CN108690896A - 一种高强度短流程熔融还原冶炼装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度短流程熔融还原冶炼装置及方法，该装置包括回转窑和熔融还原气化炉；所述熔融还原气化炉自下而上包括依次连通的熔池、反应塔和下降管，所述熔池为长方体结构，反应塔由拱形炉顶和炉壁形成，所述下降管位于拱形炉顶的顶部；所述下降管与回转窑的煤气入口连通；所述熔池的侧壁上设有上排氧枪和下排氧煤枪，上排氧枪和下排氧煤枪分别分布在熔池两侧；所述下降管的两侧分别具有冷煤气入口。该方法采用前述装置制备铁。该方法取消了钢铁企业污染排放最大的焦化、烧结和球团工序，从源头减少了能源消耗和污染物排放，缩短了工艺流程，降低了生产成本，综合能耗比传统高炉工艺降低了30%。

Description

一种高强度短流程熔融还原冶炼装置及方法
技术领域
本发明属于炼铁技术领域，涉及一种高强度短流程熔融还原冶炼装置及方法。
背景技术
伴随着我国炼铁工业的快速发展,高炉生产技术也取得了长足进步。但是我国的炼铁技术发展很不平衡，随着高炉大型化的发展,高炉对焦炭质量的要求日益提高。焦煤资源的短缺严重制约了我国高炉大型化的进程。此外，传统的高炉炼铁流程长，高炉炼铁必须使用烧结矿、球团矿以及焦炭，高炉炼铁流程（高炉、焦化、烧结/球团）的能耗和CO2排放占整个钢铁流程总量的70%以上，污染物排放量占总量90%以上。焦炭短缺和焦炭价格上涨严重增加了高炉炼铁的成本，烧结、球团以及焦化工序的高能耗和高污染物排放问题是高炉炼铁流程无法回避的关键技术难题。因此，钢铁工业为摆脱焦煤资源短缺对发展的羁绊、适应日益提高的环境保护要求、降低钢铁生产能耗、改善钢铁产品结构和提高质量和品质、实现低品位铁矿、复合矿以及冶金固体废弃物的综合利用，开发了以非结焦煤为基础能源的非高炉炼铁技术。
非高炉炼铁技术可分为直接还原与熔融还原两部分。直接还原是非高炉炼铁中已实现大规模工业化生产的技术，主要的煤基直接还原技术有煤基竖炉法、转底炉法、流化床法、回转窑法和隧道窑法等。主要的工业化或半工业化熔融还原技术有COREX（奥钢联开发的非焦煤炼铁技术）、FINEX（直接用矿粉和非炼焦煤粉冶炼铁水的技术）、Hismelt（力拓集团开发的以铁矿粉和非焦煤冶炼铁矿粉的技术）、Romelt（以非焦煤为还原剂和燃料，以矿石和铁氧化物为原料冶炼铁水的技术）等。以上的直接还原、熔融还原炼铁技术发展至今，没有任何一种方法可以完全取代高炉炼铁技术，主要存在预还原控制难度大、设备作业率低、煤气化学能和物理热利用不充分、煤耗和氧耗过高等问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种全氧全煤炼铁技术的煤气提质回收的装置和工艺。本发明旨在对全氧全煤炼铁过程中产生的含尘煤气进行净化、冷却、CO2脱除、煤气储存以及煤气循环利用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高强度短流程熔融还原冶炼装置，包括回转窑和熔融还原气化炉；
所述熔融还原气化炉自下而上包括依次连通的熔池、反应塔和下降管，所述熔池为长方体结构，反应塔由拱形炉顶和炉壁形成，所述下降管位于拱形炉顶的顶部；
所述下降管与回转窑的煤气入口连通；
所述熔池的侧壁上设有上排氧枪和下排氧煤枪，上排氧枪和下排氧煤枪分别分布在熔池两侧；
所述下降管的两侧分别具有冷煤气入口。
作为改进，还包括煤气提质回收装置；
所述煤气提质回收装置包括烟气除尘净化结构、冷却结构、吸附结构和回收循环结构；
所述烟气除尘净化结构用于对回转窑排出的尾气进行除尘净化，除去炉尘；
所述冷却结构用于对经过除尘净化结构处理后的尾气进行降温；
所述吸附结构用于对经过冷却结构降温后的尾气进行CO2脱除；
所述回收循环结构用于对经过吸附结构处理后的提质煤气进行回收，回收的提质煤气一部分通过冷煤气入口进入下降管，另一部分进入回转窑中。
作为改进，还包括炉尘回收结构；
所述炉尘回收结构与烟气除尘净化结构的底部连通，用于收集烟气除尘净化结构中除去的炉尘。
作为改进，所述烟气除尘净化结构包括重力除尘器和干式除尘器；
所述重力除尘器自上而下依次包括冷却部分、除尘部分和炉尘沉淀部分，
