CN104894321A - 一种厚渣层熔融还原炼铁的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于炼铁领域，特别涉及一种厚渣层熔融还原的方法及系统，所述方法将“矿粉+熔剂”的混合物和助燃气体以及燃料和助燃气体分别流体连接至设置在熔融还原炉体(1)的中、下部的上层喷枪(2)和下层喷枪(3)；然后喷入熔融还原炉体(1)内，炉内一步完成了粉矿的熔化、还原、造渣步骤，生成铁水和渣，并通过炉体下部的铁/渣出口(4)排除；炼铁过程中产生的高温烟气经过顶部的烟道(6)进入余热发电锅炉(7)，然后经过第一重力除尘器(8)进入换热流化床(10)；再先后经过第二重力除尘器(11)、布袋除尘器(12)、引风机(13)、烟囱(14)，排入大气。该方法能源利用效率高，生产流程短、冶炼效率高、能源消耗低、生产成本低。

Description

一种厚渣层熔融还原炼铁的方法及系统

技术领域

本发明属于冶金工业中非高炉炼铁领域，特别是涉及一种厚渣层熔融还原的方法及系统。

背景技术

传统的炼铁技术是以高炉炼铁为主的长流程工艺，由于高炉炼铁过程中，需要适用块矿和焦炭，因此，造成了高炉炼铁流程长、能耗高、投资大等缺点，因此，采用粉矿直接炼铁的技术就提了出来。

目前，已经工业化的非高炉炼铁技术有COREX和FINEX，但是，这两种工艺都是两段式炼铁工艺，即先对粉矿在预还原容器中进行预还原，然后在熔融炉里再进行熔融还原，不能一步实现铁水的还原和熔化，并且这两种工艺在生产过程中也需要一定的焦煤或焦炭，没有完全实现无焦炼铁，因工艺的过程控制的复杂性、生产率和能源的利用效率低于高炉等因素，因此，出现了非高炉炼铁工艺无法取代高炉炼铁工艺的现象；而对于采用粉矿一步法冶炼的炼铁工艺也有，如日本的DIOS、美国的AISI，澳大利亚的HIsmelt和俄罗斯的Romelt流程等，而这些流程尽管都是在一个炉内进行粉矿的还原和熔化，但有的矿粉从上部落下，有的喷入渣中，同时，所有的助燃气体都是在顶部吹入，但这些工艺在试验过程中存在耐材烧损严重、能耗高、流程工艺不顺行等问题，因此，还没有实现工业化。

总之，在目前的粉矿一步法直接冶炼的工艺中还存在一些没有解决的问题，如炉料的加入方式影响了炉料的熔化和还原速度；冶炼过程中产生的CO气体都在炉子顶部燃烧，烟气的热利用效率不高，还会产生不完全燃烧的情况；炉顶烟气的利用效率不高等问题。因此，急需一种新的熔融还原炼铁工艺来弥补目前存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现短流程粉矿直接熔融还原的方法，降低炼铁过程的能耗和冶炼成本，促进钢铁工业朝着绿色工业的方向发展。

本发明的另一个目的是提供用于实现上述方法的系统，该系统设计简单，易于实现。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种厚渣层熔融还原炼铁的方法，所用的原料为粉状的矿粉、熔剂和燃料，该方法包括如下步骤：

(1)原料输送：将加热过的“矿粉+熔剂”的混合物和高温助燃气体输入设置在熔融还原炉体1中部的上层喷枪2；将燃料和高温助燃气体输入设置在熔融还原炉体1下部的下层喷枪3；

(2)熔融还原：上层喷枪2和下层喷枪3同时将“矿粉+熔剂”的混合物、燃料以及助燃气体喷入熔融还原炉体1内，在炉内一步完成粉矿的熔化、还原、造渣等步骤，生成铁水和渣，并通过设置在熔融还原炉体1下部的铁/渣出口4排除；

(3)余热利用：熔融还原过程中产生的高温烟气经过熔融还原炉体1顶部的烟道6进入余热发电锅炉7，然后经过第一重力除尘器8进入换热流化床10与常温矿粉进行热交换；

(4)除尘降污：在换热流化床10中与常温矿粉进行热交换后的烟气，先后经过第二重力除尘器11和布袋除尘器12的除尘处理后，通过引风机13进入烟囱14，排入大气。

步骤(1)中矿粉是经第一矿粉仓9进入换热流化床10，再经第二矿粉仓15进入矿粉喷吹罐16中；熔剂是经熔剂仓17进入熔剂喷吹罐18中；然后，矿粉和熔剂按照比例分别从矿粉喷吹罐16和熔剂喷吹罐18喷入上层喷枪2中。

