CN104789725B - 用于煤基球团还原的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤基球团还原的装置与方法，解决的技术问题是转底炉设备特性导致的产能不高，以及炉膛区域燃烧导致的弱氧化气氛致使煤基球团还原后金属化率不高的设备缺陷。通过采用燃气炉窑提供高温烟气输送入转底炉的方式，将原火焰热辐射加热方式改变为烟气热交换方式，极大的提高了煤基球团升温速率和温度均匀性，从而可通过进一步增加铺料厚度而提高产能；炉膛区域没有燃烧行为和过程，可始终稳定保持炉内气氛为中性或弱还原性气氛，极大的提高了煤基球团金属化率水平，炉膛温度控制和炉压控制也更加稳定、精确和易操作。

Description

用于煤基球团还原的装置与方法

技术领域

本发明属于冶金技术与设备领域，更具体地讲，特别是涉及一种用于煤基球团还原的转底炉及其还原方法。

背景技术

随着资源的日趋紧张，特别是高品质含铁原料和炼焦用煤的稀缺，传统高炉流程钢铁企业的生存和发展受到了很大的挑战。而资源限制性小、灵活性大、流程短的非高炉炼铁技术则受到越来越多的关注和重视。近几年，由于转底炉具有的工艺和设备特点，逐步受到炼铁界的重视，将其应用于煤基球团直接还原的生产，获得了快速发展。

转底炉还原工艺过程为：装料—加热升温—还原—冷却—出料。

在实际生产中，包括钒钛磁铁矿在内的铁精矿资源采用转底炉直接还原生产工艺，受物料入炉工艺的制约，只能选择铁精矿与还原剂(如煤粉)混合后造球形成煤基球团的入炉原料制备方式。从原料准备系统输送来含碳球团，向炉内供料，根据炉底转动速度自动控制料的流量，满足连续均匀布料的要求。炉内燃气燃烧火焰在炉膛中上部位，受燃烧辐射传热方式的制约，为避免出现物料加热不均导致还原不彻底的问题，煤基球团在炉底上仅能铺1～2层，生产效率十分低下。

此外，转底炉圆环炉膛划分为装料区、预热区、中温还原区、高温还原区、冷却区和出料区。料块随炉底旋转，经历上述各区后完成还原过程。在炉内各区，安装在炉膛两侧的烧嘴燃烧煤气，另外补风喷嘴吹入空气使还原反应释出的CO燃烧，为料块升温和还原反应提供热量。转底炉炉膛内的燃烧，存在两方面的问题：一是燃烧区域也是还原区域，为保证燃烧充分以提升还原温度，整个炉膛内不可避免的为氧化性或弱氧化性气氛，还原过程中逸出的CO也被燃烧消耗，导致金属化率通常难以稳定达到80％以上；二是大量燃烧行为的发生，为保证燃烧的正常进行和炉压的稳定，必须快速的将大量燃烧后高温烟气抽出炉外，这势必导致热量损失严重。国内外大量实验研究表明，含碳球团在中性气氛或弱还原性气氛下，利用煤基球团的自还原原理及布多尔反应，均可实现较高程度的还原得到高金属化率球团。

因此，基于煤基球团入转底炉还原的物料现状和还原过程缺陷，有必要进行相关设备改进，解决转底炉生产效率不高、热量利用率低和金属化率偏低的问题。

发明内容

本发明提供一种用于煤基球团还原的装置与方法，所要解决的技术问题是转底炉设备特性导致的产能不高，以及炉膛区域燃烧导致的弱氧化气氛致使煤基球团还原后金属化率不高的设备缺陷。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种用于煤基球团还原的装置，它包括燃气炉窑、混气炉、高温气体输送管道、进风烟道和转底炉，所述燃气炉窑通过所述高温气体输送管道与所述混气炉连接，所述混气炉通过所述进风烟道与所述转底炉的高温区连接。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，所述混气炉上连接有还原气管道。

根据本发明的另一个实施方案，所述转底炉的炉壁上设置补风风口。

根据本发明的另一个实施方案，所述补风风口小于或等于10个。

根据本发明的另一个实施方案，所述转底炉的炉膛内空净高度为20cm-150cm。

本发明还可以是：

一种用于煤基球团还原的方法，它包括：

燃气炉窑产生的中性和/或弱氧化性的高温烟气通过高温气体输送管道进入混气炉，再通过进风烟道进入转底炉，该中性和/或弱氧化性的高温烟气对转底炉内生产运行中的煤基球团加热还原。

根据本发明的另一个实施方案，所述中性或弱氧化性的高温烟气在混气炉内通过还原气管道配入煤气、天然气、H₂、还原尾气的一种或几种组合，调整气氛为中性或弱还原性，得到O₂体积含量0％-3％，温度为1200℃-1480℃的高温烟气，高温烟气通过进风烟道输送进入转底炉高温区，并与转底炉转动方向相反的逆流方式加热并还原煤基球团，转底炉整个区域在中性或弱还原气氛条件下没有气体燃烧行为和过程，利用煤基球团的碳实现直接还原，结合球团中的碳发生布多尔反应生成的CO实现整个还原过程。