所述冷却部分的顶部具有第一烟气入口，第一烟气入口通过烟气管道与回转窑的尾气排出管连通，除尘部分的底部具有第一烟气出口，炉尘沉淀部分的底部具有第一炉尘出口；
所述干式除尘器具有第二烟气入口，第二烟气出口和第二炉尘出口，所述第二烟气入口与第一烟气出口连通；
所述第一炉尘出口和第二炉尘出口通过管道与炉尘回收结构连通。
作为改进，所述冷却结构包括冷却塔和冷却水循环结构；
所述冷却塔上具有第三烟气入口，第三烟气出口和冷却水出口，所述第三烟气入口与第二烟气出口通过管道连通，且该管道上设有抽气泵，第三烟气出口与所述吸附结构上的烟气入口连通；
所述冷却水循环结构包括第一水箱、第二水箱和第三水箱；
所述第二水箱和第三水箱通过一根水管连通形成连通器结构；
所述第一水箱具有第一进水口和第一出水口，所述第一出水口通过第一水管与设置在重力除尘器顶部的第一喷淋器连接，所述第一水管上设有第一水泵；
所述第二水箱具有注水口、第二进水口和第二出水口，所述第二进水口与冷却塔的冷却水出口连通，所述第二出水口通过第二水管与第一水箱连通，所述第二水管上设有第二水泵；
第三水箱具有第三出水口，所述第三出水口通过第三水管与冷却塔顶部的第二喷淋器连接，所述第三水管上设有第三水泵。
作为改进，所述回收循环结构包括煤气储存罐、压缩机、烟气输送总管、第一烟气支管
和第二烟气支管；
所述煤气储存罐具有烟气入口和烟气出口，所述煤气储存罐上的烟气入口与吸附结构上的烟气出口连通，煤气储存罐上的烟气出口与烟气输送总管的进气口连通；所述烟气输送总管的出气口分别与第一烟气支管的进气口和第二烟气支管的进气口连通，第一烟气支管的出气口与熔融还原气化炉顶部的烟气管道连通，第二烟气支管的出气口与回转窑的进气口连通。
一种高强度短流程熔融还原冶炼方法，采用上述的高强度短流程熔融还原冶炼装置；
包括如下步骤：
S1：铁氧化物含碳球团在回转窑中进行预还原；
S2：经过预还原后的铁氧化物含碳球团经下降管进入到熔融还原气化炉内进行终还原熔分，在该步骤中，预还原后的铁氧化物含碳球团先在反应塔中进行再还原，最后进入熔池还原熔分；
S3：所述熔池底部具有渣口和铁口，还原得到的铁从铁口排出，渣子从渣口排出。
作为改进，所述步骤S1中，回转窑煤气入口中入口煤气的温度为1200～1300℃，入口
煤气的CO体积百分数为35～55%，CO2的体积百分数为35～45%，H2的体积百分数为7～10%,N2体积分数为2～4%，H2O体积分数为2～6%；
回转窑煤气出口中出口煤气的温度为1100～1200℃，出口煤气的CO体积百分数为20～30%，CO2的体积百分数为50～60%，H2的体积百分数为1～3%,N2体积百分数为4～6%，H2O的体积百分数为8～11%。
作为改进，所述步骤S1中，回转窑的还原温度1100～1200℃，回转窑预还原球团的金属化率为70～90%，金属化球团热装进入熔融还原气化炉60的温度为1100～1200℃。
作为改进，所述步骤S2中，反应塔还原温度范围为1500℃～1800℃，并且越靠近熔池
的位置炉内温度越高；
反应塔出口烟气温度为1500～1600℃，出口烟气的CO体积百分数为40～45%，CO2的体积百分数为40～48%，H2的体积百分数为6～10%,N2的体积百分数为1～2%，H2O体积分数为1～3%。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
1、本发明提供的装置结构简单，只需要对现有设备做简单改装即可，生产投资小。
2、炉体两侧对称分布氧煤枪的氧煤协同喷吹，不仅为渣铁熔化提供了热量，同时还起到搅拌熔池，促进还原和渣铁分离的作用，生产效率大大提高。
3、回转窑预还原采用煤气循环利用技术，直接使用熔融还原气化炉60产生的煤气为其提供热量和还原气，无需外加热源。
4、回转窑尾气CO2吸附技术能够显著的提高煤气质量，将煤气的有效还原组分浓度提高到80%以上，同时又减少了CO2的排放， CO2排放量减少85%以上。
5、该方法取消了钢铁企业污染排放最大的焦化、烧结和球团工序，从源头减少了能源消耗和污染物排放，缩短了工艺流程，降低了生产成本，综合能耗比传统高炉工艺降低了30%。
附图说明
图1是熔融还原气化炉的正视图。
图2为熔融还原气化炉的侧视图。
