CN109477152B - 梯级焙熔还原炼铁方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种梯级焙熔还原炼铁方法及整套能量密封循环系统设备，包括第一梯级还原单元(1)、第二梯级还原单元(2)、第三梯级还原单元(3)、热除尘器单元(4)、热风炉换热单元(5、6)、鼓风机单元(7)、煤及复合含碳球团干燥单元(8)、高温燃气切换闸阀及保温管道系统(24)、换热废气切换闸阀及管道系统(27)、常温鼓风切换闸阀及管道系统(32)、高温热风切换闸阀及保温管道系统(35)；上一梯级单元剩余的能量流入下一梯级单元直接利用，使得入炉煤能量能最大程度自身循环利用。

Description

梯级焙熔还原炼铁方法及设备

技术领域

本发明涉及熔融还原炼铁领域。特别涉及一种双层结构的复合含碳球团焙熔还原炼铁的方法。

背景技术

本发明是在2007年本申请人提出的中国专利号200710065973.3《焙熔还原炼铁方法及装置与原料》专利技术的基础上发展的一种新的焙熔还原炼铁方法，同样以钢铁领域的炼铁能耗为背景技术。

近年来，随着社会发展的进程，人类大规模地消耗着大量的化石能源。对煤资源的消耗，钢铁领域仅次于火力发电。十年来全世界共生产不少于65亿吨生铁，用掉了不少于50亿吨的洗精炼焦煤，从地壳内部掏空不少于100亿吨炼焦煤原煤资源，向大气排放了不少于150亿吨二氧化碳温室气体。从源头减少钢铁生产的一次能源煤的消耗是很有必要的。

钢铁生产中，煤的消耗全部压在炼铁总工序。现在的大型高炉钢铁生产在结构上以小中型高炉生产只是一种复制放大，炼铁总工序包括焦化厂、烧结厂、球团厂和炼铁厂等四个厂，为回收多余的煤气加了一个小火力发电厂。生产环节链条越长，设备的可靠性、安全性、协调性越差。在能耗上，3000m³与5000m³的高炉区别甚小，相反料柱增高对下部的压力增大，对焦炭的质量要求更苛刻。鼓风阻力增加，鼓风电力消耗增加。高炉煤气热质低，用来发电只能掺烧30％，还要外加70％的煤粉，这实质上是以烧煤为主的小火力发电厂的概念，能量转化效率低是事实。焦化和烧结两个环节是耗热生产操作，并且造成了80～90％的全厂污染源。

炼一吨焦要消耗1.3-1.4吨干洗精炼焦煤，每吨烧结矿要加入50～65kg焦粉燃烧烧结。

几十年来，人们都在坚持不懈地研发各种非高炉炼铁技术，替代现有的高炉技术生产，作出了很大的技术积累和成果。

从能量守恒定理的观点出发，任何一种冶炼铁水的方法，首先应该是一个整体密封的系统，煤燃烧产生的化学能和热能完全自身循环利用。各种方法的比较前提是使用同一种原料、同一种燃料，得到的产品铁水和副产品熔渣带走的热量应该是一样的，只有比较废气出口的气体能量是唯一的方法。

高炉系统是一个开放的系统，能量的泄漏有焦化、烧结和煤气输出等三个环节，最后才是热风炉的废气出口。所以高炉方法不能说是一种先进的方法。

现在运用和研发报导的各种炼铁方法中没有一种方法能够达到还原尾气能量自身利用，都要处理多余煤气，掉入小火电低效率、高运行成本、而且联网难的尴尬处境。

所有炼铁方法从还原尾气出口处于还原设备的位置来看，只有两种，一种是在炉体的上部叫炉顶煤气出口，一种位于炉体下部叫高温燃气出口。上部出口溢出的煤气受炉子内部间接还原化学平衡气相的控制，CO的利用率不到55％，离开出口的炉顶煤气热风燃烧回热又只能再利用剩余能量的30～35％，再剩余的煤气没有发电利用的只能无用燃烧后排入大气；从还原设备下部出口溢出的高温燃气在炉体内部空间是为熔渣和铁水提供直接还原和熔化热耗，温度必须高于熔渣和铁水温度，否则熔体将降温。1450℃以上的气流直接除尘是不可能的，所携带的炉尘也是熔融状态微小珠粒，会马上粘结堵死输送管道和除尘器内部空间，再则热换热设备蓄热耐火材料也无法承受这么高的温度。

