CN102409126A - 一体式还原炼铁炉及一体式还原炼铁工艺 - Google Patents

一体式还原炼铁炉及一体式还原炼铁工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一体式还原炼铁炉及一体式还原炼铁工艺,该炼铁炉包括封闭炉体,炉体上设有排出气体的排气口,炉体内依次排列若干还原室,还原室侧壁上设有至少一个出气口,每两个还原室之间形成半封闭空腔。炼铁工艺包括原料简单成型制成炉料的步骤,炉料在炼铁炉中反应并且反应生成的可燃气体二次燃烧的步骤,反应生成物出炉的步骤。本发明炼铁炉封闭性好,使得热损耗少,与环境友好,整个反应过程为封闭式非焦煤冶炼过程,免去了传统高炉生产中的炼焦工艺和烧结过程,满足了绿色环保、清洁生产的要求,并且反应可燃气体能循环利用,节能环保,生产效率高,电能损耗低,生产成本低。

Description

一体式还原炼铁炉及一体式还原炼铁工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种熔融还原炼铁的新工艺,具体涉及一种一体式熔融还原炼铁工艺,属于铁矿石冶炼技术领域。
背景技术
[0002] 熔融还原炼铁(Iron making by smelting reduction)是指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态热铁水的工艺过程。因其对环境的污染极小、投资少、流程短得到国内外专家的关注,是目前非高炉炼铁领域的一大课题。目前,最先进的熔融还原炼铁工艺包括C0REX、 Finex及HISmelt。COREX是奥钢联开发的一种用煤和球团矿(块矿)生产铁水的新炼铁工艺,优点是:可以用大部分非炼焦块煤和天然块矿进行冶炼,环保排放水平有很大幅度的改善,对原燃料中的有害元素的容忍度有较大幅度的提高。缺点是:1、天然块状原燃料资源量不够大,对资源的适应性还是受到了较大的限制。2、COREX还不能全部使用天然块矿,仍需要一定比例的焦炭,还没有完全摆脱高炉的弊病。3、由于竖炉会产生粘结等原因,COREX年作业率还低于高炉水平。
[0003] Finex工艺是一种直接使用煤和粉矿的熔融还原炼铁技术,是针对COREX必须使用块矿或球团作原料以保证还原竖炉透气性的特点加以改进而来的,其关键技术是在流化床反应器内将粉铁矿还原成粉状DRI (直接还原铁)以及使用熔融气化炉将DRI熔融还原为铁水,用纯氧进行冶炼。与传统的高炉炼铁工艺相比,FINEX炼铁工艺省去了炼焦和粉矿烧结的工艺过程,产出的铁水质量可以与高炉生产的铁水质量相媲美,同时,对粉矿石和粒度没有严格要求。缺点是:流化床反应器的还原效率不如竖炉,其金属化率仅为80%左右, 增加熔融气化炉的还原负担使得每吨生铁耗用的煤量要比高炉燃料比高的多。同时,还需要庞大的制氧和自备电厂以及煤气脱除C02循环再利用设备。
[0004] 上述两种工艺均为二步法,在利用还原反应产生的高温一氧化碳热能方面具有一定的降低生产成本、节约资源和能源的优势,但由于存在预还原反应器,使整个流程结构复杂,往往需要庞大的附属设备(如庞大的制氧和自备电厂以及煤气脱除(X)2循环再利用设备等)。相比之下,HIsmelt熔融还原技术是目前另一极具生产前景的熔融还原炼铁技术,采用的是改进的一步法。它是一种直接使用粉矿、粉煤和1200摄氏度热风(不用氧气,用22立方米/吨天然气)的铁浴熔融还原炼铁法。HIsmelt的优点是结构简单,炉体体积和高度较小,投资成本和维修成本低,工艺无需烧结和炼焦,环保水平较高。但HISmelt法同时存在自身明显的缺陷,如HIsmelt熔融还原为低压操作,大量高温含尘煤气热能难以回收利用, 吨铁能耗高,高温低热值尾气成为该工艺的“鸡肋”,炉衬腐蚀快,一代炉龄仅12〜18个月。 因此,总体上说,尽管HIsmelt在直接利用粉矿、粉煤冶炼对钢铁业者有着较大的吸引力, 但该工艺要想实现工业化生产,在热煤气利用、CO 二次燃烧并将热量有效传递给熔池,提高设备利用率及降低炉衬成本方面还有很长的路要走。
