CN110184405B - 一种采用酸性含碳金属化球团生产铁水的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用酸性含碳金属化球团生产铁水的方法及其装置，属于冶金工程技术领域，方法包括干燥物料、造球、干燥生球、转底炉还原铁精矿和生产铁水；装置包括给料装置、铁水生产装置、高炉煤气处理装置、还原装置和余热回收装置，所述铁水生产装置包括依序连接的转底炉、冷却机构和化铁炉，转底炉的入口端与给料装置的排料端连接，转底炉的高温烟气排出口与余热回收装置的入口端连接，化铁炉的煤气出口与高炉煤气处理装置连接，还原装置的排气端与给料装置的气体入口端连接。本发明大幅度降低了钢铁企业的能源消耗，减小了碳排放对环境的污染，对钢铁生产的降本增效、节能降耗、绿色环保具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于冶金工程技术领域，具体涉及一种采用酸性含碳金属化球团生产铁水的方法及其装置。
背景技术
钢铁工业能耗约占人类总能耗的5%，并且消耗的主要是煤、石油、天然气等化石能源，同时排放出大量的CO2、SO2、NOx以及粉尘等污染物。钢铁企业70%以上的能源消耗和污染排放是炼铁系统产生的，同时以高炉炼铁为核心的“烧结-焦化-炼铁”高温铁水生产工艺对矿产资源依赖性较大，特别是中国铁矿石对外依存度达60%左右，铁矿石价格上涨是当前中国钢铁企业盈利困难的主要原因，如何实现节能减排和铁矿石的稳定供给是事关钢铁企业生存和可持续发展的两大关键问题。
高炉炼铁是当今世界上最成熟、最高效的铁水生产技术，高炉铁水产量占了世界生铁产量的85%以上，但高炉炼铁存在工艺流程长、焦炭依赖度高、环境污染大等问题，开发清洁、环保、不依赖焦煤的非高炉炼铁技术一直是冶金工作者努力的方向。目前，钢铁企业已经商业化运行的两步法熔融还原炼铁工艺COREX和FINEX，是最成功的非高炉炼铁技术，但仍然没有完全摆脱对焦炭的依赖，吨铁焦炭消耗在50-200kg，虽然COREX和FINEX工艺具有工艺流程短、污染物排放少、清洁环保等特点，但由于熔分工艺需要消耗优质块煤和纯氧，导致铁水生产成本高，尤其是COREX工艺由于炉顶煤气没有循环利用，大量高热值煤气只能外供输出，造成一次燃料消耗较高，能源利用效率较低。铁矿石气基竖炉直接还原技术在国外得到快速发展，对一些天然气资源丰富、焦煤资源紧缺的国家来说，这种工艺可以生产出价格低廉的优质海绵铁。由于中国天然气资源紧缺，工业用电价格较高，造成铁矿石采用气基竖炉直接还原生产海绵铁、电炉熔分生产铁水工艺受到限制。因此，开发非高炉炼铁新工艺，综合处理各种铁矿资源，减少铁水冶炼能耗和污染物排放，可以提高中国钢铁企业的国际竞争力。
近年来兴起的一种炼铁新工艺—转底炉直接还原工艺，它是一种煤基非高炉炼铁新工艺，不使用焦炭，使用普通煤作还原剂，是一种原料要求简单、反应速率快、设备简单、操作灵活、环保的短流程金属铁生产方法。转底炉直接还原技术以铁矿粉（或红土镍矿、钒钛磁铁矿、硫酸渣或冶金粉尘、炼钢污泥等）为原料，其生产工艺包括两个步骤：生球团的生产和转底炉的直接还原，该工艺的核心设备是转底炉，处理工艺是将钢铁企业的含铁物料、还原剂和粘结剂按一定比例配料、混合均匀后，使用压球机或造球机进行制球而得球团。冷固结含碳球团经过干燥处理之后，含碳球团经转底炉的装料机从炉顶加入炉膛内，并使球团铺设在炉底，生球在转底炉的炉床上铺设厚度1-2层。炉膛内部通过上部烧嘴的燃烧燃料进行供热，炉内温度可达1250℃以上。在转底炉炉体转动过程中，球团先后经历装入区预热、加热区升温、还原区还原以及卸料区的出料过程，可使球团得到还原。