CN102031326B

CN102031326B - 铁精矿粉直接熔融还原炼铁工艺

Info

Publication number: CN102031326B
Application number: CN2010105951217A
Authority: CN
Inventors: 张成顺; 白晓明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: CN102031326A

Abstract

一种铁精矿粉直接熔融还原炼铁工艺，属于炼铁工艺的改进。本发明的目的是通过在炼铁工艺中粉状炉料直接进入熔融气化炉炼铁的铁精矿粉直接熔融还原炼铁工艺。本发明分为固流路线和气流路线。本发明解决了目前除了熔池炼铁法以外的熔融炼铁工艺不能直接用粉状炉料炼铁的难题。煤比有显著下降。节能效果显著提高。工艺流程短。设备投入低。生产效率在相同投入的条件下，可提高2-3倍。

Description

铁精矿粉直接熔融还原炼铁工艺

技术领域

本发明属于炼铁工艺的改进。

背景技术

高炉炼铁系统（包括焦化、烧结、高炉）经几百年的应用和发展，其技术已经相当完善。但其工艺流程长、投资大、对环境污染严重，操作灵活性差。尤其是在当今世界炼焦煤资源日益匮乏，在质与量上都难以满足高炉炼铁需要的情况下，熔融还原炼铁法应运而生。

目前，熔融还原炼铁技术，如澳大利亚的HISMELT工艺，奥联铁的COREX工艺和韩国的FINEX工艺等，普遍存在着单位煤耗高，副产品煤气量大，产能低等问题。最为关键的是粉状炉料不能直接进入熔融气化炉炼铁，而必须热压成块状物料后方可投入熔融气化炉进行冶炼。不仅增加了冶炼的中间环节和附加能耗，不仅对环境造成污染，也影响生产效率。

发明内容

本发明的目的是通过在炼铁工艺中粉状炉料直接进入熔融气化炉炼铁的铁精矿粉直接熔融还原炼铁工艺。

本发明分为固流路线和气流路线：

固流路线：

a、铁矿粉仓内的铁矿粉经管道与旋风预热还原器C4释放出的煤气汇合进入旋风预热还原器C5，在旋风预热还原器C5预热后，旋风预热还原器C5分离处的固体与旋风预热还原器C3排出的煤气汇合进入旋风预热还原器C4，旋风预热还原器C4分离出的固体再与旋风预热还原器C2排出的煤气汇合进入旋风预热还原器C3，旋风预热还原器C3分离出的固体与旋风预热还原器C1排出的煤气汇合进入旋风预热还原器C2，旋风预热还原器C2分离出的固体与温度调节器Ⅱ排出的煤气汇合进入旋风预热还原器C1；

b、旋风预热还原器C1分离出的固体进入均化器，并向均化器中注入预热溶剂，均化器处理后炉料送入熔融气化炉；

c、在熔融气化炉内炉料与注入的O₂和煤粉反应生成煤气、铁液、渣液，铁液、渣液分别通过各自的排出口排出，在熔融气化炉底端设置有检修用渣铁排放口；

d、在铁矿粉与C4释放出的煤气汇合前的管道上设置有逆止锁风阀；

气流路线：

a、熔融气化炉内反应后生成的煤气与熔融气化炉上端喷入的水蒸气或CO₂、煤粉换热，换热后的煤气进入温度调节器Ⅰ；

b、经温度调节器Ⅰ调温的煤气分为两路，一路进入温度调节器Ⅱ，另一路通过管路与旋风预热还原器C1排出的煤气混合；

c、进入温度调节器Ⅱ的煤气与注入温度调节器Ⅱ的常温煤气混合，混合后的煤气排出与旋风预热还原器C2过来的固体在管路汇合送入旋风预热还原器C1，在温度调节器Ⅱ产生的余气排出做其他用途；

