CN103937922B - 一种混合还原炼铁设备及炼铁方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混合还原炼铁设备及炼铁方法：把粉矿、粉煤和熔剂等原料放入料仓，原料在料仓里被烟囱里的炉烟加热，原料通过万向分布器投放到加料管里、然后流入回转窑。驱动电机带动回转窑和滚筒炉箅转动使流入回转窑和滚筒炉箅的原料被流动的热气体进一步均匀地加热。部分粉煤与粉矿发生化学反应生成氧化亚铁和二氧化碳。燃油火焰点燃滚筒炉箅中后段的煤粉尘。从滚筒炉箅出来的熟料落到混合还原炉内的梳齿炉箅上被用富氧喷入的粉煤火焰进一步加热和还原，小块的熟料落入铁浴还原池中被渗碳和吹入的水煤气还原。大块熟料滑落到慢速还原池上面被富氧支持燃烧的焦炭加热和还原。铁浴还原池里生成的铁水和炉渣流入慢速还原池，从铁水出口和炉渣管流出。

Description

一种混合还原炼铁设备及炼铁方法

技术领域：

本发明涉及一种混合还原炼铁设备及炼铁方法。

背景技术：

目前，世界上已经用于生产的熔融还原炼铁技术有三种：COREX、FINEX和HLSMELT.我国上海宝钢前几年引进的3000吨COREX炼铁设备安装在上海罗泾分厂，虽然环保但耗煤是高炉炼铁的两倍，运行了几年是年年亏损，目前已经将日产3000吨COREX炼铁设备转往煤炭丰富的新疆自治区。COREX炉本体由上部的还原炉和下部的熔融气化炉组成。还原炉分为竖炉、罐炉和流化床炉三种。使用竖炉还原炉的COREX炼铁原理如下：将块矿、球团矿和熔剂(石灰石和石英)通过无钟投放装置间断地投放到竖炉还原炉中，然后往竖炉中下部通入纯度很高的高温高压一氧化碳气体，一氧化碳气体与块矿、球团矿发生化学反应生成二氧化碳和铁，同时产生热量加热块矿、球团矿和熔剂。由于竖炉里所装原料间的空隙很小，而经过化学反应后松散开的球团矿和型煤使竖炉中下部的空隙更小；所以要往竖炉中下部通入0.6MPar压强的一氧化碳气体。铁矿经过还原后形成海绵铁沉到竖炉下部，然后海绵铁螺旋输送机送到熔融气化炉中，装在粉煤罐底部的粉煤螺旋输送机把粉煤罐里的粉煤输送到熔融气化炉中燃烧，从熔融气化炉中下部的高压纯氧支持粉煤的燃烧，粉煤燃烧产生的热量熔化落入熔融气化炉中的海绵铁和炉渣，还有一部分粉煤落入熔化的铁水和熔化的炉渣后熔解析...炉的熔液中产生大量的二氧化碳气泡，搅拌熔融气化炉中的熔液使熔液中的氧化铁尽数还原。铁水从熔融气化炉的下部流出，炉渣液从铁水上面熔融气化炉出口流出。在熔融气化炉里熔化的炉渣和铁水温度达到1700℃，熔融气化炉中产生的废热气向上升腾加热落下来的粉煤和海绵铁。从熔融气化炉上部出来的高温煤气温度仍然有1000℃，此煤气中含有的一氧化碳比高炉煤气中含有的一氧化碳高两倍；将这些煤气冷却、除尘、清除二氧化碳和水蒸气，再经过加压和加热后的一氧化碳气体作为还原气通入竖炉还原炉中。只是从熔融气化炉的废气中收集到的那一点一氧化碳用于还原竖炉中的氧化铁，是远远不够的；需要用热解煤炭来生产大量的一氧化碳(例如：用水煤气法生产出含有一氧化碳、二氧化碳、氮气和水蒸气的混合气体，然后去除其他气体，再把纯一氧化碳气体加压成为一氧化碳压缩气体通入熔融气化炉中还原氧化铁。)。由于出熔融气化炉中出来的煤气中的一氧化碳纯度不够、压强也低，无法直接用于还原竖炉中的氧化铁，这样从熔融气化炉中出来的1000℃煤气也无法用来加热竖炉中的原料。所以COREX炉内的热交换和高炉是不一样的，高炉的逆流传输过程时间相对较长，热量利用比较充分。而且COREX使用的富铁矿，我们国家没有；我国使用含量不高的铁矿和技术水平低下的水煤气生产一氧化碳，而且一氧化碳还原球团烧结矿的过程需要花费很长时间、热量损失太大，使我国的COREX炼铁的煤耗太高，而且使用竖炉还原炉的COREX炉不能直接使用粉矿。