发明目的

本发明的目的是提供一种入炉煤能量能完全自身循环利用的炼铁方法：提供一种所述方法的能量自身密封循环系统整套专用设备。

发明内容

为了达到上述目的，本发明采用的技术措施是这样的：

第一是使用复合含碳球团为炉料。复合含碳球团的制作先形成含碳的铁氧化物球核，再用二次成球的方式形成铁氧化物原料的球团外层。

第二，类似于江河阶梯水力发电，上一梯级剩余的能量流入下梯级直接利用。在热风主气流流动的方向上无缝连接串联三个独立的还原设备单元，这三个串联的还原单元底部相通形成共同的渣水、铁水和气流通道与熔体储存公共空间。同时三个还原单元相对独立，各自有单独的进料系统，各自完成各自的还原、熔化作业负载配额。以主气流流动方向分为第一梯级还原单位、第二梯级还原单元和第三梯级还原单元。在第三梯级还原单元的炉顶还原尾气出口直接连接热除尘器单元，热除尘器单元下部炉尘排出口与炉尘返回通道相连接第二梯级还原单元上部内部空间，除尘器单元上部高温除尘尾气出口通过保温管道和受控闸阀系统与热风炉换热单元高温换热燃气进口相连接。热风炉换热单元的热风出口再通过保温管道和受控闸阀系统与第一梯级还原单元炉顶热风进口相连接。第一梯级还原单元、第二梯级还原单元、第三梯级还原单元、热除尘器单元和热风炉顶换热单元等五个单元首尾相衔无缝密封连接首先形成一个圆环形状密封循环系统；热风炉换热单元的常温空气进口与鼓风机单元通过切换闸阀和管道相连接，换热废气出口再通过切换闸阀和管道与煤及复合含碳球团烘干单元直接相连接，这样以热风炉换热单元为结点，七个单元再次形成领带形状无缝连接成整套能量密封循环系统设备。这个整套能量密封循环系统设备物料进口可以有多个，出口只有位于第一梯级还原单元下部的渣口、铁水口两个产品出口和位于烘干单元的烘干废气出口等三个出口。换热废气直接用于物料烘干，把还原单元炉内的物料干燥过程移到炉外，进行了热量的最后再次利用，炉料可以现烘热装，把所含热量再次带回系统。

第三是炉料加料的方法，复合含碳球团作为炉料的入炉方式，分为三路加入三个梯级还原单元，按各自负载分配两头为主中间为辅：一路与煤和熔剂等材料按所需比例混合由第一还原单元的上部受料斗、密封加料罐和下料管进入该还原单元的炉腔料柱顶部；另一路是单一的复合含碳球团炉料，由第三梯级还原单元的上部受料斗、密封加料罐和下料管进入该还原的炉腔料柱顶部；第三路是与少量配额作为调节炉料由第二梯级还原单元上部调温炉料进口进该单元炉腔。热除尘单元收集的高温炉尘和石灰粉通过气流输送进入第二梯级还原单元的炉腔空间。第二梯级还原单元渣中FeO的还原剂及渗碳所需的煤粉由气流输送或者螺旋输送的方式由第三梯级还原单元下部进入公共底部铁水中。