d、旋风预热还原器C1排出的煤气先与温度调节器Ⅰ送过来的煤气混合后再与旋风预热还原器C3分离出的固体混合送入旋风预热还原器C2，旋风预热还原器C2排出的煤气与旋风预热还原器C4分离出的固体混合送入旋风预热还原器C3，旋风预热还原器C3排出的煤气与旋风预热还原器C5分离处的固体混合后送入旋风预热还原器C4，旋风预热还原器C4排出的煤气与铁矿粉仓内送过来的铁矿粉混合送入旋风预热还原器C5，旋风预热还原器C5排出的煤气送入除尘器Ⅲ；

e、在d步骤气固汇合过程中，旋风预热还原器C5排出的煤气中含有大量的灰尘，在除尘器Ⅲ中将煤气中的气体和固体灰尘分离，尾气排出，固体送入旋风预热还原器C5排出的固体混合。

本发明的优点是：

1、解决了目前除了熔池炼铁法以外的熔融炼铁工艺不能直接用粉状炉料炼铁的难题。

2、煤比有显著下降。节能效果显著提高。

3、工艺流程短。

4、设备投入低。

5、生产效率在相同投入的条件下，可提高2—3倍。

6、生产成本接近最经济水平。

7、生产工艺达到国际领先水平。

8、环保效果达到炼铁工艺中国际领先水平。

9、若本工艺的熔融气化炉只生产煤气不炼铁时，它将成为粉末冶金还原铁粉生产工艺，从C1筒排出的是粉末冶金用还原铁粉原料。

10、通过本工艺的实施，可以极大地简化炼铁工艺，可以完全用煤作为还原剂在铁矿粉不必压块的情况下直接进入熔炼气化炉生产铁水，可以不间歇连续生产。减少了炼焦、煤粉压块、铁矿粉压块或制球团及烧结环节等，避免了因上述环节产生的附加能耗、危险源及污染源，真正使炼铁工业实现了清洁高效生产的愿望。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

分为固流路线和气流路线：

固流路线：

气流路线：

a、熔融气化炉内反应后生成的煤气与熔融气化炉上端喷入的水蒸气或CO₂和煤粉换热，换热后的煤气进入温度调节器Ⅰ；

说明：

1、

为煤气一段温度调节器。

2、

为煤气二段温度调节器。

3、溶剂入口，临时调整渣碱度应用。

煤粉入口、炉料入口、临时溶剂入口

4、 Ⅲ为尾气除尘器

5、临时溶剂入口是为了调节炉渣碱度而设置

6、高温水蒸气（CO₂）和煤粉的喷入比例

煤粉：水蒸气=2:3 、煤粉：CO₂ =1:4

以上皆为重量比（煤按固定炭计算）

气流特征：

1、尾气温度，成分：

尾气出的温度为200—300℃，它可以在烘干原料煤及原料矿后再进行后处理——除尘和CO、CO₂分离等。由于所还原的矿粉种类（赤铁矿、褐铁矿）的不同，其尾气成分中所含各种气体的质量分数也不同。

CO 20—38%、CO₂ 50—65%、 H₂2—3% N₂ 1.5—3% H₂O 9—11%

2、一段温度调节器的煤气出口温度及成分：

一段温度调节器的煤气出口温度为950—1000℃；

各种气体的体积分数为：（用99%纯氧时）

CO 57—68% 、H₂ 26—35% 、CO₂ 2—3% 、N₂ 1—2%、CH₄ 1—2%

通过在熔融气化炉上部1/3处喷入的煤粉和高温水蒸气（CO₂）经与炉内上部高温煤气（1300—1500℃）换热至1000 ℃以上，迅速发生如下反应：

C+ H₂O→CO+ H₂-135KJ/mol

C+ H₂O→CO₂+2H₂ -102KJ/mol

C+ CO₂→2CO -173KJ/mol

通过上述反应，在实现化学蓄能的同时，也实现了高温煤气迅速降温的目的。一段温度调节器的作用是增加上速反应时间，延长反应途径。其实，上速反应在煤粉和蒸汽（CO₂）喷入熔融气化炉后就已经开始进行。只是反应不充分。通过一段温度调节器可以达到充分利用余热。进一步降低高温煤气及能源高效利用的目的。

