CN1041113C - 高炉粒状生铁的脱碳处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于生铁的加工处理领域。主要涉及高炉粒状生铁的脱碳处理。其主要特征是以竖炉为反应器，以高炉炉顶煤气为脱碳剂和能源。粒状生铁由炉顶加入竖炉，高炉炉顶煤气和助燃空气经燃烧室燃烧后进入竖炉，与粒铁逆流换热。在竖炉内的处理温度为1000～1100℃，处理时间为3～4小时。经处理后的竖炉生铁的含碳量在1%以下，硫、磷含量低，可作为废钢代用品。

Description

高炉粒状生铁的脱碳处理方法及装置

本发明属于生铁的加工处理领域。主要适用于高炉生产的粒铁的脱碳。

对于粒化的高炉生铁进行脱碳，生产低碳粒铁，是一种生产优质废钢代用品的有效途径。

在《1988年炼铁学术年会论文集》310～314页所述的《粒化生铁固相脱碳的研究》一文，提供了一种生产低碳粒铁的方法。该方法采用的是回转窑方法，其主要工艺特点是将经粒化的高炉生铁置于回转窑中，用高炉炉顶煤气进行碳的气化反应，生产出碳含量为1％以下的粒铁。该方法的主要的缺点是：回转窑反应器的填充率和热效率都很低，粒铁在窑内的停留时间较长，消耗的能源高，而且设备造价高。因此，该方法的生产率低，产品的单位投资额和生产成本都高，同时还未能解决产品的氧化问题。

本发明的目的在于提供一种投资少、成本低、生产率高的、高炉粒状生铁脱碳处理方法及装置。

根据上述目的，本发明高炉粒状生铁脱碳处理方法的技术方案如下：

高炉粒状生铁的脱碳处理在竖炉中进行，所述高炉粒状生铁由竖炉的炉顶进入竖炉中，并自上而下运行；

高炉炉顶煤气经管道进入燃烧室，助燃空气经管道和燃烧器也进入燃烧室，并在燃烧室中使煤气完全燃烧，然后使所产生的燃烧产物CO₂经竖炉底部的入口进入竖炉中，并自下而上运行；

含CO₂的氧化性气体与粒状生铁逆流换热，当粒铁被加热到一定温度时，粒铁中的碳将开始与气相中的CO₂发生气体反应，达到脱碳目的。

脱碳处理温度为1000-1100℃；

脱碳处理时间为3-4小时；

通过燃烧室进入竖炉的气相，其含氧量控制在2％以下。

进入竖炉的高炉粒状生铁的粒度为4-12mm。

本发明所述的高炉粒状生铁的脱碳处理装置，包含一座上小下大的具有一定锥度的竖炉，竖炉炉顶与料仓相接相通，竖炉底部与排料机相接相通，竖炉下部有一CO₂气体入口，上部有气体排出口。

下面结合附图和实施例将本发明作详细说明。

附图1为高炉粒状生铁脱碳处理装置的结构示意图。

图中，1为高炉，2为喷制粒铁器，3为粒铁仓，4为粒铁，5为上料车，6为料仓，7为竖炉，8为引风机，9为高炉炉顶煤气输送管道，10为竖炉燃烧室，11为助燃空气输入管道，12为燃烧器，13为排料机，14为产品料仓，15为引风机，16为除尘器，17为调节阀，18为竖炉炉顶气体输送管道。

竖炉7紧靠高炉1，以便缩短粒铁的运送，加速工艺流程；燃烧室10靠近竖炉7的底部，高炉炉顶煤气输送管道直接与燃烧室10相连。竖炉7的上部内径略小于下部内径，其锥度(即竖炉纵向中心轴线与竖炉炉壁的夹角)为5～8°。确保粒铁在竖炉7内运行顺利。

本发明高炉粒状生铁脱碳处理方法的工艺过程如下：

将由高炉铁水喷制的粒铁4，用上料车5运至加料仓6中，然后再输入竖炉7中，与此同时，通过引风机8将高炉炉顶煤气经其输送管道9，输入燃烧室10中，同时，助燃空气经其输入管道11引入燃烧室10，通过燃烧器12，将煤气中的CO完全燃烧成CO₂，然后进入竖炉，自下而上运行与粒铁中的碳进行反应。在竖炉7中，含有CO₂的氧化性气体由下向上运行，粒铁由上向下运行，即粒铁与氧化性气体逆流换热，下降过程中粒铁逐渐被加热，当被上升的氧化性气体加热至850℃时，粒铁中的碳将开始与氧化性气体中的CO₂发生气化反应，并随着温度的提高，反应速度加快，当温度升至1000～1100℃时，粒铁在此温度范围内，停留3～4小时。之后，脱碳率可达80％以上，碳含量可降至1％以下，成为合格的低碳粒铁制品。该低碳粒铁通过排料机13排到料仓14中，并从出口处排出。

