CN116640892A - 一种钢铁厂除尘灰直接还原系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢铁厂除尘灰直接还原系统，所述的除尘灰直接还原系统包括：配料系统、粉磨系统、煤气供应系统、三级旋风还原系统、余热锅炉系统、除尘系统以及直接还原铁压块及输送系统。该除尘灰直接还原系统通过对除尘灰进一步粉磨提高其细度和活性，然后经过三级直接还原旋风筒，将还原气与极细的粉尘原料混合，在达到设定的温度下进行还原，通过精细控制还原温度，对还原产物进行区分，提高了有价元素的品位，提升了经济价值，同时能控制直接还原铁的反应温度和速度，在原料熔点以下直接还原，避免了回转窑和转底炉温度控制不精确出现的结圈、结块等问题。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种钢铁厂除尘灰直接还原系统。
背景技术
现有的回转窑工艺从窑尾加入焦粉和除尘灰的混合料，在窑内经过预热带、高温还原带、冷却带后，形成一定还原率的窑渣排出窑外，这种工艺存在两个主要问题：
首先，在回转窑内，混合料形成一定的厚度，填充率约15％左右，供风由窑头罗茨风机和窑尾主抽风机提供燃烧使用的自然风。空气中的氧气需要穿过料层进入内部与焦粉反应在缺氧的环境中产生CO，过量的CO包裹在氧化铁周围，实现氧化铁的一步步还原。这样就要求料层不能够过厚防止氧气无法进入，同时又不能太薄防止氧化性气氛阻碍金属铁的还原。实际生产操作中窑内温度极难控制，往往因为配料不均匀或温度场分布波动造成窑内物料局部温度超高达到1300-1400℃，造成窑内FeO和焦粉中的灰分中的SiO2、Al2O3反应形成结块和结圈，造成生产频繁中断，炉役仅能达到30天。
另外，窑尾烟气中有从400℃左右挥发的氯化物，还有从900-1100℃挥发的ZnO、PbO和其他有价元素的气体，多种化合物在窑尾混合造成有价元素纯度降低，影响其经济价值，增加后续提纯工艺成本；转底炉工艺通过压球后使用转炉煤气进行加热煅烧，虽然能更准确的控制各区的煅烧温度，但是工艺及设备复杂且只能处理低锌含量的粉尘，局限性较大；同时存在窑尾烟气中有价元素纯度低的问题。
综上，现有的钢铁厂除尘灰处理工艺有回转窑和转底炉，分别使用焦粉做还原剂，在回转窑内或转底炉内进行煅烧还原，还原得产品有ZnO和直接还原铁。经收尘器捕捉的ZnO颗粒与其他碱金属和氯化物混杂，造成产品质量品位较差。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种钢铁厂除尘灰直接还原系统，该除尘灰直接还原系统通过对除尘灰进一步粉磨提高其细度和活性，然后经过三级直接还原旋风筒，将还原气与极细的粉尘原料混合，在达到设定的温度下进行还原，通过精细控制还原温度，对还原产物进行区分，提高了有价元素的品位，提升了经济价值，同时能控制直接还原铁的反应温度和速度，在原料熔点以下直接还原，避免了回转窑和转底炉温度控制不精确出现的结圈、结块等问题。
为了达到上述目的，本发明公开了一种钢铁厂除尘灰直接还原系统，所述的除尘灰直接还原系统包括：配料系统、粉磨系统、煤气供应系统、三级旋风还原系统、余热锅炉系统、除尘系统以及直接还原铁压块及输送系统。
其中，所述配料系统由原料配料仓及精确配料计量称、混合料输送机和斗提组成；钢铁除灰尘根据设定的配比进行精确称量后汇总入混合料皮带，皮带输送至提升机将混合除尘灰输送至粉磨系统。
其中，所述粉磨系统包括球磨机及出料、通风除尘器；从球磨机尾部进入的除尘灰混合料经过球磨机逐级粉磨破碎后形成细度400目以上的极细粉尘，粉磨后的粉尘通过磨机头部的溜管进入到第一级旋风还原椎体中。