[0005] 通过以上描述可以看出,COREX、FineX、HISmelt工艺虽然都考虑了利用提高一氧化碳的二次利用率降低生产成本、节约资源和能源,但每个工艺都存在着明显的缺陷,限制熔融还原炼铁的工业化应用。如果将一步法和二步法的优点结合起来,形成一种流程简单、 辅助设备少,同时又能提高煤气二次燃烧率的一步熔融还原炼铁工艺将具有重大意义,也为我国的节能减排提供有力的技术支持。
[0006] 直接还原铁,简称DRI ( Direct Reductiong Iron ),也称海绵铁,是用高品位铁矿、球团矿或铁磷等杂质含量低的氧化铁在固态直接还原生产的冶金产品,不仅可作为废钢代用品,而且是冶炼优质高效钢材必不可少的原料。同时它的成品含碳量较低、有害杂质少、其能源不用焦炭而用不能炼焦的原煤,是一种短流程、低污染、节能降耗的钢铁冶金新技术。
[0007] 目前,公知最先进的海绵铁生产工艺应该是转底炉法。转底炉工艺主要是将含铁粉料、煤粉料、脱硫剂混勻后造球,然后将均勻混合的原料烘干并预热后加入转底炉中,随着炉底的旋转,炉料依次经过预热区、还原区、中性区反应完毕后进入热运输罐内或快速冷却。该方法存在产品的含硫量不能满足电炉炼钢的要求、DRI的再氧化、产品的金属化率较低等问题。如果能使工艺进一步简化并能解决其现有存在的问题,其应用将更广。
发明内容
[0008] 本发明针对现有技术中一步法和二步法熔融还原炼铁工艺存在的不足,提供了一种一体式熔融还原炼铁工艺,该工艺流程简单、辅助设备少、污染极小,并且能够充分利用反应过程中产生的可燃气体,降低了成本和能源,节约了资源。
[0009] 本发明还提供了一种一体式直接还原炼铁工艺,该工艺流程简单、污染小、可直接得到海绵铁,并且反应生成的可燃气体可以作为反应的能源,降低了成本和能源。
[0010] 本发明还提供了供上述两种工艺使用的一体式还原炼铁炉,该还原炼铁炉封闭性好,减少环境污染,并且其结构能够实现反应可燃气体的再次利用,效果好。
[0011] 本发明是通过以下措施实现的:
一种一体式还原炼铁炉,包括封闭炉体,其特征是:炉体上设有排出气体的排气口,炉体内依次排列若干还原室,还原室侧壁上设有至少一个出气口,每两个还原室之间形成半封闭空腔。
[0012] 进一步的,所述还原炼铁炉的还原室的上端设有进料口,下端设有出料口,进料口和出料口均位于炉体的外部。
[0013] 进一步的,还原室和炉体内均设有耐火材料。
[0014] 进一步的,所述出气口位于还原室侧壁中上部,每个还原室优选设有三个出气口。
[0015] 进一步的,所述排气口靠近最后一个还原室,这样前面还原室反应产生的气体向最后一个还原室方向流动,其热能可以顺便提供给后期的还原室。
[0016] 本发明采用自行设计的还原炉(即还原炼铁炉,下同)进行还原炼铁,该还原炉设有若干个单独的还原室,在还原室中可以根据反应温度和反应时间发生熔融还原反应炼制铁水或者直接还原反应制得海绵铁,该还原炉的设计主要是为了简化生产步骤、充分利用反应过程中产生的可燃气体(主要指一氧化碳,还有少量的氢气)。我们知道,炼铁发生的基本原化还原反应为:(l)Fe203+3C=2Fe+3C0 ;(2) 2C0+02=2C02。其中,反应(1)为吸热反应, 反应(2)为放热反应。按照动力学理论,后一个反应中的放热可以促使第一个吸热反应发生,继续生成狗和⑶。生成的CO进一步与化混合,生成(X)2和放出大量的热,进一步促使铁矿石的还原反应。同时,CO也可以还原狗203。此连锁反应促使整个炼铁过程不断进行, 而减少能源的损耗。根据这一原理,本发明设计了新型的还原炉,务求整个炼铁过程达到能量利用的最大化,实现CO燃烧热和物理热能的循环式利用。