转底炉内产生的烟气在炉料上方与物料旋转方向逆向流动过程中，依靠炉壁和火焰的辐射传热，将燃料燃烧产生的热量传递给焙烧球团，当含碳球团加热到还原温度后，球团内部的铁氧化物颗粒与碳颗粒及还原气体发生反应，最终生成铁含量较高的金属化球团。金属化球团到达出料口时，用出料机将还原完成的金属化球团排出。由于转底炉内温度高达1250-1300℃，在炉底转动一周期间内，可根据球团的还原情况，调节球团在炉内的停留时间，一般处理钢铁含锌粉尘的时间可控制在20-30min内，球团中的氧化铁几乎全部还原，还原中未消耗的碳仍留在海绵铁中。由于含碳球团中的碳在整个球团内均匀分布，当球团达到一定温度时，分布在球团内的无数碳粒及还原气体与铁、锌等氧化物发生还原反应，因此球团内部的还原可称为“自还原”。同时，煤炭中的挥发分一般占可燃基的10%-40%，煤炭被加热到足够高温度后放出挥发分气体，挥发分的主要成份是H2、CO和碳氢化合物，H2和CO可作为还原剂进行利用，碳氢化合物进入到炉膛空间后可作为燃料进行利用。
铁矿石转底炉直接还原工艺的优点：（1）能够有效回收并利用钢铁企业含锌粉尘中的铁、碳和锌，一般不需要另外配煤，直接利用粉尘中的碳还原氧化铁和氧化锌，通常金属化率能达到70%以上，脱锌率能达到80%以上。（2）通过球团内配煤工艺，将铁精矿与煤粉按一定的比例混合，在添加一定比例的粘结剂后进行造球，球团再在转底炉内进行高温还原反应，实现铁氧化物的还原。（3）铁氧化物在转底炉内的高温还原速度快，可把含金属氧化物的粉尘和废弃物还原成金属，高温下粉尘中许多有害元素和物质能够挥发或分解，能燃烧的用作燃料。（4）转底炉本身是封闭系统，炉内微负压操作，生产过程中基本上无污染排放，最终的固体产物和经过净化的烟气均符合环保要求，而且烟气余热得到充分利用。
铁矿石转底炉直接还原工艺存在的主要问题有：（1）转底炉单炉的最大规模年产铁不过50万吨，单炉产能低。（2）转底炉物料还原温度高达1250-1300℃，还原过程能耗较高。（3）转底炉生产出的还原物料其金属化率为70-85%，当用作炼钢转炉的原料时，需要对还原物料进行磨矿和磁选，但当用作高炉的原料时，还需要对还原物料进行熔化及终还原。（4）当转底炉生产炼钢转炉金属化物料时，需要采用高品位铁精矿为原料，其生产成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用酸性含碳金属化球团生产铁水的方法及其装置，以解决现有转底炉技术中必须使用焦炭、普通煤和还原剂能耗巨大的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种采用酸性含碳金属化球团生产铁水的方法，包括如下步骤：
步骤一、干燥物料：
将铁精矿烘干至含水量小于6%；将调质煤和增氧脱硫剂的混合物料磨至粒度-80目占80%以上，在制粉过程中对混合物料进行干燥至其含水量小于6%；
步骤二、造球：
将铁精矿、调质煤粉、增氧脱硫剂粉、粘结剂和液相调质剂经配料、混料、加水造球后，对得到的生球进行筛分，得到粒度20-30mm的生球；
步骤三、干燥生球：
将步骤二得到的含水的生球均匀铺设在链篦机尾部，用热烟气对生球进行干燥；
步骤四、转底炉还原铁精矿：
将步骤三得到的干燥生球团送入转底炉并均匀铺设在转底炉的炉底上，铺设厚度为40-60mm，干燥生球团随炉底转动，依次经过转底炉的预热区、中温还原区、高温还原区和控制还原区进行加热和铁氧化物还原；
步骤五、水淬得到酸性含碳金属化球团：
将步骤四得到的还原物料进行水淬后捞出，即得自熔性含碳金属化球团；
步骤六、生产铁水：
将步骤五得到的自熔性含碳金属化球团加入到化铁炉中，在炉内高温热风及自熔性含碳金属化球团中碳的燃烧放热作用下，自熔性含碳金属化球团经过升温、熔化后进行终还原和渣铁分离，得到高温铁水。
