CN107916314A - 一种转底炉还原系统与厚料层还原方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种转底炉还原系统，该系统包括转底炉、烟气分配装置和气体输送装置；所述转底炉包括炉体和传动装置；所述炉体为环形空间结构，按炉料运动方向分为加料区、预热区、中温区、高温区和出料区；所述炉体包括加热装置、球团进料口、球团出料口、烟气出口；所述传动装置和所述旋转的炉底连接；所述烟气分配装置为纵向气体运输管道，且多个所述烟气分配装置位于所述炉体的腔内；该纵向气体运输管道下半部分具有通气孔，其下端与所述旋转的炉底连接；所述气体输送装置连接且和所述烟气出口以及所述烟气分配装置。本发明的方案实现了转底炉厚料层还原，转底炉有效处理量的提高，促进转底炉直接还原工艺的工业化进程。

Description

一种转底炉还原系统与厚料层还原方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体为一种转底炉还原系统与厚料层还原方法。

背景技术

转底炉煤基直接还原技术是一种用来焙烧含碳球团的技术，其工艺特点是：将含金属氧化物的物料与固体煤粉混合造球，含碳球团通过布料机能够均匀地布在炉底上，随着炉底的转动在900～1400℃的高温下敞焰加热，实现物料的快速还原以获得还原产物。含碳球团在炉内的停留时间可根据其还原速率的快慢通过控制炉底转动速度进行调节。因此转底炉煤基直接还原工艺具有还原温度高、时间短、炉料与炉底相对静止、操作灵活等特点，已经在复杂金属矿物提取、冶金废料综合利用和铁合金生产等领域得到普遍应用。

在转底炉内，能量主要靠辐射传热由上向下传递至料层，适合进行高温、薄料层快速还原，球团布料厚度一般不超过4层；燃烧系统或气氛操作不当时，金属化球团在还原后期容易受到炉气的二次氧化，致使还原率降低，单炉生产规模受到限制，不利于转底炉煤基直接还原工艺的大规模应用。因此，料层厚度难以提高限制了转底炉直接还原工艺规模的扩大化。

现有技术公开了一种双环转底炉，其包括炉顶、炉墙、炉膛和炉底，炉墙包括内炉墙和外炉墙，炉顶、外炉墙、内炉墙和炉底组成环状炉体，环状炉体的内部从里往外依次包括呈同心圆结构的内环炉膛和外环炉膛，内环炉膛和外环炉膛提供还原气氛的空间；炉顶、内炉墙以及外炉墙的底部均通过密封槽与陆地相连；炉底从下至上依次包括环盘、耐火材料层和炉料层，炉料层的上方安装有出料机，出料机对应的出料口设置于外环炉膛和内环炉膛之间。该技术虽然提高了转底炉处理量，但是并没有在根本上解决转底炉薄料层的问题，且该双环转底炉增大了土建费用，系统复杂，不便于实施。

现有技术还公开了一种转底炉多层球团同步还原的方法，其包括：将钒钛磁铁矿精矿与碳质还原剂混合进行造球、压球或混合压块，将造球、压球或混合压块置于转底炉中形成多层球层，顶部球层在造球、压球或混合压块过程中未加入添加剂，相邻往下的球层按造球、压球或混合压块质量的0.01％～30％递增加入添加剂，然后进行同步还原过程得到可供电炉炼钢使用的还原球团。通过加快下部含碳球团的还原速率，使整个料层在还原一定时间后同时达到某一特定还原工艺条件下能达到的最高金属化率，实现转底炉含碳球团多层球团同步还原。虽然该方法可以实现转底炉厚料层还原的效果，但是添加剂控制难度较大，可变范围较窄，不利于工业化的推广和实施。

发明内容

面临上述技术问题，本发明旨在提出一种实现转底炉厚料层还原的系统和方法，以提高转底炉处理的料层厚度，实现转底炉有效处理量的提高，促进转底炉直接还原工艺的工业化进程。