[0017] 本发明还原炉能使反应一步完成,简化步骤,其特点是反应生成的可燃气体(主要为一氧化碳)能作为热源供给后续的还原反应使用,其实现方式为:还原炉分为一个整体的封闭炉体和位于炉体内的若干个依次排列的还原室,还原室结构简单,仅为内部设有耐火材料的腔室,与现有的热炉的反应腔室一样,不同的是没有喷枪,而是在还原室侧壁上设有出气口,反应生成的一氧化碳能够从出气口中排出,进入还原室外部(即两个还原室间的空腔中),在此空腔中用风机等设备引入助燃气体,一般为空气或氧气,考虑到成本等问题,优选空气,使一氧化碳充分反应产生热能。反应生成的二氧化碳具有高温(物理热能),另外, 燃烧产生大量的热量(化学热能),这两种热能传递给相邻的还原室,使还原室的温度升高, 加快反应速度。还原室的数量可以根据工业产量或者实际情况进行调整,其数量的多少对整个还原炉的影响不大,理论上来说,还原室的数量越多,一氧化碳循环利用的更充分,更利于简化步骤。
[0018] 在还原炉的结构中,两还原室和炉体共同围成一个空腔,该空腔处于半封闭状态, 在还原室和炉体之间还存在空隙,反应产生的二氧化碳及其他的气体可以通过这些空隙向排气口处流动,最终排出炉体。从排气口排出的气体分两类,一类是各还原室腔室间反应生成的二氧化碳,另一类是最后一个还原室反应产生的一氧化碳。两类气体均带有大量的物理热能(高温),它们从排气口排出后可以继续加以利用。一者,可以利用它们的物理热能来干燥简单成型的炉料,同时炉料也可吸附部分的碳元素;二者,气体中的一氧化碳还可以引入前面的空腔中,使其充分燃烧,提供热源。
[0019] 本还原炉具有以下优点:
(1)使用含碳铁氧化物球团直接高温还原,还原速度快,效果好。
[0020] (2)炉内气氛调节灵活,可控制炉渣内FeO的含量少,对炉内耐材的腐蚀性小。
[0021] (3)封闭性好,使得热损耗少,与环境友好。
[0022] ( 4 )无喷枪设计,不会产生泡沫渣现象,炉内结构参数稳定,易于控制。
[0023] (5) 一氧化碳的物理能和化学能能够得到连锁的充分利用,降低了能耗。
[0024] ( 6 )将二次燃烧后的一氧化碳、二氧化碳混合气体再次用于预热以及燃烧过程,整个流程实现了一氧化碳气体的循环、充分利用,节约能耗。
[0025] (7)生产装置起点规模小,增加还原室个数,即可适当扩大生产能力。
[0026] 由于采用了本发明封闭式多还原室还原炉,简化了炼铁工艺流程,使还原反应一步完成,简单经济。
[0027] —种一体式熔融还原炼铁工艺,其特征是:采用上述一体式还原炼铁炉进行炼铁, 包括以下步骤:
(1)将铁矿粉、原煤和溶剂混合均勻,简单成型后成为含碳铁氧化物球团,烘干,作为炉料备用;
(2)保持一体式还原炼铁炉整体温度为1150-1200°C,还原室从一端到另一端记为第一还原室、第二还原室、……、第η还原室,炉体温度稳定后将炉料加入第一还原室,炉料在其中发生高温熔融还原反应,待反应稳定后,向第二还原室中加入炉料,同时向第一还原室与第二还原室之间的空腔中通入助燃气体,使第一还原室溢出的可燃气体燃烧放热供第二还原室使用;
(3)第二还原室反应稳定后,将炉料加入第三还原室,并同时向第二还原室与第三还原室之间的空腔通助燃气体,使第二还原室溢出的可燃气体燃烧放热供第三还原室使用, 依次进行反应直至第n-1还原室反应稳定后,将炉料加入第η还原室,并同时向第η-1还原室与第η还原室之间的空腔通助燃气体,使第η-1还原室溢出的可燃气体燃烧放热供第η 还原室使用;
(4)每个还原室反应后得铁水,铁水从出料口倒出进行水淬得粗制生铁和炉渣。
