CN1360060A - 利用含碳冷固结铁球团矿生产海绵铁的工艺方法和生产设备 - Google Patents

Abstract

利用含碳冷固结铁球团矿生产海绵铁的工艺方法和生产设备,是利用炼焦用的斜底炉,或炼焦用机焦炉在其还原室中装入含碳冷固结铁球团矿,采用间接加热和直接加热与间接加热相结合的方法,使含碳冷固结铁球团矿在900－1300℃温度下还原成海绵铁,海绵铁落入或用推料机推入冷却车中,用冷还原气进行冷却后出炉。采用本发明的工艺方法和生产设备生产海绵铁,还原速度快,节约能源,生产出的海绵铁不会被再次氧化,产品质量优良。

Description

利用含碳冷固结铁球团矿生产海绵铁的工艺方法和生产设备

一、技术领域

本发明涉及一种炼铁的工艺方法，特别是涉及一种采用直接还原法生产海绵铁的工艺方法，以及该工艺方法所使用的生产设备。

二、背景技术

已知海绵铁的生产方法分为两大类：一类是煤基法，一类是气基法，煤基法有回转窖、随道窖、罐式炉、转底炉、竖炉等方法，气基法主要是竖炉法。这些方法都是用煤气或炉内自产煤气和重整后的天燃气直接加热的方法生产海绵铁。

北京冶金设计研究院研制完成了煤基直接还原法生产海绵铁的竖炉装置和生产方法，并申报了国家专利(专利申请号分别为96205053和98119030)，其主要工艺路线是：(1)铁精矿粉与粘结剂混合搅拌，压制成型后烘干，制成冷固结铁球团矿备用；(2)煤粉与粘合剂混合，压制成型煤备用；(3)将冷固结铁球团矿、专用型煤、小块烟煤和小块石灰石按一定比例混合后，加入还原竖炉中，经外加热和内加热(缺氧燃烧煤)产生煤气，由煤气将冷固结球团矿直接还原成海绵铁，富余煤气用于外加热，(4)海绵铁与煤渣经筛分和磁选后实现分离，海绵铁可用于炼钢和铸造，煤渣又分为半焦和灰渣，半焦可做燃料，灰渣可做为建材和铺路的原料。

基于上述生产方法中装入的型煤只能生产出半焦，生产不出型焦的缺陷，本发明人对其进行了改进，开发出了型煤炼焦联产海绵铁的工艺方法(专利申请号：01101461)，该方法是在生产型焦的机焦炉炭化室内同时装入经机械预制烘干并具有一定强度的型煤和预制烘干具有一定强度的冷固结铁球团矿，在炼焦的同时利用炭化室内的高温煤气联产海绵铁，并由推焦机推出，经拦焦车、熄焦车至熄焦塔熄焦后，经筛分和磁选分离，分别生产出型焦和海绵铁。

在生产实线过程中，本发明人发现，型焦联产海绵铁的生产工艺还存在一些问题：1、用水冷却海绵铁、会造成部分海绵铁的再次氧化，不利于海绵铁的炼钢或铸造使用；2、采用冷固结铁球团矿还原产海绵铁的还原气体是由型煤炼焦产生的，因此为保证冷固结铁球团矿能够充分还原，在机焦炉炭化室的底部向上500mm只能装入型煤，不装冷固结铁球团矿，只在500mm以上才混装型煤和冷固结铁球团矿，装料时工序复杂。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种生产海绵铁的工艺方法，采用该工艺方法生产海绵铁，还原速度快，节约能源，还原后的海绵铁也不易再被氧化。

提供上述工艺方法所适合使用的生产设备，是本发明的另一发明目的。

本发明的目的实现方法是：在将炼焦用斜底炉的炭化室或机焦炉炭化室改为炼海绵铁的还原室，装入含碳冷固结铁球团矿，采用间接加热和直接加热与间接加热相结合的方法，使含碳冷固结铁球团矿在900-1300℃温度和还原气氛下直接还原，从而生产出海绵铁。

