CN110129500B - 一种铁焦的制备方法和制备系统 - Google Patents

一种铁焦的制备方法和制备系统 Download PDF

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Abstract

一种铁焦制备方法，包括：在竖炉中对铁焦生球进行干馏处理；干馏中，收集炉顶煤气并对其进行升温和改质处理，获得高温改质煤气，将高温改质煤气作为干馏气氛回通到竖炉内，对铁焦生球进行干馏处理；高温改质煤气温度为900℃～1100℃，高温改质煤气中CO2分压在10％以下。能耗低、碳排放少，同时生产出的铁焦产品成品率高，冶金性能好。还涉及一种铁焦制备系统，包括竖炉、煤气加热装置和降低煤气中CO2分压的煤气改质装置；在竖炉的顶部设有用于排出炉顶煤气的排气口，在竖炉的下部设置有进气口；排气口依次通过煤气加热装置和煤气改质装置与进气口连通，炉顶煤气经加热、改质后对铁焦生球进行干馏。结构简单、流程短、布局紧凑且成本低。

Description

一种铁焦的制备方法和制备系统
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种铁焦的制备方法和制备系统。
背景技术
在高炉冶炼中，焦炭起到发热剂、还原剂、料柱骨架和铁水渗碳的作用；为此，高炉炼铁需要大量的优质冶金焦炭。随着我国钢铁行业的快速发展和当前低碳社会的需求，降低高炉冶炼的制备能耗、成本及碳排放成为钢铁产业的热点问题之一。铁焦是指将含铁物质与煤混合均匀后，经过成型、焦炉或竖炉干馏炭化处理制得的碳铁复合炉料；铁焦具有较高的气化反应性和较低的气化反应开始温度，能够降低热储备区温度，将铁焦代替部分焦炭参与高炉冶炼，能够减少焦炭消耗，降低焦比，减少CO2排放，并且，铁焦的原料来源广泛，成本低。因此，铁焦是一种新型的高炉炼铁燃料。
传统的焦炭是在室式焦炉中经干馏、焦化成型得到；将铁焦原料用室式焦炉来制备铁焦，由于传统室式焦炉是由硅耐火砖构成，因此，在装入铁焦原料时，铁矿石与硅耐火砖的主要成分(二氧化硅)发生反应，生成低熔点的铁橄榄石而导致硅耐火砖的损伤，可见传统的室式炼焦炉并不适用于铁焦的炭化成型。
现有中用于铁焦的制备，主要有连续式干馏炉。如中国专利CN 102471693B公开了铁焦的制造方法和制造装置，该方法提出干馏炉炉衬材料采用黏土砖而非硅砖，采用设置于高度不同位置的三级风口且除炉顶部外不具有气体的排出口的立式干馏炉，在干馏过程中，干馏炉炉顶气通过设置于干馏区域中间部的风口吹入低温气体，通过设置于干馏区域上部的风口吹入高温气体，通过设置于干馏区域下部的风口吹入冷却气体，制备铁焦。该方法制备铁焦，能够使铁焦制造中所需要的热量处于低位；但是实现该方法所需的设备结构复杂、生产成本高，此外，在炉顶煤气作为热介质进入干馏室后，铁焦会与炉顶煤气中的CO2发生气化反应而被侵蚀的现象，无法保证铁焦质量及其稳定性。
因此，亟需一种新的铁焦制备方法和制备装置。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种铁焦制备方法，能耗低、碳排放少，同时生产出的铁焦产品成品率高，冶金性能好。
还提供一种实现上述铁焦制备方法的铁焦制备系统，结构简单、流程短、布局紧凑且成本低。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种铁焦的制备方法，包括：在竖炉中对铁焦生球进行干馏处理，铁焦生球是将含碳物质与含铁氧化物的物质混合压制成的球团；干馏过程中，收集炉顶煤气并对其进行升温和改质处理，以获得高温改质煤气，将高温改质煤气作为干馏气氛回通到竖炉内，对铁焦生球进行干馏处理；其中高温改质煤气的温度为900℃～1100℃，高温改质煤气中CO2的分压在10％以下。
作为本发明铁焦的制备方法的一种改进，改质处理所用的改质剂包括均匀混合的脱碳剂和脱硫剂，脱碳剂为焦炭和/或半焦，脱硫剂为白云石和/或轻烧白云石和/或石灰石；改质剂的粒度在50mm以上。
作为本发明铁焦的制备方法的一种改进，先对炉顶煤气进行升温，得到高温煤气，然后改质处理，得到高温改质煤气；高温煤气的温度为1100～1300℃。