3、二段温度调节器的作用是通过向高温煤气中混入常温煤气，在二段温度调节器内充分混合后，将出一段温度调节器的高温（950—1000℃）煤气调节到750—800℃。调节后的煤气直接进入铁矿粉还原系统。经二段温度调节器调节后的煤气成分与出一段温度调节器的煤气成分基本没有大的变化。

4、出二段调节器的煤气主要的用于还原铁矿粉。除少量用来调节还原系统的煤气温度用外，余下部分经余热利用后，降温净化另作它用（包括送入二段温度调节器的常温煤气）。

5、进入预热还原系统的煤气温度为750—800℃，气体成分体积分。

6 、C1—C5简为铁矿粉的预热还原系统。

从二段温度调节器出风口与出C2筒的铁矿粉汇合开始至气体出C5筒止的全过程为预热还原系统。

还原气体在预热还原系统中的运行路线是从C1筒进入至C5筒排出。

7、气体在出C2筒后补充少量出一段温度调节器的950—1000℃煤气。使与出C3筒铁矿粉汇合的煤气温度调节至750—800℃。由于气体在C1、C2筒还原铁矿粉是有一定的热损，其主要反应表现为吸热反应（其反应式为：Fe₃O₄→3Fe+4 CO₂+17154KJ），在给还原气体补热的同时也对还原气体的有效成分含量（CO和H₂）进行了少量的调节，力争使系统保持最佳的工作状态。

进入熔融气化炉的O₂:煤=0.55—0.7: 1（㎏/㎏）

8、预热还原系统中的风速通常保持在17—20m/s，

9、煤粉的颗粒度（干煤粉）75%﹤0.1 mm

10、铁矿粉的颗粒度0—200 um

11、铁矿粉：O₂：煤=1.4—1.6 : 0.55—0.7 : 1.0

12、铁还原率65—87%

固流特征：

1、铁矿粉要做预均化处理

颗粒度：铁矿粉一般在0—200um，熔剂及矿化剂粉颗粒度为0—200um。

2、铁矿粉运行特征是从C.5—C1—熔融气化炉的顺序排列。从C5—C1事炉料预热—预还原的全过程。进入熔融气化炉是熔融还原炼铁过程。

3、铁矿粉的温度变化特征是，从常温升高到400℃以上逐渐进入还原环节，进入还原环节后铁矿粉的温度一般在650—800℃范围波动，直至进入熔融气化炉之前无大的温度变化。

4、炉料由铁矿粉、溶剂、矿化剂等组成，其比例按铁矿粉中含各种成分的杂质量而定。

5、将溶剂预热至750—800℃（用三级旋风预热器在本系统外单独循环即可完成）。

6、在预热还原系统中主要的化学变化有：

Fe₂O₃ + CO →Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO →FeO + CO₂

FeO + CO →Fe + CO₂

Fe₂O₃ + H₂ →Fe₃O₄ + H₂O

Fe₃O₄ + H₂ →FeO + H₂O

FeO + H₂ → Fe + H₂O

气固流相遇的特征：

1、铁矿粉喂到预热还原系统的管道中后，首先在高速上升气流的冲击下，物料折转向上随气流运动，同时被高度分散。被分散的物料与高温气体充分换热后进入旋风筒使气固分离，气体上升物料下排与下一级高速上升的气流相遇后重复上述过程，进入再下一级旋风筒往复进行直至出C1筒。在此过程中，当物料达到一定温度时开始进行还原反应，直至出C1筒后，被还原的铁矿粉进入熔融气化炉冶炼。

