CN106282467A - 一种铁矿粉煤基生产直接还原铁设施及方法 - Google Patents
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Abstract
一种铁矿粉煤基生产直接还原铁的设施及方法,属于生产直接还原铁的煤基法。其工艺过程包含以下步骤:(1)铁矿粉喂料进入多级预热器,与高温烟气在多级预热器内逆向流动,完成铁矿粉的快速干燥预热和高温烟气的冷却;(2)高温铁矿粉和还原焦一同进入还原回转窑形成矿焦混合料,燃烧器为回转窑燃烧提供高温气流,矿焦混合料经升温还原形成铁粉混合料;(3)铁粉混合料和还原煤同时经连接器进入冷却回转窑,完成铁粉冷却和还原煤焦化,形成铁焦混合料;(4)铁焦混合料经筛分磁选,分离出还原焦、直接还原铁、渣料,还原焦作为还原剂供给还原回转窑。该方法铁粉冷却和还原剂的制备结合起来,产能规模大,成本低,热量利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产直接还原铁的设施及方法,特别是涉及一种铁矿粉煤基生产直接还原铁的设施及方法。
背景技术
直接还原铁作为我国钢铁冶炼的重要原料,日益受到钢铁企业的青睐。直接还原铁的生产可分为气基法和煤基法两类,由于我国天然气资源缺乏、煤制气工艺复杂、成本高昂,且气基法技术受国外垄断,难以适合我国国情。我国主流煤基法工艺为回转窑还原球团矿工艺,原料经过烘干粉磨、加湿造球、球团烧结、球团冷却、回转窑加热和还原的工艺环节,原料存在多次升温和降温,能耗浪费严重,此外,煤灰与还原过程中间产物容易形成低熔点共融物,导致回转窑结圈,窑况顺行困难,因此,主流煤基法产量规模偏小,成本偏高,对还原煤的品质要求严格,已成为困扰行业技术进步的难题,探索适合我国国情的煤基生产直接还原铁的方法势在必行。
发明内容
本发明的目的在于克服回转窑煤基法生产直接还原铁存在能耗高、产量低、工况不顺、成本高的缺点,提供一种铁矿粉煤基生产直接还原铁的方法。
本发明的目的是这样实现的:铁矿粉煤基直接还原铁包括还原铁设施和还原铁方法;
所述的还原铁设施包括:带式运输机、提升式运输机、多级预热器、还原回转窑、连接器、冷却回转窑、锁风阀、筛分机、磁选机、引风机、收尘器、高温风机、燃烧器和预燃室;提升式运输机出料口与多级预热器的顶部预热器入口连接;多级预热器底部出料口与还原回转窑窑尾连接;多级预热器的底部预热器通过预燃室与还原回转窑窑尾连接,还原回转窑窑头通过连接器与冷却回转窑入料端连接;还原回转窑摇头设有燃烧器;冷却回转窑出料端设有锁风阀,锁风阀出料口与筛分机入料口连接;筛分机筛上物出料口通过带式运输机与还原回转窑窑尾连接;筛分机筛下物出料口与磁选机入料口连接;高温风机进风口通过管路与还原回转窑窑尾连接;高温风机出风口通过管路分别与收尘器和燃烧器连接;收尘器出风口通过引风机外排。
所述的还原回转窑长度为40m~60m的短窑,窑径为3m~5m,窑内全长铺设高温耐材。
所述的冷却回转窑为单一长窑或串联的多段短窑;所述的单一长窑为等径长窑,窑径为2m~4m,长度为80m~120m,窑内入料端内设高温耐材,铺设长度为窑长的1/3~1/2,剩余长度为裸露的钢板窑壁,窑的出料端设置窑外水冷冷却段或风冷冷却段,冷却段长度为窑长的1/3~1/2;所述的串联的多段短窑为不等径窑且沿料流前进方向窑径逐段增大,总窑长、高温耐材铺设长度、冷却段长度与单一长窑一致。
所述的原还铁方法:铁矿粉煤基直接还原铁包括以下步骤:
步骤1、铁矿粉经提升运输机从顶部喂料进入多级预热器,同时将预燃室的高温烟气引入多级预热器底部,铁矿粉与高温烟气在多级预热器内逆向流动,完成铁矿粉的快速干燥预热和高温烟气的冷却,经预热器顶部排出进入高温风机的烟气温度小于300℃,预热器底部铁矿粉出料温度为800℃~900℃;多级预热器排列方式为竖向单列或竖向双列,级数为4级或5级。
