CN103602771A - 局部斜坡式还原炼铁炉及还原炼铁工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种局部斜坡式还原炼铁炉及还原炼铁工艺，炼铁炉对还原室进行局部斜坡式设计，所述还原室自上至下依次包括预还原区、过渡区和熔融区，所述预还原区和熔融区竖直位于炉体内，所述过渡区倾斜设置，与炉体水平线呈固定角度；在每个空腔中均设有耐热挡板，所述耐热挡板固定在炉体上，耐热挡板与还原室之间存在空隙。本发明炼铁炉可以进行熔融还原和直接还原的灵活调节，可以实现一氧化碳气体的循环利用，大大降低了成本，采用该炼铁炉炼铁可以实现连续化生产，运行稳定，物料受热均匀、反应完全，物料挂壁现象也得到有效控制，不存在废水的处理问题，对环境友好，符合绿色环保、清洁生产的要求。

Description

局部斜坡式还原炼铁炉及还原炼铁工艺

技术领域

本发明涉及一种还原炼铁炉以及炼铁工艺，具体涉及一种还原室呈局部斜坡式构造的一体式还原炼铁炉以及以该炼铁炉进行还原炼铁的工艺，属于铁矿冶炼技术领域。

背景技术

目前以铁矿石为原料炼制而成的产品主要为铁水和海绵铁。将铁矿石炼制成铁水的工艺主要有高炉法，直接还原法，熔融还原法，等离子法，其中熔融还原法因对环境污染小、投资少、流程短等优点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，海绵铁的生产工艺主要是转底炉法。转底炉工艺主要是将含铁粉料、煤粉料、脱硫剂混匀后造球，然后将均匀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。

申请人于2011年11月18日申请了一项名为“一种一体式还原炼铁炉及一体式还原炼铁工艺”、申请号为201110365916.3的发明专利，并已经得到授权。该专利中公开了一种一体式还原炼铁炉，该还原炼铁炉炉体内依次排列若干还原室，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，还原室产生的可燃气体在此空腔内燃烧，对还原室进行加热，从而提高了一氧化碳的利用率。该炼铁炉能同时炼制铁水和海绵铁，具有清洁、节能、生产效率高等优点。但是在进一步的生产使用中，发现此炼铁炉还是存在一定的缺陷，例如：1、还原室为竖直腔体，一次装载反应后反应料全部出炉，助燃空气从炉体的下部引入点火燃烧，热流的分布决定还原室下部温度明显高于上部温度，还原室受热不均匀，这样极易造成还原室内物料受热不均，上部的物料反应不完全，倒出的反应料中存在未反应完全的物料，物料成品率降低；2、炼铁炉各还原室不能同时装料，是间隔一定时间后依次装料，操作繁琐，各还原室生产过程中存在空置时间，造成生产空间的浪费，每个还原室不能连续加料，且需要将反应料全部倒出后再重新装料，生产效率有所降低；3、在炼制红土镍矿时，其中的所含成分在一定温度范围内具有粘性，极易粘在还原室侧壁上，造成挂壁现象，需要停产对还原室进行清理，明显降低生产效率，而且还会影响炉子的使用寿命；4、生产铁水和海绵铁时需要的反应温度存在很大的差异，相差在300℃以上，为了使建筑材料能够承受高温，制造炼制铁水的窑炉要比炼制海绵铁的窑炉造价高近三倍，因为两者存在巨大的成本差异，所以虽然该炼铁炉能同时用于炼制铁水和海绵铁，但在实际生产时双向灵活生产的目的难以实现。

发明内容

本发明的目的是针对上述炼铁炉所存在的缺陷，对其进行改进，提供了一种局部斜坡式还原炼铁炉，本发明炼铁炉克服了背景技术中炉子物料反应不均匀、物料挂壁、生产效率低等问题，更加有利于规模化大生产。

本发明还提供了采用本发明炼铁炉进行炼铁的工艺，该工艺更加简便、易操作，提高了生产效率。

本发明是通过以下措施实现的：

一种局部斜坡式还原炼铁炉，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，还原室和炉体之间存在空隙，两还原室和炉体之间、或者是第一个还原室或最后一个还原室与炉体之间共同围成一个呈半封闭状态的空腔，还原室顶部设有进料口，底部设有出料口，还原室侧壁上设有至少一个出气口，反应生成的气体从出气口溢出进入空腔，其特征是： 所述还原室自上至下依次包括预还原区、过渡区和熔融区，所述预还原区和熔融区竖直位于炉体内，所述过渡区倾斜设置，与炉体水平线呈固定角度；在每个空腔中均设有耐热挡板，所述耐热挡板固定在炉体上，耐热挡板与还原室之间存在空隙。

