料和助燃气体的喷嘴，既可以单独采用电弧加热熔化或燃料燃烧加热熔化还原铁，也可以采用电弧与燃料燃烧同时加热熔化还原铁，增加了操作的灵活性。 

附图说明

图1为本发明熔融还原炼铁装置的示意图； 

图2为图1的俯视图； 

图3为还原熔炼炉示意图。 

其中： 

1-管路连接系统、2-蓄热器、3-燃烧室、4-炉盖、5-还原熔炼炉、6-电极孔、7-阀板、8-还原室、9-通道、10-隔墙、11-料层、12-气孔、13-炉膛、14-通气孔、15-保温层、16-喷嘴、17-熔炼池、18-密封套、19-氮气管路、20-气体通道。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。 

本发明熔融还原炼铁的设备如图1、图2和图3所示，包括还原熔炼炉5、两台蓄热器2、两台燃烧室3和配套管路连接系统。蓄热器中装有蓄热体，蓄热体为陶瓷球状体。燃烧室设有烧嘴，烧嘴与空气管路和补充燃料管路连接。蓄热器通过燃烧室与还原熔炼炉相连接。还原熔炼炉由隔墙10分成炉膛13和两个还原室8，炉膛的下部为熔炼池17，炉膛和还原室之间设有通道9，通道的上部为圆弧形结构。隔墙设有气孔12，用于穿过气体加热被还原物料。还原室的中部设有阀板7，用于支撑被还原物料，控制被还原物料分批进入下部的熔炼池。炉膛与燃烧室之间设有气体通道20，气体通道用烧嘴砖制成，炉膛中的气体进入燃烧室3。阀板的入口处设有密封套18，密封套与氮气管路19连接，用氮气密封保护，防止被还原物料及气体泄漏。燃烧室和还原室之间设有通气孔14，通气孔用烧嘴砖制成。炉膛设有燃料和助燃气体喷嘴16。还原熔炼炉的炉盖4上设有3个电极孔6，电极孔为封闭状态，作为备用。 

本实施例所用被还原物料为呼吸壳，呼吸壳的核心部分为被还原物料铁矿粉和还原剂煤粉，包衣球团的包衣为石灰石粉末，滚制而成。制备方法为铁矿粉、煤粉按1∶0.2～0.5比例混合，加入少量水，使铁矿粉和煤粉为半干状态， 滚制成球状，再在球体外部滚一层半干状态的石灰石粉末，包衣的厚度为2～3mm，包衣球团的直径为20～30mm。 

本发明熔融还原炼铁的过程为：被还原物料呼吸壳通过进料设备送入还原室，位于阀板7之上。由熔炼池17中还原铁熔化过程产生的高温烟气通过气孔12进入还原室中加热呼吸壳，呼吸壳中的煤粉气化产生还原气体CO、H₂使铁矿粉还原成铁。完成还原后，抽出阀板7，将物料放入下部炉膛，物料通过通道9进入熔炼池熔化。燃料气和氧气混合后通过喷嘴16进入熔炼池燃烧加热，将还原铁熔化为铁水，此时呼吸壳的外壳破碎作造渣剂。为避免铁水被氧化，喷嘴喷入的氧气低于燃料燃烧需氧量的5～10％。铁水通过流出口流出还原熔炼炉，进行渣铁分离。离开还原室的气体含有烟气和析出气体，经烧嘴砖到燃烧室燃烧，产生的烟气预热蓄热器中的蓄热体后到排放系统排放。两侧的燃烧室和蓄热器交替运行，左侧燃烧室燃烧时，产生的烟气预热左侧蓄热器中的蓄热体，此时空气经右侧的预热室、右侧的燃烧室进入还原室，右侧蓄热器中的蓄热体放出热量预热空气。当离开左侧蓄热器的烟气温度达到设定温度时进行换向，空气经左侧的预热室、左侧的燃烧室进入还原室，左侧蓄热器中的蓄热体放出热量预热空气，此时右侧燃烧室燃烧，产生的烟气预热右侧蓄热器中的蓄热体。 