[0028] 上述熔融还原炼铁工艺中,所述溶剂为石灰石,铁矿粉、原煤和溶剂的质量比为: 8. 5-9. 5 :0. 25-0. 35 :0. 55-0. 65。
[0029] 上述熔融还原炼铁工艺中,铁矿粉、原煤和溶剂的粒度均小于15mm。
[0030] 上述熔融还原炼铁工艺中,所述助燃气体为空气或氧气,可燃气体主要指一氧化碳。
[0031] 上述熔融还原炼铁工艺中,反应过程中保持第一还原室后的还原室的反应温度为 1350-1400°C,若可燃气体燃烧放热达不到此温度,则向相应的空腔中通入煤气。
[0032] 上述熔融还原炼铁工艺中,反应产生的高温气体由排气口排出,排出的气体用于干燥炉料或者进入还原室间的空腔燃烧放热。
[0033] 一种一体式直接还原炼铁工艺,其特征是:采用上述一体式还原炼铁炉进行炼铁, 包括以下步骤:
(1)将铁矿粉、原煤和溶剂混合均勻,简单成型成为含碳铁氧化物球团,作为炉料备
用;
(2)保持一体式还原炼铁炉整体温度为800-1000°C,还原室从一端到另一端记为第一还原室、第二还原室、……、第η还原室,炉体温度稳定后将炉料加入第一还原室,炉料在其中发生直接还原反应,待反应稳定后,向第二还原室中加入炉料,同时向第一还原室与第二还原室之间的空腔中通入助燃气体,使第一还原室溢出的可燃气体燃烧放热供第二还原室使用;
(3)第二还原室反应稳定后,将炉料加入第三还原室,并同时向第二还原室与第三还原室之间的空腔通助燃气体,使第二还原室溢出的可燃气体燃烧放热供第三还原室使用, 依次进行反应直至第η-1还原室反应稳定后,将炉料加入第η还原室,并同时向第η-1还原室与第η还原室之间的空腔通助燃气体,使第η-1还原室溢出的可燃气体燃烧放热供第η 还原室使用;
(4)每个还原室反应后得海绵铁,从出料口倒出。
[0034] 上述直接还原炼铁工艺中,所述溶剂为石灰石,铁矿粉、原煤和溶剂的质量比为: 8. 0-9. 0 :0. 15-0. 25 :0. 45-0. 55。
[0035] 上述直接还原炼铁工艺中,铁矿粉、原煤和溶剂的粒度均小于15mm。
[0036] 上述直接还原炼铁工艺中,步骤(2)和(3)中,所述助燃气体为空气或氧气,可燃气体主要指一氧化碳。
[0037] 上述直接还原炼铁工艺中,反应过程中保持第一还原室后的还原室的反应温度为 1000-1200°C,若可燃气体燃烧放热达不到此温度,则向相应的空腔中通入煤气。[0038] 上述直接还原炼铁工艺中,反应产生的高温气体由排气口排出,排出的气体用于干燥炉料或者进入还原室间的空腔燃烧放热。
[0039] 采用自制还原炉可以实现两种铁的炼制,既可以通过熔融还原工艺炼制铁水,制备粗铁,又可以通过直接还原工艺制备海绵铁。这两种工艺在步骤和参数上大体相同,主要不同点是反应时的温度不同,从而使最终制得的产品不同。本发明工艺原料前处理简单,所用的铁矿石粉粒度要求不高,原料使用范围广,此外,可以全部用原煤作为还原剂,而不需要焦炭,原煤可采用褐煤、烟煤和无烟煤。在预处理中,只要将原料粉碎,按比例混合均勻, 然后压合成松散的含碳铁氧化物球团即可,因此省去了烧结和炼焦的步骤,没有预还原装置,大大简化了流程和装置。
[0040] 本发明通过还原炉的设计,使反应产生的一氧化碳能够充分燃烧以提供反应所需的一部分热能,一般,熔融还原反应中,铁矿石和碳的反应温度在1350-1400°C最佳,直接还原形成海绵铁的温度在1000-1200°C最佳,根据反应能够产生的一氧化碳和一氧化碳燃烧率计算出一氧化碳能提供的热能,在保证第一还原室的还原反应能够发生并放出一氧化碳的情况下,确定出熔融还原时还原炉总体外加热温度在1150-1200°C最佳,直接还原形成海绵铁时还原炉总体外加热温度在800-1000°C最佳。这样,通过反应生成的一氧化碳燃烧所产生的热能能使后续的还原室温度达到最佳还原温度,从而使第一还原室以后的后续还原反应快速、充分的反应。