作为本发明铁焦的制备方法的一种改进，铁焦生球的粒度为20mm～50mm。
一种铁焦的制备系统，用于对铁焦生球进行干馏而连续制造铁焦，铁焦生球是将含碳物质与含铁氧化物的物质混合压制成的球团，铁焦的制备系统包括对铁焦生球进行干馏的竖炉、煤气加热装置和降低煤气中CO2分压的煤气改质装置；在竖炉的顶部设置有用于排出炉顶煤气的排气口，在竖炉的下部设置有进气口；排气口以管道连通煤气加热装置，煤气加热装置连通煤气改质装置，煤气改质装置连通进气口，炉顶煤气经加热、改质处理后，被回通到所述竖炉内部对铁焦生球进行干馏处理。
优选地，煤气加热装置包括燃烧室，在燃烧室上设置有低温煤气进口、高温煤气出口和空气进口；低温煤气进口与排气口连通，高温煤气出口与煤气改质装置连通。
优选地，煤气加热装置包括两个燃烧室，分别为第一燃烧室和第二燃烧室；煤气改质装置包括改质工作室，改质工作室包括第一高温煤气进口、第二高温煤气进口和改质高温煤气出口；第一高温煤气进口与第一燃烧室的高温煤气出口连通，第二高温煤气进口与第二燃烧室的高温煤气出口连通，改质高温煤气出口与进气口连通；第一燃烧室与改质工作室紧邻设置，且以第一间壁进行隔开；第二燃烧室与改质工作室紧邻设置，且以第二间壁进行隔开；第一间壁和第二间壁为导热体。
优选地，第一燃烧室的高温煤气出口通过第一切换阀与第一高温煤气进口连通，第二燃烧室的高温煤气出口通过第二切换阀与第二高温煤气进口连通。
优选地，排气口依次通过除尘器和油-汽-水分离器与煤气加热装置连通。
优选地，还包括水冷箱，排料口与水冷箱连通。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的铁焦制备方法，工艺流程简短，整个流程以炉顶煤气作为热载体循环使用，有效减少能源消耗、降低碳排放，同时生产出的铁焦产品成品率高，冶金性能好。
2、脱碳剂采用焦炭和/或半焦，可以很好的去除CO2，降低高温煤气中CO2的含量；脱硫剂采用白云石和/或轻烧白云石和/或石灰石，其分解后分解产生的CaO可以有效降低高温煤气中H2S的含量，有利干馏过程中铁焦质量的提升。
3、本发明提供的铁焦制备系统结构简单、流程短、布局紧凑且成本低，使加热、改质后的炉顶煤气作为热载体循环使用，完成铁焦生球的干馏处理，能耗低，碳排放减少，同时生产出的铁焦产品成品率高，冶金性能好。
4、借助于燃烧室对炉顶煤气进行加热，充分利用了炉顶煤气的自身物理热，同时也利用了炉顶煤气中的含碳、含氢气体燃烧产生的化学热，整个过程外部供给热量需求低，工艺能耗低。
5、通过以导热体材料制成的间壁分隔燃烧室和改质工作室，结构紧凑并且高效利用了燃烧室的热量，燃烧室的热量在加热炉顶煤气的同时可传递到改质工作室，对改质剂进行加热。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中铁焦制备系统的结构图。
【附图标记说明】
1：竖炉；
11：排气口；12：装料口；13：排料口；14：进气口；
2：水冷箱；
3：除尘器；
4：油-水-气分离器；
5：加压泵；
61：第一燃烧室；611：第一空气进口；612：第一低温煤气进口；
62：第二燃烧室；621：第二空气进口；622：第二低温煤气进口；
7：改质工作室；
71：第一高温煤气进口；72：第二高温煤气进口；73：改质高温煤气出口。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
在本发明的具体实施方式中涉及的百分数含量，除特别说明之外，均为重量百分数含量。
经申请人研究发现，控制干馏气氛中CO2气体的分压在10％以下，可以降低碳气化反应的发生，避免铁焦与干馏气氛中CO2发生气化反应而被侵蚀，从而提高铁焦的冶金性能。
基于此，本发明提供一种铁焦的制备方法，包括：从竖炉顶部装入铁焦生球，并对铁焦生球进行干馏处理，其中，铁焦生球是将含碳物质与含铁氧化物的物质混合压制成的球团；对炉顶煤气进行加热处理，获得高温煤气，再对所述高温煤气进行改质处理，获得高温改质煤气，高温改质煤气的温度为900℃～1100℃，高温改质煤气中CO2的分压在10％以下；将高温改质煤气通入竖炉下部，用于对铁焦生球进行干馏处理；从竖炉下部排出铁焦产品。工艺流程简短，整个流程以炉顶煤气作为热载体循环使用，有效减少能源消耗、降低碳排放，同时生产出的铁焦产品成品率高，冶金性能好。