图3为煤气提质回收装置的结构原理图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “顶”、“底”“内”、“外”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一个或者更多个该特征。
本发明所述的煤气浓度、还原组分浓度以及氧气浓度均为体积百分数。
实施例1：一种高强度短流程熔融还原冶炼装置，包括回转窑50和熔融还原气化炉60；
所述熔融还原气化炉60自下而上包括依次连通的熔池61、反应塔63和下降管65，所述熔池61为长方体结构，反应塔63由拱形炉顶和炉壁形成，所述下降管65位于拱形炉顶的顶部。
熔池61的底部具有渣口68和铁口69，其中铁口69的高度低于渣口68。
熔融还原气化炉60总高度为3至12 m，宽度尺寸为1至4 m，高度为3～8 m，圆拱形炉顶半径为1.5至6 m，拱形宽度为3至12 m。回转窑50与反应塔63的连接管道为反应塔63顶部的烟气管道，也称之为下降管，下降管65为长方体结构，长度为2～8 m,宽度为1～6 m,高度为1.5～6 m；所述反应塔63的高度为3.5～8 m，宽度为3～12 m。
所述下降管65与回转窑50的煤气入口连通；
所述熔池61的侧壁上设有上排氧枪62和下排氧煤枪64，上排氧枪62和下排氧煤枪64分别分布在熔池61两侧；上排氧枪62为4至16个，下排氧煤枪64为6至24个，氧煤枪采用套筒式一体化喷枪。所述熔池61底部为死铁层，高度为0.5～1.5 m。
所述上排氧枪62用于燃烧部分煤气的喷吹，为炉渣提供热量，大约60～75%的热量被炉渣吸收。燃烧所用的氧气浓度为85%～95%，具体可以为：85%、88%、90%、92%、95%：煤气的氧化度为15%～25%，具体可以为15%、18%、20%、22%、25%。
所述下排氧煤枪64用于煤粉和氧气的喷吹，为渣铁熔化提供热量，同时搅拌熔池61，更好的实现渣铁分离。熔渣熔点控制在1450℃～1550℃，具体可以是：1450℃、1480℃、1550℃，炉渣温度控制在1550℃～1650℃，具体可以是：1550℃、1580℃、1600℃、1650℃，铁水温度控制在1500℃～1550℃，具体可以是：1500℃、1520℃、1550℃。
所述下降管65的两侧分别具有冷煤气入口。
该高强度短流程熔融还原冶炼装置将煤气闭循环利用的回转窑50与反应塔63以及熔池61串联起来。采用煤气闭循环利用的回转窑50作为预还原单元，反应塔63作为再还原单元，预还原和再还原单元的热量均来自于熔池61内产生的高温煤气。预还原结束后，高温金属化球团通过热装的形式直接进入到反应塔63和熔池61内进行终还原熔分。
作为改进，高强度短流程熔融还原冶炼装置还包括煤气提质回收装置；
所述煤气提质回收装置包括烟气除尘净化结构、冷却结构、吸附结构30和回收循环结构；实施时，吸附结构30可采用变压吸附。
所述烟气除尘净化结构用于对回转窑50排出的尾气进行除尘净化，除去炉尘，该部分炉尘中含有大量碳～含碳铁的有价部分；
所述冷却结构用于对经过除尘净化结构处理后的尾气进行降温；
所述吸附结构用于对经过冷却结构降温后的尾气进行CO2脱除；
所述回收循环结构用于对经过吸附结构处理后的提质煤气进行回收，并将回收的提质煤气输送至熔融还原气化炉60顶部的烟气管道中和回转窑50中。
作为改进，所述装置还包括炉尘回收结构70；所述炉尘回收结构70与烟气除尘净化结构的底部连通，用于收集烟气除尘净化结构中除去的炉尘。收集的炉尘采用圆盘造球机或对辊压球机对炉尘进行制粒，得到的含碳球团被返回到炉料中进行二次资源的回收利用。
作为改进，所述烟气除尘净化结构包括重力除尘器11和干式除尘器13；
所述重力除尘器11自上而下依次包括冷却部分、除尘部分和炉尘沉淀部分，
所述冷却部分的顶部具有第一烟气入口，第一烟气入口通过烟气管道与回转窑50的尾气排出管连通，除尘部分的底部具有第一烟气出口，炉尘沉淀部分的底部具有第一炉尘出口；
所述干式除尘器13具有第二烟气入口，第二烟气出口和第二炉尘出口，所述第二烟气入口与第一烟气出口连通；
所述第一炉尘出口和第二炉尘出口通过管道与炉尘回收结构70连通。
