CN1033396C - 双容室铁矿石直接还原工艺及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用直接还原法炼海绵铁工艺及系统，采用固体燃料和矿石分别在自己在容室下行，还原气体上行的逆向相对运动方式，矿石经还原反应成产品后通过溜槽凭自重下行到冷却室，还原气体通过溜槽上的透气孔上行，炉体分为上、下容室两部分。本技术设备结构简单、投资少、见效快、省工省时、能耗低、产量高，具有相当的技术经济效果，同时对现有高炉用此技术进行改造后就可以生产海绵铁产品，值得大力推广。

Description

双容室铁矿石直接还原工艺及系统

本发明属于直接还原方法炼海绵铁生产技术，涉及一种新的工艺及系统

使炼钢不经过炼焦炉、高炉和炼钢这样长的过程，而利用铁矿石直接还原成海绵铁的技术，是冶金学家长期以来的愿望。近年来，该技术不断发展，尤其是燃料可以用煤、天燃气等代替昂贵的焦炭情况下，该技术更显示出极大的优越性。目前，世界上在用直接还原法炼海绵铁的技术已经有“竖炉运动床法”“回转窑直接还原法”“流化床法”“反应器固定床法”等，本人在1987年也提出了一种新的直接还原法炼海绵铁的工艺及炉型(CN87103111)。用上述工艺及炉型生产海绵铁一般在商业上获得了成功，在技术和方法上也各有千秋，但也都存在着某些缺点，以致影响直接还原法炼海绵铁的大力开发工作。如“竖炉运动床法，这种工艺及炉型的原理是利用气体与物体的相对运动进行逆流操作，在设计时还可使未利用完的还原气体循环使用，固而可获得良好的利用率，但是该工艺必须由二大工序来完成，即必须要有还原气体发生炉和矿石还原炉，还原气体先在气体发生炉内由天燃气、氧气与水蒸汽一起转化，载热750-900℃的温度下送进还原炉内与氧化铁接触反应。此外要求的设备结构复杂，所需用的天热气价格高，运输不便，储量不保证等问题，使该技术对于大多数天然气资源缺乏的国家和地区来说，显然是不适用的，用“回转窑直接还原法”炼海绵铁技术，是将矿石、回收焦碳、石灰石(脱硫剂)一起从加料端加到回转窑内，在整个窑身适当的位置有控制地鼓入空气，把炉体料加热到还原温度，这是一种颇有吸引力的方法，但是由于煤和矿石在炉内是混合在一起的，各风口的风量不宜过大，过大的风量会使风口处煤燃烧产生高温度致使矿石为熔融状态，原料互相粘接，形成炉料在炉内结圈等故障，致使生产不顺行，同时在传热速度和反应效率方面较差，容量比系数较低，在有电炉炼钢的生产单位，由于煤和产品混合在一起，从节约电能角度出发，难以配合热装炼钢，能耗高，产量低，生产不正常，导致产品生产成本高，故也难以推广应用。“流化床法”在应用上，仅仅是对某些细料铁矿是最好的办法，而对于绝大多数的一般矿石来说不能促使还原完全，同时还原铁的大部湿热在实践中无法予以回收，故也使其应用范围受到限制。“反应器固定床法”是由若干个反应相互串联，还原性气体依次连续流过整个系统，需要设置还原气体的专门发生系统，工艺过程较为复杂，故而广泛应用该技术也较为困难。根据上述几种现有技术中的缺点，本人曾在研究和借鉴各炉型之长，弃去其弊端的基础上，构思了一种炼海绵铁的新工艺及炉型，即利用竖炉的气体与固体相对运动，接触充分，热效率高的特点，利用回转窑以煤作燃料又作还原剂的特点，采用在竖炉内装螺旋体，使煤和燃料分层的炉型，该工艺及炉体与前述的竖炉运动床、回转窑、流化床及反应器固定床相比，具有独到之处，兼取各长，弃其各短，经几年来实践证明，是一种简单易行的直接炼海绵铁方法。但是该炉型也存在不足之处，就螺旋体各容室而言，煤和矿各占一半容积，与国外竖炉运动床相比，其容积内原料全部是原料矿石，无疑使产量只有竖炉产量的一半，此外，螺旋体叶片的几何形状复杂，给制作加工带来困难。

针对87103111号专利的工艺及炉型的不足之处，本发明的目的在于提供一种能够提高平均炉产量，且减少因加工制作难度大而使炉型实施困难的新型直接炼海绵铁工艺及系统。

现将本发明构思及技术解决方案叙述如下：

本发明仍保持固体燃料和矿石下行，还原气体上行，在竖炉内作相对运动，使其充分接触，充分还原，并仍旧以煤作燃料及还原剂的基本技术解决方案，在新的炉型中，炉体内分为两个容室，即上容室和下容室，上容室是还原室，下容室是气体发生容室，两个容室之间由多个溜槽隔开，溜槽底部有很多比原料矿石小的透气孔，(见图3所示)，可使下容室的还原气体通过，还原气体通过透气孔后首先与各溜槽内原料矿石充分接触，然后扩大到整个上容室，上容室的原料矿石与还原气体相互逆向运行，使其接触充分，反应完全。溜槽底面与炉体垂直夹角小于30°(见图2所示)，溜槽两侧面耐火砖墙与垂直夹角也小于30°(见图4所示)炉内溜槽侧面和底面在上端相交(见图1、3所示)炉体被溜槽组和溜槽组两侧耐火墙分为两部分。原材料矿石通过斜桥或皮带输送机送到炉顶，经上、下料斗后进入到炉上部容室，煤从炉下容室上部通过螺旋推进机推送到下容室(见图1、2所示)。为解决炉内与外界的压力差问题，在下煤口装有多个封气下料机，其数量根据炉容积大小而定，以防止炉内气体从下煤口通过。煤被推送到炉下容室后，与风口处送进的空气燃烧反应，其化学反应式为：