步骤2、800℃~900℃的铁矿粉和筛分机筛出的还原焦一同进入还原回转窑尾部,形成矿焦混合料;燃料煤和来自高温风机的热风通过窑头燃烧器喷入窑内燃烧,形成1100℃~1200℃的窑内高温气流;矿焦混合料在向窑头缓慢前进的过程中,一方面受高温气流辐射继续升温,另一方面与窑内还原剂反应完成铁矿粉的还原,形成直接还原铁的高温铁粉料,出窑料温1000℃~1100℃。
所述的窑内还原剂的来源包括以下方面:
来源A、还原焦中的固定碳;
来源B、连接器和冷却窑中的还原煤在焦化过程中释放的气体,包括H2、CO、CO2、CH4、H20;
来源C、还原焦中的固定碳与来源B中的CO2发生C+CO2=2CO反应,生成的CO;
来源D、来源B中的CH4和窑内CO2发生CH4+CO2=2CO+2H2反应,生成的CO和H2;
来源E、来源B中的CH4和水蒸汽发生CH4+H2O=CO+3H2反应,生成的CO和H2。
步骤3、高温铁粉料和还原煤同时经连接器进入冷却回转窑,还原煤在冷却铁粉料的同时逐渐被焦化转变为还原焦,形成铁焦混合料,经过冷却回转窑末端强冷段进入锁风阀,由锁风阀排至筛分机;锁风阀排出的铁焦混合料温度小于100℃;冷却回转窑强冷段为钢板内壁无内衬的裸露窑体,钢板外壁采用水或风强行冷却。
步骤4、铁焦混合料经筛分机筛分,筛上物为还原焦,还原焦通过带式运输机喂入还原回转窑窑尾,筛下物为铁粉料;筛分机的筛分粒度为1cm。
步骤5、筛分铁粉料进入磁选机,选出直接还原铁,剩余的为渣料。
步骤1中,所述的铁矿粉的粒径小于0.3mm,含水量小于10%,总铁品位30%~50%;预燃室的高温烟气的温度为800℃~1000℃;所述的多级预热器排列方式为竖向单列或竖向双列,级数为4级或5级。
步骤3中,所述的还原煤的粒度2cm~3cm,温度为大气环境温度;所述的冷却回转窑强冷段为钢板内壁无内衬的裸露窑体,钢板外壁采用水或风强行冷却。
步骤4中,所述的筛分机的筛分粒度为1cm。
有益效果及优点,本发明与传统煤基法相比,具有如下有效效果和优点:
1、还原煤可采用高挥发性的廉价低阶煤,拓展了传统煤基法的用煤范围,我国低阶煤分布广泛,有利于降低原料成本。
2、原料在整个工艺流程中,仅经历一次连续升温降温,与传统的多次升温降温循环相比,大大节省了系统能耗。
3、采用还原煤冷却高温铁粉料的工艺方式,产生了如下有益效果:
A、利用了铁粉料余热将还原煤转变为还原焦,提高了固体还原剂的品质。
B、利用了铁粉料余热将还原煤进行干燥,降低了还原煤原料对水分的限制。
C、还原煤焦化过程中直接挥发出还原性气体包括CO,增加了还原剂的种类,保障了窑内还原气氛。
D、还原煤焦化过程中挥发出的部分气体包括CH4、CO2、水蒸汽可在窑内进一步反应生产还原性更好的气体还原剂包括H2和CO,增强了铁矿粉的还原效果。
E、还原煤焦化产生的气体在还原回转窑部分参与燃烧,可降低燃料煤用量,节省成本。
F、充分利用了煤制气,无需采用煤制气专用设备。
4、冷却回转窑内壁主体为裸露钢板,仅在高温段铺设内衬材料,窑体重量较小,制作成本低廉。
5、还原回转窑、连接器、冷却回转窑、锁风阀串联布置,一方面易于密闭防止有害气体外泄,还原气氛保障可靠,避免了铁粉的二次氧化;另一方面未能充分还原的铁矿粉可在冷却回转窑内继续还原,延长了还原时间,提高了还原率。
6、冷却回转窑设有强冷段,出料温度低,避开了铁粉氧化活跃的温度范围,产品质量稳定。
7、还原回转窑窑尾设有预燃室,耗尽了高温烟气中剩余的CO,消除了多级预热器中CO爆炸或外泄的隐患。
8、采用的铁矿粉粒度为0.3mm,远大于传统粉磨粒度0.08mm,降低了原料的加工能耗,降低了原料制作成本。
9、采用多级预热器粉态进料,产生了如下有益效果:
