CN114438272B - 一种铁矿石回转窑高温直接还原物料冷却的隔氧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明针对传统回转窑直接还原后的高温金属化物料在输送和冷却过程中出现的二次氧化问题，提供了一种铁矿石回转窑高温直接还原物料冷却的隔氧方法：在回转窑还原后的高温金属化物料输送和冷却过程中，通过在高温物料下料管内吹入带压水蒸汽，水蒸汽从喷嘴喷出后与残炭中的碳发生水煤气反应而产出H2和CO，H2和CO作为还原性气氛可使高温金属化物料与空气隔绝，从而可防止高温还原物料在输送和冷却过程中产生的二次氧化。无氧保护后的水煤气逆流进入到回转窑内，作为燃料进行利用；水煤气反应的强吸热可使高温还原物料的余热得到回收利用；高温还原物料经过水煤气反应降温后，降低了滚筒式冷却器的冷却负荷，提高了高温还原物料的冷却效率。

Description

一种铁矿石回转窑高温直接还原物料冷却的隔氧方法
技术领域
本发明涉及一种铁矿石回转窑高温直接还原物料冷却的隔氧方法，属于直接还原铁技术领域。
背景技术
铁矿石回转窑直接还原作为非高炉炼铁的主要技术之一，其以工艺流程简单和经济性好等优越性得到普遍关注，该工艺将粉状含铁原料制成含碳球团，球团加入到回转窑后，在窑内温度1000-1250℃的还原区将含碳球团中的铁氧化物还原为金属化球团。
铁矿石从铁矿石料斗加入后进入到回转窑内，物料在回转窑的旋转作用下，从回转窑入料端往出料端方向移动，物料在窑内移动过程中与逆流而来的烟气进行直接换热，物料温度在不断升高过程中与从出料端经粒煤喷枪喷入的还原煤进行混合，可使高温铁矿石得到还原。物料加热采用窑头烧嘴外供的燃料经燃烧后产生的火焰作为热源。焙烧完成的物料从高温焙烧物料排出口排出后进入到下料溜槽中，再经螺旋给料器、冷却器物料入口进入到滚筒式间接冷却器内。高温还原物料在滚筒式间接冷却器内与冷却介质进行间接换热，冷却后的物料从冷却器物料出口排出，再经下料溜槽、螺旋给料器得到常温焙烧物料。
球团在回转窑内经高温还原后，从回转窑排出的球团温度高达950-1150℃，高温球团中金属铁与氧化性气氛接触后极易发生氧化，使金属铁氧化为铁氧化物，造成金属化球团的金属化率降低，氧化性气氛可以是空气、CO2、H2O中的一种或任意几种混合物。为使回转窑还原后的高温金属化球团在无氧化情况下进行输送和冷却，需对还原后的高温金属化球团进行隔氧保护。
球团在回转窑内还原过程中，为提高还原产品的金属化率，一般在球团中喷入过量的煤炭作为还原剂，球团还原后其内部残留有少量的残炭，高温的残炭与还原金属化球团混合物一起从回转窑的出料端排出，混合物料再经无氧冷却后，还需进行干式磁选，才能得到高品位的金属化球团。
目前在回转窑还原后的高温金属化球团在输送和冷却过程中，尽管在输送和冷却设备的入出端均设有螺旋给料器，通过入出口端的料层厚度进行隔氧密封，但由于高温金属化球团之间存在间隙，料层厚度密封很难实现完全的隔氧操作，同时当高温金属化球团输送和冷却的设备入出口存在温度差和高度差时，冷空气在输送和冷却设备内部从低温端进入而从高温端排出，从而在输送和冷却设备内产生了气流流动，就使高温金属化球团产生二次氧化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有铁矿石回转窑直接还原工艺存在高温金属化球团在输送和冷却过程中存在的二次氧化、回转窑需外供燃气以及还原后物料需进行金属化球团与残炭分离的问题，提出一种铁矿石回转窑高温直接还原物料冷却的隔氧方法。
本发明铁矿石回转窑高温直接还原物料冷却的隔氧方法，由以下设备和方法完成：
设备：包括与回转窑的高温焙烧物料排出口连接的高温物料下料管，所述高温物料下料管连接冷却器的物料入口，所述高温物料下料管上设有蒸汽通入装置，所述蒸汽通入装置设置于靠近高温物料下料管入口端，所述蒸汽通入装置包括蒸汽管道，所述蒸汽管道连接蒸汽环管，所述蒸汽环管内侧设有蒸汽出口，所述蒸汽出口与高温物料下料管内部相连通，所述高温物料下料管内靠近出口端设有螺旋给料器；所述冷却器为滚筒式间接冷却器，所述滚筒式间接冷却器上设有冷却介质入口和冷却介质出口，所述滚筒式间接冷却器的物料出口连接常温物料下料管，所述常温物料下料管内设有螺旋给料器。
