CN108504861A - 一种铁矿直接还原铁的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铁精矿生产技术领域的一种铁矿直接还原铁的方法及装置，包括第一斗式提升机，所述第一斗式提升机的左侧从上到下依次设置有第一皮带输送机、矿石仓和定量皮带输送机，所述定量皮带输送机的左侧下方设置有粉磨机，所述选粉机右侧下方设置有回料皮带输送机，与现有的铁矿直接还原铁的方法及装置相比，本发明具有直接还原效率高，焙烧过程热量利用效率高等优点，可降低铁矿石粉体还原过程的能耗，提高还原铁过程的经济性，本发明的焙烧尾气中部分尾气在调质炉内通过燃烧释放其中未反应还原性气体的潜热再进入焙烧炉与经多级旋风预热器铁矿石粉体进入还原反应。

Description

一种铁矿直接还原铁的方法及装置

技术领域

本发明涉及铁精矿生产技术领域，具体为一种铁矿直接还原铁的方法及装置。

背景技术

人类最早获得铁的方法就是直接还原法，直接还原炼铁已有百余年历史、出现过百余种方法。但原始工艺复杂，效率低，不能适应人类进步的需要，后被二步法取代，这成为钢铁冶金技术的一次飞跃。随着人们对钢铁需求的巨大增长，冶金焦供应日趋紧张。到18世纪又提出现代直接还原连续铸钢|炼铁的设想，1865年在英国提出了第1个直接还原专利，50年后才出现了工业化的霍格纳斯法、维伯尔直接还原法，20世纪60年代石油及天然气的开发，为发展直接还原提供了方便、廉价的新能源；而选矿技术的进步，可提供高品位、低脉石的纯净铁精矿；电弧炉炼钢技术的发展，开辟了新型材料市场和生产技术，它则需要优质、纯净的炼钢原料。在当前要求钢铁工业投资省、见效快、效益好、低能耗和提高钢材质量、扩大钢材品种的形势下，直接还原电炉炼钢短流程迅速发展，进一步推动直接还原的发展。

现在已工业化或有工业价值的方法近40种。根据还原剂类型有使用气体还原剂的气基直接还原炼铁法和使用固体还原剂的煤基直接还原炼铁法两大类。以生产能力和实际产量而论，气基法为主导，约占90％，煤基法仅占约10％。

以天然气、油作能源，用氧化性气体(CO2、H2O)或氧作氧化剂，采用催化转化、高温裂解或部分氧化法实现碳氢化合物的分解转化，制成CO和H2混合气或H2还原气；或者用焦炭(或煤)制备还原气，在一定温度下将铁氧化物还原成金属铁。主要方法有竖炉法、罐式法、流态化法和碳化铁法，为此，我们提出一种铁矿直接还原铁的方法及装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁矿直接还原铁的方法及装置，以解决上述背景技术中提出的设备作业效率低，能耗高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铁矿直接还原铁的装置，包括第一斗式提升机，所述第一斗式提升机的左侧从上到下依次设置有第一皮带输送机、矿石仓和定量皮带输送机，所述定量皮带输送机的左侧下方设置有粉磨机，所述粉磨机的底部设置有选粉机，所述选粉机右侧下方设置有回料皮带输送机，所述粉磨机的左侧通过管道连接有旋风收尘机，所述旋风收尘机的顶部通过管道分别连接有布带除尘器和沸腾炉，且沸腾炉左侧通过管道与选粉机相连通，所述沸腾炉的右侧通过管道连接有螺旋输送机，所述螺旋输送机的顶部通过管道连接有煤仓，所述煤仓的右侧上方设置有第二皮带输送机，所述第二皮带输送机的后侧设置有第二斗式提升机，所述第二斗式提升机的右侧设置有破碎机，所述破碎机的顶部通过管道连接有存煤仓，所述布带除尘器的正下方设置有第一空气输送斜槽，所述第一空气输送斜槽的下方设置有第二空气输送斜槽，且第二空气输送斜槽的右端位于旋风收尘机的正下方，所述第二空气输送斜槽的左侧设置有第三斗式提升机，所述第三斗式提升机的左侧设置有第三皮带输送机，所述第三皮带输送机的左侧下方设置有多级预热装置，所述多级预热装置的左侧壁通过管道连接有还原物质补充器，所述多级预热装置的底部通过管道连接有尾置预热器，所述多级预热装置的右侧通过管道连接有焙烧炉，且焙烧炉的底部通过管道与尾置预热器的右侧壁相连接，所述尾置预热器的底部通过管道连接有蒸发冷却器，所述焙烧炉的右侧通过管道连接有调质炉，所述调质炉的右侧通过管道连接有煤化气炉，所述煤化气炉的右侧通过管道连接有进煤仓，所述煤化气炉的底部左侧设置有鼓风装置，所述煤化气炉的底部右侧点火装置。