步骤一所述铁精矿品位为55-65%，其中SiO2的含量小于8%，粒度为-200目的占80%以上。
步骤二中所述调质煤粉采用挥发份8-12%、固定碳含量75-80%的无烟煤或兰炭，粒度小于30mmm；增氧脱硫剂粉采用CaO含量47-55%的石灰石；粘结剂采用膨润土或水泥；液相调质剂选用腐植酸钠或纯碱；所述各原料的配比为铁精矿：调质煤：增氧脱硫剂：粘结剂：液相调质剂=100：35-50：8-20：3-5：0-2。
步骤四所述干燥生球团在转底炉内的还原时间为30-50min、还原温度为1250-1280℃。
步骤六所述高温热风的温度为1000-1100℃。
所述采用酸性含碳金属化球团生产铁水使用的装置，包括给料装置、铁水生产装置、高炉煤气处理装置、还原装置和余热回收装置，所述铁水生产装置包括依序连接的转底炉、冷却机构和化铁炉，转底炉的入口端与给料装置的排料端连接，转底炉的高温烟气排出口与余热回收装置的入口端连接，化铁炉的煤气出口与高炉煤气处理装置连接，还原装置的排气端与给料装置的气体入口端连接。
所述给料装置包括圆筒烘干机和立式磨粉机，还包括依序连接的配料机、混料机、造球机、筛分机和链篦机，配料机的进料口分别与圆筒烘干机和立式磨粉机连接，链篦机的出料口与转底炉的进料口连接，链篦机的尾气排出口设置尾气回收装置，还包括与链篦机的热气入口连接的烟气炉，烟气炉的进气口与还原装置的排气端连接。
所述余热回收装置包括依序连接的高温余热锅炉、空气换热器、煤气换热器、水换热器和尾气回收装置，高温余热锅炉与转底炉的高温烟气排出口连接，空气换热器的热风出口与转底炉的热风入口相连接，煤气换热器的高温煤气排出口与转底炉的预热煤气入口连接，水换热器的热水出口与高温余热锅炉的热水入口连接。
所述还原装置包括煤气化炉，煤气化炉的煤气出口与煤气换热器连接，煤气化炉的蒸汽入口与高温余热锅炉的蒸汽出口连接，煤气化炉的烟煤出口与烟气炉的进料口连接，煤气化炉的煤气出口还设有热风炉，热风炉的低温烟气出口分别与圆筒烘干机和立式磨粉机连接。
所述高炉煤气处理装置包括燃烧室和蓄热式换热器，热风炉的高温烟气出口与化铁炉的进气口连接，化铁炉依次与燃烧室和蓄热式换热器连接，蓄热式换热器的热风出口与化铁炉连接，蓄热式换热器的低温烟气出口设置抽烟机。
所述化铁炉上设有煤粉喷吹装置。
所述尾气回收装置包括布袋除尘器和抽烟机。
所述烟气炉、空气换热器、热风炉、燃烧室、煤气化炉上分别设置鼓风机。
本发明相较于现有技术的有益效果为：
（1）本发明摒弃了钢铁企业传统的“烧结-焦化-炼铁”高温铁水生产工艺，采用较短的转底炉直接还原、化铁炉熔分生产工艺，以普通煤作为还原剂及燃料，以铁精矿为原料，可生产出高温铁水；
（2）本发明通过在球团中配入过量碳，以增氧脱硫剂作为碱度调节剂，通过转底炉高温焙烧生产自熔性含碳金属化球团，由于自熔性含碳金属化球团中固入一定比例的碳，可使金属化球团在化铁炉内在不使用焦炭的情况下，通过通入高温热风，生产出高温铁水；
（3）本发明在转底炉内铁精矿还原过程中，煤炭加热升温放出的还原性气体、碳气化反应产生的气体进行铁精矿还原，增氧脱硫剂分解放出的CO2作为增氧剂气化球团中的碳，可提高铁矿石还原过程中还原气体浓度，缩短铁精矿的还原时间，提高铁精矿还原质量；
（4）本发明从转底炉的料层内部排出的气体中主要成份是CO，可作为转底炉的燃料进行利用，通过调整调质煤中挥发份和固定碳的含量，可使转底炉在不使用外供煤气的情况下，利用料层内排出气体的燃烧放热满足转底炉还原过程中的热量需要；
（5）本发明大幅度降低了钢铁企业的能源消耗，减小了碳排放对环境的污染，对钢铁生产的降本增效、节能降耗、绿色环保具有重要意义。
