CN1089115C - 熔融还原预还原方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明熔融还原预还原方法及装置属于熔融还原技术领域。本发明的特点是：采用含碳2-12%的冷固结球团为原料，针对熔融还原工艺和所用原料的特点，对现有竖炉进行改造，设计了新的竖炉炉型；用终还原煤气作为预还原过程的热载体和还原剂，还原气中以CO为主；冷固结球团在竖炉中的还原温度为700-900℃，预还原产品的金属化率为50-80%。本发明具有煤气用量少、利用率和生产效率高、设备体积小、炉况顺行、易于操作等优点。
Description
本发明属于熔融还原技术领域。适用于用铁矿粉和煤粉为熔融还原终还原生产预还原金属化球团。
直接还原法作为熔融还原预还原手段其主要特点是用熔融还原终还原炉产生的煤气作为还原剂和热载体，将预还原炉料加热，并将其在固态下还原成具有一定金属化率的预还原炉料，再进入终还原炉进一步还原和熔化。直接还原作为熔融还原预还原的一种手段具有减轻熔融还原终还原热负荷、提高终还原炉热效率和生产率、降低全流程能耗、延长终还原炉寿命等优点，直接还原也是二步熔融还原必不可少的阶段。
在现有的熔融还原预还原技术中，与本发明较为接近的是奥钢联开发的COREX法CN(ZL87108012)，该预还原方法的特点是，以MIDREX式竖炉(US37346123)作为预还原反应器，以氧化球团或块矿为原料，以终还原产生的高温(1100℃)高纯煤气(CO+H2＞90％)；入口煤气温度为850℃左右，还原温度在800℃左右，产品的金属化率大于90％。该方法由于使用氧化球团或块矿作为原料，而且要求产品的金属化率很高，气体扩散速度慢，还原速度低，使炉料在竖炉中的停留时间过长，导致气体热效率和化学能利用率降低，单位产量的金属化球团需要的煤气量很大，预还原设备过高，并产生过多的剩余煤气，致使整个工艺生产率低，能耗氧耗高，投资大，与现有高炉相比，缺乏竞争力。
本发明的目的在于提供一种能耗氧耗低，设备生产效率高，能量利用率高的熔融还原预还原的方法及装置。
本发明采用了如下技术方案：以冷固结含碳球团为原料，用终还原煤气作热载体和还原剂，还原气中以CO为主；还原反应在经改进的竖炉中进行。本发明的熔融还原预还原装置包括：上料系统、预还原竖炉、煤气系统和排料设备。
本发明采用含碳2-12％的冷固结球团的原料，具体的组成(重量％)；铁精矿80-93％，煤粉2-15％，粘结剂2-10％。
本发明采用以CO为主的终还原煤气作为热载体和还原剂，即所述煤气成分为(重量％)：CO 60-90％，H2 5-30％，CO2 2-15％，N2 1-8％，余为O2，煤气入炉温度为800-950℃，还原煤气量为800-1500M3/T产品，
本发明还原温度为700-900℃，球团在竖炉内总停留时间为2-6小时，球团在高温还原带停留时间为30-90分钟。
本发明在进行预还原竖炉向终还原铁浴炉排料时，排料温度为700-850℃，下料线速度为0.3-3M/h。
本发明预还原采用中等还原度，即预还原矿在预还原竖炉出口处的金属化率达到50-80％。
本发明熔融还原预还原装置，包括上料系统、预还原竖炉、煤气系统和排料设备；所述上料系统包括料车、上料斜桥、料斗和布料器，预还原竖炉由干燥带、预热带、还原带和均热带组成，由干燥带、预热带、还原带组成的炉身有一定的锥角(5-20℃)；煤气系统由热煤气总管、环管、煤气入口和终还原煤气检测与温度调节装置组成，所述煤气入口与水平方向具有一定的倾角(0-30°)，所述排料设备包括排料机和下料管，所述下料管与终还原炉入口密封连接。所述预还原竖炉还原带高度与还原带内径之比小于4∶1。
利用本发明的方法和装置，生产终还原所需的预还原炉料，其特征在于：使用含碳2～12％的冷固结球团为原料；用以CO为主的终还原煤气作为热载体和还原剂；竖炉内的高温还原温度确定在比球团软化温度低50～100℃；预还原煤气的入口温度高于还原温度50～100℃，CO+H2大于80％，煤气量同时满足预还原化学平衡和热平衡的需要。
冷固结含碳球团在竖炉内还原经过以下几个过程：
(1)干燥
冷固结含碳球团在竖炉上部，由上升的煤气加热到300～400℃，其内部的残余水分被蒸发。
(2)预热
球团经过干燥带后进入预热带，从300～400℃被加热至700～950℃。在这一过程中，将发生高价铁氧化物被煤气中的CO和H2还原成低价铁氧化物及少量金属铁的间接还原反应，与此同时，球团中的煤发生分解反应。预热带发生的主要还原反应如下：
(3)还原
球团经预热带后进入还原带，还原温度在700～900℃范围内。在还原带中主要发生铁氧化物被煤气中的CO和H2还原为金属铁的反应，球团中的碳也少部分参加还原反应。还原反应如下：
(4)均热