优选的，所述蒸汽冷却器包括密封盖，所述密封盖的左侧设置有蒸汽排气管，所述密封盖的底部设置有冷却塔，所述冷却塔的内腔顶部设置有喷淋装置，所述喷淋装置的顶部设置有进水管，且进水管的左端伸出冷却塔的左侧壁，所述冷却塔的底部设置有排料口。

优选的，该铁矿直接还原铁的方法包括如下步骤：

S1：制粉：粉磨机对通过第一斗式提升机、第一皮带输送机、矿石仓和定量皮带输送机输送进粉磨机中的铁矿进行研磨，粉磨机将难选菱、褐铁矿进行烘干、细磨制成矿粉，选粉机对研磨后的粉末进行筛选；

S2：焙烧：将经过制粉后得到的矿粉进行多级预热后进入焙烧炉对难选铁矿粉进行磁化焙烧，焙烧过程中使矿粉悬浮于高温还原气体中进行还原铁，铁矿进入冷却系统进行冷却；

S3：高温烟气制备：步骤S2中进行焙烧时所需的高温烟气由煤气化炉和调质炉进行提供，煤气化炉进行烟气制备时，进煤仓为煤化气炉提供煤原料，鼓风装置为煤进行燃烧时提供助燃气体，点火装置对煤原料进行点火，调制炉在对铁矿进行调质处理时，也会产生还原气体，为焙烧提供高温烟气；

S4：焙烧矿冷却：将步骤S2中得到的焙烧矿经蒸发冷却器冷却后从底部排出，经调浆后由泵输送至磁选系统，含尘水蒸汽经除尘器除尘，水蒸汽用于发电。

优选的：所述步骤S1中，矿粉的粒度控制在50mm以下，经高效粉磨机制粉细磨的同时对矿物进行干燥，使矿粉的粒度控制在0.2mm以下，且含水量小于5％，矿石破碎与烘干均在粉磨机中进行，且通过外部控制系统进行调控。

优选的，所述步骤S2中，焙烧时所用的还原高温烟气为煤燃烧加热并同时制得的一氧化碳或还原气体不完全燃烧的高温气体。

优选的，所述步骤S2中，预还原系统中高温焙烧的温度控制在400℃～1100℃，一氧化碳体积分数控制在0.1％～10％，高温焙烧的时间为10s～90s，焙烧系统中高温焙烧时的矿粉与通入的高温烟气的固气比为1.2～2.0kg/Nm3，高温预热还原反应为多级预热，铁矿高温预热后进入焙烧炉进行还原反应，且多级预热的时间为30s～80s。

优选的，所述步骤S3中，高温烟气源来自煤气化炉和调质炉以及还原物质补充器,高温烟气的温度控制在400℃～900℃，高温烟气中的一氧化碳体积分数控制在0.1％～10％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：与现有的铁矿直接还原铁的方法及装置相比，本发明具有直接还原效率高，焙烧过程热量利用效率高等优点，可降低铁矿石粉体还原过程的能耗，提高还原铁过程的经济性，本发明的焙烧尾气中部分尾气在调质炉内通过燃烧释放其中未反应还原性气体的潜热再进入焙烧炉与经多级旋风预热器铁矿石粉体进入还原反应。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明蒸汽冷却器结构示意图；