步骤(1)中燃料是经燃料仓19进入燃料喷吹罐20中，并喷入下层喷枪3中。

步骤(1)中助燃气体从助燃气罐5分别进入上层喷枪2和下层喷枪3中，助燃气体为空气、富氧空气或纯氧，根据气体的不同，其温度为0℃～1200℃。

所用原料为以下粒度小于100目的物料：矿粉为含铁粉状原料，熔剂为石灰石粉、白云石粉或生石灰粉，燃料为普通煤粉、烟煤或无烟煤。

步骤(2)中上层喷枪2的助燃气体压力为0.05～0.30Mpa，下层喷枪3的助燃气体压力为0.10～0.50Mpa。

矿粉、熔剂和燃料均由载气从各自喷吹罐喷出经上层喷枪2和下层喷枪3喷入熔融还原炉体1内，矿粉喷吹前先经过预热，预热后温度为300～1000℃，熔剂、燃料常温喷入，载气为空气或氮气。

步骤(3)中熔融还原炉体1内部烟气温度高于1400℃，经过余热发电锅炉7后烟气温度降低到800℃～1100℃，经过换热流化床10与常温矿粉进行热交换后，排放烟气温度为100℃～200℃。

步骤(3)中余热发电锅炉7可以由热风炉21代替，将从烟道6排入的烟气中部分没有燃烧的CO充分燃烧；余热发电锅炉7也可以由其它换热器代替。

步骤(4)中经过除尘降污排入大气的烟气温度低于200℃，且烟气中粉尘含量小于100mg/Nm3。

助燃气罐5的助燃气体流经热风炉21，利用热风炉21的热量提高助燃气体的温度。

一种应用上所述厚渣层熔融还原炼铁方法的系统，包括原料输送单元、熔融还原单元、余热利用单元和除尘降污单元，其中：

原料输送单元：包括第一矿粉仓9、换热流化床10、第二矿粉仓15和矿粉喷吹罐16顺序连接组成的矿粉输送单元，熔剂仓17连接熔剂喷吹罐18组成的熔剂输送单元，燃料仓19连接燃料喷吹罐20组成的燃料输送单元以及助燃气罐5；

熔融还原单元：包括熔融还原炉体1，设置在炉体中、下部的上层喷枪2、下层喷枪3以及设置在炉体顶部和下部的烟道6和铁/渣出口4；

矿粉输送单元和熔剂输送单元与上层喷枪2连接，燃料输送单元与下层喷枪3连接，助燃气罐5分别与上层喷枪2和下层喷枪3连接；

余热利用单元：余热发电锅炉7、第一重力除尘器8和换热流化床10顺序连接，余热发电锅炉7连接烟道6；

除尘降污单元：第二重力除尘器11、布袋除尘器12、引风机13和烟囱14顺序连接，第二重力除尘器11连接换热流化床10。

余热发电锅炉7可以由热风炉21代替，也可以由其它换热器代替。

助燃气罐5的助燃气体流经热风炉21加热。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)实现了矿粉一步法冶炼，矿粉无需经过多余的前处理，就可以实现一步在熔炼还原炉内熔化、还原的全过程，没有了传统高炉炼铁过程中原料烧结等前段工序。

(2)厚渣层喷粉冶炼方式，这种冶炼方式可以最大程度地将还原和煤粉燃烧产生的CO在渣层内燃烧，并为喷入的矿粉和熔剂的熔化提供热量，同时，厚渣层还保证了渣层的蓄热能力、矿粉的熔化时间和反应时间，也保证了渣铁分离，降低了铁损。

(3)采用无焦冶炼，即本方法中的燃料仅为煤粉，并对煤粉没有特别要求，消除了传统冶炼过程中必须使用焦炭或者焦煤的缺点。

(4)冶炼过程能耗低，在冶炼过程中，还原过程和煤粉燃烧产生的CO气体在渣层中上浮的过程中与来自上层喷枪的助燃空气反应，放出大量的热量，保证了喷入的矿粉和熔剂的熔化，这样可以最大地利用了烟气中的化学能来促进冶炼的进行，大大提高了能源的利用效率；其次，利用高温烟气中的余热，不仅采用了余热发电，而且，利用烟气的余热还加热了矿粉，将烟气的余热充分利用起来。

