CN1169971C - 用高温煤气生产海绵铁的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是采用高温高压煤气加热配有还原剂的铁精粉球团，生产海绵铁的一和方法及装置。主要由煤粉制备装置、高温煤粉气化炉和还原装置构成的海绵铁生产系统。采用该方法及装置可使经高温煤气加温至1150～1200℃的含碳球团，在15分钟之内达到95%以上的金属化率。解决了还原时间长、球团粉化、再氧化、悬料和产品杂质含量高的技术问题，并具有节省能源、无环境污染和相对投资较少的特点。

Description

用高温煤气生产海绵铁的方法及装置

本发明涉及一种固态还原生产海绵铁的方法，属钢铁技术领域。

目前生产海绵铁大都采用裂解天然气为还原剂，并配以还原装置的方法，但对于缺少天然气资源的地区不能适用；也有以煤作还原剂的大型转炉，但设备结构复杂，建厂投资大，生产成本高，还有隧道窑生产方法，尚存在着还原时间长，能耗高等缺点，难以被人们采纳。

本发明的目的是提供一种还原时间短，生产效率高，在还原过程中无粉化、再氧化和悬料故障，既节能又无环境污染的海绵铁生产方法及装置。

本发明主要由煤粉制备段、高温煤粉气化炉和还原段构成的海绵铁生产系统。其技术方案如下：1、煤粉制备段，该段是利用还原段因冷却球团而升温的N₂对球磨后的煤粉进行干燥、输送、分离和储存。利用参与还原后并经净化的煤气与煤粉混合后，向高温煤粉气化炉输送煤粉。2、高温煤粉气化炉，该炉采用蒸汽、氧气在气粉混合喷枪中与煤气、煤粉混合后喷入产气室，在1600℃高温下连续气化，并采用锁气排渣的方法，生产出一定组分和压力的高温、高压煤气。3、还原段，该段是采用造球后湿球团直接加入反应器内使球团在静止的状态下连续地干燥、预热、还原和冷却的方法。其原理是由来自气化炉的高温、高压煤气，经进一步氧化增温后，使其温度达到1300℃以上，利用该煤气的高温把还原室中的含碳球团加热至1150～1200℃，在此温度下，球团内部的炭粉和高温高压的煤气与氧化铁粉产生强烈的还原反应，在15分钟之内即可使铁矿粉由Fe₃O₄还原为MFe。高温煤气参与还原后，进入下序反应器对球团进行预热于燥，最后输入净化系统，净化后作为煤气的驱动气体循环利用。上述所有运转过程都是在密闭的管道及容器中运行，无任何有害气体和液体排放。

本发明有如下优点：

1、由于采用煤气输送煤粉和配氧高温造气的方法，可适用任何煤种制粉与造气。

2、由于采用工业氧气、蒸汽、高温高压气化煤粉和锁气排渣的造气方法，使气化和分解速度加快，产气率提高。

3、由于采用高温高压的产气法，其煤气压力即为输送煤气的驱动力，从而省去了高温驱动风机，有减少投资和减化操作程序的益处。

4、由于采用炉内炉渣浸水、碎渣机碎渣、螺旋排渣机锁气排渣的方法使排渣顺畅，无污染，并保证了产气压力。

5、由于余热锅炉对产气室热辐射和炉渣浸水热量的回收和还原气体对下序反应器的预热、干燥以及N₂冷却高温球团热量的利用，均有益于节省能源。

6、由于采用1150～1200℃的还原温度和高温高压煤气对还原反应的促进作用，使还原时间在达到温度后10～15分钟之内即可完成95％以上的金属化率，与转窑相比较，可提高还原速度20倍，与隧道窑相比较，可提高还原速度100倍。

7、由于采用湿球团直接加入反应器的方法，不但省去球团预先干燥的工序，而且因湿球团强度较高，在运输及装罐时不易破碎，装入反应器的球团是在静止状态下进行反应，不会有球团粉化现象发生。由于上述原因，在造球时可采用有机物粘结剂，并可减少用量。因有机物在高温下被炭化，而炭化后的有机物又可参与还原反应，因此又可减少炭粉的加入量，从而起到了降低球团成本和减少杂质摄入的双重效果。