图3为本发明还原铁的方法流程图。

图中：1第一斗式提升机、2第一皮带输送机、3矿石仓、4定量皮带输送机、5粉磨机、6选粉机、7回料皮带输送机、8旋风收粉机、9布带除尘器、10沸腾炉、11螺旋输送机、12煤仓、13第二皮带输送机、14第二斗式提升机、15破碎机、16存煤仓、17第二空气输送斜槽、18第一空气输送斜槽、19第三斗式提升机、20第三皮带输送机、21多级预热装置、22尾置预热器、23焙烧炉、24蒸发冷却器、241密封盖、242蒸汽排气管、243冷却塔、244喷淋装置、245进水管、246排料口、25调质炉、26煤化气炉、27进煤仓、28鼓风装置、29点火装置、30还原物质补充器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种铁矿直接还原铁的装置，包括第一斗式提升机1，第一斗式提升机1的左侧从上到下依次设置有第一皮带输送机2、矿石仓3和定量皮带输送机4，通过第一斗式提升机1、第一皮带输送机2、矿石仓3和定量皮带输送机4将铁矿输送进粉磨机5中，定量皮带输送机4的左侧下方设置有粉磨机5，经高效粉磨机5制粉细磨的同时对矿物进行干燥，使矿粉的粒度控制在0.2mm以下含，且水量小于5％，矿石破碎与烘干均在粉磨机5中进行，粉磨机5的底部设置有选粉机6，选粉机6对研磨后的粉末进行筛选，使得矿粉的粒度控制在50mm以上的粉末，再通过回料皮带输送机7输送回第一斗式提升机1的提斗中，进行再研磨，选粉机6右侧下方设置有回料皮带输送机7，粉磨机5的左侧通过管道连接有旋风收尘机8，使得粉磨机5中产生的粉末到通过旋风收尘机8进行输送，旋风收尘机8的顶部通过管道分别连接有布带除尘器9和沸腾炉10，且沸腾炉10左侧通过管道与选粉机6相连通，沸腾炉10的右侧通过管道连接有螺旋输送机11，螺旋输送机11的顶部通过管道连接有煤仓12，煤仓12的右侧上方设置有第二皮带输送机13，第二皮带输送机13的后侧设置有第二斗式提升机14，通过第二皮带输送机13和第二斗式提升机14将煤料输送进破碎机15，破碎机15对煤炭进行破碎处理，第二斗式提升机14的右侧设置有破碎机15，破碎机15的顶部通过管道连接有存煤仓16，布带除尘器9的正下方设置有第一空气输送斜槽18，第一空气输送斜槽18的下方设置有第二空气输送斜槽17，且第二空气输送斜槽17的右端位于旋风收尘机8的正下方，第二空气输送斜槽17的左侧设置有第三斗式提升机19，第三斗式提升机19的左侧设置有第三皮带输送机20，第三皮带输送机20的左侧下方设置有多级预热装置21，多级预热装置21的左侧壁通过管道连接有还原物质补充器30，多级预热装置21的底部通过管道连接有尾置预热器22，多级预热装置21的右侧通过管道连接有焙烧炉23，且焙烧炉23的底部通过管道与尾置预热器22的右侧壁相连接，尾置预热器22的底部通过管道连接有蒸发冷却器24，蒸发冷却器由冷却塔243、喷淋装置244、进水管245组成,将水加压后经喷嘴形成水雾后直接喷入焙烧矿,并吸收热量迅速蒸发,使高温粉矿迅速冷却至150℃,同时形成含尘水蒸气经除尘被凝聚成较大的颗粒沉降到灰斗排出，分离的水蒸汽用于发电，焙烧炉23的右侧通过管道连接有调质炉25，调质炉25的右侧通过管道连接有煤化气炉26，煤化气炉26的右侧通过管道连接有进煤仓27，煤化气炉26的底部左侧设置有鼓风装置28，对煤化气炉26中进行鼓风，便于点火工作的进行，煤化气炉26的底部右侧点火装置29，点火装置29对煤化气炉26进行点火处理。

其中，蒸汽冷却器24包括密封盖241，密封盖241的左侧设置有蒸汽排气管242，密封盖241的底部设置有冷却塔243，冷却塔243的内腔顶部设置有喷淋装置244，喷淋装置244的顶部设置有进水管245，且进水管245的左端伸出冷却塔243的左侧壁，冷却塔243的底部设置有排料口246，蒸发冷却器由冷却塔243、喷淋装置244、进水管245组成,将水加压后经喷嘴形成水雾后直接喷入焙烧矿,并吸收热量迅速蒸发,使高温粉矿迅速冷却至150℃,同时形成含尘水蒸气经除尘被凝聚成较大的颗粒沉降到灰斗排出，分离的水蒸汽用于发电；