本发明采用转底炉以铁精矿为原料生产自熔性含碳金属化球团，并在不消耗焦炭的情况下，通过化铁炉对自熔性含碳金属化球团进行终还原和熔分，可得到高温铁水。根据铁精矿、粘结剂及石灰石中SiO2、CaO的含量，为使生产的自熔性含碳金属化球团中碱度达到1.0-1.2，在铁精矿中配加了一定比例的石灰石。同时，根据金属化球团在化铁炉内熔分的热量需要，为在自熔性含碳金属化球团中残留5-15%的碳，根据铁精矿的铁品位不同，在铁精矿中配入了重量比较高的调质煤。为使含碳生球在转底炉内还原过程中不产生粉化现象，根据铁精矿中碱金属含量的不同，在铁精矿的造球物料中配入了一定比例的液相调质剂。
本发明在球团矿内配入了比例较高的调质煤，可使球团矿在还原过程及石灰石分解过程中产生的CO2全部用来进行碳气化反应，从转底炉底部料层内排出的气体中CO含量高达80-90%，这部分气体可作为转底炉燃料在炉膛内部燃烧，通过调整调质煤中挥发份及固定碳的含量，可满足铁矿石直接还原的热量需要，从而达到转底炉在铁精矿直接还原过程中不需外供气体燃料，即可满足转底炉生产过程中热量的需要。
本发明中设置煤气化炉生产的煤气可作为转底炉在烘炉、开炉、升温及生产异常时的补充燃料进行利用，而在转底炉生产正常后，可停止外供煤气的使用。
本发明为回收转底炉排出的高温烟气余热，在烟气流动通道内设置了高温余热锅炉、空气换热器、煤气换热器、水换热器的余热回收装置。
本发明为使转底炉排出的烟气中不含可燃成份，对于铁精矿的还原剂采用经过600℃以上干馏过的兰炭，兰炭磨细后配入到铁精矿中，铁精矿生产的球团从转底炉的入料口加入后，在球团矿升温到600℃之前，球团内部不会放出任何可燃气体。当球团温度升高到600℃时，此时球团上方炉膛空间的温度可达到700-800℃。当球团温度升高到600℃以上时，球团内部才会有可燃气体放出，可燃气体溢出料层后，在700℃以上炉温作用下，可燃气体达到了燃烧温度，通过控制烟气中残氧含量1-2%，溢出的可燃气体遇到氧气就会完全燃烧，从而使排出的烟气中CO含量达标。由于转底炉入窑端烟气温度高达950-1000℃，烟气中过量氧的存在，当还原剂采用烟煤或兰炭时，都可保证烟气中可燃成份的完全燃烧，达到环保排放的要求。
本发明转底炉内球团升温、铁精矿还原、碳气化反应、石灰石分解等冶金物理过程需要大量热量，针对转底炉内单面受热、炉膛内部温度高、辐射传热能力强的特点，为强化炉膛空间向球团的传热，通过将球团的直径增大到20-30mm，可增大料层内部球团与球团之间的空隙，增大辐射传热空间；同时针对转底炉炉底料层的上层球团矿优先于下层球团矿受热、升温及还原的特点，上部球团在优先加热及还原过程中排出的可燃气体作为转底炉的燃料进行利用，下部球团在随后的热及还原过程中放出的可燃气体在通过上部球团过程中，一部分气体作为上部球团的还原剂参与上部球团的还原，另一部分气体从料层内部溢出后作为燃料进行利用。由于下部球团排出的气体溢出料层过程中需要克服上部料层的阻力，下部球团还原过程中还原气体浓度高于上部球团，可克服由于下部料层的温度低于上部料层所造成的上部球团与下层球团还原不均的现象发生。为提高下部料层的还原气体浓度，将转底炉的布料厚度控制为40-60mm，但转底炉的布料厚度不能太厚，料层太厚时可造成下部球团还原温度过低而出现还原不均的现象发生。
本发明在球团中配入了过量的还原剂及还原剂还原中挥发出大量H2，可在铁精矿整个还原过程中制造出较高还原气氛浓度。由于H2的分子半径相比CO小得多，其还原能力和气体穿透能力较好，还原过程不需较高的温度就可使铁氧化物得到还原。根据铁精矿还原温度越高其能耗越大、还原物料越容易在炉底熔化粘结的情况，为降低转底炉在铁精矿还原过程中的能源消耗、保证转底炉生产正常进行，铁精矿还原采用了1250-1280℃的还原温度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
