CN111961783A - 一种海绵铁生产系统及生产工艺 - Google Patents

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张振山
沈明钢
李德军
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Abstract

本发明涉及一种海绵铁生产系统，包括依次连接的混气室、多级炉渣余热回收装置、气体收集室、还原炉，多级炉渣余热回收装置包括多个串联的炉渣余热回收室。海绵铁生产工艺，1)将甲烷和二氧化碳气体按体积1：0.8～1.5的比例通入混气室混合；2)混合后的气体经过多个多级炉渣余热回收装置反应生成还原气体；3)将还原气体收集后通入还原炉内对铁氧化物进行还原生产海绵铁。1)还原气体的制备可以利用高温炉渣的热量，不用额外消耗能源对其进行加热处理，可达到100％节约能源的效果；对高温炉渣余热进行回收，改善钢铁企业的环境，有利于钢铁企业实现利润最大化和可持续发展。

Description

一种海绵铁生产系统及生产工艺
技术领域
本发明涉及炉渣余热利用，特别涉及一种海绵铁生产系统及生产工艺。
背景技术
海绵铁是粉末或多微孔结构的固态金属铁，海绵铁的工业生产通常分为两种类型：煤基法和气基法生产，其中气基法生产占据世界的93％，煤基法仅占7％。在传统的气基生产工艺流程中，作为还原气体主要采用的是水煤气，目前水煤气的生产制取主要是以无烟煤为原料利用煤气发生炉制取或者是采用天然气经转化炉来制取水煤气，在这一过程中还原性气体的生成和加热需要消耗大量的能耗。如何降低这部分能耗对于降低海绵铁生产成本非常重要。
另一方面，在钢铁企业生产过程中，目前还有部分高温炉渣中含有大量的显热能量没有被回收，造成这部分能量被大量的浪费了。以转炉为例，转炉冶炼过程中所产生的高温液态钢渣一般约占转炉装入量的10％～15％，以装入量为100吨的转炉来说，在冶炼过程会产生10～15吨温度可达1450～1650℃左右的高温熔融态钢渣，其热焓值约为1670MJ/t渣。为了回收这部分能源，国内外进行了各种回收方法的尝试，但其回收效果都不是很理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种海绵铁生产系统及生产工艺，利用高温炉渣余热，降低海绵铁的生产成本，改善钢铁企业的环境。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种海绵铁生产系统，包括依次连接的混气室、多级炉渣余热回收装置、气体收集室、还原炉，多级炉渣余热回收装置包括多个串联的炉渣余热回收室。
所述的还原炉出口外部设有球料预热室。
一种海绵铁生产工艺，具体步骤如下：
1)将甲烷和二氧化碳气体按体积1：0.8～1.5的比例通入混气室混合；
2)1450～1650℃的高温熔融态钢渣放入多级炉渣余热回收装置，混合后的气体经过多级炉渣余热回收装置反应生成还原气体；
3)将还原气体收集后通入还原炉内对铁氧化物进行还原生产海绵铁。
所述的铁氧化物采用轧钢铁鳞、连铸坯氧化铁皮及转炉粉尘灰混料、压球获得，球状物料的粒径为20～50mm。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1)还原气体的制备可以利用高温炉渣的热量对其加热，不用额外消耗能源对其进行加热处理，可达到100％节约能源的效果；
2)可将高温炉渣的热量的回收效率由通常的45％提高到60％以上；
3)对高温炉渣余热进行回收，改善钢铁企业的环境，有利于钢铁企业实现利润最大化和可持续发展。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：混气室1、多级炉渣余热回收装置2、炉渣余热回收室3、气体收集室4、还原炉5、预热室6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：
如图1，一种海绵铁生产系统，包括依次连接的混气室1、多级炉渣余热回收装置2、气体收集室4、还原炉5，多级炉渣余热回收装置2包括多个串联的炉渣余热回收室3，还原炉出口外部设有球料预热室6。
一种海绵铁制备工艺，具体步骤如下：
1)将甲烷和二氧化碳气体按体积1：0.8～1.5的比例通入混气室1混合；