根据本发明的另一个实施方案，未完全利用的CO随还原尾气进行余热利用预热煤基球团后燃烧排放，或返回燃气炉窑或还原气管道循环利用。

根据本发明的另一个实施方案，其特征在于所述燃气炉窑(1)内燃烧产生高温烟气条件下，转底炉尾气排放抽气速率可降低至0.5-10m/s。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明采用燃气炉窑提供中性或还原性高温烟气输送给转底炉的方式，将原火焰热辐射加热方式改变为烟气热交换方式，极大的提高了煤基球团升温速率和温度均匀性，可进一步增加铺料厚度从而提高产能；炉膛区域没有燃烧行为和过程，可始终稳定保持炉内气氛为中性或弱还原性气氛，极大的提高了煤基球团金属化率水平，炉膛温度控制和炉压控制也更加稳定、精确和易操作。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1示出了根据本发明一个实施例的用于煤基球团还原的装置结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－燃气炉窑，2－混气炉，3－还原气管道，4－高温气体输送管道，5－进风烟道，6－转底炉，7－尾气排放通道，8－转底炉冷却出料区，9－转底炉装料区。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种用于煤基球团还原的装置，它包括燃气炉窑1、混气炉2、高温气体输送管道4、进风烟道5和转底炉6，所述燃气炉窑1通过所述高温气体输送管道4与所述混气炉2连接，所述混气炉2通过所述进风烟道5与所述转底炉6的高温区连接，所述混气炉2上连接有还原气管道3，若燃气炉窑1在未充分燃烧下，即氧气不足条件下燃烧生成的高温烟气中O₂含量≤2％，可以取消还原气管道3。所述转底炉6的炉壁上可设置0-10个补风风口；转底炉6的炉膛内空净高度可以设置成20cm-150cm，转底炉6上还可设置尾气排放通道7、转底炉冷却出料区8和转底炉装料区9。

实施例2

本发明的一种用于煤基球团还原的方法具体内容如下，并参见图1所示：

a、转底炉6炉壁不设置烧嘴装置，设置0-10个补风风口，筑炉时炉膛内空净高度降低至20cm-150cm，转底炉6靠冷却出炉区的高温区设置进风烟道5，进风烟道5分别连通转底炉6的高温区和混气炉2，混气炉2通过高温气体输送管道4与燃气炉窑1相通，转底炉6生产运行中炉膛内无燃烧行为及过程。

b、步骤a中设置的0-10个补风风口，是指转底炉6预热区、中温还原区和高温还原及冷却区，或未明确划分各区但与之相对应的实际区域，在所述几区域或部分区域安装设置补风风口，风口的功能为向炉膛内喷吹N₂、空气的一种或任意组合。其中，补风风口仅作为转底炉6中还原过程气氛和温度调整补充设置，在高温区进入的高温烟气满足条件下可以不设置补风风口。

c、步骤a所述的净高度降低至20cm-150cm，是指转底炉6转动的炉底平面与其正上方炉顶打结料的垂直净高度值。

d、步骤a所述的进风烟道5、高温气体输送管道4、混气炉2及燃气炉窑1，可视为产生高温烟气并进行烟气输送的设备组合体。

e、步骤a所述的炉膛内无燃烧行为及过程，是指燃气炉窑1通过气体燃烧产生中性和/或弱氧化性高温烟气，高温烟气可在混气炉2内通过还原气管道3配入适量煤气、天然气、H₂、还原尾气的一种或任意组合，调整气氛为中性或弱还原性，得到O₂体积含量0％-3％、(CO+H₂)含量不做特殊要求、温度1200℃-1480℃的满足转底炉6还原及加热要求的高温烟气，高温烟气通过进风烟道5输送进入转底炉6高温区，并与转底炉6转动方向相反的逆流方式加热并还原煤基球团，转底炉6整个区域在中性或弱还原气氛条件下没有气体燃烧行为和过程，利用煤基球团的碳实现直接还原，结合球团中的碳发生布多尔反应生成的CO实现整个还原过程。其中，燃气炉窑1可以为烟气炉、燃烧炉、焚烧炉等具有或可以实施密闭燃烧的炉窑，使用的燃料可以为煤气、天然气、沼气、煤粉中的一种或任意组合，优选为煤气或煤粉。助燃空气富氧与否均可，预热后效果更佳。

还原气管道3仅作为燃气炉窑1充分燃烧条件下的补充调整措施，若燃气炉窑1在未充分燃烧下，即氧气不足条件下燃烧生成的高温烟气中的O₂含量≤2％，可以取消还原气管道3。

进一步地，在上述条件下，高温烟气进入高温区逆向流动过程中，与煤基球团直接接触，球团加热条件良好，因此可将转底炉6中的球团布料厚度由1-2层加厚至3-8层，提高转底炉设备产能。高温烟气在转底炉6还原过程中，利用煤基球团的自还原原理及布多尔反应，高温烟气中存在的CO₂与煤基球团中碳快速气化生产CO，为煤基还原提供良好的还原条件和气氛，未完全利用的CO随还原尾气进行余热利用预热煤基球团后燃烧排放，或返回然气炉窑1或还原气管道3循环利用。

