CN106086280A - 造气闪速炼铁的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种造气闪速炼铁的系统和方法，该系统包括：粉煤气化炉，适于将粉煤、纯氧和水蒸气混合进行造气，以便得到粗煤气；干燥预还原窑，适于将湿铁矿砂和块煤进行干燥和预还原处理；闪铁炉，闪铁炉包括：卧式塔底，卧式塔底限定出熔池，熔池自下而上依次形成铁水层区、渣层区和渗碳床区，还原塔，还原塔内限定出还原塔腔，还原塔的下端与卧式塔底的渗碳床区的顶端相连，还原塔的顶部设有精矿喷嘴，精矿喷嘴分别与炉料出口和所述煤气出口相连，且适于将预还原铁矿砂、粗煤气和含有纯氧和粒煤的燃料供给至还原炉腔中，烟道，烟道的下端与卧式塔底的渗碳床层的顶端相连。采用该系统可以显著提高炼铁效率，并实现清洁生产。
Description
技术领域
本发明属于炼铁技术领域，具体而言，本发明涉及一种造气闪速炼铁的系统和方法。
背景技术
钢铁工业通常是利用高炉进行炼铁，炼铁原料需要进行烧结，并且必须使用焦炭，导致现有的炼铁技术存在流程长、效率低、能耗高、投资大，尤其是环境污染问题突出，因此现有的炼铁技术需要改进。
发明内容
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造气闪速炼铁的系统和方法，采用该系统可以显著提高炼铁效率，并实现清洁生产。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种造气闪速炼铁的系统，包括：
粉煤气化炉，所述粉煤气化炉具有物料入口和煤气出口，且适于将粉煤、纯氧和水蒸气混合进行造气，以便得到粗煤气，所述粗煤气中含有一氧化碳和氢气；
干燥预还原窑，所述干燥预还原窑具有湿铁矿砂入口、块煤入口和炉料出口，且适于将湿铁矿砂和块煤进行干燥和预还原处理，以便得到预还原铁砂矿；
闪铁炉，所述闪铁炉包括：
卧式塔底，所述卧式塔底限定出熔池，所述熔池自下而上依次形成铁水层区、渣层区和渗碳床区，
还原塔，所述还原塔内限定出还原塔腔，所述还原塔的下端与所述卧式塔底的渗碳床区的顶端相连，所述还原塔的顶部设有精矿喷嘴，所述精矿喷嘴分别与所述炉料出口和所述煤气出口相连，且适于将所述预还原铁矿砂、所述粗煤气和含有纯氧和粒煤的燃料供给至所述还原炉腔中，
烟道，所述烟道的下端与所述卧式塔底的渗碳床层的顶端相连。
由此，采用根据本发明实施例的造气闪速炼铁的系统可以显著提高炼铁效率，并且工艺流程简单，从而明显降低设备成本的投资。
另外，根据本发明上述实施例的造气闪速炼铁的系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述闪铁炉进一步包括：余热锅炉，所述余热锅炉与所述烟道的上端相连，且适于回收经所述烟道排出的烟气中的热量；动力波除尘单元，所述动力波除尘单元与所述余热锅炉相连；以及烟囱，所述烟囱与所述动力波除尘单元相连。由此，可以显著降低环境污染。
在本发明的一些实施例中，所述闪铁炉进一步包括：辅助燃料喷嘴，所述辅助燃料喷嘴设于所述卧式塔底上的处于所述渗碳床层的侧壁上，且适于向所述渗碳床层喷吹氧气和辅助燃料。由此，可以显著提高炼铁效率。
在本发明的一些实施例中，所述闪铁炉进一步包括：排烟口，所述排烟口位于所述烟道的侧壁上，且所述排烟口与所述干燥预还原窑相连。由此，可以显著提高热能利用率。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种利用上述造气闪速炼铁的系统进行造气闪速炼铁的方法，包括：
将粉煤、纯氧和水蒸气在所述粉煤气化炉混合进行造气；
将湿铁矿砂和块煤在所述干燥预还原窑中进行干燥和预还原处理；
将所述预还原铁矿砂、所述粗煤气和含有纯氧和粒煤的燃料从所述精矿喷嘴供给至所述闪铁炉的还原塔中；
将所述还原塔中产生的烟气经所述烟道排出所述闪铁炉。
由此，根据本发明实施例的造气闪速炼铁的方法可以显著提高炼铁效率，并且工艺流程简单，从而明显降低设备成本的投资。
另外，根据本发明上述实施例的造气闪速炼铁的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述造气闪速炼铁的方法进一步包括：将经所述烟道排出的烟气供给至所述余热锅炉中；将经所述余热锅炉余热回收后的烟气供给至所述动力除尘单元；以及将经所述动力除尘单元除尘后的烟气从所述烟囱排出。由此，可以显著降低环境污染。