第四是主气流运行的方式，常温空气经鼓风单元压缩驱动，贯穿所述第二项技术措施七个单元形成的整套能量密封循环系统，一般气流运行到底，从煤及复合含碳球团单元烘干废气出口排出。三个梯级还原单元底部无缝连接串联后可以看作为一个整体还原单元，有别于现有技术的是热风进口和还原尾气出口都在炉顶，主气流在外观上看炉顶进炉顶出，在内部流经三个不同的还原区域。第三梯级还原单元的熔化、还原吸热和预热吸热截留利用了气流中1500℃-1100℃区间的热量。从第三梯级还原单元炉顶出口排出的还原尾气温度适合热除尘和热交换的要求。如果还原尾气中还有少量剩余CO，另一座热风炉的热风可分流少量部分通入该座热风炉炉顶扫尾燃烧或者叫完全燃烧。

第五是各单元热量和温度调节方式，除热除尘器单元，其余各单元可以单独设置固体燃料或气体燃料的小型燃烧装置，燃烧的高温燃气直接喷入炉内进行各单元热量和温度的精准调节和热量补充调节。

另外一种调节温度措施是在第二梯级还原单元的炉顶设置调温炉料加入口，当该单元炉腔温度高于1550℃时投入少量复合含碳球团直接参与还原熔化吸热，将温度控制在1450℃～1500℃。

说明书附图说明及表格说明

图1是本发明整套能量密封循环系统专用设备简图，也是说明书附图及摘要附图。

图2是本发明具体实施例的整套能量密封循环系统气流运行流程示意图。所标单位体积m³为标准体积m³(0℃，760毫米汞柱)。在图中(1)、(2)、(3)梯级还原单元的入炉物料已在表4中示出，所以用空箭头表示。

表1是图1引用标记所标识的特征序列表格。

表2是实施例所使用的铁矿粉和煤的组份及化学成分表。

表3是复合含碳球团造球配料表。

表4是三梯级还原单元入炉料加料表。

表5是实施例每吨铁水物料平衡表。

表6是实施例造渣组分来源表。

表7是实施例三梯级还原单元的热平衡表。

图1所示的专用设备，由(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)等8个独立单元顺流串联无缝连接，其中(5)(6)两单元是一个联合体单元，实质只有7个单元。每个单元有各自的功能体系，包括工作部件、动力系统、操作控制系统和执行机构，在图1中都没有示出，包括在各个单元之内。

图1所示简图中(5)和(6)双联热风炉换热单元，可以根据需要拓展为三联或者四联结构，效果为等同，简图中不再示出。

与现有技术比较

在现有冶炼铁水的技术领域中，传统高炉技术发展到极限完善节能空间已经不大。熔融还原技术是高炉技术的唯一替代技术。本发明对前者来说是改造，对于后者而言是继承发扬。

1.高炉技术使用煤是从焦化厂开始，烧结厂用焦粉、球团厂用燃气、炼铁厂用焦块和喷吹煤粉，后面又拖出一个低效率的小火力发电厂，任何一个配套厂都要耗能。本发明集焦化、烧结、球团和炼铁等工序为一道工序在一套能量密封循环的设备中完成作业，能量顺流梯级利用。煤从加入球团内部开始，入炉后与其它用途的煤一起焦化析出挥发分，挥发分的燃烧和还原产物气体中CO的二次燃烧支撑补充还原、熔化热量需求。

2.现有传统高炉炼铁技术，本发明对其改造成本低和生产运行成本低。

3.熔融还原技术的初衷是用321.4kg碳冶炼1吨铁，加上每吨铁水渗碳43kg碳：321.4+43＝364.4kgC，按固定碳80％的煤参与还原熔分和渗碳：364.4÷0.8＝455.5kg煤，这就是现在研发中熔融还原技术的最低用煤极限。本发明可以达到和突破熔融还原技术的最低煤耗。

具体实施例

以下本发明以具体实施例作进一步说明

实施例使用的铁矿粉和煤组分及化学成分如表2

表2

该实施例该批量铁矿粉含铁品位为58.270％。每吨铁需要铁矿粉1716kg。

球核料与外层料中的铁矿石中铁量分配比例为50％对50％，但是考虑球核与外层的接触界面球核表面的碳颗粒也会对内外层界面外层的铁氧化物产生直接还原作用，把外层界面附近一部分铁矿粉划入球核份额。实施例中配料为45％对55％。另外也可以外层铁矿粉使用含铁品位稍低的铁矿粉增加球团外层料的厚度，从而增加球核产物气体在外层扩散的路程和间接还原的时间，同时也增加还原结束时金属球团的再氧化抵抗能力。

