CN103194557A - 一种新型煤气熔融冶炼炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型煤气熔融冶炼炉，炉体材质为钢材，炉体由炉罩(四)、炉身(三)、炉腹(二)、炉缸(一)四部分组成。炉罩位于炉体的顶部，顶部设烟道，中间设有加料口。炉身位于炉体的中上部，外壳夹层设有风眼风套和二次风风套，风眼风套和二次风风套分别接通罗茨风机B和罗茨风机A；风眼风套通过风眼风管接炉腹底部的风眼，二次风风套与煤气管道会合后通往煤气喷嘴。炉腹位于炉身的下部。炉腹外壳的中间夹层为一循环水套，水套内的水通过水泵、回水管、水箱完成自动循环。炉缸位于炉体的最底部，设有出铁口和出渣口，炉缸件设计为可拆卸移动件，每40天需更换一次。本设备节能降耗，污染小，投资少。

Description

一种新型煤气熔融冶炼炉

技术领域

本发明涉及一种新型煤气熔融冶炼炉装置，属冶炼设备技术领域。

背景技术

高炉炼铁技术毫无疑问是当今世界炼铁领域的主宰，在相当长的时期其霸主地位均不可动摇。随着高炉容积的扩大，高炉的有效高度也随之增高，5580m₃高炉的有效高度已达35m。为了保持高炉良好的透气性，要求所用的矿石及焦炭必须有很高的强度，这不仅使原料加工复杂化，且提高了主焦煤的使用比例。高炉自身的发展带来的问题主要有：一是烧结矿、球团矿和焦炭的生产，以及这些原、燃料在满足大高炉的生产中，造成了严重的大气、水及粉尘污染；二是主焦煤在高炉生产中耗用太多，而世界普遍存在其储量比例较少的问题，这势必给高炉的后续发展带来危机感；三是高炉规模大会导致铁、烧、焦生产设备庞大、复杂，生产流程过长，则增加了投资，降低了竞争力。

非高炉烘铁和为一种能消除块矿、焦煤和废钢三大资源不足的危机，减轻钢铁业的资源、能源和环境压力的炼铁技术，长期以来都受到人们的关注和研究。根据其工艺特征、产品类型及用途不同，非高炉炼铁技术可以分为熔融还原和直接还原两大类。

熔融还原法是以非焦煤为能源，在高温熔态下进行铁氧化物还原，渣铁能完全分离，得到类似高炉的含碳铁水。熔融还原法是20世纪20年代开始提出的。50年代研究开发的熔融还原法大多设想在一个反应器内完成全部熔炼过程，称一步法。但是由于还原反应产生的CO的燃烧热不能迅速传递到吸热的还原反应区，迫使熔炼中止而宣告失败。70年代以来普遍采用了两步法的原则：即将整个熔炼过程分成固态预还原和熔态终还原两步，分别在两个反应器内完成。其中最具重要意义的COREX法是由KORF和VOEST-ALPINE在奥地利和德国政府的财政支持下联合开发的，目前已经进入工业化应用阶段。还有其它处于研究阶段的熔融还原流程，比如：HISMELT、FINEX、DIOS、AISI、COIN等。

直接还原法则是以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在铁矿石(或含铁团块)软化温度以下进行还原得到金属铁的方法。其产品呈多孔低密度海绵状结构，被称为直接还原铁(DRI)或海绵铁。采用气体作为还原剂的直接还原工艺发展较快的有MIDREX和HYL-III工艺以及采用流化床作为反应器的FINMET和Circored工艺。MIDREX和HYL-III是最主要的气基直接还原工艺，它们将天然气转化成所需的还原剂，然后在竖炉中还原块矿或球团矿。煤基直接还原工艺的研究热点是转底炉流程，其特点是在高温状态下在转底炉中实现铁矿的固态还原，目前已经产生一些变种流程，如FASTMET和ITMK3流程等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型煤气熔融冶炼炉。该熔融冶炼炉(即ZH炉)和直接还原(ZHREX)技术是在同一个反应器内完成球团干燥、预热、焙烧、煤气还原、铁水与渣完全分离等连续工序，得到类似高炉、可浇铸成铁锭或铸铁产品的铁水，和硅酸盐水泥原料的水淬炉渣副产品。