目前，韩国探索使用150吨三段鼓泡流化床还原炉FINEX炼铁。流化床燃煤锅炉分为鼓泡流化床燃煤锅炉和循环流化床燃煤锅炉。首先研发出的是鼓泡流化床燃煤锅炉，其原理是：鼓风机吹出的风从流化床炉箅下面向上吹，把流化床上面燃烧的粉煤吹浮起来，就像吹气泡似的——气泡吹大到一定程度就会吹爆、然后又会从小到大吹起第二个气泡，燃烧的粉煤被吹起、又落下然后再被吹起...；粉煤燃烧产生的烟气烧锅炉，烧完锅炉带余热的烟气用来加热鼓风机吹出来的风。在鼓泡流化床燃煤锅炉的基础上开发出循环流化床燃煤锅炉，其原理是：鼓风机吹出的风从流化床炉箅下面向上吹，把流化床上面燃烧的粉煤吹浮起来，燃烧的小颗粒粉煤被高高吹起、小颗粒粉煤燃尽后留下的灰被吹落的炉灰室；燃烧的大颗粒粉煤被吹起到一定高度后又落回到流化床上，然后被再一次吹起…，大颗粒的粉煤越烧越小，最后变成小颗粒粉煤燃尽后留下的灰被吹落的炉灰室；粉煤燃烧产生的烟气烧锅炉，烧完锅炉带余热的烟气用来加热鼓风机吹出来的风。鼓泡流化床燃煤锅炉使用中压鼓风机，燃烧效率低；循环流化床燃煤锅炉使用高压鼓风机，燃烧效率高。FINEX的鼓泡流化床还原炉工作原理与鼓泡流化床燃煤锅炉的工作原理有相似的地方。使用三段式鼓泡流化床还原炉的FINEX的工作原理是：颗粒小于8mm的粉矿在预热炉里被加热到一定温度，从熔融气化炉顶部出来的炉煤气与水煤气装置产生的一部分水煤气混合后经过煤气冷却装置的冷却，旋风除尘装置的除尘，清洗装置用水清洗，提纯装置把气体中的二氧化碳和水蒸气除去生成只含有一氧化碳和氢气的还原气，用增压风机给还原气增压，然后经过煤气冷却装置加热还原气，被加热后的还原气从终还原流化床炉箅下面向上吹，把从再还原流化床流到终还原流化床上的再还原粉矿吹浮起来；在炉温800℃的状况下：一氧化碳和氢气充分地与再还原粉矿接触，发生化学反应生产二氧化碳、水蒸气和生成铁，形成终还原粉矿、并产生一定的热量；终还原粉矿中生成铁的含量占70％，由于从终还原流化床出来的终还原粉矿温度太低，不能直接投放到熔融气化炉中。所以要用压块机把终还原粉矿压成条状然后切成大颗粒，用螺旋输送机把这些大颗粒终还原矿输送到熔融气化炉中，把从粉煤罐出来的粉煤压成型煤，然后把型煤也投放到熔融气化炉中，终还原矿和型煤落在熔融气化炉的熔解池里高温的炉渣液上面被加热，部分终还原康和型煤溶解在炉渣液中形成铁水、氧化铁熔液和溶解碳，氧化铁熔液和溶解碳焚烧化学反应生产铁水和二氧化碳，并产生热量和大量二氧化碳气泡、搅拌熔解池里的熔液使氧化铁和碳的化学反应更加充分，氧气从熔解池上面水平吹入、与堆在熔解池上面的型煤发生化学反应产生的热气体与熔解池里发生化学反应产生的热气体一起加热上面的大颗粒终还原矿块和型煤，这样高温的大颗粒终还原矿块和型煤落入熔解池中就会很容易熔化、形成铁水、氧化铁熔液和溶解碳析出。铁水从熔解池的下部流出。炉渣液从熔解池的上部流出。从终流化床还原炉出来的炉煤气与水煤气装置产生的一部分水煤气混合后经过煤气冷却装置的冷却，旋风除尘装置的除尘，清洗装置用水清洗，提纯装置把气体中的二氧化碳和水蒸气除去生成只含有一氧化碳和氢气的还原气，用增压风机给还原气增压，然后经过煤气冷却装置加热还原气，被加热后的还原气从再还原流化床炉箅下面向上吹，把从初还原流化床流到再还原流化床上的初还原粉矿吹浮起来；在炉温600℃的状况下：一氧化碳和氢气充分地与初还原粉矿接触，发生化学反应生产二氧化碳、水蒸气和生成铁，形成再还原粉矿、并产生一定的热量；再还原粉矿中生成铁的含量占50％，从再流化床还原炉出来的炉煤气与水煤气装置产生的一部分水煤气混合后经过煤气冷却装置的冷却，旋风除尘装置的除尘，清洗装置用水清洗，提纯装置把气体中的二氧化碳和水蒸气除去生成只含有一氧化碳和氢气的还原气，用增压风机给还原气增压，然后经过煤气冷却装置加热还原气，被加热后的还原气从初还原流化床炉箅下面向上吹，把从预热流化床流到初还原流化床上的预热粉矿吹浮起来；在炉温450℃的状况下：一氧化碳和氢气充分地与预热后的粉矿接触，发生化学反应生产二氧化碳、水蒸气和生成铁，形成初还原粉矿、并产生一定的热量；初还原粉矿中生成铁的含量占30％，热风炉出来的热风从预热流化床炉箅下面向上吹，把从预热流化床流上的粉矿吹浮起来、并加热到450℃。

目前，澳大利亚已经开发出80吨的HLSMELT炼铁炉。HLSMELT炼铁炉原理如下：煤内燃热风炉或者煤气热风炉把空气加热到1200℃，1200℃的热空气从终加热循环流化床的炉箅下面向上吹，把从再加热循环流化床流到终加热循环流化床的炉箅上的450℃的热粉矿继续加热到650℃。从终加热循环流化床上面出来的热风经过加压后从再加热循环流化床的炉箅下面向上吹，把从初加热循环流化床流到再加热循环流化床的炉箅上的250℃的热粉矿继续加热到450℃。从再加热循环流化床上面出来的热风经过加压后从出加热循环流化床的炉箅下面向上吹，把投放到初加热循环流化床的炉箅上的粉矿加热到250℃。由于从终加热循环流化床上面和再加热循环流化床上面出来的热风降低太多和风量损失，需要用热风炉出来的1200℃的热空气补充。螺旋输送机把650℃的热粉矿输送到铁浴还原炉顶部，然后用氮气把650℃的粉矿喷入铁浴还原炉里，粉矿中的氧化铁与铁浴还原炉里的溶解炭发生化学反应生产二氧化碳和铁，中熔液里生产的二氧化碳气泡搅拌了熔液使熔液里的氧化铁与溶解炭、熔剂与粉矿中的杂质发生更充分的化学反应。粉煤被碾碎加热、除去粉煤中的水份，然后用富氧把粉煤喷入铁浴还原炉中、燃烧产生二氧化碳和大量的一氧化碳，并释放出热量加热喷入铁浴还原炉里的粉矿和粉煤，产生的一氧化碳与喷入铁浴还原炉里的粉矿中的氧化铁发生化学反应生成铁和二氧化碳。未燃烧而落入铁浴还原炉的熔液里粉煤被加热成为溶解炭析出后与落入铁浴还原炉的熔液里的粉矿中的氧化铁发生剧烈的化学反应，生成铁和在熔液产生大量的二氧化碳、并释放出热量。铁水从铁浴还原炉的下侧流出。炉渣液从铁浴还原炉的熔液上部流出加热富氧和氮气。