(5)生产成本低，不仅冶炼过程中能源消耗低，而矿粉没有烧结等传统预处理工艺，大大降低了生产成本；其次，由于采用一步法冶炼，可以减少投资成本。

(6)除尘降污，减少污染。

附图说明

图1为本发明实施例1厚渣层熔融还原的方法及系统示意图

图2为本发明实施例2厚渣层熔融还原的方法及系统示意图

其中的附图标记为：

1熔炼还原炉体      2上层喷枪           3下层喷枪

4铁/渣出口         5助燃气罐           6烟道

7余热发电锅炉      8第一重力除尘器     9第一矿粉仓

10换热流化床       11第二重力除尘器    12布袋除尘器

13引风机           14烟囱              15第二矿粉仓

16矿粉喷吹罐       17熔剂仓            18熔剂喷吹罐

19燃料仓           20燃料喷吹罐        21热风炉

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行进一步说明。

本发明是一种厚渣层熔融还原的方法及系统，其核心是通过厚渣层实现矿粉、煤粉、熔剂和助燃气体在渣层中的加入，并实现矿粉在渣层内的熔化、还原等过程，同时，充分利用高温烟气的热能，有效地加热矿粉，热矿粉喷入炉内，能够有效降低冶炼过程的能源消耗。

该系统包括原料输送单元、熔融还原单元、余热利用单元和除尘降污单元。

熔炼还原炉采用厚渣层冶炼，炉身上设置两层喷枪，并且两层喷枪都伸入炉内的渣层中，其中，上层喷枪喷入矿粉、熔剂和助燃气体，下层喷枪喷入煤粉和助燃气体。

冶炼产生的高温烟气经过余热利用单元充分利用。

矿粉和熔剂都是由载气从各自的喷吹罐喷出经上层喷枪喷入炉内的渣层，其中，矿粉喷吹前先经过预热，而熔剂则是常温喷入，载气可采用空气或氮气。

煤粉是由载气从煤粉喷吹罐喷出经下层喷枪喷入炉内的渣层，其中，煤粉是常温喷入，载气可采用空气或氮气。

烟气余热利用单元是指，高温烟气首先通过熔融还原炉的炉顶烟道引出，经过余热发电锅炉，将烟气温度降到1000℃左右，然后，烟气通过流化床来预热矿粉，将矿粉温度提高到300℃～1000℃之间，经过换热后的烟气再经过除尘后从烟囱排出。

炉内渣层中喷入的矿粉、熔剂、煤粉等都是粉状，并且，粒度都小于100目，其中，熔剂可以是石灰石粉、白云石粉等。

助燃气体可以是空气、富氧空气或者是纯氧，上层喷枪的助燃气体的压力在0.05～0.30Mpa，下层喷枪的助燃气体的压力在0.1～0.5Mpa。

熔炼还原炉产生的高温烟气的温度高于1400℃，经过换热、除尘后从烟囱排出的烟气温度低于200℃，烟气中粉尘含量小于100mg/Nm³。

熔炼炉设有一个铁/渣出口，在冶炼过程中铁和渣都在此口出。

实施例1

根据图1，煤粉从燃料仓19中输送到燃料喷吹罐20中，然后，燃料喷吹罐20再将煤粉喷入下层喷枪3中，同时，助燃气罐5将温度为850℃的富氧空气(富氧率10％)输入下层喷枪3中，下层喷枪3将煤粉和富氧空气一起喷入熔融还原炉1内的渣层内。

铁矿粉从第一矿粉仓9中输入换热流化床10中，经过换热后铁矿粉温度到达了800℃，热的铁矿粉从换热流化床10先进入第二矿粉仓15，再进入铁矿粉喷吹罐16，而熔剂从熔剂仓17先进入到熔剂喷吹罐18中，热的铁矿粉和熔剂按一定的喷吹比例分别从喷吹罐16和18中喷入上层喷枪2，同时，助燃气罐5将温度为850℃的富氧空气(富氧率10％)输入上层喷枪2中，上层喷枪2将铁矿粉和熔剂的混合粉末和富氧空气一起喷入熔融还原炉1内的渣层内。