本发明的技术方案是：一种新型煤气熔融冶炼炉，炉体材质为钢材，炉体由炉罩(四)、炉身(三)、炉腹(二)、炉缸(一)四部分组成，炉体高7米-8米，长方形，宽1.1米，长可以根据产量需要而定。四部分为独立的分体，炉罩、炉身、炉腹三部分组合后通过炉体支架固定，炉缸设计成可拆卸件，安装在炉体的底部；各部件通过管网连接，形成整体煤气熔融冶炼炉炉体。其中，炉罩位于炉体的顶部，炉罩的顶部设烟道，中间设有加料口。炉身位于炉体的中上部，炉身外壳的夹层设有上下二个风套，上风套为风眼风套，下风套为二次风风套，风眼风套和二次风风套分别接通罗茨风机B和罗茨风机A；风眼风套通过风眼风管接炉腹底部的风眼，二次风风套与煤气管道会合后通往煤气喷嘴。炉腹位于炉身的下部，其外围扩张，内部空间却呈收缩状态，此结构便于煤气在炉腹内的穿透还原燃烧；类似于炉身的外壳夹层，炉腹外壳的中间夹层为一循环水套，水套内的水通过水泵、回水管、水箱完成自动循环，即保护了炉体，又保证了炉腹内部温度的稳定。炉缸位于炉体的最底部，设有出铁口和出渣口。本发明中的炉缸件设计为可拆卸移动件，生产时采用双炉缸，用一备一，每40天需更换一次炉缸，更换一次只需4h即可完成。

该煤气熔融冶炼炉工艺技术是将含铁的冶金废渣或铁精粉添加电石渣、煤粉、焦粉、等制球加入炉内，经热风干燥、煤气直接还原，渣铁分离等连续工序，一次性得到含铁量92％的生铁锭，回收率90％。水淬渣可作硅酸盐水泥原料。上述所用的供热燃料和还原剂以煤气为主，煤气经煤气管道、煤气喷嘴等送入炉腹，与二次热风混合燃烧。风套的热风由二次风管和风眼风管、吹入炉腹。炉身内温度为150-1150℃为正压状态，完成原料预热，先期还原功能。由罗茨风机风眼风套热风吹入风眼给炉腹送风加压，使煤气充分的穿透料球还原燃烧，温度1150-1550℃为正压状态，完成还原熔化功能，最后完成还原渣铁分离、出炉渣出铁水等功能。

生产中所需的含铁原料可以是各种用于炼铁的磁铁矿(Fe₃O₄)、赤铁矿(Fe₂O₃)和菱铁矿(FeCO₃)等天然铁矿石，也可以是铜、镍等有色金属冶炼产生的含铁治炼废渣或再选尾渣，也可以是制铝工业提取氧化铝时排出的含氧化铁量较大的赤泥废渣、也可以是硫铁矿或含硫尾砂做原料生产硫酸过程中所排出的硫酸烧渣、也可以是钛铁矿石、钒铁矿石、锰铁矿石等其他矿石。特别是本发明能够利用目前高炉技术或其他还原炼铁技术无法使用的。对环境污染较大的冶炼废渣与赤泥等废渣原料，完全实现废渣资源综合利用。

含铁原料需要破碎粗磨或细磨制成颗粒状或细粉状物料，该物料添加粘结剂、助溶剂、焦粉等混合均匀，制成球团即可，不用另建烧结炉事先将球团烧结，减少了烧结炉投资和生产成本，实现炼铁技术节能降耗。

原料添加剂包括电石渣等原料，电石渣主要用于电石法聚氯己烯与醋酸己烯生产，电石亦是强碱性，也含有硫化物、磷化物等有毒有害物质，电石渣的综合利用，化害为利，变废为宝。

本发明中采用的还原剂和加热燃料包括两类P：一类为人工煤气、天然气等气基能源原料，其作用是将含铁球团加热至低于熔化温度之下，并在CO和H₂气体氛围的作用下将铁素直接还原或海绵铁；另一类为焦粉、无烟煤等含固定碳较高的固定碳基能源原料，其作用是在一个容器中，将还原铁回执至高温熔融状态下，融化成成分与高炉铁水相近的液态铁水，实现渣铁分离。特别是本煤气作为还原剂和加热燃料，减轻了对冶金焦的依赖性，同时可利用国内日益过剩的焦化煤气或煤气化得到还原性气体，不必依赖天然气资源。我国煤碳资源丰富，煤制气技术十分成熟，因而本发明技术在我国能源利用方面有很强的优势。

本发明中使用空气或富氧空气作为助燃介质，空气通过罗茨鼓风机加压，并通过ZH炉体炉身的冷却换热夹套换热，在降低设备的排烟温度的同时提高燃烧用空气的温度，使燃料易于着火、燃烧稳定和提高燃烧效率。