本发明根据实际试验结果，采用间接加热和直接加热与间接加热相结合的方法生产海绵铁。间接加热时，可采用焦炉煤气、高炉煤气、化工尾气、还原海绵铁后尾气、煤气发生炉煤气、以及煤粉做燃料的多种加热方式，燃烧室温度应达到1200-1500℃，还原室温度控制在900-1300℃之间，以含碳冷固结球团矿不融滴为度。

除上述间接加热方法外，本发明还采用间接加热与直接加热相结合的方法，即在间接加热时配合还原室的直接加热，直接加热是将还原气体加热后直接送至还原室。还原气体加热可采用加热炉，也可采用蓄热室加热,特别是本发明采用冷的还原气冷却海绵铁后加热还原气。一般地，还原气的温度为常温-1300℃。

本发明中要求直接加热时使用的还原气是经过脱S处理的还原气，这样还原出的海绵铁含S量低。另外，出于环境保护角度的考虑，进入燃烧室加热的还原气也应预先脱除S。

本发明还可以在生产海绵铁的同时生产型焦，即在斜底炉中同时装入含碳冷固结铁球团矿和型煤，在高温还原气氛下同时生产海绵铁和型焦。由于本发明是采用含碳冷固结铁球团矿还原生产海绵铁，因此不必在炉底预装500mm厚的型煤层，可以直接将含碳冷固结铁球团矿与型煤混装进行还原。

本发明生产出的海绵铁应在红铁高温状态下直接装入炼钢炉使用以节约能源。在不具备热装炼钢炉的条件时生产出的海绵铁使用冷的还原气直接冷却，以保护海绵铁，避免部分海绵铁的再次氧化。也可在冷却车或专用冷却设备中加水套，使水与海绵铁不直接接触，用水套中的水将热能带走，海绵铁降温至300℃以下再出炉。也可使用控制水量降温的办法，即用水直接降温时控制水的用量，使海绵铁表面温度降至300℃以下后由还末完全冷却的海绵铁内部温度将，表面和吸入海绵铁表层的水烘干，使海绵铁不被再次氧化。

为实现上述工艺方法，本发明采用了炼焦用斜底炉作为生产海绵的生产设备，其整体结构为：斜底炉由燃烧室与还原室并排间隔设置组成，中间由隔墙分开，燃烧室通过隔墙对还原室进行加热。在还原室的上方，设置有装料铁箱和集气管，还原室斜坡下方为蓄热室，并连接有废气管。本发明斜底炉的不同之处是：斜底炉的出料口处设置有出料冷却车，出料冷却车连接还原气进气管，冷还原气通过出料冷却车，供海绵铁冷却，冷还原气吸收海绵铁热量后被加热到300-1250℃后直接通过斜坡上的还原气进气通道进入斜底炉中，海绵铁则被冷却到300℃以下出炉。

还原气经过斜坡上的还原气进气通道进入斜底炉后，即可以直接进入还原室中用于还原生产海绵铁，也可以通入蓄热室中供燃烧室燃烧加热使用。还原气进入还原室时，要保证还原气的正常输入，保证气体通道的畅通，因此，本发明在还原气进入还原室的入口处沿斜坡向上，设置有炉底进气砖，在炉底进气砖上设置有若干个鱼鳞状进气口。这些进气口与耐火材料制成的还原气进气通道和外设还原气加热设备相通，在海绵铁或海绵铁与型焦出炉时，向下滑动的物料及粉末不会堵塞鱼鳞状进气口，可以保证还原气能够连续不断地输入还原室中。本发明也可采用炼焦用机焦炉作为生产海绵铁的还原炉，其整体结构为：由燃烧室与还原室并排间隔组成，中间由隔墙分开，燃烧室通过隔墙对还原室进行加热。在还原室上方，设置有装料铁箱和集气管，还原室下方有蓄热室，并连接有废气管。本发明与机焦炉的不同之处是：炼焦方式的海绵铁还原炉的出料口处设置可与出料侧海绵铁对接的出料冷却车，出料冷却车连接还原气进气管，冷还原气通过出料冷却车，供海绵铁冷却，冷还原气吸收海绵铁热量后被加热到300-1250℃后直接通过料坡上的还原气进气通道进入还原室中，海绵铁则被冷却到300℃以下出炉。