该批量煤的固定碳不足80％，为79.120％，球核配碳量按固定碳计算，320kg碳/吨铁量配入，球核铁量还是50％份额计算配碳量，铁矿粉实际配入总份额45％。第一梯级还原单元使用的复合含碳球团和第三梯级还原单元使用的复合含碳球团的球核配碳量可以不同，后者加配一定过剩量，以利于还原结束后产物铁的渗碳，增加流动性。

表3为实施例两种复合含碳球团球核和外层配料表。

复合含碳球团的造球采用成球盘造球，可以采用在第一台成球机上造成球核，滚入第二台造球机成球盘内同时给入外层料二次成球工艺。也可以在一台成球机上完成，这台成球机的成球盘是可调角度和翻倾的，成球盘角度调到球粒不滚出盘外。给入球核料形成球核，再给入外层料完成二次成球形成球体外层，然后断水干滚，使复合含碳球团进入造球坚强期，同时加入少量干料粉调节水份保持水份8～10％。坚强期结束，翻倾成球盘一次性卸出成品球料，由皮带机运走。球盘复位进行下一周期作业。实践证明该方法配料精确、水份容易控制，球体强度高于前者和一般普通球团，完全达到转运和入炉条件的要求。

该批量煤挥发份为9.926％，挥发分中可燃基C_挥、H和S分别为3.856％、3.323％和0.503％是计算挥发分热值的依据。每kg煤的挥发分热值为6.035MJ，需要1.228m³空气助燃；煤中灰分为10.660％，灰分中SiO₂、CaO份额并入矿石计算CaO加入量调节渣酸碱度。

复合含碳球团的入炉方式是这样的，按照份额分为三份，第一份与煤和溶剂按所需比例混合后由第一还原单元的加料斗(10)、密封加料串联罐(11)、预热下料管(12)进入该单元填充床料柱顶部；第二份是单一复合含碳球团经第三梯级还原单元的加料受料斗(16)、密封加料串联罐(17)、下料管(18)进入该还原单元的填充床料柱顶部；第三份是少量数量的调节温度份额由第二梯级还原单元的调温复合含碳球团炉料进口(38)进入该单元炉内空间，如果适合情况下，第三份可以不使用。

常温空气经鼓风机单元(7)压缩后，由常温鼓风切换闸阀及管道系统(2)切换操作分时间段由热风炉换热单元(5)和(6)的鼓风常温空气进口(33)和(34)该单元下部空间，由下而上对流带走蓄热耐材的热量。换热后的鼓风温度上升到900℃左右，由(5)和(6)的上部的高温燃气进口及热风出口共用口(25)和(26)经高温热风切换闸阀及保温管道系统(35)到第一梯级还原单元(1)炉顶的高温空气进口(9)进入该单元的料柱顶部以上炉内空间，在该单元料柱顶部以上空间，高温热风空气分流为一路气流和两路分气流。主气流与炉料同向而下，预热炉料并燃烧该单元(1)所有入炉煤焦化产生的挥发分和复合含碳球团还原产物气体中剩余的CO气体以及补充燃料粒煤，提供反应吸热和熔化渣、铁的所需热量，形成的高温燃气携带剩余热量直接进入第二还原单元(2)的底部，与分流的第二路热风汇合再次燃烧本还原单元(2)加入铁水中的煤粉直接还原熔渣中氧化铁的产物气体和挥发分，扣除该还原单元(2)所需热耗贯穿底部空间直接进入第三梯级还原单元(3)的炉底通道，逆流而上提供该单元熔化热耗，又再一次与第三路分流热风汇合完全燃烧复合含碳球团产物气体中的剩余CO气体和球团球核中煤焦化折出的挥发分。最后的还原尾气是低于1100℃完全燃烧的高温燃气，从第三梯级还原单元(3)炉顶还原尾气出口溢出的高温燃气直接进入热除尘器单元(4)的内部，除尘后的高温燃气由除尘高温燃气出口(23)通过高温燃气切换闸阀及保温管道系统(24)与热风错开时段，由热风炉换热单元(5)和(6)的高温燃气进口及换热高温空气出口共用口(25)和(26)进入热风炉内部，加热热风炉内部蓄热材料后的换热废气温度降到300℃以下，由热风炉换热单元(5)和(6)的换热废气出口(28)和(29)通过换热废气切换闸阀及管道系统(27)直接进入煤及复合含碳球团干燥单元(8)的换热废气进口(30)，用于干燥作用的干燥废气温度再次降到100℃以下，携同样温度的水蒸汽再次除尘后排入大气环境，到这里整个入炉煤的能量密封循环利用过程全部完成。

