CN102108427B - 一种分段流化床及使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种分段流化床及使用方法，属于非高炉炼铁设备技术领域。分段流化床包括上料系统、预热分级系统、还原系统、排料系统。上料系统包括储料罐和物料喷枪；预热分级系统包括氧气喷枪和预热分级流化床；还原系统包括3-5个还原流化床；预热分级系统中的预热分级流化床和还原系统中的还原流化床采用串联的方式连接；排料系统包括预热分级流化床排料系统和还原流化床排料系统两部分，预热分级流化床排料系统主要将中粒度铁矿粉和大粒度铁矿粉排出预热流化床，还原流化床排料系统将还原后的直接还原铁排出还原流化床。优点在于：可以直接使用铁矿粉和粒度更小的铁精矿粉；且达到能量充分利用的目的。

Description

一种分段流化床及使用方法
技术领域
本发明属于非高炉炼铁设备技术领域，特别是涉及一种分段流化床及使用方法，该装置可将不同粒度的铁矿粉在一个流化床内进行分级后，分别进入不同的流化床进行流态化还原，适用于以铁矿粉为原料的炼铁生产。
背景技术
流化床炼铁是冶金领域的一项重大工艺，由于流化床没有透气性的要求，因此可以直接使用高炉、竖炉不能直接使用的铁矿粉，甚至是精矿粉，不但扩大了炼铁原料的来源，而且降低了生产成本，提高了产品的竞争力。直接使用铁矿粉的流化床炼铁技术是未来炼铁工业发展的方向之一，也是目前各国钢铁工业竞相研究开发的重要领域。奥地利、韩国、澳大利亚、日本等国家经过长时间的开发研究，开发了多种流化床炼铁的新工艺和设备，其中较为著名且常见的有FINMET工艺、FINEX工艺、DIOS工艺和HIsmelt工艺。
到目前为止，FINMET和FINEX均实现了工业化生产。FINMET由奥钢联开发，是唯一投入生产的铁矿粉直接还原技术，在委内瑞拉和澳大利亚得到了工业化生产，但是由于技术本身以及经济方面的种种原因限制了FINMET技术的进一步发展。FINEX技术是奥钢联和浦项联合开发、唯一投入工业化生产的直接以铁矿粉为原料的熔融还原工艺，目前在韩国浦项建有年产150万吨的工业化生产装置。根据浦项的计划，将在2010年年底开始建立年产200万吨的生产装置，并于2012年年底投产。浦项计划在中国、越南、印度等地推广该项技术，并与部分厂商就引进事宜进行了接触。FINEX技术专利称其可使用8mm以下的铁矿粉，但在实际生产中，其可用的铁矿粉粒度范围较专利所提小。DIOS工艺和HIsmelt工艺属于熔融还原炼铁技术领域，均采用“低预还原+高二次燃烧率”的模式，流化床在其中的作用与其说是还原反应器不如说是预热设备，而主要的还原反应放到了铁浴炉中，因此在流化床炼铁领域中并不具有代表性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分段流化床及使用方法。分段流化床包括鼓泡流化床、循环流化床，以下统称为流化床。解决了小尺度铁矿粉的预热和分级的问题，从而达到能量充分利用的目的。
本发明所述的流化床为炼铁设备，包括上料系统、预热分级系统、还原系统、排料系统。上料系统包括储料罐和物料喷枪；预热分级系统包括氧气喷枪和预热分级流化床，氧气喷枪供氧使煤气燃烧升温，预热分级流化床将铁矿粉预热并按照粒度对其进行分级；还原系统包括3-5个还原流化床；预热分级系统中的预热分级流化床和还原系统中的还原流化床采用串联的方式连接；还原流化床用于还原小粒度、中粒度和大粒度三种粒度的铁矿粉，还原三种粒度的三段还原流化床间采用并联的方式进行连接；还原大粒度铁矿粉需设置1-3个还原流化床，之间采用串联方式连接；排料系统包括预热分级流化床排料系统和还原流化床排料系统两部分，预热分级流化床排料系统主要将中粒度铁矿粉和大粒度铁矿粉排出预热流化床，小粒度铁矿粉由于直接被带出流化床，因此不需要专门的排料系统，还原流化床排料系统将还原后的直接还原铁排出还原流化床。