上述局部斜坡式还原炼铁炉，优选预还原区高度为炉体高度的2/5，过渡区垂直高度为炉体高度的2/5,熔融区高度为炉体高度的1/5。

上述局部斜坡式还原炼铁炉，过渡区与炉体水平线所成角度为α，α=30-40°或140-150°，优选α=30°或150°。所述炉体水平线是指与炉体的底平行的线，因为炉体的底一般是与地面平行的，所以炉体水平线一般为水平线。

上述局部斜坡式还原炼铁炉，所述耐热挡板优选处于过渡区和熔融区交界处的位置。

上述局部斜坡式还原炼铁炉，所述耐热挡板采用与炉体水平线平行的方式进行设置。

上述局部斜坡式还原炼铁炉，在炉体上还设有抽气装置，该抽气装置将空腔上部的可燃气体送入挡板以下的空腔处，所述抽气装置设有至少一个抽气口，所述抽气口设置于炉体的上部或顶端，所述抽气装置设有至少一个送气口，所述送气口位于炉体上，设置于挡板以下的部位。出气口和送气口均位于空腔处。

上述局部斜坡式还原炼铁炉，在炉体的挡板以上部位和挡板以下部位还均设有至少一个进风口，所述进风口位于空腔处，进风口上设有送入助燃气体的送气装置和/或煤气管道，可使助燃气体或煤气进入空腔内。   

上述局部斜坡式还原炼铁炉，所述抽气装置和送气装置在设置时首选远离排气口的位置。

上述局部斜坡式还原炼铁炉，进料口和出料口均位于炉体的外部。

上述局部斜坡式还原炼铁炉，出气口位于还原室预还原区上。

上述局部斜坡式还原炼铁炉，还原室下部还设有出铁口和排渣口，所述出铁口和排渣口位于还原室与炉体交界处或者位于炉体外，出铁口和排渣口分别位于还原室的不同侧面。排渣口优选高于出铁口。

上述局部斜坡式还原炼铁炉，每个还原室优选设有两个出气口。

上述局部斜坡式还原炼铁炉，还原室内壁和炉体内壁上均设有耐火材料，所述耐火挡板的材质也为耐火材料。

上述局部斜坡式还原炼铁炉，所述排气口优选设置于靠近最后一个还原室的位置，排气口优选位于炉体侧壁的中部，排气口上设有风机等抽风装置，将废弃从炉体内抽出。

采用上述局部斜坡式还原炼铁炉的连续化熔融还原炼铁工艺包括以下步骤：

（1） 将铁矿粉、原煤和熔剂混合均匀，简单成型后成为含碳铁氧化物球团，烘干，作为炉料，烘干后的炉料加入各还原室中，各还原室加入炉料量一致；

（2） 利用外部热源保持炉体预还原区及过渡区温度为800-1000℃，熔融区温度为1250-1400℃，温度稳定后熔融区的炉料发生高温熔融还原反应，反应生成的可燃气体进入空腔，反应所得的铁水从出铁口排出，铁渣从排渣口排出，铁水和铁渣排出后炉料在重力和负压作用下自动下移进入熔融区，向还原室中加炉料至原始位置；待熔融区再次反应完全后，再次将铁水和铁渣排出，再加满炉料，一直循环排铁水铁渣、加料的步骤；

（3） 同时，空腔上部的可燃气体被不断抽送到挡板以下的空腔中，可燃气体与助燃气体点火燃烧放出热量为熔融区加热，加快熔融区炉料反应，燃烧后的高温热气通过挡板与还原室间的空隙进入到挡板以上的空腔中，对过渡区和预还原区进行加热，另外未充分燃烧的可燃气体在挡板以上的空腔中进行二次燃烧，进一步对预还原区以及过渡区进行加热；

（4） 步骤（2）和（3）连续化同步进行，实现连续化炼铁。

上述连续化熔融还原炼铁工艺中，利用可燃气体的燃烧热能或物理热能对还原室进行加热后，预还原温度保持在900-1100℃，过渡区温度保持在1100-1300℃，熔融区温度保持在1400-1650℃；若达不到上述温度，则向空腔中通入煤气维持上述温度。

上述连续化熔融还原炼铁工艺中，可燃气体燃烧产生的尾气由排气口排出，排出的气体用于干燥炉料。

上述连续化熔融还原炼铁工艺中，炉料的加入量占还原室体积的4/5。

上述连续化熔融还原炼铁工艺中，所得铁水从出铁口流出后，获得优质铁水，可直接进行钢板轧制等成型工艺，炉渣从排渣口排出；没有出铁口和排渣口时，直接从出料口出料，进入水池进行水淬，得到粗制生铁。

上述连续化熔融还原炼铁工艺中，所述熔剂为石灰石，铁矿粉、原煤和熔剂的质量比为：8.0-9.0：0.15-0.25：0.45-0.55，铁矿粉、原煤和熔剂的粒度均小于15mm；所述助燃气体为空气或氧气。