在本发明的一些实施例中，所述造气闪速炼铁的方法进一步包括：通过设于所述卧式塔底上的处于所述渗碳床层的侧壁上的辅助燃料喷嘴向所述渗碳床层喷吹氧气和辅助燃料。由此，可以显著提高炼铁效率。
在本发明的一些实施例中，所述造气闪速炼铁的方法进一步包括：将所述烟道中烟气的一部分经所述排烟口供给至所述干燥预还原窑。由此，可以显著提高热能利用率。
在本发明的一些实施例中，所述将湿铁矿砂为选自红土镍矿和有色金属氧化矿中的至少一种。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的造气闪速炼铁的系统结构示意图；
图2是根据本发明又一个实施例的造气闪速炼铁的系统结构示意图；
图3是根据本发明再一个实施例的造气闪速炼铁的系统结构示意图；
图4是根据本发明再一个实施例的造气闪速炼铁的系统结构示意图；
图5是根据本发明一个实施例的造气闪速炼铁的方法流程示意图；
图6是根据本发明又一个实施例的造气闪速炼铁的方法流程示意图；
图7是根据本发明再一个实施例的造气闪速炼铁的方法流程示意图；
图8是根据本发明再一个实施例的造气闪速炼铁的方法流程示意图。
具体实施方式
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。
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。
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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
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，除非另有明确的限定。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。
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。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种造气闪速炼铁的系统。下面参考图1对本发明实施例的造气闪速炼铁的系统进行详细描述。根据本发明的实施例，该系统包括：
粉煤气化炉100：根据本发明的实施例，粉煤气化炉具有物料入口101和煤气出口102，且适于将粉煤、纯氧和水蒸气混合进行造气，从而可以得到粗煤气，其中，粗煤气中含有一氧化碳和氢气。需要说明的是，粉煤气化炉可以为现有技术中存在的可以将粉煤气化得到煤气的任何装置。
干燥预还原窑200：根据本发明的实施例，干燥预还原窑200具有湿铁矿砂入口201、块煤入口202和炉料出口203，且适于将湿铁矿砂和块煤进行干燥和预还原处理，从而可以得到预还原铁砂矿。
根据本发明的实施例，湿铁矿砂的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个实施例，湿铁矿砂可以为选自红土镍矿和有色金属氧化矿中的至少一种。
闪铁炉300：根据本发明的实施例，闪铁炉300包括卧式塔底10、还原塔20和烟道30，根据本发明的具体实施例，卧式塔底10限定出熔池11，熔池11自下而上依次形成铁水层区12、渣层区13和渗碳床区14，还原塔20内限定出还原塔腔21，还原塔20的下端与卧式塔底的渗碳床区14的顶端相连，还原塔20的顶部设有精矿喷嘴301，精矿喷嘴301分别与炉料出口203和煤气出口102相连，且适于将预还原铁矿砂、粗煤气和含有纯氧和粒煤的燃料供给至还原炉腔21中，烟道30的下端与卧式塔底的渗碳床层14的顶端相连。具体的，将预还原的铁矿砂、粗煤气和含有纯氧和粒煤的燃料从精矿喷嘴301供给至还原塔腔21中，呈漂浮状态的铁矿砂中的高价铁氧化物与粗煤气中的一氧化碳或/和氢气在1300℃下快速发生还原反应，生成的金属铁及少量低价铁氧化物飘落于卧室塔底10的熔池11内，由于比重的差异，在熔池11中自下而上依次形成铁水层区12、渣层区13和渗碳床区14，其中，渗碳床区14可以是由粉煤和焦粒形成，并且还原过程产生的烟气经烟道导出。