2)1450～1650℃的高温熔融态钢渣放入多级炉渣余热回收装置，混合后的气体经过多个多级炉渣余热回收装置2反应生成还原气体；反应式如下：
CH4+CO2＝2CO+2H2
3)采用轧钢铁鳞、连铸坯氧化铁皮及转炉粉尘灰混料、压球获得粒径为20～50mm球状物料放置于还原炉5内，将还原气体在气体收集室4收集后通入还原炉内，温度大于570℃的高温段发生如下的还原反应：
3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO＝3FeO+CO2
FeO+CO＝Fe+CO2
3Fe2O3+H2＝2Fe3O4+H2O
Fe3O4+H2＝3FeO+H2O
FeO+H2＝Fe+H2O
随着反应的进行，在温度低于570℃的低温段，发生如下的还原反应：
3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2
Fe3O4+4CO＝3Fe+4CO2
3Fe2O3+H2＝2Fe3O4+H2O
Fe3O4+4H2＝3Fe+4H2O
球状物料被还原成海绵铁后由竖炉的底部放出，完成海绵铁的制取；
4)在海绵铁产出后，将冷态的球状物料布置在竖炉底部的外围球料预热室6内与出口海绵铁进行热交换，利用被还原的高温海绵铁的余热对冷态球状物料进行预热，同时对出口海绵铁进行降温。
实施例1
一种海绵铁生产系统，包括依次连接的混气室1、多级炉渣余热回收装置2、气体收集室4、还原炉5，多级炉渣余热回收装置2包括3个串联的炉渣余热回收室3。还原炉出口外部设有球料预热室6。
一种海绵铁制备工艺，具体步骤如下：
1)将甲烷和二氧化碳气体按体积1：1的比例通入混气室1混合；
2)1450～1650℃的高温熔融态钢渣放入多级炉渣余热回收装置的3个炉渣余热回收室3，混合后的气体经过放置多级炉渣余热回收装置2反应生成还原气体；
3)采用轧钢铁鳞、连铸坯氧化铁皮及转炉粉尘灰混料、压球获得粒径为20～25mm球状物料放置于还原炉5内，将还原气体在气体收集室4收集后通入还原炉内，与球状物料进行还原反应，生产海绵铁；
4)在海绵铁产出后，将冷态的球状物料布置在竖炉底部的外围球料预热室6内与出口海绵铁进行热交换，利用被还原的高温海绵铁的余热对冷态球状物料进行预热，同时对出口海绵铁进行降温。
实施例2
一种海绵铁生产系统，包括依次连接的混气室1、多级炉渣余热回收装置2、气体收集室4、还原炉5，多级炉渣余热回收装置2包括3个串联的炉渣余热回收室3。还原炉出口外部设有球料预热室6。
一种海绵铁制备工艺，具体步骤如下：
1)将甲烷和二氧化碳气体按体积1：1.2的比例通入混气室1混合；
2)1450～1650℃的高温熔融态钢渣放入多级炉渣余热回收装置的3个炉渣余热回收室3，混合后的气体经过放置多级炉渣余热回收装置2反应生成还原气体；
3)采用轧钢铁鳞、连铸坯氧化铁皮及转炉粉尘灰混料、压球获得粒径为25～30mm球状物料放置于还原炉5内，将还原气体在气体收集室4收集后通入还原炉内，与球状物料进行还原反应，生产海绵铁；
4)在海绵铁产出后，将冷态的球状物料布置在竖炉底部的外围球料预热室6内与出口海绵铁进行热交换，利用被还原的高温海绵铁的余热对冷态球状物料进行预热，同时对出口海绵铁进行降温。
该方法生产的海绵铁及钢渣用量与热量回收效果如表1所示。
表1使用效果
Figure BDA0002608181450000041
上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。

Claims (4)

1.一种海绵铁生产系统，其特征在于，包括依次连接的混气室、多级炉渣余热回收装置、气体收集室、还原炉，多级炉渣余热回收装置包括多个串联的炉渣余热回收室。
2.根据权利要求1所述的一种海绵铁生产系统，其特征在于，所述的还原炉出口外部设有球料预热室。
3.一种海绵铁生产工艺，其特征在于，具体步骤如下：
1)将甲烷和二氧化碳气体按体积1：0.8～1.5的比例通入混气室混合；
2)混合后的气体经过多个多级炉渣余热回收装置反应生成还原气体；
3)将还原气体收集后通入还原炉内对铁氧化物进行还原生产海绵铁。
4.根据权利要求1所述的一种海绵铁生产系统，其特征在于，所述的铁氧化物采用轧钢铁鳞、连铸坯氧化铁皮及转炉粉尘灰混料、压球获得，球状物料的粒径为20～50mm。
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