CN103397129B - 一种熔融还原炼铁炉及其炼铁工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种熔融还原炼铁炉，包括竖式炉体（1），设置在所述炉体（1）上部的烟道（2），设置在所述炉体（1）内壁的水冷壁（3），设置在所述炉体（1）内部的上层喷枪（4）和下层喷枪（5），设置在所述炉体（1）内部的耐火内衬（6），设置在所述炉体（1）底部的渣铁通道（9），及设置在所述渣铁通道（9）上的上排渣口（7）和下排渣口（8）、渣铁通道（9）内的挡渣墙（10）、渣铁通道（9）尾部的出铁口（11）；本发明还提供了熔融还原炼铁炉的炼铁工艺。本发明提供的一种熔融还原炼铁炉及其炼铁工艺，可连续进行熔融还原炼铁生产且炼铁速度快、原燃料消耗少、生产成本低。

Description

一种熔融还原炼铁炉及其炼铁工艺

技术领域

本发明涉及炼铁技术领域，特别涉及一种熔融还原炼铁炉及其炼铁工艺。

背景技术

现代高炉炼铁工艺随着高炉容积不断扩大，对原料、燃料要求越来越高，致使传统炼铁工艺面临资源、环保、经济等相关难题，并造成生产成本不断提高。熔融还原炼铁工艺由于不使用焦炭，铁矿粉不用烧结、造球，具有高效利用资源、环境污染小、生产效率高等特点，是实现炼铁生产高效、长寿、低耗发展的必然趋势。

熔融还原炼铁工艺借助高温环境，将矿粉熔化，用碳还原氧化铁，同时又利用还原过程中产生煤气的二次燃烧提供热量，使得熔融还原炉内熔融、燃烧、还原集于一体，反应效率高，热强度大。日本的DIOS工艺、澳大利亚的HIsmelt工艺、美国的AISI工艺、前苏联的Romelt工艺等，由于二次燃烧在熔池表面进行，燃烧热的利用效率较低，致使工艺能源消耗过高；澳大利亚的HIsmelt工艺熔融还原工艺连续排渣，进行熔融和还原反应的一部分铁矿石还没有完全进行反应就被排出，致使排出炉渣中的FeO含量高达5.0%左右，并夹带约5.0%的粒铁，造成整个工艺铁损过高，严重浪费了资源；日本的DIOS工艺采用“间歇”方式生产时，通过倒炉操作可使炉渣得到充分还原，炉渣中的氧化铁能够降低到3.0%左右，但间歇式生产又造成能量消耗过大，致使铁水成本居高不下；前苏联的Romelt工艺采用顶部一侧加原燃料，底部相对另一侧“虹吸”排渣的方式进行生产，由于炉渣中的氧化铁有较充分的时间进行还原，其氧化铁含量能够降低到2.5%以下，较好的回收了资源，但该工艺由于使用冷却壁强化冷却进行生产，不但热损耗过大，铁水生产成本过高，而且生产中存在重大安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可连续进行熔融还原炼铁生产且炼铁速度快、原燃料消耗少、生产成本低的熔融还原炼铁炉及其炼铁工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种熔融还原炼铁炉，包括竖式炉体，设置在所述炉体上部的烟道，设置在所述炉体内壁的水冷壁，设置在所述炉体内部的熔池中部的上层喷枪和下层喷枪，及水平设置在所述炉体底部与所述炉体连通的渣铁通道；所述渣铁通道上设置有上排渣口和下排渣口，所述渣铁通道内壁的上部设置有用于分离铁水和熔渣的挡渣墙，所述渣铁通道的尾部设置有出铁口。

进一步地，所述下层喷枪个数为3-8个，沿所述炉体的同一圆周方向布置，所述下层喷枪与所述炉体水平面的夹角为30°～60°，所述下层喷枪与所述炉体垂直面的夹角在±60°之间；所述上层喷枪个数为3-8个，沿所述炉体的同一圆周方向布置，所述上层喷枪与所述炉体水平面的夹角为30°～60°，所述上层喷枪与所述炉体垂直面的夹角在±60°之间。