采用上述局部斜坡式还原炼铁炉的连续化直接还原炼铁工艺包括以下步骤：

（1） 将铁矿粉、原煤和熔剂混合均匀，简单成型后成为含碳铁氧化物球团，烘干，作为炉料，烘干后的炉料加入各还原室中，各还原室加入炉料量一致；

（2） 利用外部热源保持炉体预还原区和过渡区温度为800-900℃，熔融区温度为900-1000℃，温度稳定后熔融区的炉料发生直接还原反应，反应生成的可燃气体进入空腔，反应所得的海绵铁从出料口排出，海绵铁排出后炉料在重力和负压作用下自动下移进入熔融区，向还原室中加炉料至原始位置；待熔融区再次反应完全后，再次将海绵铁排出，再加满炉料，一直循环排海绵铁、加料的步骤；

（3） 同时，空腔上部的可燃气体被不断抽送到挡板以下的空腔中，可燃气体与助燃气体点火燃烧放出热量为熔融区加热，加快熔融区炉料反应，燃烧后的高温热气通过挡板与还原室间的空隙进入到挡板以上的空腔中，对过渡区和预还原区进行加热，另外未充分燃烧的可燃气体在挡板以上的空腔中进行二次燃烧，进一步对预还原区以及过渡区进行加热；

（4） 步骤（2）和（3）连续化同步进行，实现连续化炼铁。

上述连续化直接还原炼铁工艺中，利用可燃气体的燃烧热能或物理热能对还原室进行加热后，预还原温度保持在900-1000℃，过渡区温度保持在1000-1100℃，熔融区温度保持在1100-1200℃；若达不到上述温度，则向空腔中通入煤气维持上述温度。

上述连续化直接还原炼铁工艺中，可燃气体燃烧产生的尾气由排气口排出，排出的气体用于干燥炉料。

上述连续化直接还原炼铁工艺中，炉料的加入量占还原室体积的4/5。

上述连续化直接还原炼铁工艺中，所述熔剂为石灰石，铁矿粉、原煤和熔剂的质量比为：8.0-9.0：0.15-0.25：0.45-0.55，铁矿粉、原煤和熔剂的粒度均小于15mm；所述助燃气体为空气或氧气。

本发明炼铁炉具有以下改进及优势：

1、本发明对还原室结构进行改进，将其进行局部斜坡式设计，使整个还原室从功能上自然分为预还原区、过渡区和熔融区，所谓斜坡是指还原室的一部分并非竖直，而是倾斜设置。斜坡位于还原室的中部，为还原室过渡区部分，倾斜角度（以炉体水平线为基准）为30-40°或140-150°（优选30°或150°），斜坡的垂直高度占炉体高度的2/5，斜坡上部为预还原区，斜坡下部为熔融区，该斜坡和所占比例、角度等设计基于以下几点考虑：（1）不同功能区产生的总的一氧化碳量分别进行一、二次燃烧时，依据热流走向及分布，其热量要大体能保证还原室各功能区的真正温度达到理想温度；（2）保证熔融区的熔体及渣排出后所造成的负压，与预还原区和过渡区的炉料的自身重力共同作用，使得预还原区及过渡区的炉料在理想温度下顺利下落。经过大量的研究和实验后，发明人得出了本发明的方案，采用该方案反应自身的能量能使各还原室温度达到最佳理想温度，在熔融区内炉料被还原成液体状态从出铁口流出后，预还原区和过渡区的炉料在自身重力及压力作用下在理想温度下能顺利下行，分别进入到过渡区和熔融区，此时可继续向预还原区内加炉料。挂壁现象主要发生在预还原区所处的温度范围，在自身重力及负压的存在下能使预还原区的挂壁现象大大减轻，有效提高了生产效率。还原室优选为圆柱状，各部分之间以圆滑过渡的方式进行连接，以保证物料（特别是预还原区的物料）能顺利下落。

2、本发明在炉体腔内加入了具有隔热效果的耐热挡板（简称挡板，下同），挡板用耐火材料制成，固定于炉体上，位于炉体下部，优选位于过渡区与熔融区交界处，即斜坡底部（距离还原室底部约1/5处）。挡板水平安装于炉体内，与各还原室之间存在一定空隙，挡板与还原室之间的空隙称之为还火带。挡板设计优化了炉体结构，使炉内气流分配更加可控，改善了还原室中炉料在截面上的温度均匀性和传热条件，可更好得控制还原室中不同功能区的温度，提高产品的质量稳定性和品位升级。还火带能有效改善一氧化碳的循环利用方式，控制其对不同功能区的贡献，使一氧化碳通过二次燃烧实现了最大利用率，使一氧化碳的利用更为合理，节约能源；同时使还原室可同时加满炉料进行生产，最大限度的利用了生产空间，并可实现还原炉的连续加料及生产，生产效率得到明显提高。

