CN106916599A - 一种铁焦生产装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁焦生产装置及方法，其特征在于，包括一个或多个竖炉，坚炉的上方设有料罐，料罐的出口与竖炉的入口连接，竖炉外围设有密闭燃烧室，密闭燃烧室上设有多个烧嘴，竖炉的下方依次设有过渡仓和铁焦冷却及余热装置，过渡仓的入口与竖炉的出口连接，过渡仓的出口与铁焦冷却及余热装置的入口连接；所述的铁焦生产装置还包括煤气处理及净化装置，煤气处理及净化装置的入口通过煤气管道与竖炉的气体出口连接，煤气处理及净化装置的出口通过煤气管道与烧嘴连接。使得竖炉高温干馏区温度稳定、均匀，操作简单，所生产铁焦强度高，质量好，高温铁焦被冷却，余热被回收，能量利用率高。

Description

一种铁焦生产装置及方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种铁焦生产装置及方法。

背景技术

高炉炼铁因其产量高、能量利用率好等优点，仍然是目前铁水生产的主流工艺。然而，高炉炼铁生产所必须的焦煤资源逐渐匮乏，国内肥煤和主焦煤的储量仅占我国煤炭储量的9.34％，未来可预见的一段时间内可能消耗殆尽。此外高炉炼铁是能量消耗大户，约占整个钢铁生产企业能耗的65％左右，在目前钢铁产能过剩的情况下，钢铁企业承担着沉重的降本增效和节能减排任务。为降低高炉炼铁能耗，减少CO₂排放，人们针对焦化和炼铁做了大量的基础研究工作，对高炉炉料有了新的认识，提出使用铁焦技术，为企业寻找到了节能减排的新途径。

然而，目前工业化生产适合高炉生产要求的铁焦还存在一定的困难。如果用传统焦炉生产铁焦，例如将煤和铁矿粉混合装入焦炉或将煤及铁矿粉冷压成型装入焦炉，在一定的温度条件下，焦炉的硅质耐材会和铁矿粉发生反应，生成低熔点的铁橄榄石，会导致耐材损坏及粘结等严重问题。难以实现大规模安全工业生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种铁焦生产装置及方法，使得竖炉高温干馏区温度稳定、均匀，操作简单，所生产铁焦强度高，质量好，高温铁焦被冷却，余热被回收，能量利用率高。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种铁焦生产装置，其特征在于，包括一个或多个竖炉，坚炉的上方设有料罐，料罐的出口与竖炉的入口连接，竖炉外围设有密闭燃烧室，密闭燃烧室上设有多个烧嘴，竖炉的下方依次设有过渡仓和铁焦冷却及余热装置，过渡仓的入口与竖炉的出口连接，过渡仓的出口与铁焦冷却及余热装置的入口连接；

所述的铁焦生产装置还包括煤气处理及净化装置，煤气处理及净化装置的入口通过煤气管道与竖炉的气体出口连接，煤气处理及净化装置的出口通过煤气管道与烧嘴连接。

按照上述技术方案，密闭燃烧室外墙上设有烟气出口，所述的铁焦生产装置还包括烟气处理及余热回收装置，烟气处理及余热回收装置的入口通过烟气管道与烟气出口连接，烟气经烟气处理及余热回收装置回收排出，煤气处理及净化装置的出口通过煤气管道经烟气处理及余热回收装置进行热交换，再与烧嘴连接。

按照上述技术方案，所述的竖炉炉墙的材料为热传导性好的耐火材料，密闭燃烧室的外墙的材料为绝热性能好的耐火材料。

采用以上所述的铁焦生产装置的铁焦生产方法，包括以下步骤：

1)将铁矿粉、煤粉与粘结剂按规定比例混合均匀并压制得到铁焦生球；

2)铁焦生球经料罐进入竖炉，在竖炉内铁焦生球向下运行的过程中，被竖炉下部上升的煤气及外部燃烧室的辐射热所预热，经预热后的铁焦生球到达竖炉中部，铁焦生球中的铁矿石被还原，煤粉被干馏，形成铁焦，生成铁焦过程中产生的高温煤气向上运动，排出竖炉外；