根据本发明的实施例，还原塔可以呈圆柱形，并且其内径为7.0～10.0m，高为5.5～7.0m，内衬可以为水冷高铝砖或水冷不定性耐火材料。
发明人发现，通过采用气化炉造气制得煤气，使得煤气与预还原铁矿砂在闪铁炉中进行接触反应，由于铁矿砂与闪铁炉的还原塔中呈漂浮状态，可以显著提高铁矿砂中高价氧化铁与煤气中的一氧化碳或/和氢气的接触面积，从而使得铁矿砂中高价氧化铁与还原剂快速反应生成金属铁，进而提高炼铁效率，并且该系统结构简单，从而显著降低设备成本的投资。
参考图2，根据本发明的实施例，闪铁炉300进一步包括余热锅炉40、动力波除尘单元50和烟囱60。
根据本发明的具体实施例，余热锅炉40与烟道30的上端相连，且适于回收经烟道30排出的烟气中的热量，具体的，采用预热锅炉可以将1300℃的烟气温度降低至150℃。由此，采用余热锅炉可以回收烟气中的热量，吸收热量后产生的水蒸汽可以用于发电，从而提高了热量利用效率，同时余热锅炉可以回收烟气中的烟尘，由此可以达到净化烟气的目的，实现清洁生产。
根据本发明的具体实施例，动力波除尘单元50与余热锅炉40相连，以便去除烟气中烟尘颗粒，得到净化烟气，从而进一步实现清洁生产。
根据本发明的具体实施例，烟囱60与动力波除尘单元40相连。由此，可以将所得净化烟气排入大气中。
参考图3，根据本发明的实施例，闪铁炉300进一步包括辅助燃料喷嘴302，根据本发明的具体实施例，辅助燃料喷嘴302设于卧式塔底上的处于渗碳床层的14侧壁上，且适于向渗碳床层14喷吹氧气和辅助燃料，从而可以显著提高熔池内的温度，一方面可以显著提高金属铁与还原尾渣的分离效率，另一方面可以促进碳原子渗入到铁水的表面层，进而提高所得生铁的硬度。根据本发明的实施例，辅助燃料的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个实施例，辅助燃料可以为粉煤、天然气或粉煤气化炉中得到的粗煤气。
参考图4，根据本发明的实施例，闪铁炉300进一步包括排烟口303，根据本发明的具体实施例，排烟口303位于烟道30的侧壁上，且排烟口303与干燥预还原窑200相连，适于将还原炉腔中产生的高温烟气的一部分供给至干燥还原窑中，以便将高温烟气作为干燥还原窑的热源对湿铁矿砂进行干燥和还原处理。由此，通过将烟气供给至干燥还原窑中可以显著提高烟气的利用率，进而明显降低能耗的投入，从而显著降低炼铁成本。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种造气闪速炼铁的方法。根据本发明的实施例，该方法是采用上述所得造气闪速炼铁的系统进行的。下面参考图5对本发明实施例的造气闪速炼铁的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：将粉煤、纯氧和水蒸气在粉煤气化炉混合进行造气；
S200：将湿铁矿砂和块煤在干燥预还原窑中进行干燥和预还原处理；
S300：将预还原铁矿砂、粗煤气和含有纯氧和粒煤的燃料从精矿喷嘴供给至闪铁炉的还原塔中；
S400：将还原塔中产生的烟气经烟道导出闪铁炉。
发明人发现，通过采用气化炉造气制得煤气，使得煤气与预还原铁矿砂在闪铁炉中进行接触反应，由于铁矿砂与闪铁炉的还原塔中呈漂浮状态，可以显著提高铁矿砂中高价氧化铁与煤气中的一氧化碳或/和氢气的接触面积，从而使得铁矿砂中高价氧化铁与还原剂快速反应生成金属铁，进而提高炼铁效率，并且该冶炼工艺流程简单，从而可以显著降低设备成本的投资。
参考图6，根据本发明的实施例，造气闪速炼铁的方法进一步包括：
S500：将经烟道排出的烟气供给至余热锅炉中；
S600：将经余热锅炉余热回收后的烟气供给至动力除尘单元；
S700：将经动力除尘单元除尘后的烟气从烟囱排出。
参考图7，根据本发明的实施例，造气闪速炼铁的方法进一步包括：
S800：通过设于卧式塔底上的处于渗碳床层的侧壁上的辅助燃料喷嘴向渗碳床层喷吹氧气和辅助燃料。
参考图8，根据本发明的实施例，造气闪速炼铁的方法进一步包括：
S900：将烟道中烟气的一部分经排烟口供给至干燥预还原窑。