全氧全煤炼铁过程中产生的含尘煤气，经过重力除尘对含尘煤气进行初步净化除尘，除去部分含碳～含碳铁的有价炉尘，初步净化煤气被送入到干式除尘器干式布袋除尘或干式电除尘器进行二次净化除尘。烟气除尘净化结构净化回转窑50尾气，炉尘回收结构70收集有价的冶金尘泥，尘泥最终被用于压球造块，返回到炉料中进一步提取有价金属。
作为改进，所述冷却结构20包括冷却塔21和冷却水循环结构；
所述冷却塔21上具有第三烟气入口，第三烟气出口和冷却水出口，所述第三烟气入口与第二烟气出口通过管道连通，且该管道上设有抽气泵22，第三烟气出口与所述吸附结构30上的烟气入口连通；
所述冷却水循环结构包括第一水箱23、第二水箱25和第三水箱27；
所述第二水箱25和第三水箱27通过一根水管连通形成连通器结构；
所述第一水箱23具有第一进水口和第一出水口，所述第一出水口通过第一水管22与设置在重力除尘器11顶部的第一喷淋器连接，具体地第一喷淋器设置在重力除尘器11的冷却部分，通过喷淋在重力除尘器11的冷却部分对从回转窑50排出的尾气进行第一次降温，由于第一喷淋器所喷的水量较少，因此重力除尘器11中没有设专门的出水口，用于冷却的水与炉尘从重力除尘器11底部的第一炉尘出口一起排出，所述第一水管22上设有第一水泵；
所述第二水箱25具有注水口、第二进水口和第二出水口，所述第二进水口与冷却塔21的冷却水出口连通，所述第二出水口通过第二水管24与第一水箱23连通，所述第二水管24上设有第二水泵；冷却水通过注水口注入第二水箱25，
第三水箱27具有第三出水口，所述第三出水口通过第三水管28与冷却塔21顶部的第二喷淋器连接，所述第三水管28上设有第三水泵。具体地第二喷淋器设置在冷却塔21的内，且位于冷却塔21的顶部，通过第二喷淋器不断喷淋冷却水，在冷却塔21中实现对气体的降温冷却。
进一步地，所述回收循环结构40包括煤气储存罐41、压缩机43、烟气输送总管45、第一烟气支管47和第二烟气支管49；
所述煤气储存罐41具有烟气入口和烟气出口，所述煤气储存罐41上的烟气入口与吸附结构30上的烟气出口连通，煤气储存罐41上的烟气出口与烟气输送总管45的进气口连通；所述烟气输送总管45的出气口分别与第一烟气支管47的进气口和第二烟气支管49的进气口连通，第一烟气支管47的出气口与熔融还原气化炉60顶部的烟气管道连通，第二烟气支管49的出气口与回转窑50的进气口连通。
本发明采用重力除尘对含尘煤气进行初步净化除尘，采用干式除尘工艺对煤气进行二次净化除尘，采用圆盘造球机或对辊压球机对含碳含铁尘泥进行制粒，采用冷却塔对净化后的煤气进行冷却降温，采用变压吸附装置对净化后的煤气进行CO2脱除得到提质煤气，采用煤气储存罐储存提质煤气，最后通过压缩机将煤气储存罐中的提质煤气输送到熔融还原气化炉60炉顶的下降管65中用于调节炉顶煤气温度，部分提质煤气还被输送到回转窑50中用于燃烧调节温度。本发明能够显著降低冶炼工艺的综合能耗，减少CO2排放，提高煤气利用率，经济和环保效益显著。
实施例2：一种高强度短流程熔融还原冶炼方法，采用实施例1所述的高强度短流程熔融还原冶炼装置；
包括如下步骤：
S1：铁氧化物含碳球团在回转窑50中进行预还原；
S2：经过预还原后的铁氧化物含碳球团经下降管65进入到熔融还原气化炉60内进行终还原熔分，在该步骤中，预还原后的铁氧化物含碳球团先在反应塔63中进行再还原，最后进入熔池61还原熔分；
S3：所述熔池61底部具有渣口68和铁口69，还原得到的铁从铁口69排出，渣子从渣口68排出。
作为改进，所述步骤S1中回转窑50的热量、燃料以及还原气均来自下部熔融还原气化炉60产生的煤气。熔融还原气化炉60内的煤气进入回转窑50后，一部分用于燃烧为回转窑50还原提供热量，一部分用作还原气还原回转窑50中的铁氧化物。
所述步骤S1中，回转窑50煤气入口中入口煤气的温度为1200℃～1300℃，具体可以为：1200℃、1250℃、1280℃、1300℃，入口煤气的CO体积百分数为35～55%，具体可以为：35%、40%、45%、50%、55%，CO2的体积百分数为35～45%，具体可以为：35%、38%、40%、42%、45%，H2的体积百分数为7%～10%,具体可以为：7%、8%、9%、10%，N2体积百分数为2%～4%，具体可以为：2%、2.5%、3%、3.5%、4%，H2O体积分数为2%～6%，具体可以为：2%、3%、4%、5%、6%。