8、由于采用多向多孔还原室供应超高温煤气的方法，可使还原温度上下平衡，解决了由温差所造成的还原偏析问题。

9、由于采用高还原气份下还原、脱水N₂进行成品球团冷却的方法，在生产过程中，无再氧化因素存在。

10、由于采用机械强制排料的方法，无悬料的顾虑。

11、由于整个生产装置中，除制氧设备外，其它设备都比较简单，容易制造，与回转窑相比较可节省大量资金投入。

下面通过附图结合本发明的实施方案作一详细说明。

附图1为本发明煤粉制备段示意图。

附图2为本发明高温煤粉气化炉剖视图。

附图3为本发明还原段剖视及示意图。

参见附图1，造气原煤(1)由皮带运输机(2)向制粉装置输送，经给料器(3)进入球磨机(6)内制粉。由N₂储罐(5)所提供的高温N₂，经加压风机(4)加压后，进入球磨机，用其携带的高温，对煤粉进行干燥，然后携干燥后的煤粉，经出料口(7)送入粗粉分离器(8)，分离出来的粗煤粉返回球磨机再磨，细粉经二次风机(13)加压后，进入一级气粉分离器(9)、二级气粉分离器(10)、袋式气粉分离器(11)。分离后的N₂经加压风机(14)送至N₂处理装置(16)，N₂在该装置中脱水和清除残余煤粉后，储备待用。(15)是袋式气粉分离器的二次风机，与N₂分离后的煤粉，落入密封煤粉储苍(12)，在叶轮给料机(17)和圆盘给料机(18)的相互配合下，把煤粉均匀地向气粉混合器(20)输送，由来自还原段的净化煤气，经高压煤气风机(19)加压后，进入气粉混合器(20)，与煤粉混合后，向高温煤粉气化炉输送。

参见附图2，炉体中部是该炉的第1气化室(9)，该气化室的外部设有上下两组气粉混合喷枪(1、2、3、4)，该喷枪是由煤气、煤粉混合供应管(5、6)提供的煤气、煤粉，氧气供应管(7、8)提供的工业氧气、余热锅炉(24)提供的蒸汽作为产气介质，喷入产气室，经高温分解制造煤气。在生产过程中，上组喷枪(1、4)的配氧系数α＝0.3，下组喷枪(2、3)的配氧系数α＝0.8～1，而且下组喷枪不供蒸汽，其目的是下组喷枪是以产生高温为主，使上组喷枪所喷入的产气介质在1600℃高温下迅速气化。由于喷枪采用高压喷射，使所产煤气压力较高，该压力即是向还原段供气的动力。由第一气化室(9)产生的粗煤气流向第二气化室(30)，未气化的煤粉和未分解的蒸汽在这里继续气化。最终产生1000℃以上的高温煤气，经设有耐火层(27)，保温层(28)、钢板保护层(29)和煤气出口(31)由管道进入一级除尘器(32)和二级除尘器(33)，除尘后向还原段供应高温煤气。煤粉产气后所产生的炉渣成液态状或融溶状落入水封浸渣池(11)使炉渣冷却固化，经对辊碎渣机(10)破碎后落入锥形储渣池(12)，再经螺旋排渣机(13)把炉渣排入锁气排渣罐(15)并分别开关上排渣阀(14)、下排渣阀(16)，在密封状态下把炉渣排出，以达到锁气排渣的目的。设在水封浸渣池外部的余热锅炉(24)是通过热交换器(17)、受热裂管(18)、上循环水管(20)和下循环水管(19)对炉渣浸水时所释放出的热量加以回收，并加热余热锅炉所需要的软化水。给水泵(21)向热交换器中的裂管供水，经进水口(22)向预热锅炉供应已被加热较高温度的软化水。余热锅炉在产气室的热辐射下增温、产生蒸汽，再经汽水分离器(25、26)，向煤粉喷枪提供蒸汽。水封循环水补水泵(23)的作用是向水封系统补充水量。