[0041] 还原室中的炉料并不是同时加入的,而是在前面的还原室反应稳定后再在其后相邻的还原室加入炉料准备反应,还原室中炉料的加入量都相同,因此一般情况下前面还原室生成的热量均能达到后面还原室反应的最佳温度,从而使整个流程顺利进行。在实际生产过程中,外部环境或者原料的差异会使生成的可燃气体存在一定的差异,因此在实际生产中,为了保证还原室达到最佳反应温度,在反应生成的可燃气体放热无法达到要求时,一般向空腔中通入一部分煤气、天然气等外部可燃气体,使温度达到最佳值补充热能。
[0042] 上述两种工艺的流程如图2,基本流程是:原煤和矿粉以及少量熔剂按一定比例混合后,进行过筛和简单成型,形成含碳铁氧化物球团一炉料,炉料经过烘干后送至还原炉内第一还原室,根据所需铁产品的种类,保持还原炉整体温度在1150-1200°C (铁水)或 800-1000oC (海绵铁),第一还原室的温度低于最佳还原温度,因此还原反应发生的比较缓慢,在第一还原室反应稳定后,就有一定的一氧化碳生成进入第一、二还原室间的空腔中, 通过调节助燃风机鼓入空气的量,使一氧化碳点火充分燃烧,释放其携带的物理能和化学能,另外根据情况通入少量的煤气,这样在第二还原室中加入炉料,使第二还原室的温度迅速升至最佳温度,炉料在第二还原室中充分反应。反应稳定后再在第三还原室中加入炉料, 按照上述方法使第三还原室在最佳温度下也快速发生还原反应。按照以上的顺序一直持续下去,直至第η还原室反应稳定。最后一个还原室生成的一氧化碳无法供后续还原室使用, 可以将这些气体引出充分利用。一者,可以利用它们的物理热能来干燥简单成型的炉料,同时炉料也可吸附部分的碳元素;二者,一氧化碳还可以引入前面的空腔中,使其充分燃烧, 提供热源。
[0043] 熔融还原生成的是铁水,所得铁水可以从还原室下面的出铁料口出窑,直接进行水淬,得到粗制生铁和炉渣。直接还原所得的产物为海绵铁(DRI),所得的高温海绵铁可以从出料口直接以固体状态高温热装入电炉进行精炼(球磨磁旋),根据用户需要配料,液渣分离后制到合金钢。高温热装入炉相对于传统的冷料入炉,节省了大量的物理热和化学热, 显著降低了电能和还原剂的消耗,提高了生产效率。
[0044] 本发明工艺具有以下优点:
1、本发明设备为封闭式非焦煤冶炼过程,免去了传统高炉生产中的炼焦工艺和烧结过程,也不存在废水的处理问题,对环境基本没有污染,满足了绿色环保、清洁生产的要求。
[0045] 2、原料燃料适应性广,设备简单、操作容易,生产规模和生产能力可通过调节还原室个数灵活控制。
[0046] 3、反应可燃气体能循环利用,节能环保,生产效率高,电能损耗低,生产成本低。 附图说明
[0047] 图1为本发明一体式还原炼铁炉结构示意图; 图2为本发明炼铁工艺流程图;
其中,1、炉体,2、第一还原室,3、第二还原室,4、第三还原室,5、第四还原室,6、第五还原室,7、第六还原室,8、空腔,9、进料口,10、出料口,11、出气口,12、排气口。
具体实施方式
[0048] 下面结合实施例对本发明进行进一步的阐释,应该明白的是,下述说明仅是为了解释本发明,并阐述本发明的优点,并不对其具体内容进行限定。
[0049] 本发明工艺原料选择性高,可适用于高品位或低品位红土镍矿的冶炼,也可适用于高磷铁矿的冶炼;原煤可采用褐煤、烟煤和无烟煤。
[0050] 实施例1
如图1所示的还原炉(即还原炼铁炉,下同),其含有封闭炉体1和位于其内的还原室, 还原室的个数为6个,它们从左到右分别为第一还原室2、第二还原室3、第三还原室4、第四还原室5、第五还原室6、第六还原室7,当然,在实际应用中还原室的个数可以随意调配, 这里仅以6个还原室的还原炉为例对其结构进行阐述,这六个还原室分别独立,在炉体内依次排列,每个还原室的侧壁中上部设有一个出气口 11,出气口的个数可以适当调整,优选 3个出气口,每两个还原室之间形成半封闭空腔8。此外,炉体上还设有排出气体的排气口 12,排气口位于靠近第六还原室的位置,还原室的上端设有进料口 9,下端设有出料口 10, 进料口和出料口均位于炉体的外部。为了满足熔炼条件,在炉体和还原室的内壁上都设有耐火材料。另外,为了满足一氧化碳燃烧,还可在每个密闭空腔处设置进风口,以备空气或者煤气进入。