附图标记含义如下：1、给料装置；2、铁水生产装置；3、高炉煤气处理装置；4、还原装置；5、余热回收装置；6、冷却机构；7、化铁炉；8、圆筒烘干机；9、立式磨粉机；10、配料机；11、混料机；12、造球机；13、筛分机；14、链篦机；15、尾气回收装置；16、烟气炉；17、高温余热锅炉；18、空气换热器；19、煤气换热器；20、水换热器；21、转底炉；22、煤气化炉；23、热风炉；24、燃烧室；25、蓄热式换热器；26、抽烟机；27、煤粉喷吹装置；28、布袋除尘器；30、鼓风机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种采用酸性含碳金属化球团生产铁水的方法，包括如下步骤：
步骤一、干燥物料：
将铁精矿用圆筒烘干机将其含水量从12%左右烘干至含水量小于6%，所用铁精矿的品位为55-65%，其中SiO2的含量小于8%，粒度为-200目的占80%以上；将粒度为-30mm以下的调质煤和增氧脱硫剂分别用立式磨粉机的混合物料磨至粒度-80目占80%以上，在制粉过程中对混合物料进行干燥至其含水量小于6%；
步骤二、造球：
将铁精矿A、调质煤粉B、增氧脱硫剂粉C、粘结剂D和液相调质剂E经配料机配料、混料机混料、圆盘造球机加水造球后，通过筛分机对得到的生球进行筛分，粒度小于20mm生球返回造球机重新造球，得到粒度20-30mm的生球，其中调质煤粉采用挥发份8-12%、固定碳含量75-80%的无烟煤或兰炭，粒度小于30mmm；增氧脱硫剂粉采用CaO含量47-55%的石灰石；粘结剂采用膨润土或水泥；液相调质剂选用腐植酸钠或纯碱；所述各原料的配比为铁精矿：调质煤：增氧脱硫剂：粘结剂：液相调质剂=100：35-50：8-20：3-5：0-2；
步骤三、干燥生球：
将步骤二得到的含水的生球均匀铺设在链篦机尾部，在链篦机带动物料移动过程中，用热烟气对生球进行干燥；
在链篦机中，将烟煤F加入煤气化炉产生的飞灰与烟煤F在鼓风机鼓入空气的作用下在烟气炉内与加入烟气炉内的烟煤F共同燃烧产生高温烟气，在高温烟气中掺入鼓风机鼓入的调温空气，得到300-350℃烟气作为链篦机的烘干热源；从链篦机排出的低温烟气经布袋除尘器进行除尘，得到的粉尘返料作为混料系统的原料进行利用，从布袋除尘器排出的160-180℃烟气，经抽烟机加压后通过烟囱进行排放；
步骤四、转底炉还原铁精矿：
将从链篦机排出的干燥生球团送入转底炉入窑端，生球从顶部装料口加入到炉内，通过布料机均匀铺设在转底炉的炉底上，铺设厚度为40-60mm，干燥生球团随炉底转动，依次经过转底炉的预热区、中温还原区、高温还原区和控制还原区进行加热和铁氧化物还原，完成铁精矿的还原过程，干燥生球团在转底炉内的还原时间为30-50min、还原温度为1250-1280℃；
生球在转底炉内还原过程中，还原产生的950-1050℃烟气从转底炉入窑端上部排出后，高温烟气首先进入到高温余热锅炉中与热水进行换热，在产生压力0.8-1.0MPa低压饱和蒸汽同时，可使高温烟气温度降低到750-850℃；其次烟气进入到空气换热器中，与鼓风机鼓入的常温空气进行换热，在得到450-500℃热风的同时，可使烟气温度降低到450-550℃；再次烟气进入到煤气换热器中，与脱硫后的常温煤气进行换热，在得到250-300℃热煤气同时，可使烟气温度降低到400-450℃；最后从空气换热器排出的烟气进入到水换热器中，与常温水进行间接热交换，在得到90-95℃热水同时，可使烟气温度降低到150-200℃；从水换热器排出的低温烟气进入到布袋除尘器进行除尘，从布袋除尘器排出的160-180℃烟气经抽烟机加压后，一部分烟气作为热风炉的调温烟气进行利用，另一部分通过烟囱进行排放；
