CN104451015A - 利用闪速炼铁炉炼铁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种利用闪速炼铁炉炼铁的方法,包括以下步骤:向闪速炼铁炉的还原塔腔内喷入干燥铁精矿、溶剂和包括焦炭、粉煤和氧气的燃料,并使还原塔腔内形成高温的还原性气氛;使干燥铁精矿与还原气在还原塔腔内发生氧化还原反应,以便得到熔铁、渣和烟气,并在熔池内由上至下形成焦炭层、渣层和铁水层;其中,氧化还原反应是在600~1200摄氏度下进行;还原性气氛中含有5~80体积%的一氧化碳。采用本发明上述实施例的炼铁方法工艺简单,成本低,可以显著提高还原反应效率。

Description

利用闪速炼铁炉炼铁的方法
技术领域
[0001] 本发明属于冶金领域,具体而言,本发明涉及利用闪速炼铁炉炼铁的方法。
背景技术
[0002] 传统上通常利用高炉进行炼铁,但是高炉炼铁的工艺方法多存在流程长、投资大、产率低、能耗高、环境污染严重等诸多问题,虽然相关技术中也存在利用其它的炼铁工艺方法,以克服高炉的问题,但是效果不理想,仍存在进一步改进的需求。
发明内容
[0003] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种具有快速、节能的利用闪速炼铁炉炼铁的方法。
[0004] 根据本发明的一个方面,本发明提出了一种利用闪速炼铁炉炼铁的方法,包括以下步骤:
[0005]向所述闪速炼铁炉的还原塔腔内喷入干燥铁精矿、溶剂和包括焦炭、粉煤和氧气的燃料,并使所述还原塔腔内形成高温的还原性气氛;
[0006] 使所述干燥铁精矿与还原气在所述还原塔腔内发生氧化还原反应,以便得到熔铁、渣和烟气,并在熔池内由上至下形成焦炭层、渣层和熔铁层;
[0007]其中,
[0008] 所述氧化还原反应是在600〜1200摄氏度下进行;
[0009] 所述还原性气氛中含有5〜80体积%的一氧化碳。
[0010]由此,本发明采用闪速炼铁炉,该闪速炼铁炉是具有空间式的还原塔腔,通过控制还原塔腔内的温度和还原性气氛,可以使得喷入的干燥铁精矿在还原塔腔内迅速焙烧发生还原反应。因此,采用本发明上述实施例的炼铁方法可以显著提高还原反应效率,较传统的炼铁方法可省去了制粒或者造球的工艺,进而可以显著降低成本。
[0011] 另外,根据本发明上述实施例的利用闪速炼铁炉炼铁的方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0012] 根据本发明的一些实施例,所述闪速炼铁炉为双塔闪速炼铁炉、干燥与还原一体化闪速炼铁设备或者腔室高炉炼铁装置。由此可以显著提高还原反应效率,节省能耗。
[0013] 根据本发明的一些实施例,所述氧化还原反应是在600〜1200摄氏度下进行;所述还原性气氛中含有5〜80体积%的一氧化碳。由此可以显著提高还原反应效率。
[0014] 根据本发明的一些实施例,所述焦炭层的厚度为200〜1500毫米。由此可以显著提高金属化率。
[0015] 根据本发明的一些实施例,所述熔池内的温度为1100〜1600摄氏度。由此可以显著提高熔铁的分离效率。
[0016] 根据本发明的一些实施例,所述烟气的温度为600〜1200摄氏度,所述烟气中含有5〜50体积%的一氧化碳。由此可以对烟气进行再利用。
[0017] 根据本发明的一些实施例,进一步包括:向所述双塔闪速炼铁炉的还原通道内加入干精矿和熔剂;以及利用所述烟气对所述干精矿进行还原。由此可以提高资源利用率,节省能耗。
[0018] 根据本发明的一些实施例,进一步包括:向所述干燥与还原一体化闪速炼铁设备的预还原干燥塔内加入湿精矿;以及利用所述烟气对所述湿精矿进行干燥和预还原。由此可以提高资源利用率,节省能耗。
[0019] 根据本发明的一些实施例,干燥铁精矿是以平均粒度为低于0.5mm的粉末的形式提供的。
附图说明
[0020]图1是根据本发明一个实施例的利用闪速炼铁炉炼铁的方法采用的腔室高炉炼铁装置的结构示意图。
[0021]图2是根据本发明一个实施例的利用闪速炼铁炉炼铁的方法采用的双塔闪速炼铁炉的结构示意图。
[0022] 图3是根据本发明一个实施例的利用闪速炼铁炉炼铁的方法采用的干燥与还原一体化闪速炼铁设备的结构示意图。
具体实施方式
[0023] 下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0024] 根据本发明的一个方面,本发明提出了一种利用闪速炼铁炉炼铁的方法,包括以下步骤:
[0025]向闪速炼铁炉的还原塔腔内喷入干燥铁精矿、溶剂和包括焦炭、粉煤和氧气的燃料,并使还原塔腔内形成高温的还原性气氛;
[0026] 使干燥铁精矿与还原气在还原塔腔内发生氧化还原反应,以便得到熔铁、渣和烟气,并在熔池内由上至下形成焦炭层、渣层和熔铁层;
[0027] 其中,氧化还原反应是在800〜1300摄氏度下进行;还原性气氛中含有60〜80体积%的一氧化碳。
[0028]由此,本发明采用闪速炼铁炉,该闪速炼铁炉是具有空间式的还原塔腔,通过控制还原塔腔内的温度和还原性气氛,可以使得喷入的干燥铁精矿在还原塔腔内迅速发生还原反应。因此,采用本发明上述实施例的炼铁方法可以显著提高还原反应效率,较传统的炼铁方法可省去了制粒或者造球的工艺,进而可以显著降低成本。
[0029] 根据本发明的具体实施例,干燥铁精矿是以平均粒度为低于0.5mm的粉末的形式提供的。由此,可以显著提高铁精矿的比表面积。本发明将粉末状的铁精矿在闪速炼铁炉进行焙烧发生还原反应,使得一氧化碳与喷入的成雾状的铁精矿充分接触,由此可以显著提高铁精矿的比表面积利用率,进而能够显著提高还原反应效率。
[0030] 根据本发明的具体实施例,现有的炼铁方法多采用转底炉、回转窑和竖炉等设备进行,但是上述方法的铁精矿原料均需要制备成颗粒状或者块状,然后在高温下与还原性气体发生还原反应。因此,上述方法均存在还原气体与铁精矿接触面积小和接触不完全,导致反应效率低的缺陷,同时进行还原反应时,转底炉、回转窑和竖炉内的颗粒状或者块状铁精矿物料均呈堆积状态,由此使得还原气体与内部的物料接触困难,降低还原反应效率,并且容易出现结块,导致排料困难。
[0031] 采用本发明上述实施例的炼铁方法只需将粉末状的铁精矿喷入高温且具有还原性气氛的闪速炼铁炉的还原塔腔内迅速发生还原反应。因此,本发明上述实施例的炼铁方法无需将铁精矿进行成型处理,可显著提高铁精矿与还原性气体的接触面积,提高铁精矿粉末的比表面积利用率,进而显著提高还原反应。
[0032] 根据本发明的具体实施例,上述氧化还原反应是在800〜1300摄氏度下进行;还原性气氛中含有60〜80体积%的一氧化碳。因此,当喷入铁精矿时,需要预先使得还原塔内的温度和还原性气氛达到上述要求。由此可以显著提高还原反应效率。根据本发明的具体实施例,通常喷入的铁精矿在2〜3秒内即可反应完毕。由此,本发明上述实施例的炼铁方法可以显著提高炼铁效率。
[0033] 根据本发明的具体实施例,上述氧化还原反应的条件还可以优选在1000〜1200摄氏度和含有60〜80体积%的一氧化碳气氛中进行。由此可以进一步提高还原反应效率,提高铁精矿的金属化率。根据本发明的具体实施例,当采用上述条件进行炼铁时,铁精矿的粒度低于0.5mm即可。发明人发现,当还原反应的温度达到1000摄氏度时,铁精矿喷入后会发生炸裂形成粒径更小的颗粒,使得铁精矿的比表面积得到显著增加,并迅速与还原气体接触发生反应,由此可以进一步提高反应效率。因此,控制上述反应条件时,利用铁精矿的炸裂的物理状态的变化,省去了将铁精矿磨的更细,进而可以节省能耗,并提高还原反应效率。
[0034] 根据本发明上述实施例的炼铁的方法可以采用的闪速炼铁炉可以为腔室高炉炼铁装置、双塔闪速炼铁炉或者干燥与还原一体化闪速炼铁设备。由此可以进一步提高炼铁效率。
[0035] 根据本发明的具体实施例,腔室高炉炼铁装置可以使用专利CN102605120A中所述的炼铁装置。如图1所示,腔室高炉炼铁装置具有下列结构:腔式高炉炼铁装置,包括腔式炉身I (还原反应塔腔)、卧式炉底2、炉料喷嘴3、第一燃料喷嘴4和第二燃料喷嘴5,其中腔式炉身I具有预定高度且腔式炉身I具有炉身空腔,也就是说腔式炉身I内部中空以限定出炉身空腔。
[0036] 卧式炉底2具有内腔,所述内腔分为炉腹和位于炉腹下面的炉缸,例如在图1的一个具体实施例中,区域A+B =炉腹,区域C+D =炉缸,其中A区域为空腔区,B区域为炉渣再还原区,C区域为渣层区,D区域为熔铁层区,腔式炉身I的下端与卧式炉底2的顶部相连以便炉身空腔与炉腹连通,炉腹的顶壁设有与腔式炉身I的下端在水平方向上间隔开预定距离的出烟口 21,用于排出炼铁过程中的烟气,其中炉缸的壁上上设有用于排出炉渣的出渣口 22和用于排出熔铁的出铁口 23。
[0037] 根据本发明的具体实施例,双塔闪速炼铁炉可以使用专利CN103993116A中所述的闪速炼铁炉。如图2所示,双塔闪速炼铁炉具有下列结构:双塔闪速炼铁炉100,包括炉底10,第一还原塔20 (还原反应塔腔),第二还原塔30。其中,炉底10内限定出熔池,熔池沿下向上的方向分为熔铁层区11、渣层区12和焦炭层区13 ;