A、节省了传统煤基法造球和烧结的工艺环节,缩短了工艺流程。
B、充分发挥了多级预热器换热速度快,处理量大的优势,为提高系统产能规模奠定基础。
C、将原料的预热从回转窑内分离出来,回转窑可采用短窑,降低了造窑成本,避免了传统煤基法因将原料预热、升温、还原集中在一个回转窑内,导致单个回转窑负担多种功能,负荷过于集中,窑况难以调节的弊端。
10、筛分机可将还原煤焦化过程中产生的煤灰与还原焦分离,提高了还原焦的纯度,避免了煤灰进入还原回转窑形成低熔点共融物,保障了窑况的顺行。
11、系统设置了封闭了的收尘系统,环境友好。
12、高温风机的热风部分用于燃烧器,提高了燃料煤的燃烧效率,也为其他原料的烘干提供了热风来源,提高了系统的热能利用率。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
铁矿粉煤基直接还原铁包括还原铁设施和还原铁方法;
所述的还原铁设施包括:带式运输机、提升式运输机、多级预热器、还原回转窑、连接器、冷却回转窑、锁风阀、筛分机、磁选机、引风机、收尘器、高温风机、燃烧器和预燃室;提升式运输机出料口与多级预热器的顶部预热器入口连接;多级预热器底部出料口与还原回转窑窑尾连接;多级预热器的底部预热器通过预燃室与还原回转窑窑尾连接,还原回转窑窑头通过连接器与冷却回转窑入料端连接;还原回转窑摇头设有燃烧器;冷却回转窑出料端设有锁风阀,锁风阀出料口与筛分机入料口连接;筛分机筛上物出料口通过带式运输机与还原回转窑窑尾连接;筛分机筛下物出料口与磁选机入料口连接;高温风机进风口通过管路与还原回转窑窑尾连接;高温风机出风口通过管路分别与收尘器和燃烧器连接;收尘器出风口通过引风机外排。
所述的还原回转窑长度为40m~60m的短窑,窑径为3m~5m,窑内全长铺设高温耐材。
所述的冷却回转窑为单一长窑或串联的多段短窑;所述的单一长窑为等径长窑,窑径为2m~4m,长度为80m~120m,窑内入料端内设高温耐材,铺设长度为窑长的1/3~1/2,剩余长度为裸露的钢板窑壁,窑的出料端设置窑外水冷冷却段或风冷冷却段,冷却段长度为窑长的1/3~1/2;所述的串联的多段短窑为不等径窑且沿料流前进方向窑径逐段增大,总窑长、高温耐材铺设长度、冷却段长度与单一长窑一致。
所述的原还铁方法:铁矿粉煤基直接还原铁包括以下步骤:
步骤1、铁矿粉经运输机从顶部喂料进入多级预热器,同时将预燃室的高温烟气引入多级预热器底部,铁矿粉与高温烟气在多级预热器内逆向流动,完成铁矿粉的快速干燥预热和高温烟气的冷却,经预热器顶部排出进入高温风机的烟气温度小于300℃,预热器底部铁矿粉出料温度为800℃~900℃。多级预热器排列方式为竖向单列或竖向双列,级数为4级或5级;
步骤2、800℃~900℃的铁矿粉和筛分机筛出的还原焦一同进入还原回转窑尾部,形成矿焦混合料;燃料煤和来自高温风机的热风通过窑头燃烧器喷入窑内燃烧,形成1100℃~1200℃的窑内高温气流;矿焦混合料在向窑头缓慢前进的过程中,一方面受高温气流辐射继续升温,另一方面与窑内还原剂反应完成铁矿粉的还原,形成直接还原铁的高温铁粉料,出窑料温1000℃~1100℃。
所述的窑内还原剂的来源包括以下方面:
来源A、还原焦中的固定碳;
来源B、连接器和冷却窑中的还原煤在焦化过程中释放的气体,包括H2、CO、CO2、CH4、H20;
来源C、还原焦中的固定碳与来源B中的CO2发生C+CO2=2CO反应,生成的CO;
来源D、来源B中的CH4和窑内CO2发生CH4+CO2=2CO+2H2反应,生成的CO和H2;
来源E、来源B中的CH4和水蒸汽发生CH4+H2O=CO+3H2反应,生成的CO和H2。