COREX、LINEX和HLSMELT的熔融还原炉产生的煤气和热量没有被直接利用。COREX不可以直接利用大量的粉矿和粉煤，需要用块矿、烧结矿、块煤、型煤和少量的粉矿、粉煤、焦煤。在COREX的竖炉中加热后的还原气与块矿和烧结矿的化学反应非常慢，而且要消耗很多还原气。在LINEX中加热后的还原气与鼓泡流化床上粉矿中的氧化铁发生化学反应，一些穿过粉矿没有与粉矿中的氧化铁发生化学反应的还原气成为炉煤气。从FINEX的鼓泡流化床还原炉和熔融还原炉中出来的炉煤气需要用旋风除尘器除去灰尘、再用冷却装置冷却炉煤气、然后经过提纯去除炉煤气中的二氧化碳和水蒸气才能使用，由于从终还原流化床出来的终还原粉矿温度太低，不能直接投放到熔融气化炉中。终还原矿需要压块、然后切成颗粒才能使用，粉煤要压成型煤才能使用；工艺复杂消耗很多能量，而且余热没有很好地利用。在HLSMELT1中循环流化床上的粉矿需要用热风炉加热的高温空气来加热，由于粉矿没有在循环流化床上被还原，所以热粉矿中的氧化铁要在铁浴熔融还原炉中的熔液中与溶解炭发生剧烈的化学反应才能被还原成铁、同时产生大量的二氧化碳气体，整个反应处于沸腾状态、无法平静，生产的铁中所含杂质太多、无法直接用来炼钢。铁浴熔融还原炉被损坏的速度是很快的，铁浴熔融还原炉的寿命很短。从COREX、LINEX和HLSMELT的熔融还原炉出来的炉煤气的余热都没有被直接利用，损耗非常大。HLSMELT属于直接还原反应，也就是氧化铁与渗碳发生化学反应生成二氧化碳和铁并吸收热量；它是一种吸热反应，需要持续的热量维持反应。所以，这种直接还原的化学反应只能占整个炼铁的化学反应的小部分，而炼铁的大部分应该是间接还原反应，也就是碳与氧发生化学反应生成一氧化碳并产生热量，然后是一氧化碳与氧化铁发生化学反应生成二氧化碳和铁并产生热量。

传统的高炉炼铁，铁矿粉需要烧结才能投放的高炉里；焦煤需要经过洗煤，然后炼成焦炭，才能投放到高炉里。可以往高炉里投放少量块煤，但不能往高炉里投放粉煤。投放到高炉里的烧结矿和焦炭依次经过预热、间接还原反应、直接还原反应生产铁，整个过程缓慢进行，炉体散热损失热量较大。可以从高炉下部喷入煤粉以节约焦炭，但高炉下部空间较小、喷入的煤粉量很小，煤粉在狭小的空间里燃烧困难。高炉炼铁底部的转炉里的铁水比较平静、炼出的铁纯度高，可以直接用来炼钢。高炉炼铁产生的炉渣与铁水在转炉里分界线明显，所以产生的炉渣含铁量很低。

发明内容：

混合还原炼铁设备包括：回转式流化床加热炉、混合还原炉、水煤气发生装置、水煤气增压机、炉烟冷却装置、炉烟除尘装置、炉烟洗涤器、鼓风机、富氧发生装置、粉煤罐、粉煤电动旋转阀、焦炭罐、焦炭阀、燃油箱、燃油泵、燃油电动调节阀。富氧发生装置是用空压机把空气压缩后通过分子筛把氮气筛出去，剩余的气体就是富氧。回转式流化床加热炉的结构如下：它的内部结构是回转窑+滚筒炉箅，在回转窑的前段和滚筒炉箅后段外面分别套有前环形轨道和后环形轨道，前环形轨道之前的回转窑前端套有从动齿轮。回转窑+滚筒炉箅前高后低倾斜地安装在前后两个支撑台上，回转窑上套有的前环形轨道和滚筒炉箅上套有的后环形轨道分别压在前后两个支撑台上的两对滚轮上，回转窑上的从动齿轮与驱动电机转轴上的主动齿轮啮合。回转窑+滚筒炉箅是在金属回转网管的前段内外侧镶嵌耐火陶瓷板、形成回转窑，在回转网管的中后段内外侧镶嵌带孔的耐火陶瓷板或者带孔的石墨板、形成滚筒炉箅，在回转窑+滚筒炉箅内侧装有抄板。回转式流化床加热炉有外壳，外壳把回转窑+滚筒炉箅、滚轮、主动齿轮和从动齿轮包在里面。外壳有夹层、夹层内有冷媒体，或者外壳内衬耐火陶瓷外包保温材料。鼓风机5吹出的风经过总风管和加热机构的加热后从装在穿过外壳的后段的底部、外壳尾部和外壳中后段的三点钟方向的数个分支风管吹向滚筒炉箅，外壳尾部和外壳中后段的三点钟方向的数个分支风管的出口处装有燃油喷嘴，燃油泵从燃油箱抽取燃油经过燃油电动调节阀和燃油管、从燃油喷嘴喷出。回转窑+滚筒炉箅的上方的外壳上依次装有数个温度传感器。加料管的下端伸入回转窑的入口，加料管的中部与外壳前端固定连接。加料管的上端通过万向分布器与上面的料仓连接，烟囱下段从料仓中央穿过之后再穿过万向分布器中央孔、然后烟囱的下端也与加料管相通，料仓内的粉矿、粉煤和熔剂通过一个万向布料器从加料管投放到回转窑中。从烟囱出来的炉烟依次经过炉烟冷却装置使炉烟冷却、炉烟除尘装置除去炉烟中的大颗粒尘土、炉烟清洗器清洗掉炉烟中的小颗粒尘土。滚筒炉箅的出口对接混合还原炉的左边的熟料入口，从回转式流化床加热炉的滚筒炉箅出来的含氧化亚铁、粉煤和熔剂的海绵状的熟料从混合还原炉的顶部的左边进入、落到梳齿炉箅上。装在焦炭罐里的焦炭通过焦炭罐底部漏斗上的焦炭阀门也落到梳齿炉箅中部。隔离板把混合还原炉的下部隔离成两部分、左边的铁浴还原池和右边的慢速还原池，隔离板下端有连通孔把混合还原炉的铁浴还原池底部与慢速还原池底部连通。混合还原炉的底部是倾斜的、从铁浴还原池的底部向慢速还原池底部倾斜，梳齿炉箅从左到右向下倾斜、梳齿炉箅的下端与隔离板的上端固定连接。梳齿炉箅与隔离板把整个混合还原炉分隔成左边的快速的熔融还原区和右边的慢速仿高炉还原区，慢速仿高炉还原区没有炼铁高炉的预热区。梳齿炉箅与隔离板由高温耐火材料制成(例如：硅化钼陶瓷)，梳齿炉箅的每一条梳齿内都有两条尾部连接在一起的冷却通道、冷媒体从一条冷却通道进入从另一条冷却通道出来。隔离板内和混合还原炉的炉壳内也有冷却通道，冷媒体冷却梳齿炉箅、隔离板和混合还原炉，冷媒体可以是水或者是水蒸气、空气、富氧。粉煤罐底部的电动旋转阀把粉煤间歇地卸下，然后用富氧把粉煤喷入混合还原炉的梳齿炉箅与铁浴还原池之间空间。水煤气发生装置出来的水煤气经过水煤气增压机增压、进入混合还原炉的铁浴还原池，与氧化铁和氧化亚铁发生化学反应生成铁、二氧化碳和水。混合还原炉的慢速还原池的底侧有铁水出口，混合还原炉的慢速还原池的上层炉渣液层有炉渣管通往外面。富氧从混合还原炉的慢速还原池上面的炉壳侧面吹入、支持焦炭燃烧，从混合还原炉的炉渣管出来的炉渣液用来加热富氧。

