CN102051426B - 一种还原炼铁的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种还原炼铁的方法和装置，以天然块矿或人造块矿为原料，置于预还原炉中，在还原剂的存在下进行预还原反应，预还原产品用推料机推入熔炼炉中进行熔炼，生产类似于高炉生产的铁水或直接还原钢水，2～20台预还原炉串联操作，依次进行预还原和预热，用前部预还原炉排除的还原气体或烟气预热或还原后部预还原炉中被还原物料。本发明多台预还原炉串联操作，充分利用余热，既节省能源，又提高还原炼铁的效率，节约占地面积；利用木煤为炼铁的还原剂，灰分低，热值高，活性高，还原速度块，还原效果好，产品质量好。

Description

一种还原炼铁的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种熔融炼铁的方法和装置，具体说涉及一种多台预还原炉环形串联并旋转与一台熔炼炉一起操作的还原炼铁的方法和装置。

背景技术

熔融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。现有的熔融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。但是所有的熔融还原炼铁工艺，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”，其电弧炉有炉体和电极构成，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原料直接进行热交换，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。

本申请人在专利申请号为200810079321.X发明专利申请中披露了一种三步法金属还原的方法，该方法将金属氧化物与一定量的碳、粘结剂、CaO和水制成成型物，置入还原装置，第一步是成型物在隔绝空气，隔绝氧气的状态下进行预还原；第二步是收集第一步还原过程中产生的析出气体，并对析出气体进行冷却、净化处理和加压。第三步是终还原炉利用析出气体作为还原剂或热载体，使预还原炉出来的物料进一步还原，并且使用析出气体与被换热过的空气或富氧气体混合燃烧，也可使析出气体与纯氧混合燃烧在终还原炉内对还原炉产品进行终还原反应并熔化，除渣，最终产生铁水或直接还原钢水。本申请人在申请号为200810079661.2的另一项发明专利申请中提供了一种熔融还原炼铁的方法和装置，以天然矿块矿或人造块矿为原料，以还原过程产生的煤气作为还原剂和热载体，原料经过预还原炉反应后，进入终还原炉进行终还原反应。预还原炉上部出来的析出气体经过气体处理装置处理和高温换热装置加热后进入终还原炉。熔融还原炼铁的装置包括有预还原炉、气体处理装置和至少一台终还原炉。充分利用余热，节省能源；使用两台终还原炉交替运行，生产效率高，可连续大规模生产；生产过程节省的煤气为其它用煤气过程提供原料。本发明是在上述两项发明专利申请基础上的改进。

发明内容

为提高还原炼铁的效率，充分利用天然燃料，节省能源，本发明提供一种还原炼铁的方法和装置，使还原和熔炼过程连续进行。

本发明提供的还原炼铁的方法为，以天然块矿或人造块矿为原料，置于预还原炉中，在还原剂的存在下进行预还原反应，预还原产品用推料机推入熔炼炉中进行熔炼，生产类似于高炉生产的铁水或直接还原钢。2～20台预还原炉串联操作，依次进行预还原和预热，用前部预还原炉排除的还原气体或烟气预热或还原后部预还原炉中准备进行预还原物料，最后一台预还原炉排出的尾气经煤气换热器预热处理后的煤气，再经气体处理装置(8)进行处理后用作燃料气。所述还原剂为木煤或含10％以上CO+烃类物质的煤气或其它含碳物质，所述预还原温度为800～1900℃。所述尾气经气体处理装置去焦油、加压等过程后用作燃料。

所述木煤为经预处理后的农作物秸秆、果实，干果果壳，树木的枝、叶、木屑，或它们的混合物。简单预处理的方法为农作物秸秆、果实，干果果壳，树木的枝、叶、木屑，或它们的混合物在50～400℃进行烘干脱水后制成的粉末。复杂预处理方法为农作物秸秆、果实，干果果壳，树木的枝、叶、木屑，或它们的混合物在400～1200℃温度下隔绝空气处理后制成粉末。木煤也包括上述物质如农作物的秸秆直接加入作为还原剂。