进一步地，所述步骤S1中，回转窑50煤气出口中出口煤气的温度为1100℃～1200℃，具体可以为：1100℃、1150℃、1200℃，出口煤气的CO体积百分数为20%～30%，具体可以为20%、22%、25%、28%、30%，CO2的体积百分数为50%～60%，具体可以为：50%、52%、58%、60%，H2的体积百分数为1%～3%,具体可以为：1%、1.5%、2%、2.5%、3%,N2体积分数为4%～6%，具体可以为：4%、4.5%、5%、5.5%、6%，H2O的体积百分数为8%～11%，具体可以为：8%、9%、9.5%、10%、10.5%、11%。
所述回转窑50的还原温度1100℃～1200℃，具体可以为：1100℃、1120℃、1150℃、1200℃，回转窑50预还原球团的金属化率为70%～90%，具体可以为：70%、75%、80%、85%、90%，金属化球团热装进入熔融还原气化炉60的温度为1100～1200℃，具体可以为：1100℃、1120℃、1150℃、1200℃。
作为改进，所述步骤S2中，反应塔63还原温度范围为1500℃～1800℃，具体可以为：1500℃、1550℃、1600℃、1650℃、1700℃、1750℃、1800℃，并且越靠近熔池61的位置炉内温度越高；
反应塔63出口烟气温度为1500℃～1600℃，具体可以为：1500℃、1520℃、1550℃、1600℃，出口烟气的CO体积百分数为40%～45%，具体可以为：40%、42%、45%，CO2的体积百分数为40%～48%，具体可以为：40%、42%、45%、48%，H2的体积百分数为6%～10%,具体可以为：6%、7%、8%、9%、10%,N2的体积百分数为1%～2%，具体可以为：1%、1.2%、1.5%、2%，H2O体积分数为1%～3%,具体可以为：1%、1.2%、1.5%、2%、2.5%、3%。
经过吸附结构30吸附后得到煤气的有效还原组分大于90%，提质煤气的CO体积百分数为76%～85%，具体可以为：76%、78%、80%、82%、85%，CO2的体积百分数为5%～7%，具体可以为：5%、5.5%、6%、6.5%、7%，H2的体积百分数为4%～8%，具体可以为：4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%，N2体积分数为7%～10%,具体可以为：7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%。
采用煤气储存罐储存提质煤气，最后通过压缩机将煤气储存罐中的提质煤气输送到熔融还原气化炉60顶部的烟气管道，用于冷却反应塔63顶部的高温煤气，将反应塔63顶部煤气温度调节到1200℃～1300℃，具体可以为：1200℃、1220℃、1250℃、1280℃、1300℃，然后进入回转窑50中用于加热回转窑50和预还原铁矿石球团。此外，部分提质煤气还被输送到回转窑50中，用于燃烧为回转窑50还原提供热量，并作为还原气还原回转窑50中的铁矿石球团。
本发明采用干式除尘净化技术、CO2变压吸附技术以及煤气循环利用技术显著降低冶炼工艺的综合能耗，减少CO2排放，提高煤气利用率，经济和环保效益显著。与传统高炉炼铁工艺比较，该工艺的综合能耗降低了20%～30%，CO2排放量减少了80%～90%，煤气利用率提高到了60%～70%，具有经济效益显著，节能减排效果明显的特征。
该工艺能够大量的处理铁精矿，低品位、宽粒级的铁矿粉以及冶金固废，降低磨矿和选矿成本；使用煤粉作为还原剂和热源，摆脱了对焦炭和电能的依赖，节约能源；煤气循环利用回转窑50深度还原技术提高了煤气利用率，减轻了熔融还原气化炉60的冶炼负荷，提高了炉型寿命；预还原金属化炉料热装进入熔融还原气化炉60，减少了热量损失；终还原以及熔融气化提高了冶炼强度和渣铁的有效分离。该冶炼装置具有设备简单，连接紧凑，设备冶炼强度大的特点，冶炼方法具有冶炼流程短、能耗低、污染物排放少的特点，便于大规模推广应用。