其中，所述煤气供应系统中与进入各级旋风还原锥体中溜管相连，第一级煤气供应系统通过高速燃烧器将焦炉煤气喷入燃烧器中，燃烧器产生的高温高压气体将粉磨后的除尘灰粉尘喷入旋风筒中，通过精确控制煤气供应系统的流量，保障在第一级旋风筒中的气体温度达到500℃左右。
进一步地，第二级旋风系统的煤气供应系统使用天然气和焦炉煤气，进一步提高二级旋风筒内的反应温度达到900-1000℃；
第三级旋风筒的煤气供应采用高纯度的氢气和CO，按30％和70％比例进行调整搭配，保障还原效率。
其中，所述旋风还原系统包括：
第一级旋风还原：粉尘在旋风筒中加热并沉降至椎体底部，干净的尾气中混杂产升的ZnCl和其他轻金属氯化物、氧化物通过旋风筒的顶部排气管导出，经过多管散热和耐高温的除尘器进行收集。收集的氯化物和碱金属可以送水洗系统和三效蒸发系统进行进一步提纯。
进一步地，所述旋风还原系统还包括第二级旋风还原：从一级还原筒收集的预热和初步提纯的除尘灰在进入二级还原筒后，被高温高压的气体加热至900-1000℃，其中ZnO被除尘灰本身含有的C和不完全燃烧的还原气中的CO还原成金属Zn，反应后的金属Zn蒸汽被导入余热锅炉和除尘系统而收集。
进一步地，所述旋风还原系统还包括第三级旋风还原：还原筒的四周分布温度检测，旋风筒下部锥形部分四周分布煤气支管，支管与锥形筒内壁呈一定角度，保障吹入的气流与物料继续保持旋转及悬浮整体，可以通过调整各层支管煤气的角度和流量控制喷入还原气的流量，使处于椎体部位的物料按设计速度逐步下降，从而控制粉尘的还原时间。
更进一步地，根据各个部位的温度反馈进行调整气体的比例和温度，精确控制筒内各个部位的温度，确保筒内温度达到1000-1200℃，低于除尘灰中脉石与亚铁反应的温度，喷入的高压混合还原气与处于高温状态的粉尘颗粒中的铁氧化物反应，夺取氧后形成金属Fe和CO2、H2O；尾气经过反应筒顶部的气体导管导出至二级反应筒后续的余热锅炉系统和除尘系统，对蒸发的金属进一步收集；形成的直接还原铁颗粒从旋风筒底部收集进入压块系统。
其中，所述直接还原铁压块及输送系统中从旋风筒排出的直接还原铁粉尘颗粒直接经过压块和喷吹水雾降温，保障内部金属铁不被大气氧化同时便于运输使用。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明通过减少固体还原剂带入的灰分形成低熔点化合物，更有利于减少结圈结块的形成，有利于生产作业率的提高；
本发明通过精确控制各级反应温度，避免超高温度的产生，避免了局部的金属铁液相的形成和杂质金属的溶解，形成的直接还原颗粒品质更纯净，同时可应用更高纯度的原矿，得到更高价值的直接还原铁产品；
同时，本发明通过控制各级反应的温度，精确控制反应阶段和反应产物，同时可通过增加反应级数对广泛的原料中的各种有价元素进行精准提纯，大大提高了除尘灰原料的利用价值。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
本发明提供的实施方式中公开了一种钢铁厂除尘灰直接还原系统，所述的除尘灰直接还原系统包括：配料系统、粉磨系统、煤气供应系统、三级旋风还原系统、余热锅炉系统、除尘系统以及直接还原铁压块及输送系统。
本实施例中所述配料系统由原料配料仓及精确配料计量称、混合料输送机和斗提组成；钢铁除灰尘根据设定的配比进行精确称量后汇总入混合料皮带，皮带输送至提升机将混合除尘灰输送至粉磨系统。
本实施例中所述粉磨系统包括球磨机及出料、通风除尘器；从球磨机尾部进入的除尘灰混合料经过球磨机逐级粉磨破碎后形成细度400目以上的极细粉尘，经过粉磨的粉尘在将原除尘灰大颗粒粉碎的同时在粉尘颗粒内部造成晶体内部裂纹增多，形成更多的孔隙，便于气体进入进行还原反应，同时利于氧化后的气体排出，除尘灰颗粒反应活性大大增加；粉磨后的粉尘通过磨机头部的溜管进入到第一级旋风还原椎体中。