[0038] 第一还原塔20内限定出第一塔腔21,第一还原塔的下端与炉底10相连,使得第一塔腔21形成密闭反应空间,第一还原塔的顶部设有用于向第一塔腔内21喷入干精矿、熔剂、粉煤和氧气的精矿喷嘴22 ;由此通过喷入的方式向第一塔腔21内喷入干精矿、熔剂和包括焦炭、粉煤和氧气的燃料,进而可以显著提高铁精矿的还原效率和炼铁效率。
[0039] 第二还原塔30内限定出第二塔腔,第二塔的下端与炉底10相连,第二塔腔内设有隔墙31,隔墙31将第二塔腔分成上升烟道32和还原通道33,第一塔腔21与上升烟道32的下端连通,上升烟道32的上端与还原通道33的上端彼此连通,第二还原塔30的顶部设有用于向还原通道32内加入干精矿和熔剂的加料口 34。
[0040] 熔池处于渣层区12、焦炭层区13或者渣层区12和焦炭层区13的交界处的侧壁上设有炼铁喷嘴40。
[0041] 根据本发明的具体实施例,干燥与还原一体化闪速炼铁设备可以使用专利CN103993115A中所述的闪速炼铁设备。如图3所示,干燥与还原一体化闪速炼铁设备具有下列结构:干燥与还原一体化闪速炼铁设备100,包括塔底10,还原塔体20(还原反应塔腔),烟道30以及预还原干燥塔40。其中,塔底10内限定出熔池,熔池沿下向上的方向分为熔铁层区11、渣层区12和焦炭层区13 ;
[0042] 还原塔体20内限定出还原塔腔21,还原塔体20的下端与塔底10相连,还原塔体20的顶部设有用于向还原塔腔21内喷入干燥铁精矿、熔剂和包括焦炭、粉煤和氧气的燃料的精矿喷嘴22。烟道30的底端与塔底10相连通;
[0043] 预还原干燥塔40内限定出预还原干燥塔腔41,预还原干燥塔腔41的顶端与烟道30的上端连通且预还原干燥塔40的上部设有湿料加料口 42,湿料加料口 42用于向预还原干燥塔腔41内供给湿精矿。
[0044] 根据本发明的具体实施例,焦炭层的厚度为200〜1500毫米。由此可以使得未反应完全的铁精矿在焦炭层内被还原,由此可以进一步提尚铁精矿的金属化率,提尚金属铁的产率。根据本发明的具体实施例,焦炭层的具体厚度并不受特别限制,具体可以根据铁精矿内未反应完全的铁精矿的量添加适量的焦炭,使其具体形成200〜1500毫米范围厚度,提高金属化率。
[0045] 根据本发明的具体实施例,上述各炼铁炉的熔池内的温度可以为1350〜1600摄氏度。由此可以使得熔铁、渣和焦炭形成由下至上的三层,进而使得熔铁得到分离,提高炼铁的效率。
[0046] 根据本发明的具体实施例,上述还原塔腔内产生的烟气的温度为1000〜1200摄氏度,烟气中含有20〜50体积%的一氧化碳。由此可以对该含有部分还原性气体的高温烟气进行再利用,提高还原气体和热能利用率的同时还可以使得烟气得到净化。
[0047] 根据本发明的具体实施例,对烟气进行再利用的方法可以包括:当采用双塔闪速炼铁炉炼铁时,可以向双塔闪速炼铁炉的还原通道内加入干精矿和熔剂,然后利用还原塔腔内产生的上述烟气对干精矿进行还原。由此可以充分利用烟气内的还原性气氛和热量,进而提高炼铁效率。此外在对烟气进行充分利用的同时也减少了烟气的排放,避免对环境造成污染。
[0048] 根据本发明的具体实施例,对烟气进行再利用的方法可以包括:当采用干燥与还原一体化闪速炼铁设备时,可以向干燥与还原一体化闪速炼铁设备的预还原干燥塔内加入湿精矿,然后利用上述烟气对湿精矿进行干燥和预还原。由此,可以将干燥和预还原的铁精矿直接通入还原塔腔内,进而可以同时使得干燥与还原炼铁同时进行,提高炼铁效率。
[0049] 实施例1
[0050] 提供粒径为0.074微米占80%左右的铁精矿原料。利用图1所不的腔室尚炉炼铁装置进行炼铁。首先控制炉身空腔内的温度为1180〜1220摄氏度,还原性气氛中含有70〜80体积%的一氧化碳。向腔室高炉炼铁装置的腔式炉身I具有的炉身空腔内喷入连续干燥铁精矿、溶剂和包括焦炭、粉煤和氧气的燃料,并使还原塔腔内形成高温的还原性气氛;使干燥铁精矿与还原气在腔式炉身I内发生氧化还原反应,以便得到熔铁、渣和烟气,并在熔池内由上至下形成焦炭层、渣层和熔铁层。向熔池渣层中继续喷入粉煤和氧气,保持熔池温度为1430〜1540摄氏度。
[0051] 通过上述方法炼铁精矿I吨,需要约半小时,耗能约720kg标准煤。
[0052] 实施例2