混合还原炼铁方法如下：把粉矿、粉煤和熔剂放入料仓，粉矿、粉煤和熔剂在料仓9里被烟囱8里的烟气加热，料仓里的粉矿、粉煤和熔剂通过料仓下面的万向分布器投放到加料管里、然后从加料管流入回转窑。驱动电机转动主动齿轮带动回转窑上的从动齿轮转动，使回转窑上的前环形轨道和滚筒炉箅上的后环形轨道分别压在前、后支撑台上的滚轮转动。流入回转窑的粉矿、粉煤和熔剂在回转窑里由于回转窑的转动，被回转窑内的抄板带到高处然后落下、被回转窑内流动的热气体进一步均匀地加热，在回转窑内高温下粉煤中的碳与粉矿中的一部分氧化铁发生化学反应生成氧化亚铁和二氧化碳。从烟囱出来的炉烟依次经过炉烟冷却装置使炉烟冷却、炉烟除尘装置除去炉烟中的大颗粒尘埃、炉烟清洗器清洗掉炉烟中的小颗粒尘埃。从回转式流化床加热炉外壳的中后段的三点钟方向上和外壳尾部的数个燃油喷嘴喷出的燃油火焰点燃滚筒炉箅里的煤尘，并加热滚筒炉箅里的粉矿、粉煤和熔剂。鼓风机吹出的风经过加热后，从回转式流化床加热炉外壳的中后段的三点钟方向上和外壳尾部的套在数个燃油喷嘴外面的数个分支风管吹出，支持燃油喷嘴喷出的燃油燃烧。从回转式流化床加热炉外壳的后段底部的数个分支风管吹出的风支持滚筒炉箅后段内的粉煤燃烧。由于滚筒炉箅的转动，在滚筒炉箅内三点钟方向的地方的原料被抄板带走、只留下漂浮的煤尘，燃油火焰把这些煤尘点燃。由于滚筒炉箅内三点钟方向的地方漂浮的煤粉尘的浓度较高、空气支持这些漂浮的煤尘的燃烧只能是不充分燃烧；漂浮的煤粉尘在滚筒炉箅内滚筒炉箅三点钟方向的地方不充分燃烧产生大量的一氧化碳、同时产生大量的热量加热回转窑内的原料。在滚筒炉箅中后段内的原料被滚筒炉箅内三点钟方向的地方燃烧的火焰加热，原料从600℃加热到900℃、呈海绵状熟料。由于回转窑和滚筒炉箅转动把原料带到高处使处在高处的一氧化碳也能与被带到高处的原料中的氧化亚铁发生化学反应，所以回转窑和滚筒炉箅内的一氧化碳被更充分地利用。因而使回转式流化床加热炉最终产生的熟料中生成铁的含量很高，从烟囱里出来的炉烟中一氧化碳含量很低。从滚筒炉箅出来的熟料落入混合还原炉中的梳齿炉箅上。粉煤罐底部的电动旋转阀把粉煤间歇地卸下，然后用富氧把粉煤喷入混合还原炉的梳齿炉箅与铁浴还原区之间空间。在富氧的支持下，粉煤在混合还原炉的梳齿炉箅与铁浴还原池之间空间中燃烧、加热梳齿炉箅上的海绵状熟料，使梳齿炉箅上的海绵状熟料中的生成铁熔化后落入混合还原炉的铁浴还原池。梳齿炉箅上的小块海绵状熟料被加热后穿过梳齿炉箅也落入混合还原炉的铁浴还原池。梳齿炉箅上的大块熟料滑落到混合还原炉的缓慢还原池上，装在焦炭罐里的焦炭通过焦炭罐底部漏斗上的焦炭阀门落到梳齿炉箅中部、被加热，然后滑落到混合还原炉的缓慢还原池上。富氧从混合还原炉的慢速还原池上层炉渣液层上面的炉壳侧面吹入、支持焦炭燃烧，其炼铁过程与高炉炼铁的过程相似。在混合还原炉的铁浴还原池里，熔解后的渗碳与氧化铁、氧化亚铁发生剧烈的化学反应生成铁和二氧化碳气体、是吸热化学反应。二氧化碳从混合还原炉的铁浴还原池中溢出产生大量的气泡，这些气泡搅拌铁浴还原池中的各种物质使铁水下沉、炉渣液上浮，使氧化铁、氧化亚铁与熔解渗炭充分接触而发生激烈的化学反应。水煤气发生装置出来的水煤气经过水煤气增压机增压和通过水煤气电动调节阀、进入混合还原炉的铁浴还原池里，搅拌混合还原炉的铁浴还原池里的熔液，并与氧化铁和氧化亚铁发生化学反应生成铁、二氧化碳和水，它属于间接还原反应、是放热还原反应；这一放热还原反应产生的热量弥补了直接还原反应、既铁浴还原反应吸收的热量，使混合还原炉的铁浴还原池里的熔液的温度不会降低。在混合还原炉的铁浴还原池里，生成的铁水沉下去穿过隔离板下端的连通孔流到混合还原炉的缓慢还原池下层，铁水中的少量炉渣在混合还原炉的缓慢还原池里缓慢上浮到炉渣液层，剩下纯度很高的铁水从铁水出口流出。在混合还原炉的铁浴还原池上层，生成的炉渣液穿过梳齿炉箅下段的缝隙，流到混合还原炉的慢速还原池上层炉渣液层，炉渣液中所含的铁水缓慢地下沉到混合还原炉的慢速还原池的下层，炉渣液从炉渣管流出。