还原气经过还原室底部的还原气通道进入还原室，即可以用于还原生产海绵铁，还原气进入还原室时，要保证还原气的正常输入，方法同斜底炉生产海绵铁相同，在还原室底部设置有炉底进气砖，炉底进气砖内有还原气通道，炉底进气砖上设置有若干个鱼鳞状进气口，开口朝出料侧。这些进气口与耐火材料制成的还原气进气通道和外设还原气加热设备相通，在海绵铁被推出还原室时，海绵铁及粉末不会堵塞鱼鳞状进气口，可以保证还原气能够连续不断地输入还原室中。

采用含碳冷固结铁球团矿生产海绵铁，是本发明的主要特征之一。在还原过程中，含碳冷固结铁球团矿内部只要有残留碳和未还原的氧化铁，只要达到直接还原所需的温度，就会产生CO和CO₂气体，球团矿还原产生的气体就会由里向外溢出或喷出，此时还原环境中的还原气体很难从外向里渗透到球团内部。由于含碳冷固铁球团矿的上述特点，用它生产海绵铁，就与不含碳冷固结铁球团矿生产海绵铁有了根本性的区别。

首先，含碳冷固结铁球团矿生产海绵铁，反应后气体和多余气体从里向外溢出或喷出，环境中的还原气体很难往里渗透，因此还原气不起主要的还原作用，可以起辅助作用稀释从球团内部溢出的CO₂气体和保护还原过程的快速正常进行。环境中还原气体的氧化度保持低于25％即可，而不含碳冷固结铁球团矿生产海绵铁，反应气体从外向里逐步渗透，而反应后的气体又需要从反应后形成的孔隙中向外溢出，这样反应后的气体在向外溢出时，阻滞了反应气体向里的渗透，这是不含碳冷固结铁球团矿反应速度慢的主要原因，也是含碳冷固结铁球团矿比不含碳冷固结铁球团矿和传统冶炼方法反应速度快，节约能源的主要原因之一。

其次，含碳冷固结铁球团矿在造团时碳质还原剂呈粉末状与铁矿粉充分混合均匀，在达到还原温度后，与铁矿粉发生热扩散作用，碳还原铁矿粉中的氧可以形成CO和CO₂，CO还可以继续还原铁矿粉，这种反应所形成的反应比表面积比传统冶炼方法的反应比表面积增加了成千上万倍。这是含碳冷固结铁球团矿比不含碳冷固结铁球团矿和传统冶炼方法还原速度快、节约能源的又一主要原因。

利用炼焦用斜底炉和机焦炉生产海绵铁，是本发明的又一主要特征。本发明在出料口添加了出料冷却车，使得还原气在冷却海绵铁的同时自身也被加热。在还原气保护下，海绵铁的降温过程中不会有再次氧化的现象发生，还原气预加热后也节约了大量能源，降低了生产成本。