本发明中的ZH炉体的直接还原段和熔融段炉壳均采用水冷夹套保护，且所用的冷却水自成闭路循环系统，即高位水槽安装位置高于ZH炉体水夹套，内部贮存的生产水益流进入安装与地面的低位水槽，然后由水泵加压输送，依次流过ZH炉体的炉腹水冷夹套、中炉腹水冷夹套、下炉身水冷夹套后，自流进入高位水槽。为了使炉况操作稳定，ZH炉炉壁温度不能过低，因而低位水槽设计成废烟换热器形成，使循环水温度保持在60-90℃，满足保护炉壁和生产稳定的要求。

本发明炉罩内为负压，有利于炉顶操作环境的改善。由于ZH炉和ZHREX技术的特殊性，使排出的烟气中可燃气体几乎全部燃料完全，添加的电石渣有脱硫作用，减少了烟气SO₂气体含量，ZH炉和ZHREX技术的尾气只需要经过简单的除尘、降温、脱硫处理，经过风机送入高烟囱排放，从而使烟气排放达到环保要求。

本技术具有工艺成熟、操作简单、生产率高、能量充分利用，热耗低、产品质量高、低污染等优点，有效降低生产成本。设备简单，投资少，建设周期短。

附图说明

附图为本发明煤气熔融冶炼炉结构示意图。

其中：1、出铁口 2、出渣口 3、水箱 4、风眼 5、水泵 6、回水管 7、水套 8、煤气喷嘴 9、煤气管道 10、二次风管 11、罗茨风机A12、二次风风套 13、罗茨风机B 14、风眼风管 15、风眼风套 16、加料口17、烟道

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图所示，一种新型煤气熔融冶炼炉，炉体材质为钢材，炉体由炉罩(四)、炉身(三)、炉腹(二)、炉缸(一)四部分组成，炉体高7米-8米，长方形，宽1.1米，长可以根据产量需要而定。四部分为独立的分体，炉罩、炉身、炉腹三部分组合后通过炉体支架固定，炉缸设计成可拆卸件，安装在炉体的底部；各部件通过管网连接，形成整体煤气熔融冶炼炉炉体。其中，炉罩位于炉体的顶部，炉罩的顶部设烟道17，中间设有加料口16。炉身位于炉体的中上部，炉身外壳的夹层设有上下二个风套，上风套为风眼风套15，下风套为二次风风套12，风眼风套15和二次风风套12分别接通罗茨风机B13和罗茨风机A11；风眼风套15通过风眼风管14接炉腹底部的风眼4，二次风风套12与煤气管道9会合后通往煤气喷嘴8。炉腹位于炉身的下部，其外围扩张，内部空间却呈收缩状态，此结构便于煤气在炉腹内的穿透还原燃烧；类似于炉身的外壳夹层，炉腹外壳的中间夹层为一循环水套，水套内的水通过水泵5、回水管6、水箱3完成自动循环，即保护了炉体，又保证了炉腹内部温度的稳定。炉缸位于炉体的最底部，设有出铁口1和出渣口2。本发明中的炉缸件设计为可拆卸移动件，生产时采用双炉缸，用一备一，每40天更换一次炉缸。

Claims (5)

1.一种新型煤气熔融冶炼炉，炉体由炉罩(四)、炉身(三)、炉腹(二)、炉缸(一)四部分组成，其特征在于，炉体材质为钢材，炉体高7米-8米，长方形，宽1.1米，长可以根据产量需要而定；四部分为独立的分体，炉罩、炉身、炉腹三部分组合后通过炉体支架固定，炉缸设计成可拆卸件，安装在炉体的底部；各部件通过管网连接，形成整体煤气熔融冶炼炉炉体。

2.根据权利要求1所述的一种新型煤气熔融冶炼炉，其特征在于，炉罩位于炉体的顶部，炉罩的顶部设烟道(17)，中间设有加料口(16)。

3.根据权利要求1所述的一种新型煤气熔融冶炼炉，其特征在于，炉身位于炉体的中上部，炉身外壳的夹层设有上下二个风套，上风套为风眼风套(15)，下风套为二次风风套(12)，风眼风套(15)和二次风风套(12)分别接通罗茨风机B(13)和罗茨风机A(11)；风眼风套(15)通过风眼风管(14)接炉腹底部的风眼(4)，二次风风套(12)与煤气管道(9)会合后通往煤气喷嘴(8)。

4.根据权利要求1所述的一种新型煤气熔融冶炼炉，其特征在于，炉腹位于炉身的下部，炉腹外壳的中间夹层为一循环水套，水套内的水通过水泵(5)、回水管(6)、水箱(3)完成自动循环。

5.根据权利要求1所述的一种新型煤气熔融冶炼炉，其特征在于，炉缸上设有出铁口(1)和出渣口(2)。

Images