3)高温的铁焦排出竖炉进入过渡仓；

4)高温铁焦经过渡仓最终落入铁焦冷却及余热回收装置。

按照上述技术方案，所述的步骤1)中，所述的铁焦生球大小为直径5～50mm。

按照上述技术方案，所述的步骤2)中，排出竖炉外的高温煤气经过煤气处理及净化装置处理和净化后送至密闭燃烧室作为补充燃料或直接外供。

按照上述技术方案，所述的铁焦生产装置还包括烟气处理及余热回收装置，所述的步骤2)中，密闭燃烧室产生的烟气经过烟气处理及余热回收装置处理后用于干燥、预热原料或预热助燃空气和煤气，提高系统能效。

按照上述技术方案，所述步骤1)中，铁焦生球的原料配制比例为：铁矿粉的质量百分比为10％～50％，煤粉的质量百分比为50％～90％，粘结剂的质量百分比为0％～10％。

本发明具有以下有益效果：

1、竖炉被密闭燃烧室内燃烧产生的高温烟气加热，竖炉内的煤粉干馏，矿粉还原，得到铁焦；通过烧嘴布置、煤气流量控制，易于形成有利于铁焦质量控制的高温均热带；由竖炉排出气体得到处理和净化，同时可生产副产品，所述煤气处理优选的可进行余热回收；使得竖炉高温干馏区温度稳定、均匀，操作简单，所生产铁焦强度高，质量好；高温铁焦被冷却，余热被回收；能量利用率高。

2、由密闭燃烧室产生的烟气余热得到梯级利用，能量利用率高，密闭燃烧室内的竖炉可设置一个或多个，形成模块化组合，生产能力可大可小，同时通过外部加热，设备、操作和控制简单。

附图说明

图1是本发明实施例中铁焦生产装置的结构示意图；

图中，1-料罐，2-烧嘴，3-煤气管道，4-煤气处理及净化装置，5-烟气处理及余热回收装置，6-烟气管道，7-密闭燃烧室，8-竖炉，9-过渡仓，10-铁焦冷却及余热装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1所示，本发明提供的一个实施例中的铁焦生产装置，包括一个或多个竖炉8，坚炉的上方设有料罐1，料罐1的出口与竖炉8的入口连接，竖炉8外围设有密闭燃烧室7，密闭燃烧室7上设有多个烧嘴2，竖炉8的下方依次设有过渡仓9和铁焦冷却及余热装置10，过渡仓9的入口与竖炉8的出口连接，过渡仓9的出口与铁焦冷却及余热装置10的入口连接；

所述的铁焦生产装置还包括煤气处理及净化装置4，煤气处理及净化装置4的入口通过煤气管道3与竖炉8的气体出口连接，煤气处理及净化装置4的出口通过煤气管道3与烧嘴2连接。

竖炉8被密闭燃烧室7内燃烧产生的高温烟气加热，竖炉8内的煤粉干馏，矿粉还原，得到铁焦；通过烧嘴2布置、煤气流量控制，易于形成有利于铁焦质量控制的高温均热带；由竖炉8排出气体得到处理和净化，同时可生产副产品，所述煤气处理优选的可进行余热回收；使得竖炉8高温干馏区温度稳定、均匀，操作简单，所生产铁焦强度高，质量好；高温铁焦被冷却，余热被回收；能量利用率高。

进一步地，竖炉8上部设置气体入口，所述竖炉8外围的密闭燃烧室7将竖炉8包围在其中，并且将热量传递到竖炉8内。

进一步地，所述过渡仓9可为单个竖炉8设置，也可多个竖炉共用。

进一步地，铁焦冷却及余热装置10优选使用氮气作为余热回收介质。

进一步地，密闭燃烧室7外墙上设有烟气出口，所述的铁焦生产装置还包括烟气处理及余热回收装置5，烟气处理及余热回收装置5的入口通过烟气管道6与烟气出口连接，烟气经烟气处理及余热回收装置5回收排出，煤气处理及净化装置4的出口通过煤气管道3经烟气处理及余热回收装置5进行热交换，再与烧嘴2连接；由密闭燃烧室7产生的烟气余热得到梯级利用，能量利用率高，密闭燃烧室7内的竖炉8可设置一个或多个，形成模块化组合，生产能力可大可小，同时通过外部加热，设备、操作和控制简单。