转底炉内球团升温、铁精矿还原、碳气化反应、石灰石分解等冶金物理过程需要大量热量，针对转底炉内单面受热、炉膛内部温度高、辐射传热能力强的特点，为强化炉膛空间向球团的传热，通过将球团的直径增大到20-30mm，可增大料层内部球团与球团之间的空隙，增大辐射传热空间；同时针对转底炉炉底料层的上层球团矿优先于下层球团矿受热、升温及还原的特点，上部球团在优先加热及还原过程中排出的可燃气体作为转底炉的燃料进行利用，下部球团在随后的热及还原过程中放出的可燃气体在通过上部球团过程中，一部分气体作为上部球团的还原剂参与上部球团的还原，另一部分气体从料层内部溢出后作为燃料进行利用。由于下部球团排出的气体溢出料层过程中需要克服上部料层的阻力，下部球团还原过程中还原气体浓度高于上部球团，可克服由于下部料层的温度低于上部料层所造成的上部球团与下层球团还原不均的现象发生。为提高下部料层的还原气体浓度，将转底炉的布料厚度控制为40-60mm，但转底炉的布料厚度不能太厚，料层太厚时可造成下部球团还原温度过低而出现还原不均的现象发生。
步骤五、水淬得到酸性含碳金属化球团：
将步骤四得到的还原物料通过设置于炉底上方的螺旋出料机由转底炉的出料区排出，高温还原物料进入冷却机构的冷水槽进行水淬后通过设置在冷水槽内的链式输送机捞出，即得自熔性含碳金属化球团；
步骤六、生产铁水：
将步骤五得到的自熔性含碳金属化球团加入到化铁炉中，在炉内温度为1000-1100℃的高温热风及自熔性含碳金属化球团中碳的燃烧放热作用下，自熔性含碳金属化球团经过升温、熔化后进行终还原和渣铁分离，得到1450-1550℃的高温铁水I和炉渣J。
一种采用酸性含碳金属化球团生产铁水使用的装置，包括给料装置1、铁水生产装置2、高炉煤气处理装置3、还原装置4和余热回收装置5，所述铁水生产装置2包括依序连接的转底炉21、冷却机构6和化铁炉7，转底炉21的入口端与给料装置1的排料端连接，转底炉21的高温烟气排出口与余热回收装置5的入口端连接，化铁炉7的煤气出口与高炉煤气处理装置3连接，还原装置4的排气端与给料装置1的气体入口端连接。
所述给料装置1包括圆筒烘干机8和立式磨粉机9，还包括依序连接的配料机10、混料机11、造球机12、筛分机13和链篦机14，配料机10的进料口分别与圆筒烘干机8和立式磨粉机9连接，链篦机14的出料口与转底炉21的进料口连接，链篦机14的尾气排出口设置尾气回收装置15，还包括与链篦机14的热气入口连接的烟气炉16，烟气炉16的进气口与还原装置4的排气端连接。
所述余热回收装置5包括依序连接的高温余热锅炉17、空气换热器18、煤气换热器19、水换热器20和尾气回收装置15，高温余热锅炉17与转底炉21的高温烟气排出口连接，空气换热器18的热风出口与转底炉21的热风入口相连接，煤气换热器19的高温煤气排出口与转底炉21的预热煤气入口连接，水换热器20的热水出口与高温余热锅炉17的热水入口连接。
所述还原装置4包括煤气化炉22，煤气化炉22的煤气出口与煤气换热器19连接，煤气化炉22的蒸汽入口与高温余热锅炉17的蒸汽出口连接，煤气化炉22的烟煤出口与烟气炉16的进料口连接，煤气化炉22的煤气出口还设有热风炉23，热风炉23的低温烟气出口分别与圆筒烘干机8和立式磨粉机9连接。
所述高炉煤气处理装置3包括燃烧室24和蓄热式换热器25，热风炉23的高温烟气出口与化铁炉7的进气口连接，化铁炉7依次与燃烧室24和蓄热式换热器25连接，蓄热式换热器25的热风出口与化铁炉7连接，蓄热式换热器25的低温烟气出口设置抽烟机26。
所述化铁炉7上设有煤粉喷吹装置27。
所述尾气回收装置15包括布袋除尘器28和抽烟机26。
所述烟气炉16、空气换热器18、热风炉23、燃烧室24、煤气化炉22上分别设置鼓风机30。