为实现上述目的，本发明提出了一种转底炉还原系统，其特征在于，该系统包括转底炉、烟气分配装置和气体输送装置；其中，

所述转底炉包括炉体和传动装置；其中，

所述炉体为炉顶、内炉墙、外炉墙和旋转的炉底所构成的环形空间结构，该环形空间结构按炉料运动方向分为加料区、预热区、中温区、高温区和出料区；所述炉体包括加热装置、球团进料口、球团出料口、烟气出口；多个所述加热装置分布于所述炉体的预热区、中温区以及高温区；所述球团进料口位于所述加料区，所述球团出料口位于所述出料区，所述烟气出口设置于所述均匀分布在预热区、中温区和高温区的炉顶；

所述传动装置和所述旋转的炉底连接；

所述烟气分配装置为纵向气体运输管道，且多个所述烟气分配装置位于所述炉体的腔内；该纵向气体运输管道下半部分具有通气孔，其下端与所述旋转的炉底连接；

所述气体输送装置设置有阀门，且和所述烟气出口以及所述烟气分配装置相连。

进一步地，所述烟气分配装置均匀设置在所述内炉墙和所述外炉墙的中间位置，且在所述炉体中沿加料区、预热区、中温区以及高温区成“C”形分布。

优选地，所述烟气分配装置数量为4个以上。

具体地，所述通气孔的垂直方向上包括1～5个孔；直径优选为10～50mm。

进一步地，所述烟气分配装置使用碳化锆陶瓷复合材料。

本发明还提出了一种利用上述系统对转底炉厚料层进行还原的方法，其特征在于，该方法包括：

A.加料：将含有铁资源的含碳球团从球团进料口加入转底炉，所述含碳球团的料层厚度优选为102mm～136mm；

B.加热还原：炉底旋转的反应过程中产生的烟气通过气体输送装置送至烟气分配装置，并经该烟气分配装置的通气孔分配给转底炉下层的含碳球团，促进下层含碳球团的再次还原；其中，通过所述气体输送装置的阀门，能够控制所述烟气流量。

优选地，所述含碳球团呈椭球型，尺寸为(36mm～40mm)×(26mm～30mm)×(17mm～20mm)。

具体地，所述料层厚度为6～8层所述含碳球团。

进一步地，所述步骤B中的加热还原的反应温度为1200-1300℃，反应时间优选为30-60min。

具体地，所述铁资源选自铬铁矿、红土镍矿、赤泥、铜渣或镍渣的一种或几种。

本发明提供的技术方案的主要优势在于：(1)工艺和系统较为简单，易于推广；(2)可以实现转底炉厚料层还原，促进转底炉直接还原工艺的工业化的进程；(3)有效利用反应中的烟气，实现了绿色生产。

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

图1为本发明的转底炉俯视图；

图2为本发明的转底炉还原系统中间展开图；

图3为本发明的转底炉设备中间截面图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明提出了一种转底炉还原系统，如图1和图2，其特征在于，该系统包括转底炉1、烟气分配装置2和气体输送装置3；其中，

所述转底炉1包括炉体11和传动装置12；其中，

所述炉体11为炉顶、内炉墙、外炉墙和旋转的炉底所构成的环形空间结构，该环形空间结构按炉料运动方向分为加料区111、预热区112、中温区113、高温区114和出料区115，炉底转动方向如图2箭头所示；所述炉体11包括加热装置116、球团进料口117、球团出料口118、烟气出口119；多个所述加热装置116分布于所述炉体的预热区112、中温区113以及高温区114，该加热装置116用于将转底炉升至所需的温度，为含碳球团的直接还原提供热量；所述球团进料口117位于所述加料区111，所述球团出料口118位于所述出料区115，所述烟气出口119设置于所述均匀分布在预热区112、中温区113和高温区114的炉顶；

所述传动装置12和所述旋转的炉底连接，用于为转底炉提供动力，使转底炉炉底进行旋转；

所述烟气分配装置2为纵向气体运输管道，且多个所述烟气分配装置2位于所述炉体11的腔内；该纵向气体运输管道下半部分具有通气孔21，便于将烟气均匀分配给下层球团，使下层球团充分还原，纵向气体运输管道下端与所述旋转的炉底连接；