在表4入炉料加料表中，第二梯级还原单位没有加入复合含碳球团是两端还原单元处于平衡和适合状态，生产中出现偏差时再精准调节。本发明使用的复合含碳球团是酸性炉料，脉石熔化温度高，在第三梯级还原单元的料柱下部起一定的骨架作用和增长还原温度区间作用，还有增加透气作用和对金属球团保护和抗再氧化作用。第二梯级还原单元的三物料进口共用口(14)加入的石灰粉由高温炉气加热携带输入第三梯级还原单元料柱底部与未熔化的最底层球团接触，CaO和球团脉石中SiO₂都处于临近各自熔化温度，矿化作用迅速熔化金属球团形成液相。

本发明入炉煤的还原剂作用由三部分构成，复合含碳球团内部固定碳与铁氧化的直接还原和间接还原、熔化后熔渣流经固体碳块粒时的直接还原和渣金界面铁水中碳与渣中FeO的熔融还原。其中固体碳直接还原只发生在第一梯级还原单元。入炉煤的供热作用也由三个途径构成，第一是包括加入球团球核的配碳煤、渗碳煤和直接还原耗碳煤等全部入炉煤受热焦化产生的挥发分的燃烧，第二是还原反应的产物气体中CO的二次燃烧，第三是直接对补充热量入炉煤的燃烧。这三种燃烧对于本发明是在供氧充足的完全燃烧。

本发明三梯级焙熔还原技术第一梯级还原单元是入炉煤能量密封循环的起点和源头，从表4表明，总量70％的煤从第一梯级还原单元加入，除供应本单元热支出后，剩余能量向下一梯级还原单元流动。第一梯级还原单元的复合含碳球团及煤是和石灰一起加入形成中性炉料，炉渣熔点在1250℃左右，加之铁水渗碳饱合1250℃时流动性也很好，1300℃的炉气温度是比较适合的。第二梯级还原单元的输出燃气温度为1472℃，既在耐火材料承受温度范围，对第三梯级还原单元底部的金属球团溶化后气、渣、铁水温度还有1400℃，这对下是渣铁逆流对前单元热支出的热量反回流，对上是支撑复合含碳球团球核直接还原吸热和升温热。在1350℃时，有试验资料表明还原时间不超过5min。复合含碳球团在炉内从预热、还原和熔化的时间越短说明料柱的需要高度越小，既而对料柱的下部软融层压力降低，对鼓风阻力的也降低。