本发明混合还原炼铁设备及炼铁方法兼与HLSMLT炼铁和高炉炼铁的优点。

本发明与HLSMELT相比，本发明中的回转式流化床加热炉中的原料被燃烧的燃油和煤尘直接加热，HLSMELT中循环流化床中的粉矿被热风炉吹出来的热空气加热、属于间接加热效率低；本发明中的回转式流化床加热炉中的原料被转动的回转窑和滚筒炉箅直接搅拌，而HLSMELT中循环流化床中的粉矿被热热风炉吹出的热空气搅拌、属于间接搅拌效率低。HLSMELT中的终循环流化床出来的粉矿是没有经过还原的氧化铁，而从本发明中的回转式流化床加热炉出来的熟料中含有大量的氧化亚铁和生成铁，因而熟料落到混合还原炉的梳齿炉箅上再一次被加热和进行间接还原反应，熟料中的氧化铁和氧化亚铁的含量进一步减小，等到落入混合还原炉的铁浴还原池时化学反应就不那么剧烈。从HLSMELT的铁浴熔融还原炉出来的炉煤气没有被直接利用、浪费大量热量，本发明中的混合还原炉的炉煤气被直接利用。由于HLSMELT的铁浴熔融还原炉中的化学反应始终处于激烈状态，产生的二氧化碳气体搅拌的铁浴熔融还原炉里的熔液，所以产生的铁水中的杂质特别多、不适合练钢。但本发明具有HLSMELT快速炼铁的优点。

本发明与高炉炼铁相比具有快速炼铁的优点，也有出铁水前处于相对静止、没有产生二氧化碳气体搅拌的现象发生，从炉渣管出来的炉渣含铁量很少，从铁水出口流出铁水纯度很高。本发明克服了高炉炼铁速度慢、散热多，需要使用大量的焦炭和烧结矿、不能使用粉煤和粉矿的缺点。目前，高炉炼出的铁除了连续铸造板材和线材外，都是用来生产粗钢锭。这些粗钢锭需要重新加热熔化铸造产品。本发明生产出的铁水批量小，可以连续铸造块状产品。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更具体详细的说明。

图1是本发明的混合还原炼铁设备原理图。

图2是本发明中的混合还原炉中的梳齿炉箅与隔离板的外观示意图。

图3是本发明中的回转式流化床加热炉的结构原理图。

图4是本发明中的回转式流化床加热炉的A-A剖视图。

图5是本发明中的回转式流化床加热炉的B-B剖视图。

图6是本发明中的回转式流化床加热炉的C-C剖视图。

具体实施方式：

图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，混合还原炼铁设备包括：回转式流化床加热炉、混合还原炉27、水煤气发生装置22、水煤气增压机23、炉烟冷却装置15、炉烟除尘装置16、炉烟洗涤器17、鼓风机5、富氧发生装置18、粉煤罐20、粉煤电动旋转阀21、焦炭罐25、焦炭阀26、燃油箱11、燃油泵12、燃油电动调节阀13。富氧发生装置18是用空压机把空气压缩后通过分子筛把氮气筛出去，剩余的气体就是富氧。回转式流化床加热炉的结构如下：它的内部结构是回转窑2+滚筒炉箅3，在回转窑2的前段和滚筒炉箅3后段外面分别套有前环形轨道和后环形轨道，前环形轨道之前的回转窑2前端套有从动齿轮。回转窑2+滚筒炉箅3前高后低倾斜地安装在前后两个支撑台6上，回转窑2上套有的前环形轨道和滚筒炉箅3上套有的后环形轨道分别压在前后两个支撑台6上的两对滚轮4上，回转窑2上的从动齿轮与驱动电机7转轴上的主动齿轮啮合。回转窑2+滚筒炉箅3是在金属回转网管的前段内外侧镶嵌耐火陶瓷板、形成回转窑2，在回转网管的中后段内外侧镶嵌带孔的耐火陶瓷板或者带孔的石墨板、形成滚筒炉箅3，在回转窑2+滚筒炉箅3内侧装有抄板。回转式流化床加热炉有外壳1，外壳1把回转窑2+滚筒炉箅3、滚轮4、主动齿轮和从动齿轮包在里面。外壳1有夹层、夹层内有冷媒体，或者外壳1内衬耐火陶瓷外包保温材料。鼓风机5吹出的风经过总风管和加热机构的加热后从装在穿过外壳2的后段的底部、外壳1尾部和外壳2中后段的三点钟方向的数个分支风管吹向滚筒炉箅3，外壳1尾部和外壳1中后段的三点钟方向的数个分支风管10的出口处装有燃油喷嘴，燃油泵12从燃油箱11抽取燃油经过燃油电动调节阀13和燃油管14、从燃油喷嘴喷出。回转窑2+滚筒炉箅3的上方的外壳1上依次装有数个温度传感器。加料管的下端伸入回转窑2的入口，加料管的中部与外壳1前端固定连接。加料管的上端通过万向分布器与上面的料仓9连接，烟囱8下段从料仓9中央穿过之后再穿过万向分布器中央孔、然后烟囱8的下端也与加料管相通，料仓9内的粉矿、粉煤和熔剂通过一个万向布料器从加料管投放到回转窑2中。从烟囱8出来的炉烟依次经过炉烟冷却装置15使炉烟冷却、炉烟除尘装置16除去炉烟中的大颗粒尘土、炉烟清洗器17清洗掉炉烟中的小颗粒尘土。滚筒炉箅3的出口对接混合还原炉27的左边的熟料入口，从回转式流化床加热炉的滚筒炉箅3出来的含氧化亚铁、粉煤和熔剂的海绵状的熟料从混合还原炉27的顶部的左边进入、落到梳齿炉箅28上。装在焦炭罐25里的焦炭通过焦炭罐25底部漏斗上的焦炭阀门26也落到梳齿炉箅28中部。隔离板29把混合还原炉27的下部隔离成两部分、左边的铁浴还原池和右边的慢速还原池，隔离板29下端有连通孔把混合还原炉27的铁浴还原池底部与慢速还原池底部连通。混合还原炉27的底部是倾斜的、从铁浴还原池的底部向慢速还原池底部倾斜，梳齿炉箅28从左到右向下倾斜、梳齿炉箅28的下端与隔离板29的上端固定连接。梳齿炉箅28与隔离板29把整个混合还原炉27分隔成左边的快速的熔融还原区和右边的慢速仿高炉还原区，慢速仿高炉还原区没有炼铁高炉的预热区。梳齿炉箅28与隔离板29由高温耐火材料制成，梳齿炉箅28的每一条梳齿内都有两条尾部连接在一起的冷却通道、冷媒体从一条冷却通道进入从另一条冷却通道出来。隔离板29内和混合还原炉27的炉壳内也有冷却通道，冷媒体冷却梳齿炉箅28、隔离板29和混合还原炉27，冷媒体可以是水或者是水蒸气、空气、富氧。粉煤罐20底部的电动旋转阀21把粉煤间歇地卸下，然后用富氧把粉煤喷入混合还原炉27的梳齿炉箅28与铁浴还原池之间空间。水煤气发生装置22出来的水煤气经过水煤气增压机增压、进入混合还原炉27的铁浴还原池，与氧化铁和氧化亚铁发生化学反应生成铁、二氧化碳和水。混合还原炉27的慢速还原池的底侧有铁水出口31，混合还原炉27的慢速还原池的上层炉渣液层有炉渣管30通往外面。富氧从混合还原炉27的慢速还原池上面的炉壳侧面吹入、支持焦炭燃烧，从混合还原炉27的炉渣管30出来的炉渣液用来加热富氧。