所述人造矿块为含碳包衣球团、呼吸壳、半呼吸壳、敞开壳，块状或蜂窝状含碳或非含碳成型物，所述呼吸壳内只含有氧化铁或只含有含碳物质。所述呼吸壳是由心部成型物和外包壳组成，心部成型物是氧化物与煤粉、焦粉等含碳物质混合后滚球或压制成球团，外包壳是由类似石灰石、白云石、石灰或电石等物质或它们的混合物及其它一些物质混合成。包壳的方法可以是滚球、压球包壳，还可以是喷粉包壳或浸渍包壳。

所述呼吸壳为石灰石或白云石粉末等物质加粘合剂包在含碳球团或含碳、含铁球团的外层的球团，所述粘合剂为硅溶胶、水玻璃、磷酸和氧化铝等有机或无机物质。

为实现还原炼铁方法，本发明提供的还原炼铁的装置包括：熔炼炉、预还原炉系统、进料系统、出料系统、烟气处理系统、空气预热系统、燃烧系统。所述预还原炉系统包括2～20台预还原炉、推料机、旋转炉台。预还原炉的顶部设有密封加料器15。预还原炉环形排布安装在旋转炉台，预还原炉之间之间用管路连接，管路上设有热风阀。燃烧系统包括烧嘴、空气蓄热器、煤气换热器和气体处理装置，烧嘴位于最终预还原状态的预还原炉处，气体处理装置连接到最初预还原装态的预还原炉。

推料机为螺杆推料机或液压推料机，气体处理装置包括：除尘器，压缩机、捕滴器和电捕焦器。预还原炉和管路的外部设有保温层。所述熔炼炉为电加热炉，电弧炉、电磁感应炉、电渣炉或离子炉，或上述炉型之间的组合。

本发明可以用含10％以上CO+烃类物质的煤气，温度在900～1700℃的高温气体进入最终预还原炉对物料进行热载体加热，这时使用的呼吸壳内的物质只为氧化铁和辅助催化物质，其中不含碳或少含碳，此时，气体具有还原作用。本发明也适用其它碳还原的化学过程，如电石生产过程，黄磷及磷酸制取。以电石为例，物料为呼吸壳，呼吸壳内只由含碳物质和催化剂组成，最终预还原炉加热至1100～1900℃，然后推入电石熔炼炉中，此时，预还原炉为碳酸钙分解炉，熔炼炉为电石熔炼炉。

炼铁炉、电石炉等适合用碳还原的生产过程，采用上述呼吸壳。预还原炉可以多种多样，可以是各式竖炉、类似焦炉的隔绝空气加热炉、转底炉、带有一对或多对蓄热器加热的加热炉。加热到较高的温度并使呼吸壳内的物质产生一定的还原度，然后推入或以其它方式加入到各式熔炼炉中。

本发明用于生产类似高炉生产的铁水、直接还原钢水、电石、黄磷、等类似需要还原的过程，不排除其它的还原过程。

与现有技术相比，本发明的优点是，①多台预还原炉串联操作，充分利用余热，依次进行预还原和预热，既节省能源，提高还原过程的效率，又节省占地面积。②，利用木煤为炼铁的还原剂，灰分低，热值高，活性高，还原速度块，还原效果好，产品质量好。③用木煤作还原剂，可以使废物得到很好的利用，减少不可再生能源的使用，有利于环保；另外由于上述物质属于农业废料，价格低，因此可以降低还原炼铁的生产成本。④出预还原炉的物料温度高，熔炼炉用电量少，降低还原铁的生产成本。

附图说明

图1为本发明还原炼铁装置平面示意图；

图2为还原炼铁装置立面示意图。

其中：

2-空气蓄热器、3-烧嘴、4-熔炼炉、5-推料门、6-预还原炉、7-推料机、8-气体处理装置、9-热风阀、10-管路、11-旋转炉台、12-出料口、13-电极、14-煤气换热器、15-密封加料器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

实施例1用于熔融还原炼铁

如图1、图2所示，本发明还原炼铁的装置由熔炼炉4、预还原炉系统、进料系统、出料系统、烟气处理系统、空气预热系统、燃烧系统组成。预还原炉系统包括6台预还原炉6、推料机7、旋转炉台11。熔炼炉为电弧炉，电弧炉插有电极13。预还原炉环形排布安装在旋转炉台，预还原炉之间用管路10连接，管路上设有热风阀门9。燃烧系统包括烧嘴3、空气蓄热器2、煤气换热器14和气体处理装置8。烧嘴位手最终预还原状态的预还原炉处，气体处理装置连接到最初预还原装态的预还原炉。预还原炉的顶部设有密封加料器15，用于清空预还原产品后加料。气体处理装置8包括：除尘器，压缩机、捕滴器和电捕焦器。推料机为液压推料机，预还原炉两侧设有推料门5。预还原炉和连接管路的外部设有保温层。