高温烟气熔化还原结束的复合含碳球团形成的金属球团的过程是关心和关注焙熔还原技术的人们所担心的问题，担心生成的金属铁会被二氧化碳再氧化为氧化铁。二氧化碳对熔融状态铁和铁水的氧化势与纯氧相比相差很大。在现代钢结构制造业中大量使用一种成熟的技术叫“二氧化碳气体保护焊”的焊接工艺。高浓度的二氧化碳气体直接喷吹在焊缝高温铁水周围，隔开空气保护铁水不与空气中氧气的接触，如果发生CO₂和铁水的氧化又如何保证焊缝质量。本发明人在制造焙熔还原工厂的炉体结构时采用的也是二氧化碳气体保护自动焊接技术。这是一个最直接最普遍的实践佐证。再一个是高温烟气中占原空气体积分数的79％的N₂仍留在其中，烟气中CO₂的浓度与保护焊中使用的CO₂气体浓度的差别是类似纯氧与空气的差别，空气是不可能替代纯氧当做切割钢板的氧化剂，氮气阻挡氧化的作用是不能忽视的。还有一个保护效果是本发明中第二梯级还原单元加入的20kg炉尘/吨铁水和44kg石灰粉/吨铁水的粉尘物料由高温烟气携带进入复合含碳球团料柱底部对熔融铁和铁水进行表面覆盖与屏蔽，方法如同高炉出铁场用干渣覆盖在铁水沟中的铁水表面，隔绝空气中氧对铁水表面的氧化。焙熔还原的核心技术是采用复合含碳球团为炉料类似氧化球团的焙烧、在氧化气氛中焙烧还原、还原结束球团就地随即熔化进入终还原区域，所以命名为焙熔还原。在还原阶段，产物气体在球团内部压力指向的驱动下向球团表面强制迁移行为和球团外层阻碍保护作用，阻止了环境气相中的氧化气体进入球团内部，所以本发明第三梯级还原单元的分流高温空气进口(19)和(20)布置在料柱还原带位置。还原结束，三个方面的因素综合结果使熔化过程时间较短。一方面还原吸热停止球团温度很快上升到熔化温度，二方面是石灰粉的喷入造渣热的直接作用升温补充对冲熔化热，第三方面是熔渣组分CaO和SiO₂的酸碱中和作用由各自的高熔点自行改变为中性炉渣的低熔点。溶化后，液态熔体快速滴落或流入下部公共熔体储存空间，渣在上，铁水在下，产物铁的再氧化很难发生。本发明层层技术措施保障了熔化阶段的可靠进行与顺行。从热力学讲，直接还原中，FeO+CO＝Fe+CO₂——(6)，CO₂+C＝2CO——(2)，Fe+CO＝FeO+CO——(8)，反应式(6)和反应式(8)是一对可逆反应。再氧化反应式(8)会发生。焙熔还原技术对于科学的特殊贡献在于如下解释：直接还原反应式(6)和(2)是发生在复合含碳球团的内部密封环境，产物气体靠自身压力向外排是一种没有反应动力学限制的自发气固反应。反应式(8)是处于外部气相环境中气相和液相表面之间的反应。反应式(8)的反应速率受控于反应动力学限制环节。反应式(6)和反应式(8)对于本发明被分隔在两个不同的区域。再一个特征是留给反应式(8)的反应时间只是反应式(6)的几十分之一，反应产物的产量是正比于反应速度和时间，本发明有理由不考虑高温烟气对铁水的轻微再氧化作用的影响，如同炼钢转炉倾倒钢水时可以不考虑空气对钢水的再氧化。

第二梯级还原单元可以是一个反射炉结构，从表3热平衡中示出第二梯级还原单元的热支出本身消耗为0.456GJ，占热收入3.31GJ的13.776％，在反射炉热效率(15～30％)覆盖之内。这也是本发明实施例的可行保障。渣层的厚度本发明采用薄渣层操作，即减少渣中氧化铁向渣金界面迁移的路程又减少热量传递的热阻。

本发明的第一还原单元的炉体可以看作是一个燃煤的竖炉，炉料与气流同向，两者运动速度的差异较大，实质上还是相对对流传热。热空气一部分从料柱顶面向下强制流动，一部分通过炉衬耐火材料内部垂直通道和横向通道从不同位置向内周围侧吹，保障还原产物气体、挥发份和补充煤的完全燃烧。穿过耐火材料内部通道的热空气在900～1000℃，相对炉衬耐火材料的工作面温差造成冷却作用，又把热空气再升温的热量反带回炉内。随复合含碳球团加入的块煤在高温焦化后的块状焦炭，在料柱底部形成类似高炉下部的中心锥形呆料柱，这个锥形料柱随渣、铁水渗透过程的直接还原消耗铁水渗碳消耗和上部的不断补充始终存在，浮在渣、铁水中支承料柱的重量，此时的锥形炭料柱不仅起到骨架作用、还原剂作用和铁水渗碳作用，还起到第四种作用：过滤作用，对第二梯级还原单元和第三梯级还原单元流过的渣中还没还原干净FeO截留进行固体碳直接还原，这次的还原行为对于第三梯级还原单元炉中的复合含碳球团而言是球核直接还原、外层间接还原和终还原后的第四次扫尾还原，保障入炉铁的回收率在一个较高的位置。