进一步地，所述上层喷枪与所述下层喷枪的个数相同。

进一步地，所述上层喷枪与所述下层喷枪垂直或错开分布；

进一步地，所述炉体内部在熔池与铁水接触的部位设置有耐火内衬。

进一步地，所述上排渣口和下排渣口位于所述挡渣墙之前的与所述渣铁通道连通的竖直通道上。

进一步地，所述下排渣口用于间歇式排放炉渣，所述上排渣口用于连续性排放炉渣。

本发明还提供了利用所述熔融还原炼铁炉进行炼铁的工艺，包括如下步骤：

生产前，先通过出铁口注入铁水，通过上排渣口或下排渣口注入熔渣，然后通过下层喷枪向所述熔渣中喷入煤粉和造渣剂，通过上层喷枪喷吹燃烧风燃烧煤粉形成熔池；

生产时，原料从烟道中部加入，经烟气预热和还原后，大颗粒料落入熔池，细粉料被烟气带出进行回收；通过下层喷枪向熔池喷入煤粉和焦粉燃料及回收得到的所述细粉料；同时通过上层喷枪向熔池中部的熔渣中喷吹富氧空气进行二次燃烧，促进所述燃料和细粉料的反应，并对熔池进行搅拌；

反应产生的铁水和熔渣进入渣铁通道，熔渣中的FeO和铁水中的碳继续反应，经过挡渣墙分开后，熔渣经下排渣口和上排渣口排入渣罐，铁水经出铁口排入铁罐。

进一步地，所述下层喷枪的载气为压缩空气，所述上层喷枪喷吹的富氧空气中氧含量为30%～99.5%。

进一步地，所述煤粉和焦粉燃料的粒径小于3mm。

本发明提供的一种熔融还原炼铁炉及其炼铁工艺，熔融还原炼铁炉内设置双层喷枪直接向炉内的熔池中喷吹，即下层喷枪喷吹燃料、上层喷枪喷吹富氧空气，提高了二次燃烧热的利用效率和熔融还原反应的速率；使用渣铁混出的方式使炉渣和铁水在炉体外的渣铁通道中逐渐实现分离，延长了炉渣中FeO与铁水中的碳的接触和反应时间，从而降低了炉渣中FeO的含量并沉淀了熔渣中夹带的粒铁，降低了原燃料的消耗和炼铁的生产成本；另外，炉外通过渣铁通道和挡渣墙的方式将渣铁分离并分别排放，可以根据生产需要及时排出部分炉渣和铁水，将熔渣液面和铁水液面分别控制在一定的高度范围，提高渣铁的排放效率，提高熔融还原反应的速率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的熔融还原炼铁炉的正剖面图。

图2为本发明实施例提供的熔融还原炼铁炉的渣铁通道截面图。

图3为本发明实施例提供的熔融还原炼铁炉的上、下层喷枪与水平面的夹角示意图。

图4为本发明实施例提供的熔融还原炼铁炉的上、下层喷枪与垂直面的夹角示意图。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明实施例提供的一种熔融还原炼铁炉，包括竖式炉体1，设置在炉体1上部的烟道2，设置在炉体1内壁的水冷壁3，设置在炉体1内部的熔池中部的上层喷枪4和下层喷枪5，及水平设置在炉体1底部与炉体1连通的渣铁通道9。炉体1内部在熔池与铁水接触部位设置有耐火内衬6，用于防止高温的铁水对炉体1内壁的侵蚀，可以延长炉体1的使用寿命。在渣铁通道9上设置有上排渣口7和下排渣口8，在渣铁通道9内壁的上部设置有用于分离铁水12和熔渣13的挡渣墙10，在渣铁通道9尾部设置出铁口11。其中，上排渣口7和下排渣口8位于挡渣墙10前部的与渣铁通道9连通的竖直通道上,用于排放熔渣13。由于熔渣13的密度小于铁水12的密度，熔渣13浮在铁水12的上面，当铁水12和熔渣13到达挡渣墙10时，熔渣13被挡渣墙10堵住，熔渣13从挡渣墙10前部的上排渣口7和下排渣口8排出，而铁水12则从挡渣墙10的下部流过，从出铁口11排出。