进一步地，烟气处理及余热回收装置5优选的将烟气用于与煤气换热或用于物料干燥。

进一步地，所述的竖炉8炉墙的材料为热传导性好的耐火材料，密闭燃烧室7的外墙的材料为绝热性能好的耐火材料。

进一步地，所述密闭燃烧室7的外墙采用任何公知的具有良好绝热效果的耐火材料砌筑，所述密闭燃烧区外墙上设置有烧嘴2，烧嘴2数量根据竖炉8的温度控制需求布置，密闭燃烧室7外墙设置烟气出口。

采用以上所述的铁焦生产装置的铁焦生产方法，包括以下步骤：

1)将铁矿粉、煤粉与粘结剂按规定比例混合均匀并压制得到铁焦生球；

2)铁焦生球经料罐1进入竖炉8，在竖炉8内铁焦生球向下运行的过程中，被竖炉8下部上升的煤气及外部燃烧室的辐射热所预热，经预热后的铁焦生球到达竖炉8中部，铁焦生球中的铁矿石被还原，煤粉被干馏，形成铁焦，生成铁焦过程中产生的高温煤气向上运动，排出竖炉8外；

3)高温的铁焦排出竖炉8进入过渡仓9；

4)高温铁焦经过渡仓9最终落入铁焦冷却及余热回收装置，优选的余热回收介质为氮气或其他惰性气体。

所生产铁焦强度高，质量好；铁焦生产操作和控制简单，通过烧嘴2布置、煤气流量控制，易于形成有利于铁焦质量控制的高温均热带；由竖炉8排出气体得到处理和净化，同时可生产副产品，所述煤气处理优选的可进行余热回收；由密闭燃烧室7产生的烟气余热得到梯级利用，能量利用率高；高温铁焦被冷却，余热被回收。

进一步地，所述的步骤1)中，所述的铁焦生球大小为直径5～50mm，所述铁矿粉、煤粉和粘结剂可为热态或冷态。

进一步地，所述的铁焦生产装置还包括煤气处理及净化装置4和烟气处理及余热回收装置5，所述的步骤2)中，排出竖炉8外的高温煤气经过煤气处理及净化装置4处理和净化后送至密闭燃烧室7作为补充燃料或直接外供，密闭燃烧室7产生的烟气经过烟气处理及余热回收装置5处理后用于干燥、预热原料或预热助燃空气和煤气，提高系统能效。

进一步地，所述步骤1)中，铁焦生球的原料配制比例为：铁矿粉的质量百分比为10％～50％，煤粉的质量百分比为50％～90％，粘结剂的质量百分比为0％～10％。

图1说明了本发明铁焦生产装置和方法的特征和运行。在典型的运行中，先将煤、矿粉、粘结剂压制成铁焦生球，然后通过料罐1被装入竖炉8内。铁焦生球在竖炉8内至上而下运行，被密闭燃烧室7燃烧生成的高温烟气预热，进入下部高温恒温干馏区，含铁矿粉被还原，煤粉被干馏，生成铁焦，铁焦进入过渡仓9后，落入铁焦冷却及余热回收装置10，冷却后的铁焦排出，竖炉8内生成的煤气通过煤气管道3排出，经过煤气处理及净化装置4处理得到净煤气和副产品，净化后的煤气送密闭燃烧室7作为补充燃料或直接外供，燃料及助燃空气经过密闭燃烧室7内布置的烧嘴2，在密闭燃烧室7内燃烧产生热量，通过辐射传热和传导传热加热竖炉8内的生球，使生球得到预热、干馏并生成铁焦。烟气在密闭燃烧室7内自下而上运动，形成梯级利用，能量利用率高。最后烟气从密闭燃烧室7排出，余热可用于加热煤气和助燃空气，也可作炉料干燥气，得到的高温铁焦落入过渡仓9，最终进入铁焦冷却及余热回收装置，净处理后，排出铁焦。