3、本发明还可以在还原室上设置排渣口和出铁口，并保留还原室底部的出料口，这样可以使铁水从出铁口流出，海绵铁从出料口出料。出铁口和排渣口的设计使铁水在生产阶段进行了纯化，不用再进行水淬除渣，在出料时即可将铁渣从铁水中分离出来，从出铁口流出的铁水为优质铁水，纯度很高，可直接进行钢板轧制等成型工艺，制成钢板等高性能铁材。此设计即保证了生产过程中的连续加料，即熔融区的铁水排出后，既可向预还原区加料，而不必还原室中炉料的还原过程全部结束后再加料，简化了操作，大大提高了生产效率；又拓宽了生产的铁水的利用领域和市场价值。

4、本发明在炉体上设置了抽气装置和送气装置，例如风机，抽气装置将从还原室出气口排出到炉腔内的一氧化碳等可燃气体引入到还原炉挡板以下的空腔部位，与送气装置输送的助燃空气反应，使之燃烧放热，集中对还原室的熔融区供热。挡板以下的气体燃烧后产生的高温气体通过环火带逸出到挡板以上的空腔中，通过对挡板上方助燃空气的调整，可实现一氧化碳的二次燃烧，由于过渡区成倾斜放置且离挡板较近，高温气体主要对还原室的过渡区产生加热作用，使过渡区温度达到最佳。

5、本发明通过还原炉的设计，使还原反应产生的一氧化碳能够充分燃烧以提供后续还原反应所需的大部分热能，一般，熔融还原反应中，铁矿石和碳反应得到铁水的温度在1400-1650℃最佳，直接还原形成海绵铁的温度在1100-1200℃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，在保证还原炉内的第一次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挡板下面部分（熔融区）总体外加热温度在1250-1400℃最佳，挡板上面总体热加热温度在800-1000℃为最佳；直接还原形成海绵铁时还原炉内挡板下部总体外加热温度在900-1000℃最佳，挡板上部总体外加热温度为800-900℃为最佳。这样，通过还原室内第一次还原反应生成的一氧化碳燃烧所产生的热能，能使还原室的不同功能区分别达到最佳还原温度，快速引发还原室的还原反应，同时释放出一氧化碳以引发后续炉料的还原反应，依此循环。在后期反应中，如果体系自身热能增加可以调整外部加热温度，使还原室各部位保持最佳反应温度。

本发明具有以下优点：

1、本发明炼铁炉设备为封闭式非焦煤冶炼还原炉，在炉腔内加入具有隔热效果的挡板，将还原室设计为局部斜坡式构造，将还原室按照还原过程进行了功能区的自然分配，使一氧化碳循环利用率更高，还原室各部位所需温度不同，在建造时，挡板以上的炉体和还原室所用耐热材料要求降低，使用能接受直接还原的温度的材质即可，仅挡板以下的耐热材料能达到耐熔融还原的热度即可，此设计可将还原炉进行熔融还原生产所需的投资成本降低近70%, 有效降低了生产成本，为企业能够实现直接还原和熔融还原双向灵活生产提供了更为可行的条件。

2、本发明还原炼铁炉可以进行熔融还原和直接还原的灵活调节，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，对环境友好，符合绿色环保、清洁生产的要求。

3、本发明可以实现连续化生产，运行稳定，物料受热均匀、反应完全，物料挂壁现象得到有效控制。

4、本发明原料燃料适应性广，设备简单、操作容易，整个工艺过程可以完全实现自动化连续生产，生产规模和生产能力可通过调节还原室个数灵活控制，工艺更加简洁。

5、本发明充分实现了一氧化碳气体的循环利用，并保证了还原炉能够进行连续生产，生产效率高，电能损耗低，生产成本大大降低。

6、本发明建筑成本大大低于转底炉、回转窑等非焦煤冶炼传统设备，建造一条既能熔融还原，又能直接还原的标准生产线仅需1500万左右，且维修简单方便，无须全部停产，并可自动化操作及控制。

附图说明

图1为本发明局部斜坡式还原炼铁炉的简单的结构示意图；

图中，1、炉体，2、排气口，3、空腔，4、进料口，5、出料口，6、出气口，7、预还原区， 8、过渡区，9、熔融区，10、挡板，11、抽气装置，12、送气装置，13、出铁口，14、排渣口，15、进风口,16、炉体水平线。