参见图3和图4，下层喷枪5的个数为3-8个，沿炉体1的同一圆周方向均匀布置，下层喷枪5与炉体1的水平面夹角为30°～60°，下层喷枪5与炉体1垂直面的夹角在±60°之间，作为本发明的一种实施方式，下层喷枪5与炉体1的水平面夹角为45°，与炉体1的垂直面夹角45°；当然，下层喷枪5与炉体1垂直面的夹角也可以为负45度，即下层喷枪5可向相反的方向旋转后向熔池中喷吹，从而达到充分搅拌熔池的目的。上层喷枪4的个数为3-8个，沿炉体1的同一圆周方向均匀布置，上层喷枪4与炉体1的水平面夹角为30°～60°，上层喷枪4与炉体1的垂直面的夹角在±60°之间，作为本发明的一种实施方式，上层喷枪4与炉体1的水平面夹角为45°，与炉体1的垂直面夹角45°；当然，上层喷枪4与炉体1垂直面的夹角也可以为负45度，即上层喷枪4可向相反的方向旋转后向熔池中喷吹，从而达到充分搅拌熔池的目的。

为确保达到较好的搅拌效果和较高的二次燃烧率，提高熔融和还原反应的速率，作为本发明的一种实施方式，上层喷枪4与下层喷枪5的数量相同，上层喷枪4与下层喷枪5均设置为8个，上层喷枪4与下层喷枪5水平方向间隔一定距离均匀分布，间隔距离为上层喷枪4或下层喷枪5间距的一半。

本发明提供的利用熔融还原炼铁炉进行炼铁的工艺，包括如下步骤：

开始生产前，先通过出铁口11向炉内注入适量的熔融铁水12，通过上排渣口7或下排渣口8注入部分熔融炉渣13，再通过下层喷枪5向熔渣13中喷入煤粉和造渣剂，通过上层喷枪4喷吹燃烧风进行燃烧，熔化造渣剂形成最初熔池。

正常生产时，矿粉和熔剂等原料通过螺旋给料机从烟道2的中部加入，矿粉和熔剂等原料下落过程中经烟气预热和还原，大块颗粒料直接落入熔池中，细粉料则通过除尘系统回收后再经下层喷枪5喷入熔池；上层喷枪4直接插入熔池中，喷吹富氧空气进行二次燃烧，并对熔池进行搅拌；下层喷枪5将煤粉和回收的原料、熔剂等喷入熔池中，为熔融和还原反应提供原料、燃料及熔剂；上层喷枪4和下层喷枪5的高度、插入角度、插入深度等可以根据工艺需要进行调整，以提高熔池的搅拌强度和二次燃烧率。

反应产生的铁水12和熔渣13从炉体1内进入渣铁通道9后，经挡渣墙10分离，铁水12通过出铁口11排入铁罐，熔渣13通过上排渣口7和下排渣口8排入渣罐中。使用上排渣口7排渣时，连续进行排渣；使用下排渣口8时可以根据需要间隔排渣：即把下排渣口8堵上，当炉渣液面到达上排渣口7的位置时打开下排渣口8进行排渣，待下排渣口8流量较小时将下排渣口8堵上，从而控制熔池的液面高度，稳定生产。利用出铁口11连续出铁，将熔渣13液面和铁水12液面分别控制在一定的高度范围，提高渣铁的排放效率。另外，在出铁口11的较低部位可以设置残铁排放口，可在需要时打开残铁排放口排放炉内的全部熔渣13和铁水12。

