CN104789727A - 生产珠铁的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生产珠铁的装置与方法，解决了煤基球团在工业生产条件下受燃烧气氛的影响，转底炉还原的球团金属化率不高、难以析出铁珠的工艺设备缺陷的技术问题；通过采用燃气炉窑提供高温烟气后再输送入转底炉的方法，采用炉外燃烧产生非还原性高温烟气作为转底炉煤基还原加热源，将原炉内燃烧火焰热辐射加热方式改变为外供高温烟气热交换方式，提高煤基球团升温速率和温度均匀性，取消炉膛区域燃烧行为和过程，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，同时对还原后物料出炉时采取保护措施，从而实现工业转底炉还原生产得到珠铁。

Description

生产珠铁的装置与方法
技术领域
本发明涉及珠铁生产技术领域，具体涉及一种生产珠铁的装置与方法。
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。
目前，转底炉生产的金属化球团后续利用主要有三种方式：一是采用高品位铁精矿还原获得的金属化产品(海绵铁)，由于杂质含量少，直接作为炼钢原料入电炉冶炼深加工；二是低品位铁精矿还原获得的金属化中间产品，由于杂质含量高，不能直接作为炼钢原料，达到需进行电炉熔分处理获得生铁产品后再深加工；三是对金属化物料直接破磨磁性分离得到铁粉或珠铁，该种方式最为直接简便，但受转底炉现有工艺生产的球团金属化率不高、铁晶粒细小以致渣铁不分的影响，铁收率总体偏低。
在实际生产中，转底炉还原工艺决定了转底炉炉膛内的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，仍有不少的铁以氧化物形态存在。上述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。大量实验室研究表明，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，甚至金属化率达到90％以上后球团开始析出铁珠。
因此，基于煤基球团在工业生产条件下受燃烧气氛的现状，转底炉还原的球团金属化率不高、难以析出铁珠的缺陷，有必要进行相关设备及工艺改进，解决上述问题，直接生产得到珠铁，更好的满足后续产品应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是基于煤基球团在工业生产条件下受燃烧气氛的影响，转底炉还原的球团金属化率不高、难以析出铁珠的工艺设备缺陷。本发明提出了采用燃气炉窑提供高温烟气后再输送入转底炉的方法，采用炉外燃烧产生非还原性高温烟气作为转底炉煤基还原加热源，将原炉内燃烧火焰热辐射加热方式改变为外供高温烟气热交换方式，提高煤基球团升温速率和温度均匀性，取消炉膛区域燃烧行为和过程，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，同时对还原后物料出炉时采取保护措施，从而实现工业转底炉还原生产得到珠铁。
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：
一种生产珠铁的装置，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，所述转底炉的炉膛内空净高度为20cm-150cm。
本发明还可以是：
一种生产珠铁的方法，它包括：
燃气炉窑产生的非还原性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，该非还原性高温烟气对转底炉内生产运行中的煤基球团还原加热。
根据本发明的另一个实施方案，它包括煤基球团干燥预热：由燃气炉窑(1)产生的高温烟气温度控制在1350℃-1480℃，转底炉尾气排放抽气速率控制在炉内气体流速1-10m/s。
根据本发明的另一个实施方案，转底炉还原后物料出炉后：物料转入回转窑或密封罐，在转运过程中喷吹N2,用于辅助降温和防止已还原金属铁二次氧化，N2喷吹量根据装入的还原后物料质量控制。
根据本发明的另一个实施方案，N2喷吹量为每吨还原后物料5-300Nm3/h。
根据本发明的另一个实施方案，转底炉还原后物料出炉后用水淬降温，用水量为每吨还原后物料0.1-1.5m3。