优选地，改质处理所用的改质剂包括均匀混合的脱碳剂和脱硫剂，脱碳剂为焦炭和/或半焦，脱硫剂为白云石和/或轻烧白云石和/或石灰石。焦炭和半焦可以很好的去除CO2，降低高温煤气中CO2的含量，白云石、轻烧白云石和石灰石分解产生的CaO可以有效降低高温煤气中H2S的含量，从而有利干馏过程中铁焦质量的提升。优选地，改质剂的粒度在50mm以上；一来减少了气流带走固体颗粒的数量，二来粒度较大的改质剂堆积时之间的空隙较大，利于气流较好的通过，可进一步促进高温煤气中的CO2与铁焦及H2S与CaO之间的反应，拥有更好的使用效果。进一步优选地，改质处理所用的改质剂为均匀混合的75％～85％的焦炭和15％～25％的白云石。
优选地，高温煤气的温度为1100～1300℃。以满足改质剂的反应需求，同时保证高温改质煤气的温度为900℃～1100℃。
优选地，铁焦生球的粒度为20mm～50mm。保证了干馏后铁焦产品的粒度需求，同时此粒度下竖炉内的透气性较好。
优选地，在加热处理之前，对炉顶煤气依次进行除尘处理和油-水分离处理，获得净化炉顶煤气。
本发明还提供一种铁焦的制备系统，如图1所示，用于对铁焦生球进行干馏处理来连续制造铁焦。
总体结构
铁焦的制备系统包括对铁焦生球进行干馏的竖炉、煤气加热装置和降低气体中CO2分压的煤气改质装置；在竖炉1的顶部设置有用于排出炉顶煤气的排气口11和用于装入铁焦生球的装料口12，在竖炉1的下部设置有进气口14和排出铁焦的排料口13；排气口11依次通过煤气加热装置和煤气改质装置与进气口14连通，炉顶煤气经加热、改质处理后，被回通到所述竖炉内部对铁焦生球进行干馏处理。
该铁焦制备系统结构简单、流程短、布局紧凑且成本低，使加热、改质后的炉顶煤气作为热载体循环使用，完成铁焦生球的干馏处理，能耗低，碳排放减少，同时生产出的铁焦产品成品率高，冶金性能好。
煤气加热装置
优选地，煤气加热装置包括燃烧室，在燃烧室上设置有低温煤气进口、高温煤气出口和空气进口；低温煤气进口与排气口连通，高温煤气出口与煤气改质装置连通。由于炉顶煤气自身具有物理热，在燃烧室中，炉顶煤气与助燃空气燃烧产生高温煤气，可将炉顶煤气加热至1100～1300℃；此过程中充分利用了炉顶煤气的自身物理热，同时也利用了炉顶煤气中的含碳、含氢气体燃烧产生的化学热，整个过程外部供给热量需求低，工艺能耗低。
当然，上述采用燃烧室对炉顶煤气进行加热的结构仅仅是优选，可以想见，将其替换为电加热形式的气体加热器，也可以实现将炉顶煤气加热至1100～1300℃的效果。
煤气改质装置
优选地，煤气加热装置包括两个所述燃烧室，分别为第一燃烧室61和第二燃烧室62，第一燃烧室61包括第一空气进口611和第一低温煤气进口612，第一低温煤气进口612与排气口11连通，第二燃烧室62包括第二空气进口621和第二低温煤气进口622，第二低温煤气进口622与排气口11连通；煤气改质装置包括改质工作室7，改质工作室包括第一高温煤气进口71、第二高温煤气进口72和改质高温煤气出口73；第一高温煤气进口71与第一燃烧室61的高温煤气出口连通，第二高温煤气进口72与第二燃烧室62的高温煤气出口连通，改质高温煤气出口73与进气口14连通；第一燃烧室61与改质工作室7紧邻设置，且以第一间壁进行隔开；第二燃烧室62与改质工作室7紧邻设置，且以第二间壁进行隔开；第一间壁和第二间壁为导热体。改质工作室中填充有均匀混合的脱碳剂和脱硫剂。
采用两个燃烧室对炉顶煤气进行加热，提升了炉顶煤气的加热效率，同时通过以导热体材料制成的间壁分隔燃烧室和改质工作室，结构紧凑并且高效利用了燃烧室的热量，燃烧室的热量在加热炉顶煤气的同时可传递到改质工作室，对改质剂进行加热。
当然，设置两个燃烧室与改质工作室配合使用仅仅是优选，可以想见，将其替换为三个以上的燃烧室与改质工作室配合，也可以实现热量高效利用的效果。
进一步优选地，第一燃烧室的高温煤气出口通过第一切换阀与所述第一高温煤气进口连通，第二燃烧室的高温煤气出口通过第二切换阀与第二高温煤气进口连通。调节第一换向阀和第二换向阀，保证燃烧室内的煤气达到预定高温后再进入改质工作室，以及，调节煤气流速，延长煤气在改质工作室内的滞留时间，保证碳气化反应充分，使改质高温煤气中的CO2分压达到预设标准。