一种铁矿直接还原铁的方法，该铁矿直接还原铁的方法包括如下步骤：

S1：制粉：粉磨机5对通过第一斗式提升机1、第一皮带输送机2、矿石仓3和定量皮带输送机4输送进粉磨机5中的铁矿进行研磨，粉磨机5将难选菱、褐铁矿进行烘干、细磨制成矿粉，选粉机6对研磨后的粉末进行筛选，步骤S1中，矿粉的粒度控制在50mm以下，经高效粉磨机5制粉细磨的同时对矿物进行干燥，使矿粉的粒度控制在0.2mm以下，且含水量小于5％，矿石破碎与烘干均在粉磨机5中进行，且通过外部控制系统进行调控；

S2：焙烧：将经过制粉后得到的矿粉进行多级预热后进入焙烧炉23对难选铁矿粉进行磁化焙烧，焙烧过程中使矿粉悬浮于高温还原气体中进行还原铁，铁矿进入冷却系统进行冷却，步骤S2中，所述步骤S2中，焙烧时所用的还原高温烟气为煤燃烧加热并同时制得的一氧化碳或还原气体不完全燃烧的高温气体，步骤S2中，预还原系统中高温焙烧的温度控制在400℃～1100℃，一氧化碳体积分数控制在0.1％～10％，高温焙烧的时间为10s～90s，焙烧系统中高温焙烧时的矿粉与通入的高温烟气的固气比为1.2～2.0kg/Nm3，高温预热还原反应为多级预热，铁矿高温预热后进入焙烧炉23进行还原反应，且多级预热的时间为30s～80s；

S3：高温烟气制备：步骤S2中进行焙烧时所需的高温烟气由煤气化炉26和调质炉25进行提供，煤气化炉26进行烟气制备时，进煤仓27为煤化气炉26提供煤原料，鼓风装置28为煤进行燃烧时提供助燃气体，点火装置29对煤原料进行点火，调制炉25在对铁矿进行调质处理时，也会产生还原气体，可以为焙烧提供高温烟气，高温烟气源来自煤气化炉26和调质炉25以及还原物质补充器30,高温烟气的温度控制在400℃～900℃，高温烟气中的一氧化碳体积分数控制在0.1％～10％；

S4：焙烧矿冷却：将步骤S2中得到的焙烧矿经蒸发冷却器24冷却后从底部排出，经调浆后由泵输送至磁选系统，含尘水蒸汽经除尘器除尘，水蒸汽用于发电。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种铁矿直接还原铁的装置，包括第一斗式提升机(1)，其特征在于：所述第一斗式提升机(1)的左侧从上到下依次设置有第一皮带输送机(2)、矿石仓(3)和定量皮带输送机(4)，所述定量皮带输送机(4)的左侧下方设置有粉磨机(5)，所述粉磨机(5)的底部设置有选粉机(6)，所述选粉机(6)右侧下方设置有回料皮带输送机(7)，所述粉磨机(5)的左侧通过管道连接有旋风收尘机(8)，所述旋风收尘机(8)的顶部通过管道分别连接有布带除尘器(9)和沸腾炉(10)，且沸腾炉(10)左侧通过管道与选粉机(6)相连通，所述沸腾炉(10)的右侧通过管道连接有螺旋输送机(11)，所述螺旋输送机(11)的顶部通过管道连接有煤仓(12)，所述煤仓(12)的右侧上方设置有第二皮带输送机(13)，所述第二皮带输送机(13)的后侧设置有第二斗式提升机(14)，所述第二斗式提升机(14)的右侧设置有破碎机(15)，所述破碎机(15)的顶部通过管道连接有存煤仓(16)，所述布带除尘器(9)的正下方设置有第一空气输送斜槽(18)，所述第一空气输送斜槽(18)的下方设置有第二空气输送斜槽(17)，且第二空气输送斜槽(17)的右端位于旋风收尘机(8)的正下方，所述第二空气输送斜槽(17)的左侧设置有第三斗式提升机(19)，所述第三斗式提升机(19)的左侧设置有第三皮带输送机(20)，所述第三皮带输送机(20)的左侧下方设置有多级预热装置(21)，所述多级预热装置(21)的左侧壁通过管道连接有还原物质补充器(30)，所述多级预热装置(21)的底部通过管道连接有尾置预热器(22)，所述多级预热装置(21)的右侧通过管道连接有焙烧炉(23)，且焙烧炉(23)的底部通过管道与尾置预热器(22)的右侧壁相连接，所述尾置预热器(22)的底部通过管道连接有蒸发冷却器(24)，所述焙烧炉(23)的右侧通过管道连接有调质炉(25)，所述调质炉(25)的右侧通过管道连接有煤化气炉(26)，所述煤化气炉(26)的右侧通过管道连接有进煤仓(27)，所述煤化气炉(26)的底部左侧设置有鼓风装置(28)，所述煤化气炉(26)的底部右侧点火装置(29)。