本实施例中所述煤气供应系统中与进入各级旋风还原锥体中溜管相连，第一级煤气供应系统通过高速燃烧器将焦炉煤气喷入燃烧器中，燃烧器产生的高温高压气体将粉磨后的除尘灰粉尘喷入旋风筒中，通过精确控制煤气供应系统的流量，保障在第一级旋风筒中的气体温度达到500℃左右。
进一步地，第二级旋风系统的煤气供应系统使用天然气和焦炉煤气，进一步提高二级旋风筒内的反应温度达到900-1000℃；
第三级旋风筒的煤气供应采用高纯度的氢气和CO，按30％和70％比例进行调整搭配，保障还原效率。且值得注意的是本级煤气供应系统不使用燃烧器，直接将定量比例的高压还原气直接与部分还原的粉尘喷入三级反应筒，还原气在高温的粉尘颗粒环境中直接与粉尘颗粒反应。
本实施例中所述旋风还原系统包括：第一级旋风还原：粉尘在旋风筒中加热并沉降至椎体底部，干净的尾气中混杂产升的ZnCl和其他轻金属氯化物、氧化物通过旋风筒的顶部排气管导出，经过多管散热和耐高温的除尘器进行收集。收集的氯化物和碱金属可以送水洗系统和三效蒸发系统进行进一步提纯。
进一步地，所述旋风还原系统还包括第二级旋风还原：从一级还原筒收集的预热和初步提纯的除尘灰在进入二级还原筒后，被高温高压的气体加热至900-1000℃，其中ZnO被除尘灰本身含有的C和不完全燃烧的还原气中的CO还原成金属Zn，在此温度条件下，ZnO还原和蒸发速度很快，反应时间极短，反应后的金属Zn蒸汽被导入余热锅炉和除尘系统而收集，因整个系统维持较好的还原气氛，金属Zn氧化量低于回转窑和转底炉烟气系统，金属Zn纯度较高。
进一步地，所述旋风还原系统还包括第三级旋风还原：还原筒的四周分布温度检测，以便于对反应温度进行精确反馈。旋风筒下部锥形部分四周分布煤气支管，支管与锥形筒内壁呈一定角度，保障吹入的气流与物料继续保持旋转及悬浮整体，可以通过调整各层支管煤气的角度和流量控制喷入还原气的流量，使处于椎体部位的物料按设计速度逐步下降，从而控制粉尘的还原时间。
更进一步地，根据各个部位的温度反馈进行调整气体的比例和温度，精确控制筒内各个部位的温度，确保筒内温度达到1000-1200℃，低于除尘灰中脉石与亚铁反应的温度，喷入的高压混合还原气与处于高温状态的粉尘颗粒中的铁氧化物反应，夺取氧后形成金属Fe和CO2、H2O；尾气经过反应筒顶部的气体导管导出至二级反应筒后续的余热锅炉系统和除尘系统，对蒸发的金属进一步收集；形成的直接还原铁颗粒从旋风筒底部收集进入压块系统。
本实施例中所述直接还原铁压块及输送系统中从旋风筒排出的直接还原铁粉尘颗粒直接经过压块和喷吹水雾降温，保障内部金属铁不被大气氧化同时便于运输使用。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种钢铁厂除尘灰直接还原系统，其特征在于：所述的除尘灰直接还原系统包括：配料系统、粉磨系统、煤气供应系统、三级旋风还原系统、余热锅炉系统、除尘系统以及直接还原铁压块及输送系统。
2.根据权利要求1所述的钢铁厂除尘灰直接还原系统，其特征在于：所述配料系统由原料配料仓及精确配料计量称、混合料输送机和斗提组成；钢铁除灰尘根据设定的配比进行精确称量后汇总入混合料皮带，皮带输送至提升机将混合除尘灰输送至粉磨系统。
3.根据权利要求1所述的钢铁厂除尘灰直接还原系统，其特征在于：所述粉磨系统包括球磨机及出料、通风除尘器；从球磨机尾部进入的除尘灰混合料经过球磨机逐级粉磨破碎后形成细度400目以上的极细粉尘，粉磨后的粉尘通过磨机头部的溜管进入到第一级旋风还原椎体中。