影响铁焦质量的重要因素包括：竖炉8的尺寸、传热方式及热均匀性，密闭燃烧室7烧嘴2的设置、煤气流量的控制等等。控制以上因素使得竖炉8内形成稳定的高温均热带，本发明竖炉8外围的密闭燃烧室7烧嘴2的数量设置方便，烧嘴2燃烧煤气流量容易控制，因此更容易实现对竖炉8温度的控制，温度控制更均匀，同时，优选的，可以采用智能控制手段控制烧嘴2煤气流量，这样，即使在竖炉8下部铁矿石发生还原，需要大量补热时，也能快速实现。

实施例1

将冷态的铁矿粉16％(wt)、煤粉80％(wt)与粘结剂4％(wt)按比例混合均匀并压制成直径25mm的铁焦生球；铁焦生球经料罐1进入竖炉8，在竖炉8内生球被竖炉8下部上升的煤气及外部燃烧室的辐射热所预热并向下运行，到达竖炉8中部，铁矿石被还原，煤粉被干馏，过程产生的高温煤气向上运动，排出炉外，处理和净化后送至密闭燃烧室7作为补充燃料；密闭燃烧室7产生的烟气预热助燃空气和煤气至200℃；生产得到的高温铁焦排出竖炉8进入过渡仓9，最终落入铁焦冷却及余热回收装置，被氮气冷却后回收余热。

实施例2

将的铁矿粉25％(wt)、煤粉75％(wt)按比例混合均匀并加热，将热态的混合料压制成直径30mm的铁焦生球；铁焦生球经料罐1进入竖炉8，在竖炉8内生球被竖炉8下部上升的煤气及外部燃烧室的辐射热所加热并向下运行，到达竖炉8中部，铁矿石被还原，煤粉被干馏，过程产生的高温煤气向上运动，排出炉外，处理和净化后外供；密闭燃烧室7产生的烟气用于预热和干燥原料；生产得到的高温铁焦排出竖炉8进入过渡仓9，最终落入铁焦冷却及余热回收装置，被冷却后回收余热。

本发明的一个实施例中，本发明的研发原理：

此外，除了传统焦炉生产铁焦的方法，还有连续式成型焦炭法。连续式成型焦炭工艺，采用干馏炉装置，不是由耐火砖而是黏土耐火砖构成的立式炉，通过冷成型将煤和矿粉压制成型后装入竖炉8。通过使用循环载热气体加热来对成型的煤粉和矿粉进行干馏，制造铁焦。已知公开的专利有CN102471693A、CN102822315A、CN102471632A，他们的特征是将干馏炉顶煤气作为下部铁焦的冷却用气，换热后的热煤气通过引射装置引出，通过立式炉不同位置设置的风口，送入炉内加热铁焦；或是将干馏炉炉顶煤气作为加热用气，在送入干馏炉前加热至不同的温度(通常为500-1000℃之间)，在干馏炉上设置不同的入口，送入干馏炉内加热并干馏焦炭；然而这种方法的问题在于设备和工艺控制非常复杂，将焦炉煤气加热至1000℃存在能耗较高和析碳等问题，同时也存在安全隐患。