图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，混合还原炼铁方法如下：把粉矿、粉煤和熔剂放入料仓9，粉矿、粉煤和熔剂在料仓9里被烟囱8里的烟气加热，料仓9里的粉矿、粉煤和熔剂通过料仓9下面的万向分布器投放到加料管里、然后从加料管流入回转窑2。驱动电机7转动主动齿轮带动回转窑2上的从动齿轮转动，使回转窑2上的前环形轨道和滚筒炉箅3上的后环形轨道分别压在前、后支撑台6上的滚轮4转动。流入回转窑2的粉矿、粉煤和熔剂在回转窑2里由于回转窑2的转动，被回转窑2内的抄板带到高处然后落下、被回转窑2内流动的热气体进一步均匀地加热，在回转窑2内高温下粉煤中的碳与粉矿中的一部分氧化铁发生化学反应生成氧化亚铁和二氧化碳。从烟囱8出来的炉烟依次经过炉烟冷却装置15使炉烟冷却、炉烟除尘装置16除去炉烟中的大颗粒尘埃、炉烟清洗器17清洗掉炉烟中的小颗粒尘埃。从回转式流化床加热炉外壳1的中后段的三点钟方向上和外壳1尾部的数个燃油喷嘴喷出的燃油火焰点燃滚筒炉箅3里的煤尘，并加热滚筒炉箅3里的粉矿、粉煤和熔剂。鼓风机5吹出的风经过加热后，从回转式流化床加热炉外壳1的中后段的三点钟方向上和外壳1尾部的套在数个燃油喷嘴外面的数个分支风管10吹出，支持燃油喷嘴喷出的燃油燃烧。从回转式流化床加热炉外壳1的后段底部的数个分支风管10吹出的风支持滚筒炉箅3后段内的粉煤燃烧。由于滚筒炉箅3的转动，在滚筒炉箅3内三点钟方向的地方的原料被抄板带走、只留下漂浮的煤尘，燃油火焰把这些煤尘点燃。由于滚筒炉箅3内三点钟方向的地方漂浮的煤粉尘的浓度较高、空气支持这些漂浮的煤尘的燃烧只能是不充分燃烧；漂浮的煤粉尘在滚筒炉箅3内滚筒炉箅3三点钟方向的地方不充分燃烧产生大量的一氧化碳、同时产生大量的热量加热回转窑2内的原料。在滚筒炉箅3中后段内的原料被滚筒炉箅3内三点钟方向的地方燃烧的火焰加热，原料从600℃加热到900℃、呈海绵状熟料。由于回转窑2和滚筒炉箅3转动把原料带到高处使处在高处的一氧化碳也能与被带到高处的原料中的氧化亚铁发生化学反应，所以回转窑2和滚筒炉箅3内的一氧化碳被更充分地利用。因而使回转式流化床加热炉最终产生的熟料中生成铁的含量很高，从烟囱8里出来的炉烟中一氧化碳含量很低。从滚筒炉箅3出来的熟料落入混合还原炉27中的梳齿炉箅28上。粉煤罐20底部的电动旋转阀21把粉煤间歇地卸下，然后用富氧把粉煤喷入混合还原炉27的梳齿炉箅28与铁浴还原区之间空间。在富氧的支持下，粉煤在混合还原炉27的梳齿炉箅28与铁浴还原池之间空间中燃烧、加热梳齿炉箅28上的海绵状熟料，使梳齿炉箅28上的海绵状熟料中的生成铁熔化后落入混合还原炉27的铁浴还原池。梳齿炉箅28上的小块海绵状熟料被加热后穿过梳齿炉箅28也落入混合还原炉27的铁浴还原池。梳齿炉箅28上的大块熟料滑落到混合还原炉27的缓慢还原池上，装在焦炭罐25里的焦炭通过焦炭罐25底部漏斗上的焦炭阀门26落到梳齿炉箅28中部、被加热，然后滑落到混合还原炉27的缓慢还原池上。富氧从混合还原炉27的慢速还原池上层炉渣液层上面的炉壳侧面吹入、支持焦炭燃烧，其炼铁过程与高炉炼铁的过程相似。在混合还原炉27的铁浴还原池里，熔解后的渗碳与氧化铁、氧化亚铁发生剧烈的化学反应生成铁和二氧化碳气体、是吸热化学反应。二氧化碳从混合还原炉27的铁浴还原池中溢出产生大量的气泡，这些气泡搅拌铁浴还原池中的各种物质使铁水下沉、炉渣液上浮，使氧化铁、氧化亚铁与熔解渗炭充分接触而发生激烈的化学反应。水煤气发生装置22出来的水煤气经过水煤气增压机23增压和通过水煤气电动调节阀24、进入混合还原炉27的铁浴还原池里，搅拌混合还原炉27的铁浴还原池里的熔液，并与氧化铁和氧化亚铁发生化学反应生成铁、二氧化碳和水，它属于间接还原反应、是放热还原反应；这一放热还原反应产生的热量弥补了直接还原反应、既铁浴还原反应吸收的热量，使混合还原炉27的铁浴还原池里的熔液的温度不会降低。在混合还原炉27的铁浴还原池里，生成的铁水沉下去穿过隔离板29下端的连通孔流到混合还原炉27的缓慢还原池下层，铁水中的少量炉渣在混合还原炉27的缓慢还原池里缓慢上浮到炉渣液层，剩下纯度很高的铁水从铁水出口31流出。在混合还原炉27的铁浴还原池上层，生成的炉渣液穿过梳齿炉箅28下段的缝隙，流到混合还原炉27的慢速还原池上层炉渣液层，炉渣液中所含的铁水缓慢地下沉到混合还原炉27的慢速还原池的下层，炉渣液从炉渣管30流出。