本发明提供的炼铁工艺采用高压操作，熔融还原产生的煤气可以在熔渣13中进行完全燃烧或部分燃烧，原料和熔剂等原料加入烟道2中进行初步的预热和还原，以充分利用二次燃烧产生的热量。高温烟气和粉尘进行回收，回收后的热矿粉和熔剂等通过下层喷枪5进行热喷吹喷入炉体1内，可以提高热的利用效率。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种熔融还原炼铁炉，其特征在于：包括竖式炉体(1)，设置在所述炉体(1)上部用于向炉体(1)添加原料和回收被烟气带出的细粉料的烟道(2)，设置在所述炉体(1)内壁的水冷壁(3)，设置在所述炉体(1)内部的熔池中部用于喷吹富氧及搅拌熔池的上层喷枪(4)和用于喷吹燃料及搅拌熔池的下层喷枪(5)，及水平设置在所述炉体(1)底部与所述炉体(1)连通可用于炉渣中FeO与铁水中的碳继续反应的渣铁通道(9)；所述下层喷枪(5)的个数为3-8个，所述下层喷枪(5)沿所述炉体(1)的同一圆周方向布置，所述下层喷枪(5)与所述炉体(1)水平面的夹角为30°～60°，所述下层喷枪(5)与所述炉体(1)垂直面的夹角在±60°之间，所述上层喷枪(4)的个数为3-8个，所述上层喷枪(4)沿所述炉体(1)的同一圆周方向布置，所述上层喷枪(4)与所述炉体(1)水平面的夹角为30°～60°，所述上层喷枪(4)与所述炉体(1)垂直面的夹角在±60°之间，且所述上层喷枪(4)与所述下层喷枪(5)的个数相同；所述渣铁通道(9)的上部设置有上排渣口(7)和下排渣口(8)，所述渣铁通道(9)内壁的上部设置有用于分离铁水(12)和熔渣(13)的挡渣墙(10)，所述渣铁通道(9)的尾部设置有出铁口(11)。

2.根据权利要求1所述的熔融还原炼铁炉，其特征在于：所述上层喷枪(4)与所述下层喷枪(5)垂直或错开分布。

3.根据权利要求1所述的熔融还原炼铁炉，其特征在于：所述炉体(1)内部在熔池与铁水接触的部位设置有耐火内衬(6)。

4.根据权利要求1所述的熔融还原炼铁炉，其特征在于：所述上排渣口(7)和下排渣口(8)位于所述挡渣墙(10)之前的与所述渣铁通道(9)连通的竖直通道上。

5.根据权利要求4所述的熔融还原炼铁炉，其特征在于：所述下排渣口(8)用于间歇式排放炉渣，所述上排渣口(7)用于连续性排放炉渣。

6.一种权利要求1所述熔融还原炼铁炉的炼铁工艺，其特征在于，包括如下步骤：

生产前，先通过出铁口(11)注入铁水，通过上排渣口(7)或下排渣口(8)注入熔渣，然后通过下层喷枪(5)向所述熔渣中喷入煤粉和造渣剂，通过上层喷枪(4)喷吹燃烧风燃烧煤粉形成熔池；

生产时，原料从烟道(2)中部加入，经烟气预热和还原后，大颗粒料落入熔池，细粉料被烟气带出进行回收；通过下层喷枪(5)向熔池喷入煤粉和焦粉燃料及回收得到的所述细粉料；同时通过上层喷枪(4)向熔池中部的熔渣中喷吹富氧空气进行二次燃烧，促进所述燃料和细粉料的反应，并对熔池进行搅拌；

反应产生的铁水(12)和熔渣(13)进入渣铁通道(9)，熔渣(13)中的FeO和铁水(12)中的碳继续反应，经过挡渣墙(10)分开后，熔渣(13)经上排渣口(7)和下排渣口(8)排入渣罐，铁水(12)经出铁口(11)排入铁罐。

7.根据权利要求6所述的炼铁工艺，其特征在于：所述下层喷枪(5)的载气为压缩空气，所述上层喷枪(4)喷吹的富氧空气中氧含量为30％～99.5％。

8.根据权利要求6所述的炼铁工艺，其特征在于：所述煤粉和焦粉燃料的粒径小于3mm。