根据本发明的另一个实施方案，燃气炉窑通过气体燃烧产生中性或弱氧化性高温烟气，高温烟气在混气炉内通过还原气管道配入适量煤气、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％-2.5％、温度1350℃-1480℃的满足转底炉还原及加热要求的高温烟气，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实现整个还原及珠铁析出过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：
本发明的一种生产珠铁的装置与方法，解决了煤基球团在工业生产条件下受燃烧气氛的影响，转底炉还原的球团金属化率不高、难以析出铁珠的工艺设备缺陷的技术问题；通过采用燃气炉窑提供高温烟气后再输送入转底炉的方法，采用炉外燃烧产生非还原性高温烟气作为转底炉煤基还原加热源，将原炉内燃烧火焰热辐射加热方式改变为外供高温烟气热交换方式，提高煤基球团升温速率和温度均匀性，取消炉膛区域燃烧行为和过程，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，同时对还原后物料出炉时采取保护措施，从而实现工业转底炉还原生产得到珠铁。
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生产珠铁的装置示意图。
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，一种生产珠铁的装置，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连接。所述混气炉2上连接有还原气管道3。所述转底炉6的炉壁上设置补风风口。所述转底炉6的炉膛内空净高度为20cm-150cm。转底炉6上还设置尾气排放通道7、转底炉冷却出料区8和转底炉装料区9。
实施例2
本发明一种转底炉生产珠铁的方法具体内容如下：
a、转底炉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，转底炉靠冷却出炉区的高温区设置进风烟道，进风烟道分别连通转底炉高温区和混气室，混气室通过高温气体输送管道与燃气炉窑相通，转底炉生产运行中煤基球团由燃气炉窑产生的高温烟气加热，采用炉外燃烧产生非还原性高温烟气作为转底炉煤基还原加热源。
b、煤基球团干燥预热入炉，由燃气炉窑产生的高温烟气温度控制在1350℃-1480℃之间，转底炉尾气排放抽气速率控制在炉内气体流速1-10m/s，以进一步充分实现煤基球团与高温烟气的热量交换和还原过程的完成。
c、转底炉还原后物料出炉采取两种操作方式之一：物料直接转入回转窑、密封罐等，可喷吹N2辅助降温和防止已还原金属铁二次氧化，N2喷吹量根据装入的还原后物料质量控制控制，折合N2喷吹量为每吨还原后物料5-300Nm3/h；亦或者还原后物料出炉后直接水淬降温，用水量为每吨还原后物料0.1-1.5m3。
d、对c步骤经N2降温或水淬后还原物料，可直接分选得到珠铁，分选珠铁后的残留炉渣进一步破磨磁性得到细粒级铁粉。该铁粉按质量比0-10％的添加比例返回配入原料系统作为煤基球团的组成部分之一，作为铁珠成核剂加速铁珠的析出速率。
e、步骤a所述的设置0-10个补风风口，是指转底炉预热区、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。
f、步骤a所述的进风烟道5、高温气体输送管道4、混气室2及燃气炉窑1，属转底炉辅助设备，可视为产生高温烟气并进行烟气输送的设备组合体。
g、步骤a所述的高温烟气加热，是指燃气炉窑1通过气体燃烧产生中性或弱氧化性高温烟气，高温烟气可在混气室1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％-2.5％、(CO+H2)含量不做特殊要求、温度1350℃-1480℃的满足转底炉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实现整个还原及珠铁析出过程。
a步骤所述的补风风口仅作为气氛转底炉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。
f步骤的燃气炉窑可为烟气炉、燃烧炉、焚烧炉等具有或可以实施密闭燃烧的炉窑，使用的燃料为煤气、天然气、沼气、煤粉的一种或任意组合，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。
g步骤所述的还原气管道3仅作为燃气炉窑充分燃烧条件下的补充调整措施，若燃气炉窑在未充分燃烧下，即氧气不足条件下燃烧生成的高温烟气O2含量≤3％，可以取消还原管道3。
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。