实施例3：一种高强度短流程熔融还原冶炼方法，铁氧化物含碳球团进入回转窑50内进行深度自还原，还原所需的热量一方面来熔融还原气化炉60产生的高温煤气，另一方面来自于煤气的二次燃烧。回转窑50的入口煤气温度为1200℃，入口煤气的CO体积百分数为35%，CO2的体积百分数为45%，H2的体积百分数为10%,N2体积分数为4%，H2O体积分数为6%。出口煤气的温度为1100℃，出口煤气的CO体积百分数为20%，CO2的体积百分数为60%，H2的体积百分数为3%,N2体积分数为6%，H2O的体积百分数为11%。采用变压吸附技术脱除转窑尾气中的CO2，脱除率为80%，提质煤气的有效还原组分浓度为80%。提质煤气的CO体积百分数为76%，CO2的体积百分数为7%，H2的体积百分数为8%,N2体积分数为9%。提质煤气被用于降低熔融还原气化炉60的炉顶煤气温度，将反应塔63顶部烟气温度降到1200℃，还被用于二次燃烧为回转窑50补充热量，煤气的利用率达到了65%。
铁氧化物含碳球团经回转窑50预还原后，金属化率达到了70%，然后经下降管65进入到熔融还原气化炉60内进行终还原熔分。熔融还原气化炉60上部为反应塔63，高度为3.5m，宽度为3 m，反应塔63顶部温度为1500℃，地不稳定为1700℃。反应塔63出口烟气温度为1500℃，出口烟气的CO体积百分数为40%，CO2的体积百分数为47%，H2的体积百分数为10%,N2体积分数为1%，H2O体积分数为2%。熔融还原气化炉60下部为矩形炉缸，炉缸底部为死铁层，高度为0.5 m，炉缸长度尺寸为3 m，宽度尺寸为1 m，高度为3 m。炉顶为圆拱形炉顶，圆拱形炉顶半径为1.5 m，拱形宽度为3 m。喷枪布置分为上排氧枪62和下排氧煤枪64，氧枪和氧煤枪分别分布在矩形炉缸两侧。上排氧枪62为4个，下排氧煤枪64为6个，氧煤枪采用套筒式一体化喷枪。上排氧枪62用于燃烧部分煤气为炉渣提供热量，大约60%的热量被炉渣吸收。燃烧所用的氧气浓度为85%%，煤气的氧化度为15%。下排氧煤枪64用于煤粉和氧气的喷吹，为渣铁熔化提供热量，同时搅拌熔池61，更好的实现渣铁分离。熔渣熔点为1450℃，炉渣温度为1550℃，铁水温度为1500℃。该熔融还原炼铁装置的铁水年产量为10万吨。
实施例4：一种高强度短流程熔融还原冶炼方法，铁氧化物含碳球团进入回转窑50内进行深度自还原，还原所需的热量一方面来熔融还原气化炉60产生的高温煤气，另一方面来自于煤气的二次燃烧。回转窑50的入口煤气温度为1250℃，入口煤气的CO体积百分数为45%，CO2的体积百分数为40%，H2的体积百分数为8%,N2体积分数为3%，H2O体积分数为5%。出口煤气的温度为1150℃，出口煤气的CO体积百分数为25%，CO2的体积百分数为55%，H2的体积百分数为2%,N2体积分数为4%，H2O的体积百分数为14%。采用变压吸附技术脱除转窑尾气中的CO2，脱除率为85%，提质煤气的有效还原组分浓度为85%。提质煤气的CO体积百分数为80%，CO2的体积百分数为6%，H2的体积百分数为6%,N2体积分数为8%。提质煤气被用于降低熔融还原气化炉60的炉顶煤气温度，将反应塔63顶部烟气温度降到1250℃，还被用于二次燃烧为回转窑50补充热量，煤气的利用率达到了70%。
铁氧化物含碳球团经回转窑50预还原后，金属化率达到了80%，然后经下降管65进入到熔融还原气化炉60内进行终还原熔分。熔融还原气化炉60上部为反应塔63，高度为6m，宽度为6 m，反应塔63顶部温度为1550℃，下部温度为1750℃。反应塔63出口烟气温度为1550℃，出口烟气的CO体积百分数为43%，CO2的体积百分数为,44%，H2的体积百分数为8%,N2体积分数为2%，H2O体积分数为3%。熔融还原气化炉60下部为矩形炉缸，炉缸底部为死铁层，高度为1 m，炉缸长度尺寸为6 m，宽度尺寸为2 m，高度为6 m。炉顶为圆拱形炉顶，圆拱形炉顶半径为3 m，拱形宽度为6 m。喷枪布置分为上排氧枪62和下排氧煤枪64，氧枪和氧煤枪分别分布在矩形炉缸两侧。上排氧枪62为8个，下排氧煤枪64为12个，氧煤枪采用套筒式一体化喷枪。上排氧枪62用于燃烧部分煤气为炉渣提供热量，大约70%的热量被炉渣吸收。燃烧所用的氧气浓度为90%，煤气的氧化度为20%。下排氧煤枪64用于煤粉和氧气的喷吹，为渣铁熔化提供热量，同时搅拌熔池61，更好的实现渣铁分离。熔渣熔点为1500℃，炉渣温度为1600℃，铁水温度为1550℃。该熔融还原炼铁装置的铁水年产量为40万吨。