步骤3、高温铁粉料和还原煤同时经连接器进入冷却回转窑,还原煤在冷却铁粉料的同时逐渐被焦化转变为还原焦,形成铁焦混合料,经过冷却回转窑末端强冷段进入锁风阀,由锁风阀排至筛分机;锁风阀排出的铁焦混合料温度小于100℃;冷却回转窑强冷段为钢板内壁无内衬的裸露窑体,钢板外壁采用水或风强行冷却。
步骤4、铁焦混合料经筛分机筛分,筛上物为还原焦,还原焦喂入还原回转窑窑尾,筛下物为铁粉料;筛分机的筛分粒度为1cm。
步骤5、筛分铁粉料进入磁选机,选出直接还原铁,剩余的为渣料。
步骤1中,所述的铁矿粉的粒径小于0.3mm,含水量小于10%,总铁品位30%~50%;预燃室的高温烟气的温度为800℃~1000℃;所述的多级预热器排列方式为竖向单列或竖向双列,级数为4级或5级。
步骤3中,所述的还原煤的粒度2cm~3cm,温度为大气环境温度;所述的冷却回转窑强冷段为钢板内壁无内衬的裸露窑体,钢板外壁采用水或风强行冷却。
步骤4中,所述的筛分机的筛分粒度为1cm。
实施例1:磁铁矿粉煤基生产直接还原铁的方法:
将运输机、预热器、还原回转窑、连接器、冷却窑、锁风阀、筛分机、磁选机串联布置并配置引风机、收尘器、高温风机,还原回转窑设有窑头燃烧器和窑尾预燃室,包括以下步骤:
步骤1、铁矿粉经运输机从顶部喂料进入多级预热器,同时将预燃室的高温烟气引入多级预热器底部,铁矿粉与高温烟气在多级预热器内逆向流动,完成铁矿粉的快速干燥预热和高温烟气的冷却,经预热器顶部排出进入高温风机的烟气温度小于300℃,预热器底部铁矿粉出料温度为850℃。多级预热器排列方式为5级竖向双列。所述的铁矿粉粒径小于0.3mm,含水量8%,总铁品位42%;所述的高温烟气为950℃。
步骤2、850℃的铁矿粉和筛分机筛出的还原焦一同进入还原回转窑尾部,形成矿焦混合料。燃料煤和来自高温风机的热风通过窑头燃烧器喷入窑内燃烧,形成1100℃~1200℃的窑内高温气流。矿焦混合料在向窑头缓慢前进的过程中,一方面受高温气流辐射继续升温,另一方面与窑内还原剂反应完成铁矿粉的还原,形成直接还原铁的高温铁粉料,出窑料温1000℃~1050℃。还原剂的来源包括以下方面:
A、还原焦中的固定碳。
B、连接器和冷却窑中的还原煤在焦化过程中释放的气体,包括H2、CO、CO2、CH4、H20。
C、还原焦中的固定碳与B来源中的CO2发生C+CO2=2CO反应,生成的CO。
D、B来源中的CH4和窑内CO2发生CH4+CO2=2CO+2H2反应,生成的CO和H2。
E、B来源中的CH4和水蒸汽发生CH4+H2O=CO+3H2反应,生成的CO和H2。
步骤3、高温铁粉料和还原煤同时经连接器进入冷却回转窑,还原煤在冷却铁粉料的同时逐渐被焦化转变为还原焦,形成铁焦混合料,经过冷却回转窑末端强冷段进入锁风阀,由锁风阀排至筛分机。锁风阀排出的铁焦混合料温度小于90℃。冷却回转窑强冷段为钢板内壁无内衬的裸露窑体,钢板外壁采用水强行冷却。所述的高温铁粉料的温度为1000℃~1050℃;所述的还原煤的粒度为2.5cm,温度为25℃。
步骤4、铁焦混合料经筛分机筛分,筛上物为还原焦,还原焦喂入还原回转窑窑尾,筛下物为铁粉料。筛分机的筛分粒度为1cm。
步骤5、筛分铁粉料进入磁选机,选出直接还原铁,测定直接还原铁的金属化率为94%,剩余的为渣料。
Claims (10)
1.一种铁矿粉煤基生产直接还原铁的设施,其特征是:还原铁设施包括:带式运输机、提升式运输机、多级预热器、还原回转窑、连接器、冷却回转窑、锁风阀、筛分机、磁选机、引风机、收尘器、高温风机、燃烧器和预燃室;提升式运输机出料口与多级预热器的顶部预热器入口连接;多级预热器底部出料口与还原回转窑窑尾连接;多级预热器的底部预热器通过预燃室与还原回转窑窑尾连接,还原回转窑窑头通过连接器与冷却回转窑入料端连接;还原回转窑摇头设有燃烧器;冷却回转窑出料端设有锁风阀,锁风阀出料口与筛分机入料口连接;筛分机筛上物出料口通过带式运输机与还原回转窑窑尾连接;筛分机筛下物出料口与磁选机入料口连接;高温风机进风口通过管路与还原回转窑窑尾连接;高温风机出风口通过管路分别与收尘器和燃烧器连接;收尘器出风口通过引风机外排。