所述气体输送装3设置有阀门31，且和所述烟气出口119以及所述烟气分配装置2相连。

进一步地，所述烟气分配装置2均匀设置在所述内炉墙和所述外炉墙的中间位置，且在所述炉体11中沿加料区111、预热区112、中温区113以及高温区114成“C”形分布。转底炉工作时，纵向气体运输管道随着转底炉炉底转动，烟气通过C型横管总管22进入到各烟气分配装置2。

优选地，所述烟气分配装置2的数量为4个以上，优选为8个。如图3，每个烟气分配装置2的纵向气体运输管道成对设置，其通气孔开口方向水平向下倾斜30°～45°，使烟气可以到达下层球团。

具体地，所述通气孔21的垂直方向上包括1～5个孔；直径优选为10～50mm。

进一步地，所述烟气分配装置2使用碳化锆陶瓷复合材料，具有耐高温、耐磨的特点。

本发明还提出了一种利用上述系统对转底炉厚料层进行还原的方法，其特征在于，该方法包括：

A.加料：将含有铁资源的含碳球团从球团进料口加入转底炉，所述含碳球团的料层厚度优选为102mm～136mm；

B.加热还原：炉底旋转的反应过程中产生的烟气通过气体输送装置送至烟气分配装置，并经该烟气分配装置的通气孔分配给转底炉下层的含碳球团，促进下层含碳球团的再次还原，最终实现转底炉厚料层还原，所述含碳球团经还原后的金属化率可达80％-90％。其中，通过所述气体输送装置的阀门，能够控制所述烟气流量；气体输送装置中烟气温度为1100～1300℃。

优选地，所述含碳球团呈椭球型，尺寸为(36mm～40mm)×(26mm～30mm)×(17mm～20mm)，较一般直接还原工艺所用的8～16mm的球团尺寸大，因此球团间的空隙较大，有利于烟气通过和热量传递。

具体地，所述料层厚度为6～8层所述含碳球团。

进一步地，所述步骤B中的加热还原的反应温度为1200-1300℃，优选1250-1300℃，反应时间优选为30-60min。

具体地，所述铁资源包括难选铁矿石以及各种工业固体废弃物，其可以选自铬铁矿、红土镍矿、赤泥、铜渣或镍渣的一种或几种。

下面结合具体实施例对本发明的厚料层还原工艺作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1

利用本发明的转底炉还原系统处理赤泥，具体方法如下：

某赤泥的全铁质量分数为32.61％，还原剂采用兰炭(固定碳83％，灰分9％)，粒度为2mm。将其按照赤泥：兰炭：石灰石：膨润土＝80:12.8:4:4进行压球并烘干，球团尺寸为36mm×26mm×17mm，呈椭球型。将含碳球团给入转底炉，球团厚度为6层，所述含碳球团的料层厚度为102mm，在加热装置的作用下将转底炉的温度升至1300℃，焙烧40min，在气体输送装置和烟气分配装置的作用下，下层球团进一步还原，整体金属化率可达80％。

若在常规转底炉(即不设有本发明转底炉还原系统)上处理上述赤泥，将其按照赤泥：兰炭：石灰石：膨润土＝80:12.8:4:4进行压球并烘干，将含碳球团转底炉，球团厚度为2层，在1300℃焙烧40min，整体金属化率可达70％，且下层球团还原较差。

实施例2

利用本发明的转底炉还原系统处理红土镍矿，具体方法如下：

某红土镍矿的全铁质量分数为30.28％，还原剂采用焦炭(固定碳77％，灰分9％)，粒度为2mm。将其按照红土镍矿：焦炭：生石灰：膨润土＝80:13.6:4.8:4进行压球并烘干，球团尺寸为40mm×30mm×20mm，呈椭球型。将含碳球团给入转底炉，球团厚度为7层，所述含碳球团的料层厚度为120mm，在加热装置的作用下将转底炉的温度升至1250℃，焙烧42min，在气体输送装置和烟气分配装置的作用下，下层球团进一步还原，整体金属化率可达85％。