2.根据权利要求1所述的一种铁矿直接还原铁的装置，其特征在于：所述蒸汽冷却器(24)包括密封盖(241)，所述密封盖(241)的左侧设置有蒸汽排气管(242)，所述密封盖(241)的底部设置有冷却塔(243)，所述冷却塔(243)的内腔顶部设置有喷淋装置(244)，所述喷淋装置(244)的顶部设置有进水管(245)，且进水管(245)的左端伸出冷却塔(243)的左侧壁，所述冷却塔(243)的底部设置有排料口(246)。

3.一种铁矿直接还原铁的方法，其特征在于：该铁矿直接还原铁的方法包括如下步骤：

S1：制粉：粉磨机(5)对通过第一斗式提升机(1)、第一皮带输送机(2)、矿石仓(3)和定量皮带输送机(4)输送进粉磨机(5)中的铁矿进行研磨，粉磨机(5)将难选菱、褐铁矿进行烘干、细磨制成矿粉，选粉机(6)对研磨后的粉末进行筛选；

S2：焙烧：将经过制粉后得到的矿粉进行多级预热后进入焙烧炉(23)对难选铁矿粉进行磁化焙烧，焙烧过程中使矿粉悬浮于高温还原气体中进行还原铁，铁矿进入冷却系统进行冷却；

S3：高温烟气制备：步骤S2中进行焙烧时所需的高温烟气由煤气化炉(26)和调质炉(25)进行提供，煤气化炉(26)进行烟气制备时，进煤仓(27)为煤化气炉(26)提供煤原料，鼓风装置(28)为煤进行燃烧时提供助燃气体，点火装置(29)对煤原料进行点火，调制炉(25)在对铁矿进行调质处理时，也会产生还原气体，为焙烧提供高温烟气；

S4：焙烧矿冷却：将步骤S2中得到的焙烧矿经蒸发冷却器(24)冷却后从底部排出，经调浆后由泵输送至磁选系统，含尘水蒸汽经除尘器除尘，水蒸汽用于发电。

4.根据权利要求3所述的一种铁矿直接还原铁的方法，其特征在于：所述步骤S1中，矿粉的粒度控制在50mm以下，经高效粉磨机(5)制粉细磨的同时对矿物进行干燥，使矿粉的粒度控制在0.2mm以下，且含水量小于5％，矿石破碎与烘干均在粉磨机(5)中进行，且通过外部控制系统进行调控。

5.根据权利要求3所述的一种铁矿直接还原铁的方法，其特征在于：所述步骤S2中，焙烧时所用的还原高温烟气为煤燃烧加热并同时制得的一氧化碳或还原气体不完全燃烧的高温气体。

6.根据权利要求3所述的一种铁矿直接还原铁的方法，其特征在于：所述步骤S2中，预还原系统中高温焙烧的温度控制在400℃～1100℃，一氧化碳体积分数控制在0.1％～10％，高温焙烧的时间为10s～90s，焙烧系统中高温焙烧时的矿粉与通入的高温烟气的固气比为1.2～2.0kg/Nm3，高温预热还原反应为多级预热，铁矿高温预热后进入焙烧炉(23)进行还原反应，且多级预热的时间为30s～80s。

7.根据权利要求3所述的一种铁矿直接还原铁的方法，其特征在于：所述步骤S3中，高温烟气源来自煤气化炉(26)和调质炉(25)以及还原物质补充器(30),高温烟气的温度控制在400℃～900℃，高温烟气中的一氧化碳体积分数控制在0.1％～10％。