2、气固流相遇后，除了最初有预热外，在整个预热还原系统中主要以还原为主。其特征主要通过上述的六个反应式表示。

3、为了使预热还原的效率达到预期指标，一定要保证喂料的均匀性。

我国是世界上钢铁生产大国，也是钢铁消费大国。据2010年1月份世界钢铁协会公布的数据显示，2009年中国粗钢生产量达到5.678亿吨。几乎占据全球总产量的半壁江山。面对如此大的产量，而生产工艺却一直停滞不前，更重要的是焦煤资源的匮乏将给钢铁生产带来巨大的压力。通过本工艺的实施，不仅有效的解决了焦煤资源匮乏给钢铁业带来的危机，同时也极大地解决了炼铁业由矿粉到入炉的中间环节所带来的污染问题。本工艺可称为环境友好型炼铁工艺。而且仅我国的钢铁企业就几百家，所以，其市场潜力巨大，应用前景极为广阔。

Claims

1.一种铁精矿粉直接熔融还原炼铁工艺，其特征在于：分为固流路线和气流路线：

固流路线：

a、铁矿粉仓内的铁矿粉经管道与第四旋风预热还原器（C4）释放出的煤气汇合进入第五旋风预热还原器（C5），在第五旋风预热还原器（C5）预热后，第五旋风预热还原器（C5）分离出的固体与第三旋风预热还原器（C3）排出的煤气汇合进入第四旋风预热还原器（C4），第四旋风预热还原器（C4）分离出的固体再与第二旋风预热还原器（C2）排出的煤气汇合进入第三旋风预热还原器（C3），第三旋风预热还原器（C3）分离出的固体与第一旋风预热还原器（C1）排出的煤气汇合进入第二旋风预热还原器（C2），第二旋风预热还原器（C2）分离出的固体与第二温度调节器（Ⅱ）排出的煤气汇合进入第一旋风预热还原器（C1）；

b、第一旋风预热还原器（C1）分离出的固体进入均化器，并向均化器中注入预热溶剂，均化器处理后炉料送入熔融气化炉；

d、在铁矿粉与第四旋风预热还原器（C4）释放出的煤气汇合前的管道上设置有逆止锁风阀；

气流路线：

a、熔融气化炉内反应后生成的煤气与熔融气化炉上端喷入的水蒸气或CO₂气体，并且和煤粉换热，换热后的煤气进入第一温度调节器（Ⅰ）；

b、经第一温度调节器（Ⅰ）调温的煤气分为两路，一路进入第二温度调节器（Ⅱ），另一路通过管路与第一旋风预热还原器（C1）排出的煤气混合；

c、进入第二温度调节器（Ⅱ）的煤气与注入第二温度调节器（Ⅱ）的常温煤气混合，混合后的煤气排出并与第二旋风预热还原器（C2）过来的固体在管路汇合送入第一旋风预热还原器（C1），在第二温度调节器（Ⅱ）产生的余气排出做其他用途；

d、第一旋风预热还原器（C1）排出的煤气先与第一温度调节器（Ⅰ）送过来的煤气混合后再与第三旋风预热还原器（C3）分离出的固体混合送入第二旋风预热还原器（C2），第二旋风预热还原器（C2）排出的煤气与第四旋风预热还原器（C4）分离出的固体混合送入第三旋风预热还原器（C3），第三旋风预热还原器（C3）排出的煤气与第五旋风预热还原器（C5）分离出的固体混合后送入第四旋风预热还原器（C4），第四旋风预热还原器（C4）排出的煤气与铁矿粉仓内送过来的铁矿粉混合送入第四旋风预热还原器（C5），第四旋风预热还原器（C5）排出的煤气送入除尘器（Ⅲ）；

e、在d步骤气固汇合过程中，第五旋风预热还原器（C5）排出的煤气中含有大量的灰尘，在除尘器（Ⅲ）中将煤气中的气体和固体灰尘分离，尾气排出，除尘器（Ⅲ）中排出的固体送入第五旋风预热还原器（C5）排出的固体混合。