球团矿经还原带后进入均热带，温度略有下降，仍有少量的FeO被还原成金属铁。球团矿在预还原竖炉出口处的金属化率达到50～80％。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)由于本发明采用含碳球团为原料，原料中的煤粉将成为气体的扩散通道，改善了气体的扩散条件，明显加快了还原速度，设备的利用系数高。
(2)本发明以终还原煤气作为热载体和还原剂，煤气中以CO为主，总的还原反应热效率大于零，降低了预还原竖炉的热负荷，提高了煤气的热效率，减少了煤气用量，使整个工艺的能耗氧耗降低。
(3)本发明产品的金属化率正是处于还原速度最快的阶段，大大提高了设备的生产效率，单位产品的设备容积可以比Midrex式竖炉低一半以上，净空高度明显降低，设备投资也可相应减少。
(4)由于对现有技术中的竖炉炉型进行了改进，炉身具有一定的锥角，含碳球团的还原膨胀率一般较低，即使有少量的膨胀，也可保证球团能够顺行。
(5)由于预还原炉料中含有较高的碳量，当进入终还原炉后可加速FeO的还原过程和铁的渗碳，同时还可减少泡沫渣现象。
(6)允许煤气有较高的氧化度，对煤气质量要求不高。剩余煤气量小，能量利用率高。
下面结合附图对本发明作一步说明。
图1为熔融还原预还原炉示意图。
1是原料仓，2是斜桥，3是料斗，4是布料器，5是竖炉，6是给料机，7是下料管，8是煤气总管，9是煤气环管，10是煤气入口，11是煤气导出管，12是终还原煤气检测与温度调节装置，13是旋风除尘器，14是文丘里洗涤塔，15是调压阀，16是地下料仓。
冷固结球团由原料仓(1)通过斜桥(2)装入料斗(3)中，经布料器(4)进入竖炉(5)中，球团在竖炉(5)中，分别经过预热带和还原带后变为具有一定金属化率的预还原炉料，通过排料机(6)排入下料管(7)中，最终进入终还原炉。终还原煤气被调至预定的温度后，经煤气总管(8)进入煤气环管(9)，再通过在环管上均匀分布且有一定倾角的煤气入口(10)进入竖炉，煤气在上升过程中，加热和还原含碳球团，至出口处，温度降至300-400℃，经煤气导出管(11)导出，经旋风除尘器(13)和文丘里洗涤塔(14)处理后用作其它用途。
实施例
应用本发明所述的预还原方法，在内径200MM的小型竖炉中进行了三次试验。入炉煤气温度为900℃左右，还原温度带为800℃左右，冷固结含碳球团的组成如表1，还原煤气成分如表2，试验结果如表3。表1 冷固结含碳球团的组成(重量％)
表2 还原煤气成分(重量％)
表3 试验结果
| 序号 | 铁精粉Tfe＝67％ | 煤 粉Cfix＝78.33％ | 粘结剂(干基) |
| 1 | 85.99 | 10.63 | 3.38 |
| 2 | 88.59 | 7.81 | 3.6 |
| 3 | 91.36 | 5.4 | 3.24 |
| CO | H2 | N2 | CO2 | O2 |
| 79.33 | 7.41 | 2.51 | 10.1 | O.65 |
| 序号 | TFe(％) | MFe(％) | 金属化率(％) | 煤气用量Nm3/T | 利用系数T/d*m3 |
| 1 | 80.05 | 58.02 | 72.48 | 1034 | 13.7 |
| 2 | 82.12 | 61.02 | 74.3 | 1102 | 13.4 |
| 3 | 83.6 | 58.27 | 69.7 | 998 | 14.3 |
Claims (3)
1、一种熔融还原预还原方法，是用终还原炉产生的煤气作为还原剂和热载体，将预还原炉料加热，并将其在固态下还原成为具有一定金属化率的预还原炉料，其特征在于：
(1)采用含碳2-12％的冷固结球团为原料；
(2)采用以CO为主的终还原煤气作为热载体和还原剂，即：所述煤气成分为(重量％)：CO 60-90％，H2 5-30％，CO2 2-15％，N2 1-8％，余为O2；
(3)煤气入炉温度为800-950℃，还原煤气量为800-1 500M3/T产品；
(4)还原温度为700-900℃，球团在竖炉内总停留时间为2-6小时；
(5)预还原竖炉向终还原铁浴炉排料时，排料温度为700-850℃，下料线速度为0.3-3M/h；
(6)预还原采用中等还原度，即预还原矿在预还原竖炉出口处的金属化率达到50-80％；
2、一种熔融还原预还原装置，其特征在于：它包括上料系统、预还原竖炉、煤气系统和排料设备；所述上料系统包括料车、上料斜桥、料斗和布料器，预还原竖炉由预热带和还原带组成，由预热带、还原带组成的的炉身有一定的锥角5-20°；煤气系统由热煤气总管、环管、煤气入口和终还原煤气检测与温度调节装置组成，所述煤气入口与水平方向具有一定的倾角0-30°，所述排料设备包括排料机和下料管，所述下料管与终还原炉入口密封连接。
3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述预还原竖炉还原带高度与还原带内径之比小于4∶1。
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