[0051] 本发明炉体与现有热炉的主要区别就是将反应室隔成独立的、单个的反应室(即还原室),且保持各反应室之间有一个半封闭的空腔,其他的部分,例如耐火材料,加热方式与现有热炉等相同,可以采用电加热保持整个炉体的基础温度。
[0052] 下面以此还原炉为例,简述一下炉料的加入、反应过程: 1、熔融还原反应
(1)、取铁矿石、原煤和石灰石溶剂均勻混合,过筛,按比例混合均勻,简单压合,形成含碳铁氧化物球团,所述球团烘干备用;
(2)、采用电加热的方式将还原炉整体温度升至1150-1200°C,然后将炉料加入第一还原室,炉料加入量不宜过多,以还原室体积四分之三为宜。加入后的炉料在此温度下进行高温熔融反应,因温度不是很高,所以反应相对慢一些,反应逐渐稳定,并有大量一氧化碳等气体进入半封闭空腔中,带第一还原室稳定后,将同样量的炉料加入第二还原室,同时向密闭空腔中通入空气和少量煤气,点火使一氧化碳燃烧,燃烧产生大量热量,使第二反应室的温度迅速升高,至1350_1400°C,在此最佳温度下,反应室中的炉料快速完成还原反应,按照上述操作,直至第六还原室中的炉料反应完全,第六还原室所产生的一氧化碳和前面的还原室产生的二氧化碳等气体可以通过排气口排出,另作他用。
[0053] (3)、反应后,每个还原室中都形成铁水,将铁水经出料口排出,直接引至水池进行水淬,可以得到粗制生铁和铁渣。
[0054] 2、直接还原反应
(1)、取铁矿石、原煤和石灰石溶剂均勻混合,过筛,按比例混合均勻,简单压合,形成含碳铁氧化物球团,所述球团烘干备用;
(2)、采用电加热的方式将还原炉整体温度升至800-1000°C,然后将炉料加入第一还原室,炉料加入量不宜过多,以还原室体积四分之三为宜。加入后的炉料在此温度下进行高温熔融反应,因温度不是很高,所以反应相对慢一些,反应逐渐稳定,并有大量一氧化碳等气体进入半封闭空腔中,带第一还原室稳定后,将同样量的炉料加入第二还原室,同时向密闭空腔中通入空气和少量煤气,点火使一氧化碳燃烧,燃烧产生大量热量,使第二反应室的温度迅速升高,至1000-1200°C,在此最佳温度下,反应室中的炉料快速完成还原反应,按照上述操作,直至第六还原室中的炉料反应完全,第六还原室所产生的一氧化碳和前面的还原室产生的二氧化碳等气体可以通过排气口排出,另作他用。
[0055] (3)、反应后,每个还原室中都形成海绵铁,将海绵铁经出料口排出,所得海绵铁可以固体状态直接进入高温热装入电炉进行精炼(例如球磨磁旋),根据用户需要配料,液渣分离后制得合金钢。
[0056] 实施例2
采用本发明工艺冶炼高品位红土镍矿,其高品位镍红土矿的成分为:
工艺步骤为:
Figure CN102409126AD00101
1、将红土镍矿、褐煤和溶剂按8. 5-9. 5 :0. 25-0. 35 :0. 55-0. 65比例混合均勻,压成含碳铁氧化物球团,烘干,作为炉料备用,红土镍矿、褐煤和溶剂和粒度均小于15mm ;
2、保持还原炼铁炉加热温度为1150-1200°C,炉料加入第一还原室进行反应,第一还原室的炉料在1150-1200°C下进行反应,第一还原室稳定后,在第二还原室中加入炉料,第一还原室的一氧化碳在第一、二还原室的空腔中二次燃烧,同时加入少量的煤气补充热能,使第二还原室反应温度迅速升至1350-140(TC,第二还原室稳定后,按顺序依次向后续还原室加入炉料,因为一氧化碳的二次燃烧,后续炉料的反应温度也为1350-1400°C,直至最后一个还原室反应完全;