参见图3，该段是由图中所示的12个相同形状的反应器构成的还原系统，反应器之间通过采取特殊保温措施的管道和水压控制的高温阀们相互连通和分离，使反应器之间可任意组合或分离。其生产方案是先把12个反应器编号为1～12号，当1号进入还原工序时，2、3号进入预热工序，4、5号进入干燥工序，6、7、8、9号进入排料和装料工序，10、11、12号进入氮气冷却工序，如此循环进行。按上述方案对生产程序描述如下：由高温煤粉气化炉输出的高温煤气，在煤气本身压力的驱动下，由高温煤气主供气管道(1)提供的高温煤气，通过高温煤气控制阀(2)经高温煤气管道(3)进入喷枪(4)同时由氧气控制阀(5)供应限量工业氧气，使少量煤气在增温器(6)中氧化燃烧，使煤气温度增至1300℃以上，再经多向超高温供气管道(7)、分气管道(8)、通气夹层(9)和斜式进气孔(10)进入还原室(11)。因为还原室的球团此时已被预热到800℃以上，在1300℃的高温煤气的加热下，使球团很快达到1150～1200℃的热平衡，在此高温下，含碳球团在内配还原剂炭粉和高温煤气的双重还原作用下，经10～15分钟即可达到95％以上的金属化率而完成还原工序。通过上述工序的高温煤气，通过煤气输出管道(12)进入下个反应器对其进行预热和干燥，最后排出的低温煤气，经煤气返回支线阀(17)，进入负压煤气返回主管道(18)，在负压风机(19)的引力下进入煤气处理装置(20)。在该装置中，煤气中的H₂O、焦油、CO₂等杂质被脱除后，供制粉段作为煤粉输送气体运用。已完成还原工序的反应器，由N₂主供气管道(13)所供应的冷却N₂，经N₂支线阀(14)向进入冷却工序的三个反应器中输入冷却N₂。因N₂对高温球团的冷却，使N₂温度增高，高温N₂由N₂返回阀(15)输入N₂排出管道(16)进入制粉段的高温N₂储罐，以备煤粉干燥和输送之用。冷却至常温的反应器，关闭全部阀门，打开排料盖(23)的加紧装置，利用排料头(23)将封盖顶住，收缩液压缸，把带有轨道轮(24)的封盖，平稳的放到轨道(25)上，并像车一样推开。然后由排料头(26)、旋转机构(27)、液压缸(28)、液压马达(29)所构成的强制排料装置，将反应室中的成品海绵铁排出。最后封闭底部排料封盖，由进料口(21)装入新的球团......。另外根据材料性能，反应室的进料通道(22)应由耐热钢制作，反应室通气夹层的内外壁(30、32)应由碳化硅材料制作，外层钢板(32)需由锅炉钢板按压力容器的要求制作，保温层(33)应采用保温性能好、耐高温的保温材料。

Claims (2)

1、一种用高温煤气生产海绵铁的方法，其特征是煤粉制备段的球磨机(6)所采用的煤粉干燥和煤粉输送气体是利用还原段冷却球团而增温的N₂，并循环利用；气粉混合器(20)采用的煤粉输送气体是利用还原段参与还原、预热、干燥后并经过净化处理的煤气，并循环利用；所述高温煤气是由高温煤粉气化炉生产，该气化炉所设的煤粉混合喷枪(1、2、3、4)工作时的配氧系数分别是，上组喷枪(1、4)α＝0.3，下组喷枪(2、3)α＝0.8～1，余热锅炉(24)是由热交换器(17)提供产汽热水；加入反应器的含碳球团是采用造球后湿球团不经干燥直接加入反应器内进行干燥、预热和还原的，含碳球团的还原是以球团内所配备的炭粉为还原剂，高温高压煤气为球团的加温热源和还原促进剂，其还原温度为1150℃～1200℃，还原后的高温海绵铁是用N₂进行冷却的。

2、一种实施权利要求1的海绵铁生产方法的装置，该装置是由煤粉制备段、高温煤粉汽化炉和还原段组成；其特征是高温煤粉汽化炉设有第一汽化室(9)、第二气化室(30)、煤粉喷枪(1、2、3、4、)、余热锅炉(24)、热交换器(17)、侵渣池(11)、对辊碎渣机(10)、锥形储渣室(12)、螺旋排渣机(13)和锁气排渣罐(15)；还原段的反应器中的还原室(11)位于反应器中心部位，其外壁设有斜式通气孔(10)和通气夹层(9)，夹层(9)外部所设的多向通气管(7)和分气管(8)与设在反应器外部的增温器(6)相通，反应器的排料机构是由设在其下部的排料封盖(23)、排料头(26)以及支持排料头升降和旋转的动力装置(27、28、29)构成。

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