实施例5：一种高强度短流程熔融还原冶炼方法，铁氧化物含碳球团进入回转窑50内进行深度自还原，还原所需的热量一方面来熔融还原气化炉60产生的高温煤气，另一方面来自于煤气的二次燃烧。回转窑50的入口煤气温度为1300℃，入口煤气的CO体积百分数为55%，CO2的体积百分数为35%，H2的体积百分数为7%,N2体积分数为1%，H2O体积分数为2%。出口煤气的温度为1200℃，出口煤气的CO体积百分数为30%，CO2的体积百分数为60%，H2的体积百分数为3%,N2体积分数为2%，H2O的体积百分数为5%。采用变压吸附技术脱除转窑尾气中的CO2，脱除率为90%，提质煤气的有效还原组分浓度为90%。提质煤气的CO体积百分数为85%，CO2的体积百分数为5%，H2的体积百分数为8%,N2体积分数为2%。提质煤气被用于降低熔融还原气化炉60的炉顶煤气温度，将反应塔63顶部烟气温度降到1300℃，还被用于二次燃烧为回转窑50补充热量，煤气的利用率达到了70%。
铁氧化物含碳球团经回转窑50预还原后，金属化率达到了90%，然后经下降管65进入到熔融还原气化炉60内进行终还原熔分。熔融还原气化炉60上部为反应塔63，高度为8m，宽度为12 m，反应塔63顶部温度为1600℃，下部温度为1800℃。反应塔63出口烟气温度为1600℃，出口烟气的CO体积百分数为45%，CO2的体积百分数为40%，H2的体积百分数为10%,N2体积分数为1%，H2O体积分数为4%。熔融还原气化炉60下部为矩形炉缸，炉缸底部为死铁层，高度为1.5 m，炉缸长度尺寸为6 m，宽度尺寸为2 m，高度为6 m。炉顶为圆拱形炉顶，圆拱形炉顶半径为6 m，拱形宽度为12 m。喷枪布置分为上排氧枪62和下排氧煤枪64，氧枪和氧煤枪分别分布在矩形炉缸两侧。上排氧枪62为16个，下排氧煤枪64为24个，氧煤枪采用套筒式一体化喷枪。上排氧枪62用于燃烧部分煤气为炉渣提供热量，大约75%的热量被炉渣吸收。燃烧所用的氧气浓度为95%，煤气的氧化度为25%。下排氧煤枪64用于煤粉和氧气的喷吹，为渣铁熔化提供热量，同时搅拌熔池61，更好的实现渣铁分离。熔渣熔点为1550℃，炉渣温度为1650℃，铁水温度为1600℃。该熔融还原炼铁装置的铁水年产量为150万吨。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高强度短流程熔融还原冶炼装置，其特征在于：包括回转窑（50）和熔融还原气化炉（60）；
所述熔融还原气化炉（60）自下而上包括依次连通的熔池（61）、反应塔（63）和下降管（65），所述熔池为长方体结构，反应塔由拱形炉顶和炉壁形成，所述下降管位于拱形炉顶的顶部；
所述下降管（65）与回转窑（50）的煤气入口连通；
所述熔池（61）的侧壁上设有上排氧枪（62）和下排氧煤枪（64），上排氧枪（62）和下排氧煤枪（64）分别分布在熔池两侧；
所述下降管（65）的两侧分别具有冷煤气入口（66）。
2.如权利要求1所述的高强度短流程熔融还原冶炼装置，其特征在于：还包括煤气提质回收装置；
所述煤气提质回收装置包括烟气除尘净化结构、冷却结构、吸附结构（30）和回收循环结构；
所述烟气除尘净化结构用于对回转窑排出的尾气进行除尘净化，除去炉尘；
所述冷却结构用于对经过除尘净化结构处理后的尾气进行降温；
所述吸附结构用于对经过冷却结构降温后的尾气进行CO2脱除；
所述回收循环结构用于对经过吸附结构处理后的提质煤气进行回收，回收的提质煤气
一部分通过冷煤气入口进入下降管，另一部分进入回转窑中。
3.如权利要求2所述的高强度短流程熔融还原冶炼装置，其特征在于：还包括炉尘回收结构（70）；
所述炉尘回收结构（70）与烟气除尘净化结构的底部连通，用于收集烟气除尘净化结构中除去的炉尘。
4.如权利要求2或3所述的高强度短流程熔融还原冶炼装置，其特征在于：所述烟气除尘净化结构包括重力除尘器（11）和干式除尘器（13）；
所述重力除尘器（11）自上而下依次包括冷却部分、除尘部分和炉尘沉淀部分，