3、将每个还原室反应后得到的铁水从出料口倒出进行水淬得粗制生铁(含Μ4%)和炉渣。
[0057] 主要工艺参数(每吨镍铁)如下:
Figure CN102409126AD00111
实施例3
利用实施例2所述的高品位红土镍矿进行直接还原制备海绵铁,其工艺步骤为: 1、将红土镍矿、褐煤和溶剂粉碎按8. 0-9. 0 :0. 15-0. 25 :0. 45-0. 55比例混合均勻,压成含碳铁氧化物球团,烘干,作为炉料备用,红土镍矿、褐煤和溶剂和粒度均小于15mm ;
2、保持还原炼铁炉加热温度为800-100(TC,炉料加入第一还原室进行反应,第一还原室的炉料在800-1000°C下进行反应,第一还原室稳定后,在第二还原室中加入炉料,第一还原室的一氧化碳在第一、二还原室的空腔中二次燃烧,同时加入少量的煤气补充热能,使第二还原室反应温度迅速升至1000-120(TC,第二还原室稳定后,按顺序依次向后续还原室加入炉料,因为一氧化碳的二次燃烧,后续炉料的反应温度也为1000-1200°C,直至最后一个还原室反应完全;
3、将每个还原室反应后得到的海绵铁倒出,热装到电炉经精炼后得到较高品味镍铁合金(含镍12%)。
[0058] 主要工艺参数(每吨镍铁)如下:
Figure CN102409126AD00112
实施例4
将实施例2得到的粗制镍铁标示为1号,将其打出的炉渣标示为2号,将实施例3得到的样品标定为3号,炉渣为4号。经化学分析法,检测样品内常规元素成分如下表所示。可以看出,经过本工艺的冶炼,样品1中的铁元素含量约为89%,有害元素P元素含量很低,这样可省去钢铁厂的除磷工艺,每吨钢可节省850元,同时样品1中的Mn元素含量较高,为特殊钢种所需要。样品3中的铁元素含量约为83. 39%,镍元素含量为11. 2%,属于较高品味的含镍生铁。该生铁含有的Si杂质较少,可降低除硅所需的氧气以及高的造渣量。这说明本发明工艺还原镍红土矿,所生产的产品比目前传统的工艺具有有害杂质少的明显特点。本发明工艺所得样品成分分析
Figure CN102409126AD00121
注- 揩炉渣中的全铁含量
[0059] 实施例5
将本发明实施例3工艺大气污染物测量值与现今高炉冶炼工艺和非高炉冶炼工艺进行比较,其排放标准按照国家(山东省)规定的(高炉等)钢铁工业污染物的排放标准,结果见下表:
Figure CN102409126AD00131
Figure CN102409126AD00141
从以上各表可以看出,高炉冶炼生铁的颗粒物国家标准其排放总量上限为160mg/m3, 非高炉冶炼的排放浓度总量上限为100 mg/m3。而采用本发明新工艺的颗粒物排放浓度仅为42. 5 mg/m3,远远低于国家规定值,在生产现场中基本没有粉尘出现,而二氧化硫、氮氧化物的排放量仅为国家排放标准的50%、40%左右。这体现了本发明炼铁新工艺无焦、低污染的明显优势。
[0060] 从以上描述可以看出,将该工艺冶炼产品品味高,有害杂质少,冶炼过程中,对环境基本没有污染,满足了绿色环保、清洁生产的要求。此外,该工艺原料选择性广,免去了传统高炉生产中的炼焦工艺和烧结过程,在冶炼过程中一氧化碳二次燃烧利用率高,节约了能源,生产成本大大降低。

Claims (10)

1. 一种一体式还原炼铁炉,包括封闭炉体(1),其特征是:炉体上设有排出气体的排气口(12),炉体内依次排列若干还原室,还原室侧壁上设有至少一个出气口(11),每两个还原室之间形成半封闭空腔(8 )。
2.根据权利要求1所述的一体式还原炼铁炉,其特征是:还原室的上端设有进料口 (9),下端设有出料口(10),进料口和出料口均位于炉体的外部;还原室和炉体内均设有耐火材料;所述出气口位于还原室侧壁中上部,每个还原室设有三个出气口 ;所述排气口位于靠近最后一个还原室的位置。