具体实施方式

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。

本发明工艺原料选择性高，可适用于低品位钒钛磁铁矿、低品位菱铁矿、低品位红土镍矿以及高磷铁矿的冶炼；原煤可采用褐煤、烟煤和无烟煤。

实施例1

如图1所示的局部斜坡式还原炼铁炉（简称还原炼铁炉，下同），包括封闭炉体1，炉体上设有排出气体的排气口2，排气口位于炉体的中部，靠近最后一个还原室的位置，排气口上设有引风机等装置，将炉体内的二氧化碳排出，炉体内依次排列4个还原室，当然，在实际应用中还原室的个数可以随意调配，这里仅以4个还原室的还原炉为例对其结构进行阐述，这4个还原室分别独立。还原室顶部设有进料口4，底部设有出料口5，进料口和出料口均位于炉体的外部，还原室侧壁上设有2个出气口6，这两个出气口位于还原室上部，位于还原室不同侧面，出气口个数可根据需要进行调整。还原室上还设有出铁口13和排渣口14，所述出铁口和排渣口位于还原室下部，可以位于还原室与炉体交界处，也可以位于炉体外，出铁口和排渣口分别位于还原室的不同侧面，排渣口高于出铁口。所述还原室自上至下依次包括预还原区7、过渡区8和熔融区9，所述还原区和熔融区竖直设置于炉体内，所述过渡区倾斜设置于炉体内，过渡区与炉体水平线16呈固定角度，该角度为图中的α，α=30-40°或140-150°，优选α=30°或150°，预还原区高度（垂直高度）为炉体高度的2/5，过渡区垂直高度为炉体高度的2/5,熔融区垂直高度为炉体高度的1/5；还原室和炉体之间存在空隙，两还原室和炉体之间、或者是第一个还原室或最后一个还原室与炉体之间共同围成一个呈半封闭状态的空腔3，还原室反应生成的气体从出气口溢出进入空腔，在每个空腔中均设有耐热挡板10，所述耐热挡板固定在炉体上，与炉体水平线平行，耐热挡板优选安装在过渡区和熔融区交界处的位置，这样可以将大部分热量为熔融区供热，耐热挡板与各还原室之间存在空隙，该空隙称之为还火带。为了满足熔炼条件，在炉体内壁和还原室的内壁上都设有耐火材料，耐热挡板材质为耐火材料。

为了满足一氧化碳的循环、充分燃烧及实现温度的微调，在空腔处的炉体上设有抽气装置11（例如风机等），该抽气装置将空腔上部的一氧化碳气体送入挡板以下的空腔中，所述抽气装置设有一个抽气口，所述抽气口设置于炉体的上部或顶端，位于炉体空腔处，所述抽气装置在每个空腔处都设有一个送气口，所述送气口设置于炉体上，位于挡板以下的位置；在炉体的挡板以上部位和挡板以下部位还均设有一个进风口15，所述进风口位于空腔处，进风口上设置送入助燃气体的送气装置12（例如风机等），在实际生产中，还可以在进风口上设置煤气管道，如果热量能满足要求，则不需要设置煤气管道。

本发明炉子主要对还原室进行局部斜坡式设计，并在空腔中加入挡板，其他的部分，例如耐火材料、外部热源加热方式等与专利 “一体式还原炼铁炉及一体式还原炼铁新工艺”中的炼铁炉及现有热炉等相同，可以采用电加热保持整个炉体的基础温度。

实施例2

本发明的局部斜坡式还原炼铁炉的结构可以在实施例1的基础上进行适当调整，例如，抽气装置和送气装置的个数可以是一个，也可以在每个空腔处设置一个，当仅用一个时，所述抽气装置和送气装置首选安装于远离排气口的位置。

实施例3

本发明的局部斜坡式还原炼铁炉的结构可以在实施例1的基础上进行适当调整，例如，可以在每个空腔处的挡板以上部位和挡板以下部位都设置一个进风口。

实施例4

本发明的局部斜坡式还原炼铁炉的结构可以在实施例1的基础上进行适当调整，例如，可以不设置出铁口和排渣口，熔融还原后的铁水从出料口排出，所得铁水经过水淬得到生铁和铁渣。这样出来的铁水含杂质较高，无法直接用于制备品质好的铁质产品。

下面以实施例1的局部斜坡式还原炼铁炉为例，简述一下炼铁工艺：

1、熔融还原反应的工艺流程为： 

（1）、取铁矿石、原煤和石灰石熔剂按比例均匀混合，过筛，简单压合，形成含碳铁氧化物球团--炉料，炉料经过烘干后顺次送至还原炉内各个还原室，炉料可以加满还原室，但一般加入量不宜过多，一般以整个还原室体积五分之四为宜；

（2）、采用电加热的方式保持还原炉挡板上方炉体温度为800-1000℃，挡板下方炉体温度为1250-1400℃，加入后的炉料在此温度下进行高温熔融反应，由于还原炉初始温度较低，熔融过程进展缓慢，反应逐渐稳定，熔融区的炉料形成铁水，从出铁口排出，渣从排渣口排出，位于过渡区的部分炉料在重力和负压作用下落入熔融区。待位于过渡区的炉料进入到熔融区后，位于预还原区的炉料在重力作用下顺次进入到过渡区，紧接着向预还原区加入炉料至初始位置。还原室在上述过程中产生的大量一氧化碳等气体从还原室上部出气口进入半封闭空腔中，通过引风机等抽气装置将其引入到还原炉挡板以下的空间，通过调节助燃风机鼓入空气的量以及微调通入的煤气流量，使一氧化碳点火充分燃烧，释放其携带的物理能和化学能，使挡板下的还原室熔融区的温度迅速升高，至1400-1650℃，在此最佳温度下，熔融区的炉料快速完成熔融还原反应，再次形成铁水和渣排出，过渡区的炉料在重力和压力作用下再次进入到熔融区，再次加料，依次循环。携带大量热量的气流从还火带逸出到挡板以上的空腔中，主要对还原室的斜坡部分进行加热。同时，通过调节助燃风机鼓入空气的量以及微调通入的煤气流量，在挡板下部未能充分燃烧的一氧化碳再次在挡板上部进行二次燃烧，放出其携带的物理能和化学能，共同对斜坡处过渡区进行加热，使其温度上升至理想温度（1100-1300℃，随热气流继续上行，预还原区受热，温度上升至理想温度（900-1100℃），预还原区的升温加快了预还原反应的进行，一氧化碳释放速度加快。还原室不断进行还原过程，产生的一氧化碳等气流不断经历上述两次燃烧过程，充分释放热量。