Claims (2)

1.一种混合还原炼铁设备，其特征在于：混合还原炼铁设备包括：回转式流化床加热炉、混合还原炉(27)、水煤气发生装置(22)、水煤气增压机(23)、炉烟冷却装置(15)、炉烟除尘装置(16)、炉烟清洗器(17)、鼓风机(5)、富氧发生装置(18)、粉煤罐(20)、粉煤电动旋转阀(21)、焦炭罐(25)、焦炭阀(26)、燃油箱(11)、燃油泵(12)、燃油电动调节阀(13)，富氧发生装置(18)是用空压机把空气压缩后通过分子筛把氮气筛出去，剩余的气体就是富氧，回转式流化床加热炉的结构如下：它的内部结构是回转窑(2)+滚筒炉箅(3)，在回转窑(2)的前段和滚筒炉箅(3)后段外面分别套有前环形轨道和后环形轨道，前环形轨道之前的回转窑(2)前端套有从动齿轮；回转窑(2)+滚筒炉箅(3)前高后低倾斜地安装在前后两个支撑台(6)上，回转窑(2)上套有的前环形轨道和滚筒炉箅(3)上套有的后环形轨道分别压在前后两个支撑台(6)上的两对滚轮(4)上，回转窑(2)上的从动齿轮与驱动电机(7)转轴上的主动齿轮啮合；回转窑(2)+滚筒炉箅(3)是在金属回转网管的前段内外侧镶嵌耐火陶瓷板、形成回转窑(2)，在回转网管的中后段内外侧镶嵌带孔的耐火陶瓷板或者带孔的石墨板、形成滚筒炉箅(3)，在回转窑(2)+滚筒炉箅(3)内侧装有抄板；回转式流化床加热炉有外壳(1)，外壳(1)把回转窑(2)+滚筒炉箅(3)、滚轮(4)、主动齿轮和从动齿轮包在里面，外壳(1)有夹层、夹层内有冷媒体，或者外壳(1)内衬耐火陶瓷外包保温材料；鼓风机(5)吹出的风经过总风管和加热机构的加热后从装在穿过外壳(2)的后段的底部、外壳(1)尾部和外壳(2)中后段的三点钟方向的数个分支风管吹向滚筒炉箅(3)，外壳(1)尾部和外壳(1)中后段的三点钟方向的数个分支风管(10)的出口处装有燃油喷嘴，燃油泵(12)从燃油箱(11)抽取燃油经过燃油电动调节阀(13)和燃油管(14)、从燃油喷嘴喷出；回转窑(2)+滚筒炉箅(3)的上方的外壳(1)上依次装有数个温度传感器；加料管的下端伸入回转窑(2)的入口，加料管的中部与外壳(1)前端固定连接，加料管的上端通过万向分布器与上面的料仓(9)连接，烟囱(8)下段从料仓(9)中央穿过之后再穿过万向分布器中央孔、然后烟囱(8)的下端也与加料管相通，料仓(9)内的粉矿、粉煤和熔剂通过一个万向布料器从加料管投放到回转窑(2)中；从烟囱(8)出来的炉烟依次经过炉烟冷却装置(15)使炉烟冷却、炉烟除尘装置(16)除去炉烟中的大颗粒尘土、炉烟清洗器(17)清洗掉炉烟中的小颗粒尘土；滚筒炉箅(3)的出口对接混合还原炉(27)的左边的熟料入口；从回转式流化床加热炉的滚筒炉箅(3)出来的含氧化亚铁、粉煤和熔剂的海绵状的熟料从混合还原炉(27)的顶部的左边进入、落到梳齿炉箅(28)上，装在焦炭罐(25)里的焦炭通过焦炭罐(25)底部漏斗上的焦炭阀门(26)也落到梳齿炉箅(28)中部；隔离板(29)把混合还原炉(27)的下部隔离成两部分、左边的铁浴还原池和右边的慢速还原池，隔离板(29)下端有连通孔把混合还原炉(27)的铁浴还原池底部与慢速还原池底部连通，混合还原炉(27)的底部是倾斜的、从铁浴还原池的底部向慢速还原池底部倾斜，梳齿炉箅(28)从左到右向下倾斜、梳齿炉箅(28)的下端与隔离板(29)的上端固定连接；梳齿炉箅(28)与隔离板(29)把整个混合还原炉(27)分隔成左边的快速的熔融还原区和右边的慢速仿高炉还原区，慢速仿高炉还原区没有炼铁高炉的预热区；梳齿炉箅(28)与隔离板(29)由高温耐火材料制成，梳齿炉箅(28)的每一条梳齿内都有两条尾部连接在一起的冷却通道、冷媒体从一条冷却通道进入从另一条冷却通道出来，隔离板(29)内和混合还原炉(27)的炉壳内也有冷却通道，冷媒体冷却梳齿炉箅(28)、隔离板(29)和混合还原炉(27)，冷媒体可以是水或者是水蒸气、空气、富氧；粉煤罐(20)底部的电动旋转阀(21)把粉煤间歇地卸下，然后用富氧把粉煤喷入混合还原炉(27)的梳齿炉箅(28)与铁浴还原池之间空间；水煤气发生装置(22)出来的水煤气经过水煤气增压机增压、进入混合还原炉(27)的铁浴还原池，与氧化铁和氧化亚铁发生化学反应生成铁、二氧化碳和水；混合还原炉(27)的慢速还原池的底侧有铁水出口(31)，混合还原炉(27)的慢速还原池的上层炉渣液层有炉渣管(30)通往外面，富氧从混合还原炉(27)的慢速还原池上面的炉壳侧面吹入、支持焦炭燃烧，从混合还原炉(27)的炉渣管(30)出来的炉渣液用来加热富氧。