高温烟气在转底炉还原过程中，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。
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，在适当改变入转底炉高温烟气温度下，同样适用于钒钛磁铁精矿、硫铁精矿、铬铁矿、镍铁矿等的煤基球团生产含其它金属元素的珠铁。
实施例3
按实施步骤项，未设置补风风口及混气室还原气管道条件下，冷却出料区不喷吹N2，燃气炉窑内采用焦炉煤气燃烧产生O2体积含量2.4％、1474℃高温烟气，在1t/h设计产能实验转底炉设备上，煤基球团铺料厚度为6层球，尾气抽风速率为1.2m/s。生产得到的金属化物料密封罐盛装，分选得到珠铁，残渣破磨磁性后得到细粒级铁粉，珠铁和铁粉合计铁总回收率达到96％。
实施例4
按实施步骤项，在中温还原区设置3个补风风口，混气室增设还原气管道并补吹少量煤气条件下，燃气炉窑内采用混合煤气燃烧产生O2体积含量0.2％、1389℃高温烟气，在12t/h设计产能工业转底炉设备上，煤基球团配入9.5％的回选铁粉，铺料厚度为4层球，尾气抽风速率为9.4m/s。生产得到的金属化物料直接水淬后，分选得到珠铁，残渣破磨磁性后得到细粒级铁粉，珠铁和铁粉合计铁总回收率达到93％。
实施例5
按实施步骤项，在中温还原区设置3个补风风口，混气室增设还原气管道并补吹少量转底炉还原尾气条件下，燃气炉窑内采用混合煤气燃烧产生O2体积含量1.5％、1360℃高温烟气，在12t/h设计产能工业转底炉设备上，煤基球团配入3.2％的回选铁粉，铺料厚度为3层球，尾气抽风速率为5.3m/s。生产得到的金属化物料进入回转窑并通入按物吨质量物料60Nm3/h的N2，分选得到珠铁，残渣破磨磁性后得到细粒级铁粉，珠铁和铁粉合计铁总回收率达到90％。
据此，本专利申请根据现有转底炉设备及工艺缺陷，提出了采用燃气炉窑提供高温烟气后再输送入转底炉的方法，将原炉内燃烧火焰热辐射加热方式改变为外供高温烟气热交换方式，提高煤基球团升温速率和温度均匀性，取消炉膛区域燃烧行为和过程，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，同时对还原后物料出炉时采取保护措施，从而实现工业转底炉还原生产得到珠铁。
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 (10)

1.一种生产珠铁的装置，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)连接。
2.根据权利要求1所述的生产珠铁的装置，其特征在于所述混气炉(2)上连接有还原气管道(3)。
3.根据权利要求1所述的生产珠铁的装置，其特征在于所述转底炉(6)的炉壁上设置补风风口。
4.根据权利要求1所述的生产珠铁的装置，其特征在于所述转底炉(6)的炉膛内空净高度为20cm-150cm。
5.一种生产珠铁的方法，其特征在于它包括：
燃气炉窑(1)产生的非还原性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)，该非还原性高温烟气对转底炉(6)内生产运行中的煤基球团加热还原。
6.根据权利要求5所述的生产珠铁的方法，其特征在于它包括煤基球团干燥预热：由燃气炉窑(1)产生的高温烟气温度控制在1350℃-1480℃，转底炉(6)尾气排放抽气速率控制在炉内气体流速1-10m/s。
7.根据权利要求5或6所述的生产珠铁的方法，其特征在于转底炉(6)还原后物料出炉后：物料转入回转窑或密封罐，在转运过程中喷吹N2,用于辅助降温和防止已还原金属铁二次氧化，N2喷吹量根据装入的还原后物料质量控制。
8.根据权利要求7所述的生产珠铁的方法，其特征在于N2喷吹量为每吨还原后物料5-300Nm3/h。
9.根据权利要求5或6所述的生产珠铁的方法，其特征在于转底炉(6)还原后物料出炉后还可用水淬降温，用水量为每吨还原后物料0.1-1.5m3。
10.根据权利要求5所述的生产珠铁的方法，其特征在于燃气炉窑(1)通过气体燃烧产生中性或弱氧化性高温烟气，高温烟气在混气炉(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％-2.5％、温度1350℃-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实现整个还原及珠铁析出过程。
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