在生产过程中，化铁炉7在金属化球团熔化和铁氧化物终还原过程中产生的煤气其温度和热值都很高，煤气从煤气出口排出后经过水冷烟道降温、布袋除尘器28除尘后得到高炉煤气，高炉煤气送到燃烧室24内与鼓风机30鼓入的助燃空气混合后燃烧产生高温烟气，高温烟气进入到蓄热式换热器25内与鼓风机30鼓入的空气进行换热，可得到1000-1100℃高温热风，高温热风可供给化铁炉7进行利用，从蓄热式换热器25排出的低温烟气进入到布袋除尘器28中进行除尘，洁净的烟气再经抽烟机26加压后进行排放。
为了向转底炉21和热风炉23供给煤气，以烟煤作为原料、煤气化炉22作为还原设备，采用低压蒸汽、鼓风机30鼓入的空气作为气化剂，在高温下可生产出发生炉煤气，发生炉煤气经脱硫后，一部分煤气供给热风炉23，在热风炉23中煤气与鼓风机30鼓入的助燃空气混合燃烧后产生高温烟气，高温烟气排出热风炉23后通过掺入抽烟机26送来的低温烟气，得到温度为200-300℃的低温烟气，低温烟气作为圆筒烘干机8烘干铁精矿、调质煤和增氧脱硫剂在磨矿过程中烘干的热源进行利用，干燥后的烟气经布袋除尘器28除尘后进行排放；另一部分煤气经换热器预热到250-300℃后供给转底炉21作为燃料进行利用。
在高温余热锅炉17中，水汽化产生蒸汽，一部分蒸汽供给煤气化炉22进行利用，其余部分蒸汽可并入蒸汽管网H或送给其它用户进行利用。
根据烟气中粉尘含量较高，粉尘容易沉积在余热回收装置5中造成热回收效率下降及设备堵塞的情况，为使沉积在高温余热锅炉17、空气换热器18、煤气换热器19、水换热器20底部的粉尘在生产过程中得到及时清理，在各级余热回收装置5的下部设置有吹灰器。
为使转底炉21排出的烟气中不含可燃成份，对于铁精矿的还原剂采用经过600℃以上干馏过的兰炭，兰炭磨细后配入到铁精矿中，铁精矿生产的球团从转底炉21的入料口加入后，在球团矿升温到600℃之前，球团内部不会放出任何可燃气体。当球团温度升高到600℃时，此时球团上方炉膛空间的温度可达到700-800℃。当球团温度升高到600℃以上时，球团内部才会有可燃气体放出，可燃气体溢出料层后，在700℃以上炉温作用下，可燃气体达到了燃烧温度，通过控制烟气中残氧含量1-2%，溢出的可燃气体遇到氧气就会完全燃烧，从而使排出的烟气中CO含量达标。由于转底炉21入窑端烟气温度高达950-1000℃，烟气中过量氧的存在，当还原剂采用烟煤或兰炭时，都可保证烟气中可燃成份的完全燃烧，达到环保排放的要求。
当转底炉21生产的自熔性含碳金属化球团中残炭含量较低，在加入化铁炉7内含碳量不能满足金属化球团的升温、铁精矿终还原及渣铁熔分的热量需要时，在化铁炉7底部设置煤粉喷吹装置27，煤粉在化铁炉7内燃烧后产生的热量作为炉内的补充热源。煤粉喷吹装置27采用的煤粉粒度为-200目占80%，烟煤采用鼓风机30鼓出的空气喷吹到化铁炉7底部。
Claims (5)
1.一种采用酸性含碳金属化球团生产铁水的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、干燥物料：
将铁精矿烘干至含水量小于6%，所述铁精矿品位为55-65%，其中SiO2的含量小于8%，粒度为-200目的占80%以上；将调质煤和增氧脱硫剂的混合物料磨至粒度-80目占80%以上，在制粉过程中对混合物料进行干燥至其含水量小于6%；
步骤二、造球：
将铁精矿、调质煤粉、增氧脱硫剂粉、粘结剂和液相调质剂经配料、混料、加水造球后，对得到的生球进行筛分，得到粒度20-30mm的生球；所述调质煤粉采用挥发份8-12%、固定碳含量75-80%的无烟煤或兰炭，粒度小于30mmm；增氧脱硫剂粉采用CaO含量47-55%的石灰石；粘结剂采用膨润土或水泥；液相调质剂选用腐植酸钠或纯碱；所述各原料的配比为铁精矿：调质煤：增氧脱硫剂：粘结剂：液相调质剂=100：35-50：8-20：3-5：0-2；