粒铁与氧化性气体反应过程中生成的CO将与氧化性气体中的残余氧发生燃烧反应，又转化成CO₂。

上述过程发生的化学反应如下：

……(1)

    ……(2)

反应式(1)为吸热反应，而反应式(2)为放热反应，总的反应热效应近乎为零。因此，脱碳过程需要燃烧的煤气量，主要取决于加热粒铁至反应温度和补偿热损失所需要的热量。

为保证有较高的脱碳速度，并防止温度过高引起粘结，反应温度确定在1000～1100℃。竖炉内的反应温度可通过调节阀17控制兑入的竖炉炉顶煤气的量进行调节。

为保证竖炉7内具有良好的透气性，粒铁的粒度范围控制在4～12mm；为避免脱碳过程由于过多的铁被氧化，产生的氧化铁皮使体积增大，造成下行排料困难，应将气相中的氧含量控制在2％以下，这样既可使脱碳反应产物中CO充分燃烧，又不使过多的铁被氧化。同时，由于竖炉上端内径略小于下端内径，具有5～8°的锥角，能确保粒铁在竖炉能顺利运行。另外，为了防止成品粒铁氧化，可将竖炉炉顶放出的混合气体通过引风机15引入产品料仓冷却粒铁，可冷至200℃以下，然后再由排料处进入竖炉。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)由于用竖炉作为脱碳反应器，气固两相逆流换热，具有更高的热效率。

(2)竖炉的充填率为100％，利用系数大，在同样反应条件下，具有更高的生产率。

(3)利用竖炉炉顶放出的混合气体冷却产品，并使之冷却至200℃以下，有效地避免了产品的氧化现象。

实施例

根据本发明所述的高炉粒状生铁的脱碳处理方法，采用一套可以模拟竖炉的立式管状电阻炉作为处理装置，该装置可连续排料。

对三批粒状生铁进行了脱碳处理。三次试验的粒状生铁的化学成分如表1所示。

事先按照高炉炉顶煤气燃烧后的成分配制脱碳气体，该气体的成分(重量％)为：CO₂ 30％，N₂ 70％，并兑入少量氧气；在试验开始前，先将粒状生铁充满整个管状电阻炉，然后点火加热，当温度达到预定的1000～1100℃温度范围时，开始排料，并根据排料速度确定粒铁在炉内的停留时间，即反应时间。然后一批批开始加新料。三次试验的粒状生铁的粒度、反应温度和时间以及气体用量如表2所示。试验结果所得的竖炉粒铁的化学成分如表3所示。

表1实施例粒状生铁的化学成分(重量％)

表2实施例粒状生铁加工处理参数

表3实施例试验结果竖炉粒铁的化学成分(重量％)

Claims (5)

1、一种高炉粒状生铁的脱碳处理方法，其特征在于：

[1]高炉粒状生铁的脱碳处理在竖炉(7)中进行，所述高炉粒状生铁由竖炉(7)的炉顶进入竖炉(7)中，并自上而下运行；

[2]高炉(1)炉顶煤气经管道(9)进入燃烧室(10)，助燃空气经管道(11)和燃烧器(12)进入燃烧室(10)，并在燃烧室(10)中使煤气完全燃烧，然后使所产生的燃烧产物CO2经竖炉(7)底部的入口进入竖炉(7)，并自下而上运行；

[3]脱碳处理温度为1000-1100℃；

[4]脱碳处理时间为3-4小时；

[5]通过燃烧室(10)进入竖炉的气相，其含氧量控制在2％以下。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于进入竖炉的高炉粒状生铁的粒度为4-12mm。

3、一种高炉粒状生铁的脱碳处理装置，其特征在于该装置包含一座上小下大的具有一定锥度的竖炉(7)，竖炉(7)炉顶与料仓(6)相接相通，竖炉(7)底部与排料机(13)相接相通，竖炉(7)下部有一CO₂气体入口，上部有气体排出口。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于竖炉(7)下部的CO₂气体入口与燃烧室(10)相接相通。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于竖炉(7)的锥度为5-8°。

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