2.混合还原炼铁方法，其特征在于：把粉矿、粉煤和熔剂放入料仓(9)，粉矿、粉煤和熔剂在料仓(9)里被烟囱(8)里的烟气加热，料仓(9)里的粉矿、粉煤和熔剂通过料仓(9)下面的万向分布器投放到加料管里、然后从加料管流入回转窑(2)，驱动电机(7)转动主动齿轮带动回转窑(2)上的从动齿轮转动使回转窑(2)上的前环形轨道和滚筒炉箅(3)上的后环形轨道分别压在前、后支撑台(6)上的滚轮(4)转动，流入回转窑(2)的粉矿、粉煤和熔剂在回转窑(2)里由于回转窑(2)的转动被回转窑(2)内的抄板带到高处然后落下、被回转窑(2)内流动的热气体进一步均匀地加热，在回转窑(2)内高温下粉煤中的碳与粉矿中的一部分氧化铁发生化学反应生成氧化亚铁和二氧化碳；从烟囱(8)出来的炉烟依次经过炉烟冷却装置(15)使炉烟冷却、炉烟除尘装置(16)除去炉烟中的大颗粒尘埃、炉烟清洗器(17)清洗掉炉烟中的小颗粒尘埃；从回转式流化床加热炉外壳(1)的中后段的三点钟方向上和外壳(1)尾部的数个燃油喷嘴喷出的燃油火焰点燃滚筒炉箅(3)里的煤尘，并加热滚筒炉箅(3)里的粉矿、粉煤和熔剂，鼓风机(5)吹出的风经过加热后从回转式流化床加热炉外壳(1)的中后段的三点钟方向上和外壳(1)尾部的套在数个燃油喷嘴外面的数个分支风管(10)吹出、支持燃油喷嘴喷出的燃油燃烧；从回转式流化床加热炉外壳(1)的后段底部的数个分支风管(10)吹出的风支持滚筒炉箅(3)后段内的粉煤燃烧；由于滚筒炉箅(3)的转动，在滚筒炉箅(3)内三点钟方向的地方的原料被抄板带走、只留下漂浮的煤尘，燃油火焰把这些煤尘点燃；由于滚筒炉箅(3)内三点钟方向的地方漂浮的煤粉尘的浓度较高、空气支持这些漂浮的煤尘的燃烧只能是不充分燃烧；漂浮的煤粉尘在滚筒炉箅(3)内滚筒炉箅(3)三点钟方向的地方不充分燃烧产生大量的一氧化碳、同时产生大量的热量加热回转窑(2)内的原料；在滚筒炉箅(3)中后段内的原料被滚筒炉箅(3)内三点钟方向的地方燃烧的火焰加热，原料从600℃加热到900℃、呈海绵状熟料；由于回转窑(2)和滚筒炉箅(3)转动把原料带到高处使处在高处的一氧化碳也能与被带到高处的原料中的氧化亚铁发生化学反应，所以回转窑(2)和滚筒炉箅(3)内的一氧化碳被更充分地利用；因而使回转式流化床加热炉最终产生的熟料中生成铁的含量很高，从烟囱(8)里出来的炉烟中一氧化碳含量很低；从滚筒炉箅(3)出来的熟料落入混合还原炉(27)中的梳齿炉箅(28)上，粉煤罐(20)底部的电动旋转阀(21)把粉煤间歇地卸下，然后用富氧把粉煤喷入混合还原炉(27)的梳齿炉箅(28)与铁浴还原区之间空间；在富氧的支持下，粉煤在混合还原炉(27)的梳齿炉箅(28)与铁浴还原池之间空间中燃烧、加热梳齿炉箅(28)上的海绵状熟料，使梳齿炉箅(28)上的海绵状熟料中的生成铁熔化后落入混合还原炉(27)的铁浴还原池；梳齿炉箅(28)上的小块海绵状熟料被加热后穿过梳齿炉箅(28)也落入混合还原炉(27)的铁浴还原池；梳齿炉箅(28)上的大块熟料滑落到混合还原炉(27)的缓慢还原池上，装在焦炭罐(25)里的焦炭通过焦炭罐(25)底部漏斗上的焦炭阀门(26)落到梳齿炉箅(28)中部、被加热，然后滑落到混合还原炉(27)的缓慢还原池上；富氧从混合还原炉(27)的慢速还原池上层炉渣液层上面的炉壳侧面吹入、支持焦炭燃烧，其炼铁过程与高炉炼铁的过程相似；在混合还原炉(27)的铁浴还原池里，熔解后的渗碳与氧化铁、氧化亚铁发生剧烈的化学反应生成铁和二氧化碳气体、是吸热化学反应，二氧化碳从混合还原炉(27)的铁浴还原池中溢出产生大量的气泡，这些气泡搅拌铁浴还原池中的各种物质使铁水下沉、炉渣液上浮，使氧化铁、氧化亚铁与熔解渗炭充分接触而发生激烈的化学反应；水煤气发生装置(22)出来的水煤气经过水煤气增压机(23)增压和通过水煤气电动调节阀(24)、进入混合还原炉(27)的铁浴还原池里，搅拌混合还原炉(27)的铁浴还原池里的熔液，并与氧化铁和氧化亚铁发生化学反应生成铁、二氧化碳和水，它属于间接还原反应、是放热还原反应，这一放热还原反应产生的热量弥补了直接还原反应、即铁浴还原反应吸收的热量，使混合还原炉(27)的铁浴还原池里的熔液的温度不会降低；在混合还原炉(27)的铁浴还原池里，生成的铁水沉下去穿过隔离板(29)下端的连通孔流到混合还原炉(27)的慢速还原池下层，铁水中的少量炉渣在混合还原炉(27)的慢速还原池里缓慢上浮到炉渣液层，剩下纯度很高铁水从铁水出口(31)流出；在混合还原炉(27)的铁浴还原池上层，生成的炉渣液穿过梳齿炉箅(28)下段的缝隙，流到混合还原炉(27)的慢速还原池上层炉渣液层，炉渣液中所含的铁水缓慢地下沉到混合还原炉(27)的慢速还原池的下层，炉渣液从炉渣管(30)流出。