3. 一种一体式熔融还原炼铁工艺,其特征是:采用权利要求1的一体式还原炼铁炉进行炼铁,包括以下步骤:(1)将铁矿粉、原煤和溶剂混合均勻,简单成型后成为含碳铁氧化物球团,烘干,作为炉料备用;(2)保持一体式还原炼铁炉整体温度为1150-1200°C,还原室从一端到另一端记为第一还原室、第二还原室、……、第η还原室,炉体温度稳定后将炉料加入第一还原室,炉料在其中发生高温熔融还原反应,待反应稳定后,向第二还原室中加入炉料,同时向第一还原室与第二还原室之间的空腔中通入助燃气体,使第一还原室溢出的可燃气体燃烧放热供第二还原室使用;(3)第二还原室反应稳定后,将炉料加入第三还原室,并同时向第二还原室与第三还原室之间的空腔通助燃气体,使第二还原室溢出的可燃气体燃烧放热供第三还原室使用,依次进行反应直至第η-1还原室反应稳定后,将炉料加入第η还原室,并同时向第η-1还原室与第η还原室之间的空腔通助燃气体,使第η-1还原室溢出的可燃气体燃烧放热供第η还原室使用;(4)每个还原室反应后得铁水,铁水从出料口倒出进行水淬得粗制生铁和炉渣。
4.根据权利要求3所述的一体式熔融还原炼铁工艺,其特征是:步骤(1)中,所述溶剂为石灰石,铁矿粉、原煤和溶剂的质量比为:8. 5-9. 5 :0. 25-0. 35 :0. 55-0. 65,铁矿粉、原煤和溶剂的粒度均小于15mm ;步骤(2)和(3)中,所述助燃气体为空气或氧气。
5.根据权利要求3所述的一体式熔融还原炼铁工艺,其特征是:反应过程中保持第一还原室后的还原室的反应温度为1350-1400°C,若可燃气体燃烧放热达不到此温度,则向相应的空腔中通入煤气。
6.根据权利要求3所述的一体式熔融还原炼铁工艺,其特征是:反应产生的高温气体由排气口排出,排出的气体用于干燥炉料或者进入还原室间的空腔燃烧放热。
7. —种一体式直接还原炼铁工艺,其特征是:采用权利要求1的一体式还原炼铁炉进行炼铁,包括以下步骤:(1)将铁矿粉、原煤和溶剂混合均勻,简单成型后成为含碳铁氧化物球团,作为炉料备用;(2)保持一体式还原炼铁炉整体温度为800-1000°C,还原室从一端到另一端记为第一还原室、第二还原室、……、第η还原室,炉体温度稳定后将炉料加入第一还原室,炉料在其中发生直接还原反应,待反应稳定后,向第二还原室中加入炉料,同时向第一还原室与第二还原室之间的空腔中通入助燃气体,使第一还原室溢出的可燃气体燃烧放热供第二还原室使用;(3)第二还原室反应稳定后,将炉料加入第三还原室,并同时向第二还原室与第三还原室之间的空腔通助燃气体,使第二还原室溢出的可燃气体燃烧放热供第三还原室使用,依次进行反应直至第n-1还原室反应稳定后,将炉料加入第η还原室,并同时向第η-1还原室与第η还原室之间的空腔通助燃气体,使第η-1还原室溢出的可燃气体燃烧放热供第η还原室使用;(4 )每个还原室反应后得海绵铁,从出料口倒出。
8.根据权利要求9所述的工艺,其特征是:步骤(1)中,所述溶剂为石灰石,铁矿粉、原煤和溶剂的质量比为:8. 0-9. 0 :0. 15-0. 25 :0. 45-0. 55,铁矿粉、原煤和溶剂的粒度均小于 15mm;步骤(2)和(3)中,所述助燃气体为空气或氧气。
9.根据权利要5所述的一体式熔融还原炼铁工艺,其特征是:反应过程中保持第一还原室后的还原室的反应温度为1000-1200°C,若可燃气体燃烧放热达不到此温度,则向相应的空腔中通入煤气。
10.根据权利要求5所述的一体式熔融还原炼铁工艺,其特征是:反应产生的高温气体由排气口排出,排出的气体用于干燥炉料或者进入还原室间的空腔燃烧放热。
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