方法：高温还原物料从高温焙烧物料排出口排出后进入到高温物料下料管内，将带压水蒸汽通过蒸汽通入装置吹入高温还原物料下料管内，高温还原物料在高温物料下料管内流动过程中与蒸汽通入装置喷出的带压蒸汽进行接触，高温物料温度高达950-1150℃，水蒸汽与还原物料残炭中的碳发生水煤气反应而产出H2和CO，H2和CO作为还原性气氛使高温金属化物料与空气隔绝，从而防止高温还原物料在输送和冷却过程中产生的二次氧化。
本发明由于高温物料温度高达950-1150℃，达到了水蒸汽与碳的反应温度，且高温还原物料中碳的氧化活性高于铁的氧化活性，根据选择性氧化机理，水蒸汽与残炭中的碳会优先发生水煤气反应而产出H2和CO。本发明通过控制高温还原物料中通入水蒸汽的压力，使水蒸汽只与残炭中的碳发生水煤气反应，而不与球团中的金属铁发生反应。高温碳与水蒸汽发生水煤气反应方程式为：C+H2O=H2+CO。
本发明采用的带压水蒸汽的压力为0.8-0.9MPa，带压蒸汽从蒸汽通入装置的蒸汽出口进入到高温还原物料内部的料层空隙内，蒸汽喷出后在体积膨胀的同时，与残炭中的碳发生水煤气反应而产出体积更大的水煤气，从而使水蒸汽通入装置喷出口附近的气体压力高于高温物料下料管入口和出口的气体压力，从而防止了滚筒式间接冷却器从冷却器物料出口吸入大量空气，而使高温还原物料在运输和冷却过程中产生二次氧化。由于水蒸汽通入装置位于高温物料下料管靠近入口端附近，产出的水煤气从高温物料下料管入口通过高温焙烧物料排出口逆流流入到回转窑出料端内，水煤气在回转窑内作为燃料进行利用。
本发明蒸汽通入装置设置于靠近高温物料下料管入口端，其中蒸汽环管与高温物料下料管的截面形状相同，可以是矩形、圆形或其它形状，本发明按截面形状为圆形进行说明。与高温物料下料管的截面形状相同的蒸汽环管紧贴高温物料下料管外壁进行设置，在蒸汽环管内侧开设4-10个蒸汽出口，蒸汽出口与高温物料下料管内部相通，可使蒸汽管道通入到蒸汽环管内的高温蒸汽通过蒸汽出口均匀喷入到高温物料下料管内的物料中。由于带压蒸汽喷入到料层内的气流速度达到80-100m/s，可使气流喷吹到高温物料下料管内物料的心部。
本发明采用上述方法的有益效果是：
（1）通过在高温还原物料下料管内喷入带压蒸汽，水蒸汽从水蒸汽喷出口喷出后与高温还原物料残炭中的碳发生水煤气反应而产出H2和CO，H2和CO作为还原性气氛，可防止高温还原物料在输送和冷却过程中产生二次氧化问题。
（2）本发明在高温物料下料管内喷入带压蒸汽，水蒸汽与残炭中的碳发生反应而产出水煤气，水煤气逆流进入到回转窑内，作为回转窑燃气进行利用，整个回转窑在生产过程中可不需外供燃气。
（3）本发明在高温物料下料管内吹入带压蒸汽，水蒸汽与残炭中的碳发生反应而产生水煤气，由于水煤气反应属于强吸热反应，可使高温还原物料的余热得到回收利用。同时高温还原物料经过水煤气反应-初步降温后，降低了滚筒式冷却器的冷却负荷，提高了高温还原物料的冷却效率。
（4）在高温还原物料下料管内，水蒸汽与残炭中的碳发生水煤气反应消耗了残炭，可使冷却后的还原物料中不含残炭，还原物料不再进行干式磁选，就可得到高品位的金属化球团。
附图说明
图1为铁矿石回转窑高温直接还原物料运输和冷却的隔氧设备示意图；
图2为蒸汽通入装置局部放大图；
图3为蒸汽通入装置A-A向放大图；
图中，1-回转窑，2-高温焙烧物料排出口，3-高温物料下料管，4-滚筒式间接冷却器，5-蒸汽通入装置，6-蒸汽管道，7-蒸汽环管，8-蒸汽出口，9-螺旋给料器，10-冷却介质入口，11-冷却介质出口，12-常温物料下料管，13-高温还原物料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明铁矿石回转窑高温直接还原物料冷却的隔氧方法，由以下设备和方法完成：
如图1-3所示，设备包括与回转窑1的高温焙烧物料排出口2连接的高温物料下料管3，高温物料下料管3连接滚筒式间接冷却器4的物料入口，高温物料下料管3上设有蒸汽通入装置5，蒸汽通入装置5设置于靠近高温物料下料管3入口端，蒸汽通入装置5包括蒸汽管道6，蒸汽管道6连接蒸汽环管7，蒸汽环管7内侧设有蒸汽出口8，蒸汽出口8与高温物料下料管3内部相连通，高温物料下料管3内靠近出口端设有螺旋给料器9；滚筒式间接冷却器4上设有冷却介质入口10和冷却介质出口11，滚筒式间接冷却器4的物料出口连接常温物料下料管12，常温物料下料管12内设有螺旋给料器9。