具体的，首先将粉煤、纯氧和水蒸气在粉煤气化炉中进行造气，得到含有一氧化碳和氢气的粗煤气，将湿铁矿砂和块煤在干燥预还原窑中进行干燥和预还原处理，得到预还原铁矿砂，然后将将预还原的铁矿砂、粗煤气和含有纯氧和粒煤的燃料从精矿喷嘴供给至还原塔腔中，呈漂浮状态的铁矿砂中的高价铁氧化物与粗煤气中的一氧化碳或/和氢气在1300℃下快速发生还原反应，生成的金属铁及少量低价铁氧化物飘落于卧室塔底的熔池内，由于比重的差异，在熔池中自下而上依次形成铁水层区、渣层区和渗碳床区，同时通过设于卧式塔底上的处于渗碳床层的侧壁上的辅助燃料喷嘴向渗碳床层喷吹氧气和辅助燃料，以便提高熔池内温度，同时还原过程产生的烟气经烟道导出进入余热锅炉进行余热回收和除尘处理，从而可以将1300℃的烟气温度降低至150℃，并且显著降低烟气中烟尘，接着将所得烟气供给至动力波除尘单元进行进一步除尘，所得清洁烟气经烟囱排至大气中，另外将还原过程产生的高温烟气经烟道上的排烟口供给至干燥预还原窑，从而可以显著降低系统能耗。
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须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。
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)
1.一种造气闪速炼铁的系统，其特征在于，包括：
粉煤气化炉，所述粉煤气化炉具有物料入口和煤气出口，且适于将粉煤、纯氧和水蒸气混合进行造气，以便得到粗煤气，所述粗煤气中含有一氧化碳和氢气；
干燥预还原窑，所述干燥预还原窑具有湿铁矿砂入口、块煤入口和炉料出口，且适于将湿铁矿砂和块煤进行干燥和预还原处理，以便得到预还原铁砂矿；
闪铁炉，所述闪铁炉包括：
卧式塔底，所述卧式塔底限定出熔池，所述熔池自下而上依次形成铁水层区、渣层区和渗碳床区，
还原塔，所述还原塔内限定出还原塔腔，所述还原塔的下端与所述卧式塔底的渗碳床区的顶端相连，所述还原塔的顶部设有精矿喷嘴，所述精矿喷嘴分别与所述炉料出口和所述煤气出口相连，且适于将所述预还原铁矿砂、所述粗煤气和含有纯氧和粒煤的燃料供给至所述还原炉腔中，
烟道，所述烟道的下端与所述卧式塔底的渗碳床层的顶端相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述闪铁炉进一步包括：
余热锅炉，所述余热锅炉与所述烟道的上端相连，且适于回收经所述烟道排出的烟气中的热量；
动力波除尘单元，所述动力波除尘单元与所述余热锅炉相连；以及
烟囱，所述烟囱与所述动力波除尘单元相连。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述闪铁炉进一步包括：
辅助燃料喷嘴，所述辅助燃料喷嘴设于所述卧式塔底上的处于所述渗碳床层的侧壁上，且适于向所述渗碳床层喷吹氧气和辅助燃料。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述闪铁炉进一步包括：
排烟口，所述排烟口位于所述烟道的侧壁上，且所述排烟口与所述干燥预还原窑相连。
5.一种利用如权利要求1-4任一项所述的造气闪速炼铁的系统进行造气闪速炼铁的方法，其特征在于，包括：
将粉煤、纯氧和水蒸气在所述粉煤气化炉混合进行造气；
将湿铁矿砂和块煤在所述干燥预还原窑中进行干燥和预还原处理；
将所述预还原铁矿砂、所述粗煤气和含有纯氧和粒煤的燃料从所述精矿喷嘴供给至所述闪铁炉的还原塔中；
将所述还原塔中产生的烟气经所述烟道导出所述闪铁炉。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将经所述烟道排出的烟气供给至所述余热锅炉中；
将经所述余热锅炉余热回收后的烟气供给至所述动力除尘单元；以及
将经所述动力除尘单元除尘后的烟气从所述烟囱排出。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：
通过设于所述卧式塔底上的处于所述渗碳床层的侧壁上的辅助燃料喷嘴向所述渗碳床层喷吹氧气和辅助燃料。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将所述烟道中烟气的一部分经所述排烟口供给至所述干燥预还原窑。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述湿铁矿砂为选自红土镍矿和有色金属氧化矿中的至少一种。
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