4.根据权利要求3所述的钢铁厂除尘灰直接还原系统，其特征在于：所述煤气供应系统中与进入各级旋风还原锥体中溜管相连，第一级煤气供应系统通过高速燃烧器将焦炉煤气喷入燃烧器中，燃烧器产生的高温高压气体将粉磨后的除尘灰粉尘喷入旋风筒中，通过精确控制煤气供应系统的流量，保障在第一级旋风筒中的气体温度达到500℃左右。
5.根据权利要求4所述的钢铁厂除尘灰直接还原系统，其特征在于：第二级旋风系统的煤气供应系统使用天然气和焦炉煤气，进一步提高二级旋风筒内的反应温度达到900-1000℃；
第三级旋风筒的煤气供应采用高纯度的氢气和CO，按30％和70％比例进行调整搭配，保障还原效率。
6.根据权利要求1所述的钢铁厂除尘灰直接还原系统，其特征在于：所述旋风还原系统包括：
第一级旋风还原：粉尘在旋风筒中加热并沉降至椎体底部，干净的尾气中混杂产升的ZnCl和其他轻金属氯化物、氧化物通过旋风筒的顶部排气管导出，经过多管散热和耐高温的除尘器进行收集。收集的氯化物和碱金属可以送水洗系统和三效蒸发系统进行进一步提纯。
7.根据权利要求6所述的钢铁厂除尘灰直接还原系统，其特征在于：所述旋风还原系统还包括第二级旋风还原：从一级还原筒收集的预热和初步提纯的除尘灰在进入二级还原筒后，被高温高压的气体加热至900-1000℃，其中ZnO被除尘灰本身含有的C和不完全燃烧的还原气中的CO还原成金属Zn，反应后的金属Zn蒸汽被导入余热锅炉和除尘系统而收集。
8.根据权利要求6所述的钢铁厂除尘灰直接还原系统，其特征在于：所述旋风还原系统还包括第三级旋风还原：还原筒的四周分布温度检测，旋风筒下部锥形部分四周分布煤气支管，支管与锥形筒内壁呈一定角度，保障吹入的气流与物料继续保持旋转及悬浮整体，可以通过调整各层支管煤气的角度和流量控制喷入还原气的流量，使处于椎体部位的物料按设计速度逐步下降，从而控制粉尘的还原时间。
9.根据权利要求8所述的钢铁厂除尘灰直接还原系统，其特征在于：根据各个部位的温度反馈进行调整气体的比例和温度，精确控制筒内各个部位的温度，确保筒内温度达到1000-1200℃，低于除尘灰中脉石与亚铁反应的温度，喷入的高压混合还原气与处于高温状态的粉尘颗粒中的铁氧化物反应，夺取氧后形成金属Fe和CO2、H2O；尾气经过反应筒顶部的气体导管导出至二级反应筒后续的余热锅炉系统和除尘系统，对蒸发的金属进一步收集；形成的直接还原铁颗粒从旋风筒底部收集进入压块系统。
10.根据权利要求1所述的钢铁厂除尘灰直接还原系统，其特征在于：所述直接还原铁压块及输送系统中从旋风筒排出的直接还原铁粉尘颗粒直接经过压块和喷吹水雾降温，保障内部金属铁不被大气氧化同时便于运输使用。
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| CN202310632260.XA CN116640892A (zh) | 2023-05-31 | 2023-05-31 | 一种钢铁厂除尘灰直接还原系统 |
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| CN202310632260.XA CN116640892A (zh) | 2023-05-31 | 2023-05-31 | 一种钢铁厂除尘灰直接还原系统 |
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Family Applications (1)
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2023
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