方法：高温还原物料从高温焙烧物料排出口2排出后进入到高温物料下料管3内，将带压水蒸汽通过蒸汽通入装置5吹入高温还原物料下料3管内，高温还原物料在高温物料下料管3内流动过程中与蒸汽通入装置5喷出的带压蒸汽进行接触，高温物料温度高达950-1150℃，水蒸汽与还原物料残炭中的碳发生水煤气反应而产出H2和CO，H2和CO作为还原性气氛使高温金属化物料与空气隔绝，从而防止高温还原物料在输送和冷却过程中产生的二次氧化。
本发明由于高温物料温度高达950-1150℃，达到了水蒸汽与碳的反应温度，且高温还原物料中碳的氧化活性高于铁的氧化活性，根据选择性氧化机理，水蒸汽与残炭中的碳会优先发生水煤气反应而产出H2和CO。本发明通过控制高温还原物料中通入水蒸汽的压力，使水蒸汽只与残炭中的碳发生水煤气反应，而不与球团中的金属铁发生反应。高温碳与水蒸汽发生水煤气反应方程式为：C+H2O=H2+CO。
本发明采用的带压水蒸汽的压力为0.8-0.9MPa，带压蒸汽从蒸汽通入装置5的蒸汽出口8进入到高温还原物料内部的料层空隙内，蒸汽喷出后在体积膨胀的同时，与残炭中的碳发生水煤气反应而产出体积更大的水煤气，从而使水蒸汽通入装置喷出口附近的气体压力高于高温物料下料管3入口和出口的气体压力，从而防止了滚筒式间接冷却器4从冷却器物料出口吸入大量空气，而使高温还原物料在运输和冷却过程中产生二次氧化。由于蒸汽通入装置5位于高温物料下料管3靠近入口端附近，产出的水煤气从高温物料下料管3入口通过高温焙烧物料排出口2逆流流入到回转窑1出料端内，水煤气在回转窑内作为燃料进行利用。
本发明蒸汽通入装置5设置于靠近高温物料下料管3入口端，其中蒸汽环管7与高温物料下料管3的截面形状相同，可以是矩形、圆形或其它形状，本发明按截面形状为圆形进行说明。与高温物料下料管3的截面形状相同的蒸汽环管7紧贴高温物料下料管3外壁进行设置，在蒸汽环管7内侧开设4-10个蒸汽出口8，蒸汽出口8与高温物料下料管3内部相通，可使蒸汽管道6通入到蒸汽环管7内的高温蒸汽通过蒸汽出口8均匀喷入到高温物料下料管3内的物料中。由于带压蒸汽喷入到料层内的气流速度达到80-100m/s，可使气流喷吹到高温物料下料管3内物料的心部。

Claims (4)

1.一种铁矿石回转窑高温直接还原物料冷却的隔氧方法，由以下设备和方法完成：
设备：包括与回转窑的高温焙烧物料排出口连接的高温物料下料管，所述高温物料下料管连接冷却器的物料入口，所述高温物料下料管上设有蒸汽通入装置，所述蒸汽通入装置包括蒸汽管道，所述蒸汽管道连接蒸汽环管，所述蒸汽环管内侧设有蒸汽出口，所述蒸汽出口与高温物料下料管内部相连通，所述高温物料下料管内靠近出口端设有螺旋给料器；所述冷却器为滚筒式间接冷却器，所述蒸汽通入装置设置于靠近高温物料下料管入口端；
方法：高温还原物料从高温焙烧物料排出口排出后进入到高温物料下料管内，将带压水蒸汽通过蒸汽通入装置吹入高温还原物料下料管内，高温还原物料在高温物料下料管内流动过程中与蒸汽通入装置喷出的带压蒸汽进行接触，高温物料温度高达950-1150℃，水蒸汽与还原物料残炭中的碳发生水煤气反应而产出H2和CO，H2和CO作为还原性气氛使高温金属化物料与空气隔绝，从而防止高温还原物料在输送和冷却过程中产生的二次氧化；所述带压水蒸汽的压力为0.8-0.9MPa；所述带压水蒸汽喷入到高温还原物料下料管内的气流速度为到80-100m/s。
2.根据权利要求1所述的一种铁矿石回转窑高温直接还原物料冷却的隔氧方法，其特征在于：所述滚筒式间接冷却器上设有冷却介质入口和冷却介质出口。
3.根据权利要求1所述的一种铁矿石回转窑高温直接还原物料冷却的隔氧方法，其特征在于：所述冷却器的物料出口连接常温物料下料管，所述常温物料下料管内设有螺旋给料器。
4.根据权利要求1所述的一种铁矿石回转窑高温直接还原物料冷却的隔氧方法，其特征在于：所述蒸汽出口为4-10个。
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