2.根据权利要求1所述的一种铁矿粉煤基生产直接还原铁的设施,其特征是:所述的还原回转窑长度为40m~60m的短窑,窑径为3m~5m,窑内全长铺设高温耐材。
3.根据权利要求1所述的一种铁矿粉煤基生产直接还原铁的设施,其特征是:所述的冷却回转窑为单一长窑或串联的多段短窑。
4.根据权利要求3所述的一种铁矿粉煤基生产直接还原铁的设施,其特征是:所述的单一长窑为等径长窑,窑径为2m~4m,长度为80m~120m,窑内入料端内设高温耐材,铺设长度为窑长的1/3~1/2,剩余长度为裸露的钢板窑壁,窑的出料端设置窑外水冷冷却段或风冷冷却段,冷却段长度为窑长的1/3~1/2。
5.根据权利要求3所述的一种铁矿粉煤基生产直接还原铁的设施,其特征是:所述的串联的多段短窑为不等径窑且沿料流前进方向窑径逐段增大,总窑长、高温耐材铺设长度、冷却段长度与单一长窑一致。
6.一种铁矿粉煤基生产直接还原铁的方法,其特征在于:铁矿粉煤基直接还原铁包括以下步骤:
步骤1、铁矿粉经运输机从顶部喂料进入多级预热器,同时将预燃室的高温烟气引入多级预热器底部,铁矿粉与高温烟气在多级预热器内逆向流动,完成铁矿粉的快速干燥预热和高温烟气的冷却,经预热器顶部排出进入高温风机的烟气温度小于300℃,预热器底部铁矿粉出料温度为800℃~900℃;
步骤2、800℃~900℃的铁矿粉和筛分机筛出的还原焦一同进入还原回转窑尾部,形成矿焦混合料;燃料煤和来自高温风机的热风通过窑头燃烧器喷入窑内燃烧,形成1100℃~1200℃的窑内高温气流;矿焦混合料在向窑头缓慢前进的过程中,一方面受高温气流辐射继续升温,另一方面与窑内还原剂反应完成铁矿粉的还原,形成直接还原铁的高温铁粉料,出窑料温1000℃~1100℃;
步骤3、高温铁粉料和还原煤同时经连接器进入冷却回转窑,还原煤在冷却铁粉料的同时逐渐被焦化转变为还原焦,形成铁焦混合料,经过冷却回转窑末端强冷段进入锁风阀,由锁风阀排至筛分机;锁风阀排出的铁焦混合料温度小于100℃;
步骤4、铁焦混合料经筛分机筛分,筛上物为还原焦,还原焦喂入还原回转窑窑尾,筛下物为铁粉料;
步骤5、筛分铁粉料进入磁选机,选出直接还原铁,剩余的为渣料。
7.根据权利要求6所述的一种铁矿粉煤基生产直接还原铁的设施及方法,其特征是:步骤1中,所述的铁矿粉的粒径小于0.3mm,含水量小于10%,总铁品位30%~50%;预燃室的高温烟气的温度为800℃~1000℃;所述的多级预热器排列方式为竖向单列或竖向双列,级数为4级或5级。
8.根据权利要求6所述的一种铁矿粉煤基生产直接还原铁的方法,其特征是:步骤2中,所述的窑内还原剂的来源包括以下方面:
来源A、还原焦中的固定碳;
来源B、连接器和冷却窑中的还原煤在焦化过程中释放的气体,包括H2、CO、CO2、CH4、H20;
来源C、还原焦中的固定碳与来源B中的CO2发生C+CO2=2CO反应,生成的CO;
来源D、来源B中的CH4和窑内CO2发生CH4+CO2=2CO+2H2反应,生成的CO和H2;
来源E、来源B中的CH4和水蒸汽发生CH4+H2O=CO+3H2反应,生成的CO和H2。
9.根据权利要求6所述的一种铁矿粉煤基生产直接还原铁的方法,其特征是:步骤3中,所述的还原煤的粒度2cm~3cm,温度为大气环境温度;所述的冷却回转窑强冷段为钢板内壁无内衬的裸露窑体,钢板外壁采用水或风强行冷却。
10.根据权利要求6所述的一种铁矿粉煤基生产直接还原铁的方法,其特征是:步骤4中,所述的筛分机的筛分粒度为1cm。
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