若在常规转底炉(即不设有本发明转底炉还原系统)上处理上述红土镍矿，将其按照红土镍矿：焦炭：生石灰:膨润土＝80:13.6:4.8:4进行压球并烘干，将含碳球团转底炉，球团厚度为2层，在1250℃焙烧42min，整体金属化率可达73％，且下层球团还原较差。

实施例3

利用本发明的转底炉还原系统处理铜渣，具体方法如下：

某铜渣的全铁质量分数为29.57％，还原剂采用兰炭(固定碳83％，灰分9％)，粒度为2mm。按照铜渣：焦炭：生石灰：膨润土＝80:16:8:4进行压球并烘干，球团尺寸为38mm×28mm×18mm，呈椭球型。将含碳球团给入上述转底炉，球团厚度为8层，所述含碳球团的料层厚度为136mm，在加热装置的作用下将转底炉的1200℃，焙烧45min，在气体输送装置和烟气分配装置的作用下，下层球团进一步还原，整体金属化率可达90％。

若在常规转底炉(即不设有本发明转底炉还原系统)上处理上述铜渣，将其按照铜渣：焦炭：生石灰：膨润土＝80:16:64:4进行压球并烘干，将含碳球团转底炉，球团厚度为2层，在1250℃焙烧45min，整体金属化率可达75％，且下层球团还原较差。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种转底炉还原系统，其特征在于，该系统包括转底炉、烟气分配装置和气体输送装置；其中，

所述转底炉包括炉体和传动装置；其中，

所述炉体为炉顶、内炉墙、外炉墙和旋转的炉底所构成的环形空间结构，该环形空间结构按炉料运动方向分为加料区、预热区、中温区、高温区和出料区；所述炉体包括加热装置、球团进料口、球团出料口、烟气出口；多个所述加热装置分布于所述炉体的预热区、中温区以及高温区；所述球团进料口位于所述加料区，所述球团出料口位于所述出料区，所述烟气出口设置于所述均匀分布在预热区、中温区和高温区的炉顶；

所述传动装置和所述旋转的炉底连接；

所述烟气分配装置为纵向气体运输管道，且多个所述烟气分配装置位于所述炉体的腔内；该纵向气体运输管道下半部分具有通气孔，其下端与所述旋转的炉底连接；

所述气体输送装置设置有阀门，且和所述烟气出口以及所述烟气分配装置相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述烟气分配装置均匀设置在所述内炉墙和所述外炉墙的中间位置，且在所述炉体中沿加料区、预热区、中温区以及高温区成“C”形分布。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述烟气分配装置数量为4个以上。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通气孔的垂直方向上包括1～5个孔；直径为10～50mm。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述烟气分配装置使用碳化锆陶瓷复合材料。

6.一种利用权利要求1-5任一所述系统对转底炉厚料层进行还原的方法，其特征在于，该方法包括：

A.加料：将含有铁资源的含碳球团从球团进料口加入转底炉，所述含碳球团的料层厚度为102mm～136mm；

B.加热还原：炉底旋转的反应过程中产生的烟气通过气体输送装置送至烟气分配装置，并经该烟气分配装置的通气孔分配给转底炉下层的含碳球团，促进下层含碳球团的再次还原；其中，通过所述气体输送装置的阀门，能够控制所述烟气流量。

7.根据权利要求6所述的的方法，其特征在于，所述含碳球团呈椭球型，尺寸为(36mm～40mm)×(26mm～30mm)×(17mm～20mm)。

8.根据权利要求7所述的的方法，其特征在于，所述料层厚度为6～8层所述含碳球团。

9.根据权利要求6所述的的方法，其特征在于，所述步骤B中的加热还原的反应温度为1200-1300℃，反应时间为30-60min。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述铁资源选自铬铁矿、红土镍矿、赤泥、铜渣或镍渣的一种或几种。