本发明所述的流化床的使用方法为：
1、以铁矿粉(包括精矿粉)为原料，还原煤气为熔融还原气化炉煤气、煤制气、天然气或焦炉煤气中的一种或者几种。
2、铁矿粉由储料罐加入到预热分级流化床中进行流态化预热，在流态化预热的过程中，大粒度铁矿粉(0.5-8mm)在预热分级流化床下部流态化，中粒度铁矿粉(0.01-0.5mm)在预热分级流化床中上部流态化，而小粒度铁矿粉(＜0.01mm)则由于气体速度超过其终端速度而直接被带出预热分级流化床。大粒度铁矿粉、中粒度铁矿粉分别由设在预热分级流化床底部和中部的物料出口排出，由此可将入炉的铁矿粉按照粒度分为大、中、小三个级别，分别进入不同的还原流化床。
3、预热、还原以及流态化所用的还原煤气温度控制在600℃-1000℃之间，首先进入还原流化床段，利用其中的还原气体以及热量将铁矿粉还原，还原度可以达到33.3％-98％。从还原流化床段溢出的还原煤气温度降至200℃-600℃，通入氧气进行燃烧后再进入预热分级流化床，其目的有二，即能提升煤气的温度，便于后续预热使用；又能使煤气中的还原性气体完全消耗完，充分利用了煤气中的化学热。从预热分级流化床顶部排出的炉顶煤气可以再次送入预热分级流化床，进行铁矿粉的预热和分级，从而达到能量充分利用的目的。
由于设备的气路是依次通过还原流化床和预热分级流化床，因此其流量是一定的。为了达到不同粒度铁矿粉能够在不同的流化床分别流态化还原的目的，需要对流化床的尺寸进行区别设计。根据流态化理论，颗粒的临界流态化速度和终端速度，计算得到流化床内所使用的气体速度，再结合还原动力学达到目标还原度对时间的要求以及使用的流量值计算得到流化床的直径、高度，并最终确定流化床的具体尺寸。小粒度和中粒度的铁矿粉由于粒度小、还原动力学条件好，因此分别只设置一个还原流化床；而大粒度铁矿粉的还原动力学较差，达到目标还原度用时较长，因此设置1-3个还原流化床，采用串联方式连接。不同粒度铁矿粉的还原流化床则采用并联的方式连接。还原得到直接还原铁，经过压块后可用于熔融还原和高炉生产，亦可直接外售。
本发明的优点在于：
1、利用了流化床设备，与传统高炉炼铁工艺相比，可以直接使用铁矿粉和粒度更小的铁精矿粉；
2、可省略烧结、球团等环节，降低了原料成本、提高产品的竞争力；
3、可以采用熔融还原炉产生的煤气、煤制气、焦炉煤气诸多气源，煤气来源范围广，为生产提供了便利；
4、采用补喷氧气来燃烧煤气，充分利用煤气中的物理热和化学热，节约了能源。
附图说明
图1是分段流化床设备的示意图。其中，储料罐1、预热分级流化床2、第四还原流化床3、第三还原流化床4、第二还原流化床5、第一还原流化床6、小粒度铁矿粉7、中粒度铁矿粉8、大粒度铁矿粉9、直接还原铁10、还原煤气11、炉顶煤气12、氧气喷枪13。
具体实施方式
实施例
本发明流化床包括上料系统、预热分级系统、还原系统、排料系统。上料系统包括储料罐1和物料喷枪；预热分级系统包括氧气喷枪13和预热分级流化床2，还原系统包括4个还原流化床；预热分级系统中的预热分级流化床2和还原系统中的还原流化床采用串联的方式连接；还原流化床可以还原三种粒度的铁矿粉，用来还原小粒度、中粒度和大粒度铁矿粉的三段还原流化床间采用并联的方式进行连接；还原大粒度铁矿粉9设置2个还原流化床，之间采用串联方式连接；排料系统包括预热分级流化床排料系统和还原流化床排料系统两部分，预热分级流化床排料系统主要将中粒度铁矿粉8和大粒度铁矿粉9排出预热流化床，小粒度铁矿粉由于直接被带出流化床，因此不需要专门的排料系统，还原流化床排料系统将还原后的直接还原铁排出还原流化床。
本发明所述的流化床的使用方法为：
1、以铁矿粉为原料，还原煤气为熔融还原气化炉煤气。