本实施例被还原物质为呼吸壳，还原剂为木煤。所述呼吸壳是由心部成型物和外包壳组成，心部成型物是铁的氧化物与煤粉混合后滚球，外包壳是石灰石粉末。包壳的方法是滚球、压球包壳。本发明还原炼铁的过程为，所述呼吸壳和木煤置于预还原炉中，6台预还原炉串联操作，依次进行预还原和预热，用前部预还原炉排除的还原气体或烟气预热或还原后部预还原炉中被还原物料，最后一台预还原炉排出的尾气预热助燃空气后用作燃料气。从最后一台预还原炉出来的尾气含有大量的可燃气，经过气体处理装置8除尘、去焦油、捕滴和加压，再经煤气换热器换热后，一路到空气蓄热器2为空气蓄热，一路到烧嘴作为燃料燃烧。加热后的空气和燃料气在烧嘴混合并燃烧，加热最终预还原状态的预还原炉，该预还原炉的温度为1600℃，其它预还原炉的温度依次为1400℃、1200℃、1000℃、800℃和600℃。出最后一台预还原炉尾气温度为400℃。使经过最终预还原炉的煤气燃烧后的气体和呼吸壳还原后的煤气经过其它预还原炉、管路10、从刚清空并重新装料的预还原炉、煤气换热器14中通过，进入气体处理装置8。最终预还原炉温度达到规定的温度后，烧嘴停止加热，切断最终还原炉两侧的热风阀9，打开推料门5，启动推料机7将预还原后物料通过出料口12推入熔炼炉4中进行熔化分离。然后顺时针转动旋转炉台，使1400℃的预还原炉对准烧嘴，清空的预还原炉对准尾气出口管路，通过密封加料器15为清空的预还原炉加料。打开热风阀，点燃烧嘴，继续进行还原过程。

实施例2用于生产电石

本发明另一实施方案为用图1、图2所示的装置生产电石，此时，预还原炉为碳酸钙分解炉，熔炼炉4为电石熔炼炉。物料为呼吸壳，呼吸壳内只由含碳物质和催化剂组成。电石生产过程与实施例1相同，先将只包有含碳物质的呼吸壳置于各个预还原炉中，依次进行碳酸钙还原(加热分解)和预热，最终预还原炉加热至1100～1900℃，生成石灰，切断最终预还原炉两侧的热风阀9，打开推料门5，启动推料机7，将石灰通过出料口12推入熔炼炉4中进行电石生产。被空气蓄热器加热到500～1200℃的空气与被煤气换热器14预热到100～500℃的含碳燃料气体或煤气进入烧嘴燃烧后，将最终预还原炉中的呼吸壳，加热到1100～1900℃之间后，呼吸壳的碳酸钙物质开始分解成石灰和CO₂物质。这时烧嘴停止加热，切断最终预还原炉两侧的热风阀9，打开推料门5，启动推料机7，将预还原后物料即石灰通过出料口12推入熔炼炉4中进行电弧炉隔绝空气加热，生产电石。然后顺时针转动旋转炉台11使下一预还原炉为最终预还原炉，打开一侧的热风阀9进行加热。这时最终预还原炉一侧的热风阀打开，另一侧的热风阀关闭。清空的预还原炉对准尾气出口管路，通过密封加料器15为清空的预还原炉加料，并且打开热风阀9，使经过最终预还原炉的煤气燃烧后的气体和呼吸壳还原后的煤气经过其它预还原炉、管路10、从刚清空并装料的预还原炉、煤气换热器14中通过，进入气体处理装置8。其它过程与实施例1相同，不再赘述。

Claims (8)