煤与空气燃烧产生热能，高温还原气体通过溜槽底部的透气孔进入炉上部还原容室与原料矿石接触反应，其化学反应式为：

为了调节炉下部煤与空气燃烧温度，可适量随空气夹带一部分水蒸汽，或直接从高温区喷射进去，这样既可以调节炉温，又可获得部分还原性气体。在900℃左右，炉体部还原容室的还原性气体与炉料逆向运动，边预热边反应，使炉内原料在适当的温度下将氧化铁还原成金属铁，然后又凭自重在封闭状态下从溜槽口运行到炉外冷却室(见图2)。煤在炉下部与空气燃烧后成渣，被排渣机排出，在封闭状态下用水冲洗到渣池内。载热海绵铁溜到炉外冷却室冷却(见图1)，将产品一直冷却到100℃以下通过排料机排出，被输送带送到产品库，所有这些工作都是连续性作业。如果热海绵铁配合电炉进行热装炼钢，则可减少下道工序电炉炼钢的电耗，不过应该注意产品在装卸，运输过程中应尽量减少与空气接触的机会，以防再次氧化。

根据上述发明构思，现将炉体结构系统结合附图说明如下：

图1：双容室铁矿石直接还原工艺示意图。

图2：还原炉结构示意图。

图3：还原炉溜槽处截面示意图。

图4：溜槽组件旋转展开示意图。

其中：

1.皮带输送机：给炉顶和还原容室外煤色上原料，矿石、煤用。

2.炉顶上、下料斗：中转原料用，上料斗有料位显示装置，保持料位，并起封气作用。

3.炉体：分上、下两个容室，即上部还原容室，和下部气体发生容室。

4.溜槽组件：每个溜槽底部为布满透气孔的钢板，溜槽两侧为耐火砖砌成的斜墙，其溜槽的截面图及旋转展开图如图3、图4所示。

5.煤料斗：储存煤用。

6.下料机：包括产品冷却室下部的下料机，起着封气下料作用。

7.螺旋推进机：在封闭状态下将块煤连续地推送到炉内下部容室，要求电机为无级调速，炉内应有煤气显示装置，螺旋推进机的原理与制砖机相似。

8.排渣机：装在炉下部气体发生容室的最底部，要求电机为无级调速，根据产品的渣量连续排出，用水在封闭的情况下冲到渣池内。

9.产品冷却室：安装在紧靠炉体外处，其容室与溜槽口相通，产品还原后凭自重运行到冷却室，一般两个或三个溜槽合用一个冷却室，冷却室的大小取决于还原炉容积的大小。产品冷却是利用炉顶经除尘、洗涤后通过高压风机加压的煤气送到冷却室内与热海绵铁，相对接触运动冷却。

10.余热利用装置：这是利用截热产品由溜槽运行到冷却室的一般行程的热量回收装置，利用余热将管外水烧开产生蒸气，蒸气再喷射到高温炉下部的容室内，起着调整炉温而获得氢气的作用。

11.炉顶煤气净化：主要设备有重力除尘器、洗涤塔

12.冷煤气

13.空气、水蒸气

14.炉顶煤气

15.矿石输送带

16.煤输送带

17.溜槽

18.溜槽两侧耐火砖墙

19.溜槽透气孔

20.进煤口

本发明工艺及炉型同现有技术相比，投资少、见效快、能耗低、产量高，无论是新建炉体还是另用高炉改造，都可体现其技术经济的显著效果，值得大力推广应用。

Claims (3)

1、一种直接还原法炼海绵铁的工艺，采用煤和矿石下行，还原气上行的逆向相对运动方式，使铁矿石被还原成海绵铁，其特征在于还原气体是在炉体的下部容室内由煤产生，并通过溜槽上的透气孔上行进入上部容室，原料矿石通过斜桥或皮带输送机送到炉顶，经上、下料斗进入到炉体上部容室，矿石和还原气体在上部容室内进过一段时间还原反应后，所生成的热海绵铁通过溜槽凭自重在封闭状态下下行进入冷却室，并利用加压后的炉顶冷煤气在冷却室内进行接触冷却后，得到海绵铁产品，煤燃烧后的残渣在封闭状态下用水冲到渣池内。

2、一种根据权利要求1所述直接还原法炼海绵铁的工艺而设计的冶炼系统，其特征在于：整个系统由炉体、皮带输送机、上、下料斗、煤料斗、螺旋推进机、排渣机、产品冷却室、余热利用装置、重力除尘器、洗涤塔组成，其中炉体分为上部还原室和下部气体发生两部分；炉中间由与炉体垂直夹角小于30°的溜槽组件和溜槽两侧的耐火砖墙组隔开；溜槽底部开有若干排透气孔，透气孔小于矿石料块。

3、根据权利要求2所述的冶炼系统，其特征在于：煤进入炉下部容室是用螺旋推进机推送到炉内，在螺旋推进煤口装有多道下料封气装置。

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