整个过程如上述不断循环进行，不仅保证了还原过程中产生的一氧化碳气体完全的循环应用于生产过程，加速熔融还原反应的发生，同时保证了生产过程不同还原阶段的连续进行及整个生产设备的最大限度的使用，提高了生产效率。生产过程中产生的尾气在排气口处设置的风机的引导下从排气孔中排出，可以利用尾气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。排气口的大小需依据还原室的个数而定。

（3）熔融还原反应后，各还原室中形成的铁水经出铁口流出后，获得优质铁水，可直接进行钢板轧制等成型工艺，炉渣从排渣口排出；如果不设置出铁口和排渣口，铁水和铁渣都从出料口流出，流出的铁水直接引至水池进行水淬，可以得到粗制生铁和炉渣（铁渣）。

2、直接还原反应的工艺流程为：

（1）、取铁矿石、原煤和石灰石熔剂按比例均匀混合，过筛，简单压合，形成含碳铁氧化物球团--炉料，炉料经过烘干后顺次送至还原炉内各个还原室，炉料可以加满还原室，但一般加入量不宜过多，一般以整个还原室体积五分之四为宜；

（2）、采用电加热的方式将还原炉挡板上方整体温度加热为800-900℃，挡板下方还原炉整体温度为900-1000℃。加入后的炉料在此温度下进行直接还原反应，因还原温度不是很高，所以反应相对慢一些，反应逐渐稳定，熔融区的炉料形成海绵铁，直接从出料口排出，预还原区和过渡区的炉料在重力和负压作用下分别落入到过渡区和熔融区，此时向还原室中预还原区加料。反应释放的一氧化碳等气体从还原室上部出气口进入半封闭空腔中，通过引风机等抽气装置将其引入到还原炉挡板以下的空间，通过调节助燃风机鼓入空气的量以及微调通入的煤气流量，使产生的一氧化碳点火充分燃烧，释放其携带的物理能和化学能，使挡板下的熔融区的温度迅速升高，至1100-1200℃，在此最佳温度下，熔融区的炉料快速完成直接还原反应，再次形成海绵铁，熔融区的固态海绵铁再次从出料口排出，位于过渡区的部分炉料再次落入熔融区，再次加料，依次循环。挡板下部燃烧后的高温热气从还火带上行到挡板以上部位，主要对还原室的斜坡部分进行加热。同时，通过调节助燃风机鼓入空气的量以及微调通入的煤气流量，在挡板下部未能充分燃烧的一氧化碳再次在挡板上部进行二次燃烧，放出其携带的物理能和化学能，共同对斜坡处过渡区进行加热，使其温度上升至理想温度（1000-1100℃），随热气流继续上行，预还原区受热，温度上升至理想温度（900-1000℃），预还原区的升温加快了预还原反应的进行，一氧化碳释放速度加快。还原室不断进行还原过程，产生的一氧化碳等气流不断经历上述两次燃烧过程，充分释放热量。

整个过程如上述不断循环进行，不仅保证了还原过程中产生的一氧化碳气体极大程度的循环应用于生产过程，引发直接还原反应的发生，同时保证了生产过程不同还原阶段的连续进行及整个生产设备的最大限度的使用，提高生产效率。生产过程中产生的尾气从排气孔中排出并可加以充分利用。一者，可以利用尾气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。

（3）、直接还原所得的产物为海绵铁（DRI），各还原室中形成的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（例如球磨磁旋），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。

下面列举几个使用本发明炼铁炉炼铁的例子，下述例子仅为了解释本发明，并不起到限定作用。

实施例5

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：

1、将红土镍矿、褐煤和熔剂按8.5-9.5：0.25-0.35：0.55-0.65比例混合均匀，压成含碳铁氧化物球团，烘干，作为炉料备用，红土镍矿、褐煤和熔剂和粒度均小于15mm；