本发明串联的三个梯级还原单元形成一个整体还原循环装置，气流的运行，以第一还原单元炉顶进口进入，从第三梯级还原单元炉顶出口输出，出口气流温度在1100℃以下，进口气流温900～1000℃，两者温差100～200℃，自然形成换热的温差适合条件。如果进口热风需要提高1100℃或者略高，换热单元的热风炉各闲置一套气体燃烧设备，随时启用，在热风炉膛内混风提高燃气温度及蓄热材料温度进行调节。1100℃以下的气流运行温度，是携带的灰尘不会造成凝结粘结堵塞管道和除尘器内腔及闸阀阀芯；二是此温度在任何普通耐火材料的耐火温度之下，对管道保温材料、热风炉炉衬及蓄热材料无特殊要求；三是切换闸阀的阀座和阀芯可以考虑用耐热合金材料加工制造，不设水冷在红热状态下工作。热风炉换热单元中高温燃气和高温热风空气的进出共用一截管道、一个进出口、一个上部炉顶集散空腔和下部炉底集散空腔以及蓄热材料气流通道。类似呼吸作用和热风炉内部集尘作用，把逃逸出除尘器除尘单元的高温气流中的飞灰重新带回还原单元系统。

比较传统高炉的换热回热，高炉煤气的理论燃烧温度只有900℃左右，要达到1100℃的炉内上部温度效果，比本发明多出一套煤气和助燃空气的加热换热炉外燃烧系统，也就是热风炉外的附属热风炉系统。

表1

表3

表4

表5

表6

表7 三梯级还原单元热平衡

Claims (6)

1.一种以煤为燃料和还原剂、以复合含碳球团为炉料的焙熔还原炼铁方法，其特征在于：

[1]用复合含碳球团作为炉料；

[2]用煤作为燃料和还原剂；

[3]类似江河梯级水力发电，上一梯级单元剩余的能量流入下一梯级单元直接利用，由鼓风机单元——热风炉换热单元——第一梯级还原单元——第二梯级还原单元——第三梯级还原单元——热除尘器单元——热风炉换热单元——煤及复合含碳球团烘干单元，八个单元无缝连接形成一个整套能量密封循环运行系统；

[4]复合含碳球团的入炉方式分为三路，一路与煤和溶剂按所需比例混合后经第一级还原单元的受料斗、密封加料串联罐和炉顶内部下料管进入该还原单元填充床料柱顶部，第二路是单一复合含碳球团经第三梯级还原单元的受料斗、密封加料串联罐和炉顶内部下料管进入该还原单元填充床料柱顶部，第三路以少量数量单一复合含碳球团作为调节温度作用由第二梯级还原单元的炉顶密封加料装置进入该还原单元炉内空间；