[0053] 提供粒径为0.074微米占80%左右的铁精矿原料。利用图1所不的双塔闪速炼铁炉进行炼铁。首先控制炉身空腔内的温度为1180〜1220摄氏度,还原性气氛中含有70〜80体积%的一氧化碳。向第一还原塔20内喷入连续干燥铁精矿、溶剂和包括焦炭、粉煤和氧气的燃料,并使第一还原塔20内继续形成高温的还原性气氛;使干燥铁精矿与还原气在第一还原塔20内发生氧化还原反应,以便得到熔铁、渣和烟气,并在熔池内由上至下形成焦炭层、渣层和熔铁层。
[0054] 利用第一还原塔20内产生的烟气对加入至第二还原塔30内的湿精矿进行干燥和预还原。由此可以增加产量,降低能耗。
[0055] 通过上述方法炼铁精矿I吨,需要约半小时,耗能约648kg标准煤。
[0056] 实施例3
[0057] 提供粒径为0.074微米占80%左右的铁精矿原料。利用图1所示的干燥与还原一体化闪速炼铁设备进行炼铁。首先控制还原塔体20内的温度为1180〜1220摄氏度,还原性气氛中含有70〜80体积%的一氧化碳。向还原塔体20内喷入连续干燥铁精矿、溶剂和包括焦炭、粉煤和氧气的燃料,并使还原塔体20内继续形成高温的还原性气氛;使干燥铁精矿与还原气在还原塔体20内发生氧化还原反应,以便得到熔铁、渣和烟气,并在熔池内由上至下形成焦炭层、渣层和熔铁层。
[0058] 利用还原塔体20内产生的烟气对加入至预还原干燥塔40内的湿精矿进行干燥和预还原。
[0059] 通过上述方法炼铁精矿I吨,需要约半小时,耗能约576kg标准煤。
[0060] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0061] 此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
[0062] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0063] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0064] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0065] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种利用闪速炼铁炉炼铁的方法,其特征在于,包括以下步骤: 向所述闪速炼铁炉的还原塔腔内喷入干燥铁精矿、溶剂和包括焦炭、粉煤和氧气的燃料,并使所述还原塔腔内形成高温的还原性气氛; 使所述干燥铁精矿与还原气在所述还原塔腔内发生氧化还原反应,以便得到熔铁、渣和烟气,并在熔池内由上至下形成焦炭层、渣层和熔铁层; 其中, 所述氧化还原反应是在800〜1300摄氏度下进行; 所述还原性气氛中含有60〜80体积%的一氧化碳。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述闪速炼铁炉为腔室高炉炼铁装置、双塔闪速炼铁炉或者干燥与还原一体化闪速炼铁设备。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述氧化还原反应是在600〜1200摄氏度下进行;所述还原性气氛中含有5〜80体积%的一氧化碳。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述焦炭层的厚度为200〜1500毫米。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述熔池内的温度为1350〜1600摄氏度。
6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述烟气的温度为600〜1200摄氏度,所述烟气中含有5〜50体积%的一氧化碳。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,进一步包括: 向所述双塔闪速炼铁炉的还原通道内加入干精矿和熔剂;以及 利用所述烟气对所述干精矿进行还原。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,进一步包括: 向所述干燥与还原一体化闪速炼铁设备的预还原干燥塔内加入湿精矿;以及 利用所述烟气对所述湿精矿进行干燥和预还原。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述干燥铁精矿是以平均粒度为低于.0.5mm的粉末的形式提供的。
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