运行初始时，先启动还原熔炼炉两侧的燃烧室，利用补充燃料燃烧加热被还原物料。两侧燃烧室交替燃烧，左侧燃烧室燃烧时，烟气经烧嘴砖进入还原室加热被还原物料，然后经对面的烧嘴砖、燃烧室、蓄热器到排放系统排放。当排放烟气温度达到设定温度后换向，右侧燃烧室燃烧，烟气经烧嘴砖进入还原室加热被还原物料，然后经对面的烧嘴砖、燃烧室、蓄热器到排放系统排放。当第一批被还原物料完成还原进入熔化过程后，切换为上述熔融还原炼铁的正 常生产操作。 

换向操作根据设定的排除烟气温度通过管路阀门的动作自动控制，本实施例换向设定温度为150℃，还原温度为850～1000℃，熔化温度为1000～1400℃。 

Claims (10)

1.一种熔融还原炼铁的方法，将被还原物料和还原剂置于还原室(8)中，利用还原过程产生的析出气体燃烧放出的热量和还原熔炼炉熔炼过程产生的热量加热被还原物料，其特征是：所述被还原物料在加热室中预热并还原成铁，物料加热到850～1600℃，进入还原熔炼炉的熔炼池(17)中，喷入燃料和助燃气体燃烧加热熔化为铁水或直接还原钢水，进行渣铁分离。

2.根据权利要求1所述熔融还原炼铁的方法，其特征是：所述被还原物料为天然铁矿石、碳包衣球团或呼吸壳，所述还原剂为煤粉或焦粉；所述碳包衣球团为铁矿粉制成小球外包煤粉或焦粉包衣；所述呼吸壳是由心部成型物和外包壳组成，心部成型物是铁矿粉与煤粉或焦粉混合后制成球团，外包壳为石灰石粉末或白云石粉末，包壳的方法为是滚球、压球包壳、喷粉包壳或浸渍包壳。

3.根据权利要求1所述熔融还原炼铁的方法，其特征是：所述燃料为气体燃料、液体燃料或固体燃料，或上述燃料组合；所述助燃气体为空气、氧气或富氧空气。

4.根据权利要求1所述熔融还原炼铁的方法，其特征是：辅助电弧炉加热还原铁熔化为铁水，或用电弧加热熔化替换喷入燃料和助燃气体，燃烧加热还原铁熔化为铁水。

5.一种熔融还原炼铁的设备，包括还原熔炼炉(5)、蓄热器(2)、燃烧室(3)和配套管路连接系统，蓄热器通过燃烧室与还原熔炼炉相连接，其特征是：所述还原熔炼炉由隔墙(10)分成炉膛(13)和1～4个还原室(8)，炉膛的下部为熔炼池(17)，炉膛和还原室之间设有通道(9)，隔墙设有气孔(12)，还原室的中部设有阀板(7)，燃烧室和还原室之间设有通气孔(14)，熔炼池的侧壁设有燃料和助燃气体喷嘴(16)。

6.根据权利要求5所述熔融还原炼铁的设备，其特征是：所述还原熔炼炉的炉盖(4)上设有电极孔(6)。

7.根据权利要求5或6所述熔融还原炼铁的设备，其特征是：所述阀板的入口处设有密封套(18)，密封套与氮气管路(19)连接。

8.根据权利要求5或6所述熔融还原炼铁的设备，其特征是：所述通道(9)的上部为圆弧形结构，所述还原室为上小下大结构，所述设备外部设有保温层(15)。

9.根据权利要求5或6所述熔融还原炼铁的设备，其特征是：所述通气孔(14)用烧嘴砖制成；所述炉膛与燃烧室之间设有气体通道(20)，所述气体通道用烧嘴砖制成。

10.根据权利要求5或6所述熔融还原炼铁的设备，其特征是：熔炼炉的截面为圆形、矩形或长圆形结构。

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