熔融还原炉1在炉内产生的烟气温度在1500℃～1650℃，烟气从炉顶的烟道6排出，高温烟气首先进入一个余热发电锅炉7，经过余热发电锅炉后的烟气温度为1000℃，然后，烟气先经过第一重力除尘器8进行高温除尘，然后，烟气进入换热流化床10，与冷的铁矿粉进行热交换，换热后的烟气温度为100℃～150℃，这一温度下的烟气先经过第二重力除尘器11进行粗除尘，再经过一个布袋除尘器12进行细除尘，最后，净化的烟气通过引风机13进入烟囱14，通过烟囱14排入大气。

在冶炼过程中生成的铁和渣从设置在熔融还原炉1下部的铁/渣出口4排除。

实施例2

根据图2，煤粉从燃料仓19中输送到燃料喷吹罐20中，然后，燃料喷吹罐20再将煤粉喷入下层喷枪3中，同时，助燃气罐5将温度为850℃的富氧空气(富氧率10％)输入下层喷枪3中，下层喷枪3将煤粉和富氧空气一起喷入熔融还原炉1内的渣层内。

铁矿粉从第一矿粉仓9中输入换热流化床10中，经过换热后铁矿粉温度到达了800℃，热的铁矿粉从换热流化床10先进入第二矿粉仓15，再进入铁矿粉喷吹罐16，而熔剂从熔剂仓17先进入到熔剂喷吹罐18中，热的铁矿粉和熔剂按一定的喷吹比例分别从喷吹罐16和18中喷入上层喷枪2，同时，助燃气罐5将温度为850℃的富氧空气(富氧率10％)输入上层喷枪2中，上层喷枪2将铁矿粉和熔剂的混合粉末和富氧空气一起喷入熔融还原炉1内的渣层内。

熔融还原炉1在炉内产生的烟气温度在1500℃～1650℃，烟气从炉顶的烟道6排出，高温烟气首先进入热风炉21，将烟气中部分没有燃烧的CO在热风炉21中燃烧，同时，助燃气罐5中冷的富氧空气流经热风炉21，加热后富氧空气的温度达到900℃，燃烧后的废烟气先经过第一重力除尘器8进行高温除尘。然后，烟气进入换热流化床10，与冷的铁矿粉进行热交换，换热后的烟气温度为100℃～200℃，这一温度下的烟气先经过第二重力除尘器11进行粗除尘，再经过一个布袋除尘器12进行细除尘。最后，净化的烟气通过引风机13进入烟囱14，通过烟囱14排入大气。

在冶炼过程中生成的铁和渣从设置在熔融还原炉1下部的铁/渣出口4排除。

此方法还可用于其它含铁固废、低品位矿等不同类型矿粉的冶炼。

上述实施例，仅为本发明优选的可行实施例而已，并非用以局限本发明的保护范围，本领域技术人员，运用本发明说明书及权利要求书所作的等效变化，理应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种厚渣层熔融还原炼铁的方法，所用的原料为粉状的矿粉、熔剂和燃料，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)原料输送：将加热过的“矿粉+熔剂”的混合物和高温助燃气体输入设置在熔融还原炉体(1)中部的上层喷枪(2)；将燃料和高温助燃气体输入设置在熔融还原炉体(1)下部的下层喷枪(3)；

(2)熔融还原：上层喷枪(2)和下层喷枪(3)同时将“矿粉+熔剂”的混合物、燃料以及助燃气体喷入熔融还原炉体(1)内，在炉内一步完成粉矿的熔化、还原、造渣等步骤，生成铁水和渣，并通过设置在熔融还原炉体(1)下部的铁/渣出口(4)排除；

(3)余热利用：熔融还原过程中产生的高温烟气经过熔融还原炉体(1)顶部的烟道(6)进入余热发电锅炉(7)，然后经过第一重力除尘器(8)进入换热流化床(10)与常温矿粉进行热交换；

(4)除尘降污：在换热流化床(10)中与常温矿粉进行热交换后的烟气，先后经过第二重力除尘器(11)和布袋除尘器(12)的除尘处理后，通过引风机(13)进入烟囱(14)，排入大气。

2.如权利要求1所述厚渣层熔融还原炼铁的方法，其特征在于：所述步骤(1)中矿粉是经第一矿粉仓(9)进入换热流化床(10)，再经第二矿粉仓(15)进入矿粉喷吹罐(16)中；熔剂是经熔剂仓(17)进入熔剂喷吹罐(18)中；然后，矿粉和熔剂按照比例分别从矿粉喷吹罐(16)和熔剂喷吹罐(18)喷入上层喷枪(2)中。