1.一种还原炼铁的方法，以天然块矿、人造块矿或矿粉为原料，置于预还原炉(6)中，在还原剂的存在下进行预还原反应，预还原产品用推料机(7)推入熔炼炉(4)中进行熔炼，生产类似于高炉生产的铁水或直接还原钢水，其特征是：2～20台预还原炉串联操作，依次进行预还原和预热，用前部预还原炉排除的还原气体或烟气，预热或还原后部预还原炉中准备进行预还原物料，最后一台预还原炉排出的尾气经煤气换热器(14)预热处理后的煤气，再经气体处理装置(8)进行处理后用作燃料气；所述还原剂为木煤、含10％以上CO+烃类物质的煤气；所述预还原温度为800～1900℃，所述尾气经气体处理装置去焦油、加压过程后用作燃料。

2.根据权利要求1所述还原炼铁的方法，其特征是：所述木煤为经预处理后的农作物秸秆、果实，干果果壳，树木的枝、叶、木屑，或它们的混合物；所述预处理的方法为农作物秸秆、果实，干果果壳，树木的枝、叶、木屑，或它们的混合物在50～400℃进行烘干脱水后制成粉末，或在400～1200℃温度下隔绝空气处理后制成粉末。

3.根据权利要求1所述还原炼铁的方法，其特征是：所述人造块矿为含碳包衣球团、呼吸壳、半呼吸壳、敞开壳，块状或蜂窝状含碳或非含碳成型物，允许所述呼吸壳内只含有氧化铁或只含有含碳物质。

4.根据权利要求3所述还原炼铁的方法，其特征是：所述呼吸壳为石灰石或白云石粉末物质加粘合剂包在含碳球团或含碳、含铁球团外层的球团，所述粘合剂为硅溶胶、水玻璃、磷酸或氧化铝有机或无机物质，允许在呼吸壳内外加入辅助物料如催化剂。

5.一种实现权利要求1～4任一项所述还原炼铁方法的装置，包括：熔炼炉 (4)、预还原炉系统、进料系统、出料系统、烟气处理系统、空气预热系统、燃烧系统，其特征是：所述预还原炉系统包括2～20台预还原炉(6)、推料机(7)、旋转炉台(11)，预还原炉的顶部设有密封加料器15，所述预还原炉环形排布安装在旋转炉台，预还原炉之间用管路(10)连接，管路上设有热风阀(9)；燃烧系统包括烧嘴(3)、空气蓄热器(2)、气体处理装置(8)和煤气换热器(14)，烧嘴位于最终预还原状态的预还原炉处，气体处理装置连接到最初预还原状态的预还原炉。

6.根据权利要求5所述还原炼铁的装置，其特征是：所述推料机为螺杆推料机或液压推料机；所述气体处理装置包括：除尘器，压缩机、捕滴器和电捕焦器；所述预还原炉和管路的内部设有耐火保温层。

7.根据权利要求5所述还原炼铁的装置，其特征是：所述熔炼炉为电加热炉、电弧炉、电磁感应炉、电渣炉或离子炉，或上述炉型之间的组合。

8.根据权利要求5所述还原炼铁的装置，其特征是：旋转炉台(11)可以转动，预还原炉中装有呼吸壳，被空气蓄热器加热到500～1200℃的空气与被煤气换热器(14)预热到100～500℃的含碳燃料气体或煤气进入烧嘴燃烧后，将最终预还原炉中的呼吸壳，加热到1100～1700℃之间后，呼吸壳中的物质这时是熔融、半熔融或固体状态下的物质，允许部分呼吸壳破裂并使液态的金属铁流出，这时烧嘴停止加热，切断最终预还原炉两侧的热风阀(9)，打开推料门(5)，启动推料机(7)，将预还原后物料通过出料口(12)推入熔炼炉(4)中进行融化分离；然后顺时针转动旋转炉台(11)使下一预还原炉为最终预还原炉，打开一侧的热风阀(9)进行加热；这时最终预还原炉一侧的热风阀打开，另一侧的热风阀关闭；清空的预还原炉对准尾气出口管路，通过密封加料器(15)为清空的预还原炉加料，并且打开热风阀(9)，使经过最终预还原炉的煤气燃 烧后的气体和呼吸壳内氧化铁还原后释放的煤气经过其它预还原炉、管路(10)、从刚清空并装料的预还原炉、煤气换热器(14)中通过，进入气体处理装置(8)。 

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