2、采用电加热的方式保持还原炉挡板上方炉体温度为800-1000℃，挡板下方炉体温度为1250-1400℃，然后将炉料加入各还原室，炉料加入量不宜过多，以整个还原室体积五分之四为宜。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，熔融区的炉料形成铁水，从出铁口排出，渣从排渣口排出，预还原区和过渡区的炉料在重力和负压作用下分别落入到过渡区和熔融区，此时可向还原室中预还原区加料。还原室在上述过程中产生的大量一氧化碳等气体从还原室上部出气口进入半封闭空腔中。将空腔中的一氧化碳气体引入到还原炉挡板下部空间，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，产生大量热量，使挡板下的还原室熔融区部分的温度迅速升高，至1400-1650℃，在此最佳温度下，熔融区的炉料快速完成熔融还原反应，再次形成铁水和渣排出。携带大量热量的气流从还火带上行到挡板上，剩余未充分燃烧的一氧化碳等气体经过二次燃烧，释放剩余热量，共同对斜坡处过渡区进行加热，使其温度上升至1100-1300℃，随热气流继续上行，预还原区受热，温度上升至900-1100℃。还原室不断进行还原过程，产生的一氧化碳等气流经历上述两次燃烧过程，充分释放热量，产生的尾气从排气孔排出，另作他用。排气口的大小需依据还原室的个数而定。在整个过程中无物料挂壁现象发生，生产可连续化进行。

3、熔融还原反应后，各还原室中形成的铁水，经出铁口流出后，可以以多种成型方式得到不同形状及性能的优质镍铁合金（含镍12%）。

主要工艺参数（每吨铁水）如下：

实施例6

利用实施例5所述的低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、褐煤和熔剂粉碎按8.0-9.0：0.15-0.25：0.45-0.55比例混合均匀，压成含碳铁氧化物球团，烘干，作为炉料备用，红土镍矿、褐煤和熔剂和粒度均小于15mm；

2、采用电加热的方式将还原炉挡板上方整体温度加热为800-900℃，挡板下方还原炉整体温度为900-1000℃。然后将炉料加入各还原室，炉料加入量不宜过多，以整个还原室体积五分之四为宜。加入后的炉料在此温度下进行直接还原反应，因还原温度不是很高，所以反应相对慢一些，反应逐渐稳定，熔融区的炉料形成海绵铁，直接从出料口排出，预还原区和过渡区的炉料在重力和负压作用下分别落入到过渡区和熔融区，此时向还原室中预还原区加料。还原室在上述过程中产生的一氧化碳等气体从还原室上部出气口进入半封闭空腔中。将空腔中的一氧化碳气体引入到还原炉挡板下部空间，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，产生大量热量，使挡板下的还原室熔融区部分的温度迅速升高，至1100-1200℃，在此最佳温度下，熔融区的炉料快速完成直接还原反应，再次形成海绵铁。携带大量热量的气流从还火带上行到挡板上，剩余未充分燃烧的一氧化碳等气体经过二次燃烧，释放剩余热量，共同对斜坡处过渡区进行加热，使其温度上升至1000-1100℃，随热气流继续上行，预还原区受热，温度上升至900-1000℃。还原室不断进行还原过程，产生的一氧化碳等气流经历上述两次燃烧过程，充分释放热量，产生的尾气从排气孔排出，另作他用。排气口的大小需依据还原室的个数而定。在整个过程中无物料挂壁现象发生，生产可连续化进行。

3、直接还原反应后，各还原室中形成的海绵铁，经出料口排出后，热装到电炉经精炼后得到较高品味镍铁合金（含镍12%）。

主要工艺参数（每吨镍铁）如下：

上述工艺生产成本 (每吨镍铁，12%Ni)如下：

Claims (10)

1.一种局部斜坡式还原炼铁炉，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，还原室和炉体之间存在空隙，两还原室和炉体之间、或者是第一个还原室或最后一个还原室与炉体之间共同围成一个呈半封闭状态的空腔，还原室顶部设有进料口，底部设有出料口，还原室侧壁上设有至少一个出气口，反应生成的气体从出气口溢出进入空腔，其特征是： 所述还原室自上至下依次包括预还原区、过渡区和熔融区，所述预还原区和熔融区竖直位于炉体内，所述过渡区倾斜设置，与炉体水平线呈固定角度；在每个空腔中均设有耐热挡板，所述耐热挡板固定在炉体上，耐热挡板与还原室之间存在空隙。

2.根据权利要求1所述的局部斜坡式还原炼铁炉，其特征是：预还原区高度为炉体高度的2/5，过渡区垂直高度为炉体高度的2/5,熔融区高度为炉体高度的1/5。

3.根据权利要求1或2所述的局部斜坡式还原炼铁炉，其特征是：过渡区与炉体水平线所成角度为α，α=30-40°或140-150°，优选α=30°或150°。

4.根据权利要求1或2所述的局部斜坡式还原炼铁炉，其特征是：所述耐热挡板处于过渡区和熔融区交界处的位置；所述耐热挡板与炉体水平线平行。

5.根据权利要求1或2所述的局部斜坡式还原炼铁炉，其特征是：

在炉体上还设有抽气装置，该抽气装置将空腔上部的可燃气体送入挡板以下的空腔处，所述抽气装置设有至少一个抽气口，所述抽气口设置于炉体的上部或顶端，所述抽气装置设有至少一个送气口，所述送气口位于炉体上，设置于挡板以下的部位；