3.如权利要求1所述厚渣层熔融还原炼铁的方法，其特征在于：所述步骤(1)中燃料是经燃料仓(19)进入燃料喷吹罐(20)中，并喷入下层喷枪(3)中。

4.如权利要求1所述厚渣层熔融还原炼铁的方法，其特征在于：所述步骤(1)中助燃气体从助燃气罐(5)分别进入上层喷枪(2)和下层喷枪(3)中，助燃气体为空气、富氧空气或纯氧，根据气体的不同，其温度为0℃～1200℃。

5.如权利要求1所述厚渣层熔融还原炼铁的方法，其特征在于：所用原料为以下粒度小于100目的物料：矿粉为含铁粉状原料，熔剂为石灰石粉、白云石粉或生石灰粉，燃料为普通煤粉、烟煤或无烟煤。

6.如权利要求1所述厚渣层熔融还原炼铁的方法，其特征在于：所述步骤(2)中上层喷枪(2)的助燃气体压力为0.05～0.30Mpa，下层喷枪(3)的助燃气体压力为0.10～0.50Mpa。

7.如权利要求1所述厚渣层熔融还原炼铁的方法，其特征在于：矿粉、熔剂和燃料均由载气从各自喷吹罐喷出经上层喷枪(2)和下层喷枪(3)喷入熔融还原炉体(1)内，矿粉喷吹前先经过预热，预热后温度为300～1000℃，熔剂、燃料常温喷入，载气为空气或氮气。

8.如权利要求1所述厚渣层熔融还原炼铁的方法，其特征在于：所述步骤(3)中熔融还原炉体(1)内部烟气温度高于1400℃，经过余热发电锅炉(7)后烟气温度降低到800℃～1100℃，经过换热流化床(10)与常温矿粉进行热交换后，排放烟气温度为100℃～200℃。

9.如权利要求1所述厚渣层熔融还原炼铁的方法，其特征在于：所述步骤(3)中余热发电锅炉(7)可以由热风炉(21)代替，将从烟道(6)排入的烟气中部分没有燃烧的CO充分燃烧；余热发电锅炉(7)也可以由其它换热器代替。

10.如权利要求1所述厚渣层熔融还原炼铁的方法，其特征在于：所述步骤(4)中经过除尘降污排入大气的烟气温度低于200℃，且烟气中粉尘含量小于100mg/Nm³。

11.如权利要求9所述厚渣层熔融还原炼铁的方法，其特征在于：所述助燃气罐(5)的助燃气体流经热风炉(21)，利用热风炉(21)的热量提高助燃气体的温度。

12.一种应用权利要求1所述厚渣层熔融还原炼铁方法的系统，其特征在于：所述系统包括原料输送单元、熔融还原单元、余热利用单元和除尘降污单元，其中：

原料输送单元：包括第一矿粉仓(9)、换热流化床(10)、第二矿粉仓(15)和矿粉喷吹罐(16)顺序连接组成的矿粉输送单元，熔剂仓(17)连接熔剂喷吹罐(18)组成的熔剂输送单元，燃料仓(19)连接燃料喷吹罐(20)组成的燃料输送单元以及助燃气罐(5)；

熔融还原单元：包括熔融还原炉体(1)，设置在炉体中、下部的上层喷枪(2)、下层喷枪(3)以及设置在炉体顶部和下部的烟道(6)和铁/渣出口(4)；

矿粉输送单元和熔剂输送单元与上层喷枪(2)连接，燃料输送单元与下层喷枪(3)连接，助燃气罐(5)分别与上层喷枪(2)和下层喷枪(3)连接；

余热利用单元：余热发电锅炉(7)、第一重力除尘器(8)和换热流化床(10)顺序连接，余热发电锅炉(7)连接烟道(6)；

除尘降污单元：第二重力除尘器(11)、布袋除尘器(12)、引风机(13)和烟囱(14)顺序连接，第二重力除尘器(11)连接换热流化床(10)。

13.如权利要求12所述厚渣层熔融还原炼铁方法的系统，其特征在于：所述余热发电锅炉(7)可以由热风炉(21)代替，也可以由其它换热器代替。

14.如权利要求13所述厚渣层熔融还原炼铁方法的系统，其特征在于：所述助燃气罐(5)的助燃气体流经热风炉(21)加热。