所述冷却部分的顶部具有第一烟气入口，第一烟气入口通过烟气管道与回转窑的尾气排出管连通，除尘部分的底部具有第一烟气出口，炉尘沉淀部分的底部具有第一炉尘出口；
所述干式除尘器（13）具有第二烟气入口，第二烟气出口和第二炉尘出口，所述第二烟气入口与第一烟气出口连通；
所述第一炉尘出口和第二炉尘出口通过管道与炉尘回收结构（70）连通。
5.如权利要求4所述的高强度短流程熔融还原冶炼装置，其特征在于：所述冷却结构（20）包括冷却塔（21）和冷却水循环结构；
所述冷却塔（21）上具有第三烟气入口，第三烟气出口和冷却水出口，所述第三烟气入口与第二烟气出口通过管道连通，且该管道上设有抽气泵（22），第三烟气出口与所述吸附结构（30）上的烟气入口连通；
所述冷却水循环结构包括第一水箱（23）、第二水箱（25）和第三水箱（27）；
所述第二水箱（25）和第三水箱（27）通过一根水管连通形成连通器结构；
所述第一水箱（23）具有第一进水口和第一出水口，所述第一出水口通过第一水管（22）与设置在重力除尘器（11）顶部的第一喷淋器连接，所述第一水管（22）上设有第一水泵；
所述第二水箱（25）具有注水口、第二进水口和第二出水口，所述第二进水口与冷却塔（21）的冷却水出口连通，所述第二出水口通过第二水管（24）与第一水箱（23）连通，所述第二水管（24）上设有第二水泵；
第三水箱（27）具有第三出水口，所述第三出水口通过第三水管（28）与冷却塔（21）顶部的第二喷淋器连接，所述第三水管（28）上设有第三水泵。
6.如权利要求2所述的高强度短流程熔融还原冶炼装置，其特征在于：所述回收循环结构包括煤气储存罐（41）、压缩机（43）、烟气输送总管（45）、第一烟气支管（47）和第二烟气支管（49）；
所述煤气储存罐（41）具有烟气入口和烟气出口，所述煤气储存罐（41）上的烟气入口与吸附结构（30）上的烟气出口连通，煤气储存罐（41）上的烟气出口与烟气输送总管（45）的进气口连通；所述烟气输送总管（45）的出气口分别与第一烟气支管（47）的进气口和第二烟气支管（49）的进气口连通，第一烟气支管（47）的出气口与熔融还原气化炉（60）顶部的烟气管道连通，第二烟气支管（49）的出气口与回转窑（50）的进气口连通。
7.一种高强度短流程熔融还原冶炼方法，其特征在于：采用权利要求6所述的高强度短流程熔融还原冶炼装置；
包括如下步骤：
S1：铁氧化物含碳球团在回转窑（50）中进行预还原；
S2：经过预还原后的铁氧化物含碳球团经下降管（65）进入到熔融还原气化炉（60）内进行终还原熔分，在该步骤中，预还原后的铁氧化物含碳球团先在反应塔（63）中进行再还原，最后进入熔池（61）还原熔分；
S3：所述熔池（61）底部具有渣口（68）和铁口（69），还原得到的铁从铁口（69）排出，渣子从渣口（68）排出。
8.如权利要求7所述的高强度短流程熔融还原冶炼方法，其特征在于：所述步骤S1中，回转窑（50）煤气入口中入口煤气的温度为1200～1300℃，入口煤气的CO体积百分数为35～55%，CO2的体积百分数为35～45%，H2的体积百分数为7～10%,N2体积分数为2～4%，H2O体积分数为2～6%；
回转窑（50）煤气出口中出口煤气的温度为1100～1200℃，出口煤气的CO体积百分数为20～30%，CO2的体积百分数为50～60%，H2的体积百分数为1～3%,N2的体积百分数为4～6%，H2O的体积百分数为8～11%。
9.如权利要求8所述的高强度短流程熔融还原冶炼方法，其特征在于：所述步骤S1中，回转窑（50）的还原温度1100～1200℃，回转窑（50）预还原球团的金属化率为70～90%，金属化球团热装进入熔融还原气化炉（60）的温度为1100～1200℃。
10.如权利要求7所述的高强度短流程熔融还原冶炼方法，其特征在于：所述步骤S2中，反应塔（63）还原温度范围为1500℃～1800℃，并且越靠近熔池的位置炉内温度越高；
反应塔（63）出口烟气温度为1500～1600℃，出口烟气的CO体积百分数为40～45%，CO2的体积百分数为40～48%，H2的体积百分数为6～10%,N2体积百分数为1～2%，H2O体积分数为1～3%。
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