2、铁矿粉由储料罐1加入到预热分级流化床2中进行流态化预热，并通过流态化对铁矿粉按照粒度进行分级，小于0.01mm的小粒度铁矿粉7被带出预热分级流化床2，从其顶部排出，进入到第四还原流化床3中进行还原反应；0.01-0.5mm的中粒度铁矿粉8从预热分级流化床2的中部排出，进入到第三还原流化床4中进行还原反应；0.5-8mm的大粒度铁矿粉9从预热分级流化床2的底部排出后依次进入第二还原流化床5和第一还原流化床6中进行还原反应。三种粒度的铁矿粉在各自的还原流化床内最终生成不同粒度的直接还原铁10。
3、所用还原煤气11的温度控制在800℃，运动方向与铁矿粉的运动方向相反，首先进入第一还原流化床6，然后依次通过第二还原流化床5、第三还原流化床4、第四还原流化床3，参与铁矿粉的还原反应，获得还原度达到93％的直接还原铁10。还原煤气11完成还原任务后，在第四还原流化床3的顶部温度在350℃，在进入预热流化床(2)之前通过氧气喷枪(13)喷吹氧气进行燃烧来提高煤气的温度，将其升至850℃，同时消耗煤气中残余的CO和H2，充分利用气体的物理热和化学热。从预热分级流化床2顶部排出的炉顶煤气12可以再次送入预热分级流化床2，进行铁矿粉的预热和分级，从而达到能量充分利用的目的。

Claims (4)

1.一种分段流化床，分段流化床包括上料系统、预热分级系统、还原系统、排料系统，其特征在于，上料系统包括储料罐(1)和物料喷枪；预热分级系统包括氧气喷枪(13)和预热分级流化床(2)；还原系统包括3-5个还原流化床；预热分级系统中的预热分级流化床(2)和还原系统中的还原流化床采用串联的方式连接；还原流化床用于还原小粒度、中粒度和大粒度三种粒度的铁矿粉，还原三种粒度的三段还原流化床间采用并联的方式进行连接；还原大粒度铁矿粉(9)需设置1-3个还原流化床，之间采用串联方式连接；排料系统包括预热分级流化床排料系统和还原流化床排料系统两部分，预热分级流化床排料系统主要将中粒度铁矿粉(8)和大粒度铁矿粉(9)排出预热分级流化床，还原流化床排料系统将还原后的直接还原铁(10)排出还原流化床；所述的小粒度铁矿粉粒径为＜0.01mm；所述的中粒度铁矿粉(8)粒径为0.01-0.5mm；所述的大粒度铁矿粉(9)粒径为0.5-8mm。
2.根据权利要求1所述的分段流化床，其特征在于，所述的预热分级系统中氧气喷枪供氧使煤气燃烧升温，预热分级流化床将铁矿粉预热并按照粒度对其进行分级。
3.一种权利要求1所述的分段流化床的使用方法，其特征在于，具体步骤为：
a、以铁矿粉为原料，还原煤气(11)为熔融还原气化炉煤气、煤制气、天然气或焦炉煤气中的一种或者几种；
b、铁矿粉由储料罐(1)加入到预热分级流化床(2)中进行流态化预热，在流态化预热的过程中，大粒度铁矿粉(9)在预热分级流化床下部流态化，中粒度铁矿粉(8)在预热分级流化床中上部流态化，而小粒度铁矿粉(7)则直接被带出预热分级流化床(2)，大粒度铁矿粉(9)和中粒度铁矿粉(8)分别由设在预热分级流化床底部和中部的物料出口排出，进入还原流化床；
c、还原煤气(11)温度控制在600℃-1000℃之间，首先进入还原流化床段，将铁矿粉还原；从还原流化床段溢出的还原煤气(11)温度降至300℃-600℃，通入氧气，再进入预热分级流化床(2)，从预热分级流化床(2)顶部排出的炉顶煤气(12)再次送入预热分级流化床(2)，进行铁矿粉的预热和分级。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步骤b中的大粒度铁矿粉(9)粒径为0.5-8mm；所述的中粒度铁矿粉(8)粒径为0.01-0.5mm；所述的小粒度铁矿粉(7)粒径为＜0.01mm。
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