步骤三、干燥生球：
将步骤二得到的含水的生球均匀铺设在链篦机尾部，用热烟气对生球进行干燥；
步骤四、转底炉还原铁精矿：
将步骤三得到的干燥生球团送入转底炉并均匀铺设在转底炉的炉底上，铺设厚度为40-60mm，干燥生球团随炉底转动，在转底炉内的还原时间为30-50min、还原温度为1250-1280℃，依次经过转底炉的预热区、中温还原区、高温还原区和控制还原区进行加热和铁氧化物还原；
步骤五、水淬得到酸性含碳金属化球团：
将步骤四得到的还原物料进行水淬后捞出，即得自熔性含碳金属化球团；
步骤六、生产铁水：
将步骤五得到的自熔性含碳金属化球团加入到化铁炉中，在炉内1000-1100℃的高温热风及自熔性含碳金属化球团中碳的燃烧放热作用下，自熔性含碳金属化球团经过升温、熔化后进行终还原和渣铁分离，得到高温铁水；
采用酸性含碳金属化球团生产铁水使用的装置，包括给料装置（1）、铁水生产装置（2）、高炉煤气处理装置（3）、还原装置（4）和余热回收装置（5），所述铁水生产装置（2）包括依序连接的转底炉（21）、冷却机构（6）和化铁炉（7），转底炉（21）的入口端与给料装置（1）的排料端连接，转底炉（21）的高温烟气排出口与余热回收装置（5）的入口端连接，化铁炉（7）的煤气出口与高炉煤气处理装置（3）连接，还原装置（4）的排气端与给料装置（1）的气体入口端连接。
2.如权利要求1所述的采用酸性含碳金属化球团生产铁水的方法，其特征在于：所述给料装置（1）包括圆筒烘干机（8）和立式磨粉机（9），还包括依序连接的配料机（10）、混料机（11）、造球机（12）、筛分机（13）和链篦机（14），配料机（10）的进料口分别与圆筒烘干机（8）和立式磨粉机（9）连接，链篦机（14）的出料口与转底炉（21）的进料口连接，链篦机（14）的尾气排出口设置尾气回收装置（15），还包括与链篦机（14）的热气入口连接的烟气炉（16），烟气炉（16）的进气口与还原装置（4）的排气端连接。
3.如权利要求1或2所述的采用酸性含碳金属化球团生产铁水的方法，其特征在于：所述余热回收装置（5）包括依序连接的高温余热锅炉（17）、空气换热器（18）、煤气换热器（19）、水换热器（20）和尾气回收装置（15），高温余热锅炉（17）与转底炉（21）的高温烟气排出口连接，空气换热器（18）的热风出口与转底炉（21）的热风入口相连接，煤气换热器（19）的高温煤气排出口与转底炉（21）的预热煤气入口连接，水换热器（20）的热水出口与高温余热锅炉（17）的热水入口连接。
4.如权利要求3所述的采用酸性含碳金属化球团生产铁水的方法，其特征在于：所述还原装置（4）包括煤气化炉（22），煤气化炉（22）的煤气出口与煤气换热器（19）连接，煤气化炉（22）的蒸汽入口与高温余热锅炉（17）的蒸汽出口连接，煤气化炉（22）的烟煤出口与烟气炉（16）的进料口连接，煤气化炉（22）的煤气出口还设有热风炉（23），热风炉（23）的低温烟气出口分别与圆筒烘干机（8）和立式磨粉机（9）连接。
5.如权利要求4中所述的采用酸性含碳金属化球团生产铁水的方法，其特征在于：所述高炉煤气处理装置（3）包括燃烧室（24）和蓄热式换热器（25），热风炉（23）的高温烟气出口与化铁炉（7）的进气口连接，化铁炉（7）依次与燃烧室（24）和蓄热式换热器（25）连接，蓄热式换热器（25）的热风出口与化铁炉（7）连接，蓄热式换热器（25）的低温烟气出口设置抽烟机（26）。
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