进一步地，排气口11依次通过除尘器3和油-汽-水分离器4与所述煤气加热装置连通。
进一步地，改质高温煤气出口73通过加压泵5与进气口14连通。输送改质高温煤气进入竖炉下部，对铁焦生球进行干馏处理。
进一步地，铁焦制备系统还包括水冷箱2，排料口13与水冷箱2连通。用于冷却铁焦产品。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铁焦的制备方法，其特征在于，包括：
在竖炉中对铁焦生球进行干馏处理，所述铁焦生球是将含碳物质与含铁氧化物的物质混合压制成的球团；
干馏过程中，收集炉顶煤气并对其进行升温和改质处理，以获得高温改质煤气，将所述高温改质煤气作为干馏气氛回通到竖炉内，对所述铁焦生球进行干馏处理；
其中，改质处理所用的改质剂包括均匀混合的脱碳剂和脱硫剂，所述脱碳剂为焦炭和/或半焦，所述脱硫剂为白云石和/或轻烧白云石和/或石灰石；所述高温改质煤气的温度为900℃~1100℃，所述高温改质煤气中CO2的分压在10%以下。
2.根据权利要求1所述的铁焦的制备方法，其特征在于，所述改质剂的粒度在50mm以上。
3.根据权利要求2所述的铁焦的制备方法，其特征在于，先对所述炉顶煤气进行升温，得到高温煤气，然后改质处理，得到高温改质煤气；其中所述高温煤气的温度为1100~1300℃。
4.根据权利要求1所述的铁焦的制备方法，其特征在于，所述铁焦生球的粒度为20mm~50mm。
5.一种铁焦的制备系统，用于对铁焦生球进行干馏而连续制造铁焦，铁焦生球是将含碳物质与含铁氧化物的物质混合压制成的球团，其特征在于，所述铁焦的制备系统包括对所述铁焦生球进行干馏的竖炉（1）、煤气加热装置和降低煤气中CO2分压的煤气改质装置；所述煤气改质装置包括改质工作室（7），所述改质工作室中填充有均匀混合的脱碳剂和脱硫剂，所述脱碳剂为焦炭和/或半焦，所述脱硫剂为白云石和/或轻烧白云石和/或石灰石；煤气改质装置使改质高温煤气中CO2的分压在10%以下；
在所述竖炉（1）的顶部设置有用于排出炉顶煤气的排气口（11），在所述竖炉（1）的下部设置有进气口（14）和排出铁焦的排料口（13）；
所述排气口（11）以管道连通所述煤气加热装置，所述煤气加热装置连通所述煤气改质装置，所述煤气改质装置连通所述进气口（14），使竖炉（1）的炉顶煤气经加热、改质处理后，被回通到所述竖炉（1）内部对铁焦生球进行干馏处理。
6.根据权利要求5所述的铁焦的制备系统，其特征在于，所述煤气加热装置包括燃烧室，在所述燃烧室上设置有低温煤气进口、高温煤气出口和空气进口；
所述低温煤气进口与所述排气口连通，所述高温煤气出口与所述煤气改质装置连通。
7.根据权利要求6所述的铁焦的制备系统，其特征在于，所述煤气加热装置包括两个所述燃烧室，分别为第一燃烧室（61）和第二燃烧室（62）；
所述改质工作室（7）包括第一高温煤气进口（71）、第二高温煤气进口（72）和改质高温煤气出口（73）；
所述第一高温煤气进口（71）与所述第一燃烧室的高温煤气出口连通，所述第二高温煤气进口（72）与所述第二燃烧室的高温煤气出口连通，所述改质高温煤气出口（73）与所述进气口连通；
所述第一燃烧室（61）与所述改质工作室（7）紧邻设置，且以第一间壁进行隔开；所述第二燃烧室（62）与所述改质工作室（7）紧邻设置，且以第二间壁进行隔开；所述第一间壁和第二间壁为导热体。
8.根据权利要求7所述的铁焦的制备系统，其特征在于，所述第一燃烧室的高温煤气出口通过第一切换阀与所述第一高温煤气进口连通，所述第二燃烧室的高温煤气出口通过第二切换阀与所述第二高温煤气进口连通。
9.根据权利要求5所述的铁焦的制备系统，其特征在于，所述排气口（11）依次通过除尘器（3）和油-汽-水分离器（4）与所述煤气加热装置连通。
10.根据权利要求5所述的铁焦的制备系统，其特征在于，还包括水冷箱（2），所述排料口（13）与所述水冷箱（2）连通。
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