申请人设计了新的铁焦生产方法。申请人发现1)如专利CN102471693A中的生产铁焦用竖炉8，从设置于立式竖炉8本体中途的、用于抽出冷却气体的排出口将气体抽出，因此需要使用喷射器等，从而使设备变得复杂。另外，会使从排出口排出的冷却气体与从位于排出口上部的风口向高温干馏室供给的高温干馏用介质气体的气体平衡、流量控制等操作条件变得复杂。另外，通过将高温气体从风口导入至低温干馏室而进行再利用，过程中存在热损失不利于节能；2)如专利CN102822315A在专利文献2基础上进行了改进，其特征在于为在炉子长度方向的中心位置形成规定长度的高温均热带，在炉子长度方向上设置两个以上的高温气体入口。优选的低温气体为400-700℃，优选高温气体为800-1000℃，低温气体和高温气体入炉前分别采用低温气体加热装置和高温气体加热装置加热。然而，生产铁焦所得到的焦炉煤气较普通焦炉煤气CO含量高，煤气属于易燃有毒气体，煤气加热设备必须具备安全可靠、运行稳定、投资小、成本低、设备简单等特点才具备工业应用的可能，目前，可用的煤气加热方式主要有：热风炉、管式换热器、气化炉、卵石换热器，但都存在不同的问题，如热风炉煤气加热至1000℃可能存在析碳的问题，影响煤气加热效率，采用管式加热器可能会堵塞管路，而气化炉能耗和投资成本均较高。此外采用高温气体干馏的方式，为保持较长一段温度的均匀性存在困难，势必要在炉壳上开较多的气体入口，不利于炉子的保温，加大了热损失，不利于节能。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种铁焦生产装置，其特征在于，包括一个或多个竖炉，坚炉的上方设有料罐，料罐的出口与竖炉的入口连接，竖炉外围设有密闭燃烧室，密闭燃烧室上设有多个烧嘴，竖炉的下方依次设有过渡仓和铁焦冷却及余热装置，过渡仓的入口与竖炉的出口连接，过渡仓的出口与铁焦冷却及余热装置的入口连接；

所述的铁焦生产装置还包括煤气处理及净化装置，煤气处理及净化装置的入口通过煤气管道与竖炉的气体出口连接，煤气处理及净化装置的出口通过煤气管道与烧嘴连接。

2.根据权利要求1所述的铁焦生产装置，其特征在于，密闭燃烧室外墙上设有烟气出口，所述的铁焦生产装置还包括烟气处理及余热回收装置，烟气处理及余热回收装置的入口通过烟气管道与烟气出口连接，烟气经烟气处理及余热回收装置回收排出，煤气处理及净化装置的出口通过煤气管道经烟气处理及余热回收装置进行热交换，再与烧嘴连接。

3.根据权利要求1所述的铁焦生产装置，其特征在于，所述的竖炉炉墙的材料为热传导性好的耐火材料，密闭燃烧室的外墙的材料为绝热性能好的耐火材料。

4.采用权利要求1所述的铁焦生产装置的铁焦生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将铁矿粉、煤粉与粘结剂按规定比例混合均匀并压制得到铁焦生球；

2)铁焦生球经料罐进入竖炉，在竖炉内铁焦生球向下运行的过程中，被竖炉下部上升的煤气及外部燃烧室的辐射热所预热，经预热后的铁焦生球到达竖炉中部，铁焦生球中的铁矿石被还原，煤粉被干馏，形成铁焦，生成铁焦过程中产生的高温煤气向上运动，排出竖炉外；

3)高温的铁焦排出竖炉进入过渡仓；

4)高温铁焦经过渡仓最终落入铁焦冷却及余热回收装置。

5.根据权利要求4所述的铁焦生产方法，其特征在于，所述的步骤1)中，所述的铁焦生球大小为直径5～50mm。

6.根据权利要求4所述的铁焦生产方法，其特征在于，所述的步骤2)中，排出竖炉外的高温煤气经过煤气处理及净化装置处理和净化后送至密闭燃烧室作为补充燃料或直接外供。

7.根据权利要求4所述的铁焦生产方法，其特征在于，所述的铁焦生产装置还包括烟气处理及余热回收装置，所述的步骤2)中，密闭燃烧室产生的烟气经过烟气处理及余热回收装置处理后用于干燥、预热原料或预热助燃空气和煤气，提高系统能效。

8.根据权利要求4所述的铁焦生产方法，其特征在于，所述步骤1)中，铁焦生球的原料配制比例为：铁矿粉的质量百分比为10％～50％，煤粉的质量百分比为50％～90％，粘结剂的质量百分比为0％～10％。