在上述炉内无燃烧并且高温烟呈中性气氛或弱还原气氛条件下，转底炉6尾气排放抽气速率由气体流速5-20m/s降低至0.5-10m/s，以进一步充分实现煤基球团与高温烟气的热量交换。

高温烟气可不特定由本发明申请特指的燃气炉窑产生，可为冶金、化工等行业产生的高温废热烟气；所述煤基球团不限定于铁精矿的含碳球团。

实施例3

参照上述实施例步骤项，未设置补风风口与还原气管道3的条件下，燃气炉窑内采用喷吹煤粉燃烧产生O₂体积含量2.8％、(CO+H2)体积含量≤1.5％、温度1473℃高温烟气，在1t/h设计产能实验转底炉设备上，铺料厚度为8层球，尾气抽风速率为0.5m/s。同比改进前还原后球团金属化率提高9％达到88％，产能提高0.3t/h达到1.3t/h，燃料比降低24％。

实施例4

参照上述实施例步骤项，在中温还原区设置3个补风风口，混气炉2增设还原气管道3并补吹少量煤气条件下，燃气炉窑1内采用混合煤气燃烧产生O₂体积含量0.4％、(CO+H2)体积含量≤7.8％、温度1440℃高温烟气，在12t/h设计产能工业转底炉设备上，铺料厚度为5层球，尾气抽风速率为5m/s。同比改进前还原后球团金属化率从80％提升到91％，产能从原实际产能10t/h提升至14t/h，燃料比降低20％。

实施例5

参照上述实施例步骤项，在中温还原区设置3个补风风口，混气炉2增设还原气管道3并补吹少量转底炉6排出的中温尾气条件下，燃气炉窑1内采用焦炉煤气燃烧产生O₂体积含量0.1％、(CO+H2)体积含量≤9.5％、温度1213℃高温烟气，在12t/h设计产能工业转底炉设备上，铺料厚度为3层球，尾气抽风速率为9m/s。同比改进前还原后球团金属化率从54％提高到76％，产能从原实际产能10t/h提升至12t/h，燃料比降低15％。

综上所述，本发明采用燃气炉窑1提供的高温烟气输送入转底炉6的方式，将原火焰热辐射加热方式改变为烟气热交换方式，极大的提高了煤基球团升温速率和温度均匀性，可进一步增加铺料厚度从而提高产能；炉膛区域没有燃烧行为和过程，可始终稳定保持炉内气氛为中性或弱还原性气氛，极大的提高了煤基球团金属化率水平，炉膛温度控制和炉压控制也更加稳定、精确和易操作。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种用于煤基球团还原的装置，其特征在于它包括燃气炉窑(1)、混气炉(2)、高温气体输送管道(4)、进风烟道(5)和转底炉(6)，所述燃气炉窑(1)通过所述高温气体输送管道(4)与所述混气炉(2)连接，所述混气炉(2)通过所述进风烟道(5)与所述转底炉(6)的高温区连接，所述混气炉(2)上连接有还原气管道(3)。

2.根据权利要求1所述的用于煤基球团还原的装置，其特征在于所述转底炉(6)的炉壁上设置补风风口。

3.根据权利要求1所述的用于煤基球团还原的装置，其特征在于所述补风风口小于或等于10个。

4.根据权利要求1所述的用于煤基球团还原的装置，其特征在于所述转底炉(6)的炉膛内空净高度为20cm-150cm。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的用于煤基球团还原的装置还原煤基球团的方法，其特征在于它包括：

燃气炉窑(1)产生的中性和/或弱氧化性的高温烟气通过高温气体输送管道(4)进入混气炉(2)，再通过进风烟道(5)进入转底炉(6)，该中性和/或弱氧化性的高温烟气对转底炉(6)内生产运行中的煤基球团加热还原。

6.根据权利要求5所述的还原煤基球团的方法，其特征在于所述中性或弱氧化性的高温烟气在混气炉(2)内通过还原气管道(3)配入煤气、天然气、H₂、还原尾气的一种或几种组合，调整气氛为中性或弱还原性，得到O₂体积含量0％-3％，温度为1200℃-1480℃的高温烟气，高温烟气通过进风烟道(5)输送进入转底炉(6)高温区，并与转底炉(6)转动方向相反的逆流方式加热并还原煤基球团，转底炉(6)整个区域在没有气体燃烧行为和过程的中性或弱还原气氛条件下，利用煤基球团的碳实现直接还原，结合球团中的碳发生布多尔反应生成的CO实现整个还原过程。

7.根据权利要求6所述的还原煤基球团的方法，其特征在于未完全利用的CO随还原尾气进行余热利用预热煤基球团后燃烧排放，或返回燃气炉窑(1)或还原气管道(3)循环利用。

8.根据权利要求5所述的还原煤基球团的方法，其特征在于所述燃气炉窑(1)内燃烧产生高温烟气条件下，转底炉(6)尾气排放抽气速率的气体流速可降低至0.5-10m/s。