在炉体的挡板以上部位和挡板以下部位还均设有至少一个进风口，所述进风口位于空腔处，进风口上设有送入助燃气体的送气装置和/或煤气管道；

还原室下部还设有出铁口和排渣口，所述出铁口和排渣口位于还原室与炉体交界处或者位于炉体外，出铁口和排渣口分别位于还原室的不同侧面。

6.根据权利要求5所述的局部斜坡式还原炼铁炉，其特征是：所述抽气装置和送气装置在设置时首选远离排气口的位置；排渣口高于出铁口。

7.根据权利要求1所述的局部斜坡式还原炼铁炉，其特征是：进料口和出料口均位于炉体的外部；出气口位于还原室预还原区上，每个还原室设有两个出气口；还原室内壁和炉体内壁上均设有耐火材料；所述耐火挡板材质为耐火材料；所述排气口位于靠近最后一个还原室的位置，位于炉体侧壁的中部，排气口上设有风机。

8.一种连续化熔融还原炼铁工艺，其特征是：采用权利要求1-7中任一项所述的局部斜坡式还原炼铁炉进行炼铁，包括以下步骤：

（1）将铁矿粉、原煤和熔剂混合均匀，简单成型后成为含碳铁氧化物球团，烘干，作为炉料，烘干后的炉料加入各还原室中，各还原室加入炉料量一致；

（2）利用外部热源保持炉体预还原区及过渡区温度为800-1000℃，熔融区温度为1250-1400℃，温度稳定后熔融区的炉料发生高温熔融还原反应，反应生成的可燃气体进入空腔，反应所得的铁水从出铁口排出，铁渣从排渣口排出，铁水和铁渣排出后炉料在重力和负压作用下自动下移进入熔融区，向还原室中加炉料至原始位置；待熔融区再次反应完全后，再次将铁水和铁渣排出，再加满炉料，一直循环排铁水铁渣、加料的步骤；

（3）同时，空腔上部的可燃气体被不断抽送到挡板以下的空腔中，可燃气体与助燃气体点火燃烧放出热量为熔融区加热，加快熔融区炉料反应，燃烧后的高温热气通过挡板与还原室间的空隙进入到挡板以上的空腔中，对过渡区和预还原区进行加热，另外未充分燃烧的可燃气体在挡板以上的空腔中进行二次燃烧，进一步对预还原区以及过渡区进行加热；

（4）步骤（2）和（3）连续化同步进行，实现连续化炼铁。

9.一种连续化直接还原炼铁工艺，其特征是：采用权利要求1-7中任一项所述的局部斜坡式还原炼铁炉进行炼铁，包括以下步骤：

（1）将铁矿粉、原煤和熔剂混合均匀，简单成型后成为含碳铁氧化物球团，烘干，作为炉料，烘干后的炉料加入各还原室中，各还原室加入炉料量一致；

（2）利用外部热源保持炉体预还原区和过渡区温度为800-900℃，熔融区温度为900-1000℃，温度稳定后熔融区的炉料发生直接还原反应，反应生成的可燃气体进入空腔，反应所得的海绵铁从出料口排出，海绵铁排出后炉料在重力和负压作用下自动下移进入熔融区，向还原室中加炉料至原始位置；待熔融区再次反应完全后，再次将海绵铁排出，再加满炉料，一直循环排海绵铁、加料的步骤；

（3）同时，空腔上部的可燃气体被不断抽送到挡板以下的空腔中，可燃气体与助燃气体点火燃烧放出热量为熔融区加热，加快熔融区炉料反应，燃烧后的高温热气通过挡板与还原室间的空隙进入到挡板以上的空腔中，对过渡区和预还原区进行加热，另外未充分燃烧的可燃气体在挡板以上的空腔中进行二次燃烧，进一步对预还原区以及过渡区进行加热；

（4）步骤（2）和（3）连续化同步进行，实现连续化炼铁。

10.根据权利要求8或9所述的连续化熔融还原炼铁或直接还原炼铁工艺，其特征是：连续化熔融还原炼铁时，利用可燃气体的燃烧热能或物理热能对还原室进行加热后，预还原温度保持在900-1100℃，过渡区温度保持在1100-1300℃，熔融区温度保持在1400-1650℃；若达不到上述温度，则向空腔中通入煤气维持上述温度；

连续化直接还原炼铁时，利用可燃气体的燃烧热能或物理热能对还原室进行加热后，预还原温度保持在900-1000℃，过渡区温度保持在1000-1100℃，熔融区温度保持在1100-1200℃；若达不到上述温度，则向空腔中通入煤气维持上述温度。

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