[5]从热风炉换热单元热风出口出来的热风，经热风保温管道和热风切换闸阀引到第一还原单元分流为一路主要气流和两路分流气流，主气流由第一梯级还原单元炉顶进气口进入炉内，与炉料同向而下，预热炉料并燃烧该单元所有入炉煤焦化产生的挥发分和复合含碳球团还原产物气体中剩余的CO气体以及补充燃料粒煤，提供反应吸热和熔化渣、铁的所需热量，形成的高温燃气携带剩余热量直接进入第二级还原单元底部，与分流的第二路热风汇合再次燃烧本单元加入铁水中的煤粉直接还原熔渣中氧化铁的产物气体和挥发分，扣除该还原单元所需热耗贯穿底部空间直接进入第三级还原单元炉底通道，逆流而上提供该单元熔化热耗，又再一次与第三路分流热风汇合完全燃烧复合含碳球团产物气体中的剩余CO气体和球团球核中煤焦化折出的挥发分，最后的还原尾气以低于1100℃的温度从第三梯级还原单元的炉顶还原尾气出口排出直接进入热除尘器单元除尘后通过保温管道和热风切换闸阀流入热风炉换热单元与鼓风机鼓入的常温空气交换热量，从热风炉底部出口排出的换热废气还具有300℃以下温度，直接进入煤及复合含碳球团烘干单元用于干燥后的干燥废气和水蒸汽温度都在100℃以下，再次除尘后排入大气环境，从而完成整个入炉煤能量密封循环利用过程。

2.一种权利要求1所述梯级焙熔还原炼铁方法的专用整套能量密封循环系统设备，包括第一梯级还原单元(1)、第二梯级还原单元(2)、第三梯级还原单元(3)、热除尘器单元(4)、热风炉换热单元(5)和(6)、鼓风机单元(7)、煤及复合含碳球团烘干单元(8)、高温燃气切换闸阀及保温管道系统(24)、换热废气切换闸阀及保温管道系统(27)、常温鼓风切换闸阀及管道系统(32)、高温热风切换闸阀及保温管道系统(35)其特征在于：

A.所述第一梯级还原单元(1)具有：热风进口(9)、分流高温空气出口(13)、混合炉料加料受料斗(10)、密封加料串联罐(11)、预热下料管(12)、整套设备渣出口(36)、整套设备铁水出口(37)；

B.所述第二梯级还原单元(2)具有：炉尘、石灰粉和分流高温空气三物料共用进口(14)、分流高温空气调节阀(15)、调温复合含碳球团炉料进口(38)；

C.所述第三梯级还原单元(3)具有：单一复合含碳球团加料受料斗(16)、密封加料串联罐(17)、炉料预热下料管(18)、分流高温空气进口(19)和(20)、输入铁水中煤粉进料口(21)；

D.所述热除尘器单元(4)具有：除尘炉尘排出口(22)、除尘高温燃气出口(23)；

E.所述热风炉换热单元(5)和(6)具有：高温除尘燃气进口及热风出口共用口(25)和(26)、换热废气出口(28)和(29)、鼓风常温空气进口(33)和(34)；

F.所述煤及复合含碳球团烘干单元(8)具有：换热废气进口(30)、干燥废气和水蒸汽出口(31)。

3.根据权利要求2所述专用整套能量密封循环系统设备，其特征在于：所述第一梯级还原单元(1)、所述第二梯级还原单元(2)和所述第三梯级还原单元(3)沿主气流方向底部相通串联无缝连接。

4.根据权利要求2所述专用整套能量密封循环系统设备，其特征在于：所述热除尘器单元(4)高温燃气进口与所述第三梯级还原单元(3)上部高温还原尾气出口无缝连接，除尘高温燃气出口(23)通过所述高温燃气切换闸阀及保温管道系统(24)与所述热风炉换热单元中的高温除尘燃气进口及热风出口共用口(25)和(26)无缝连接。

5.根据权利要求2所述专用整套能量密封循环系统设备，其特征在于：所述煤及复合含碳球团干燥单元换热废气进口(30)通过所述换热废气切换闸阀及保温管道系统(27)与所述热风炉换热单元(5)和(6)的换热废气出口(28)和(29)无缝连接。

6.根据权利要求2所述专用整套能量密封循环系统设备，其特征在于：所述热风炉换热单元(5)和(6)的鼓风常温空气进口(33)和(34)通过所述常温鼓风切换闸阀及管道系统(32)与鼓风机单元(7)无缝连接，高温除尘燃气进口及热风出口共用口(25)和(26)通过高温热风切换闸阀及保温管道系统(35)与所述第一梯级还原单元(1)上部热风进口(9)无缝连接。

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