本发明中置于斜底炉斜坡上的炉底进气砖和机焦炉式还原炉还原室底部的炉底进气砖可以随时进行更换、清除粉尘，检修也很方便。

本发明的工艺方法及生产设备不仅能够生产海绵铁，采用冷固结含碳锰球团矿还可以生产海绵锰，采用冷固结含炭铬球团矿也可以生产海绵铬等其它海绵金属。

四、附图说明

图1是本发明生产海绵铁用斜底炉的内部结构示意图；

图2是本发明生产海绵铁用斜底炉的外部结构示意图；

图3是本发明生产海绵铁用机焦炉的外部结构示意图。

五、具体实施方式

实施例1：

生产海绵铁用斜底炉结构如图1、图2所示，燃烧室14与还原室6并排间隔设置，中间设有隔墙13，还原室6的上方设有集气管8，用于收集使用过的还原气，经处理后再利用。装料铁箱7也设置在还原室6的上方，用于向还原室中吊装加入物料。在还原室6的下方是斜坡3，斜坡3下方为蓄热室2，并连接有废气管1。斜坡3底端设有出料口10，出料口10连接出料冷却车11，出料冷却车11连接还原气进气管12。在斜坡3上放置有炉底进气砖9，上面设置有若干个鱼磷状的进气口5，鱼鳞状进气口5与斜坡3上的还原气进气通道4相通，还原气进气通道4还可以连接蓄热室2，也可以与还原气加热炉连接。

通过装料铁箱将预制干燥具有一定强度的含碳冷固结铁球团矿装入斜底炉还原室中，通过燃烧室对还原室进行间接加热，同时通过出料冷却车或还原气经加热炉将还原气通入还原室中进行直接加热，待温度升至900-1300℃左右时，含碳冷固结铁球团进行直接还原，生产出海绵铁，通过斜坡上的炉底进气砖和出料口落入到出料冷却车中，此时出料冷却车中通过的冷还原气将海绵铁降温至300℃，同时被加热到900-1250℃，通入还原室中继续生产海绵铁。降温后海绵铁则可以出炉。

实施例2：

生产设备同实施例1，斜底炉中装入预制烘干具有一定强度的含碳冷固结铁球团矿和机械预制烘干具有一定强度的型煤，型煤与球团的加入比例为1.5∶1，按照实施例1工艺方法生产海绵铁和型焦，并经出料冷却车冷却后，经筛分和磁选分离，分别生产出海绵铁和型焦。

实施例3：

生产海绵铁用机焦炉式的还原炉结构如图3所示，燃烧室14与还原室6并排间隔设置，中间设有隔墙13，还原室6的上方设有集气管8，用于收集使用过的还原气，经处理后再利用。装料铁箱7也设置在还原室6和燃烧室14的上方，用于向还原室中吊装加入物料。在还原室6的下方是还原室底部的炉底进气砖9，炉底进气砖9上面有鱼鳞状进气口5，有进气通道4相连通。在还原室和燃烧室的下部是蓄热室2，并连接有废气管1，废气可用于烘干物料。在还原室6出料侧有接料的冷却车11，出料冷却车11连接还原进气管12。在还原室炉底上设置炉底进气砖9，上面有若干个鱼磷状的进气口5，炉底进气砖9及上面的鱼鳞状进气口5与炉底还原气进气通道4相通，还原气进气口与还原气加热炉连接。

通过装料铁箱将预制干燥具有一定强度的含碳冷固结铁球团矿装入机焦炉还原室中，通过燃烧室对还原室进行间接加热，同时通过出料冷却车或还原气加热炉将还原气通入还原室中进行直接加热，待温度升至900-1300℃时，还原气含碳冷固结铁球团矿进行直接还原，生产出海绵铁，经推料机将海绵铁推出至冷却车中，此时出料冷却车中通过冷还原气将海绵铁降温至300℃，同时被加热到1100℃，通入还原气中继续生产海绵铁。降温后的海绵铁则可以出炉。

Claims (10)

1、一种生产海绵铁的工艺方法，其特征是在炼焦用斜底炉或炼焦用机焦炉的还原室中，装入含碳冷固结铁球团矿，采用间接加热和直接加热与间接加热相结合的方法，使含碳冷固结铁球团矿在900-1300℃温度和还原气氛下直接还原，以生产海绵铁。

2、根据权利要求1所述的生产海绵铁工艺方法，其特征是用于间接加热的燃烧室温度为1200-1500℃。

3、根据权利要求1所述的生产海绵铁工艺方法，其特征是通入还原室中，可用于直接加热的还原气温度为常温-1300℃。

4、根据权利要求1或3所述的生产海绵铁工艺方法，其特征是所述的还原气经过预脱S处理。

5、根据权利要求1所述的生产海绵铁工艺方法，其特征是还可以在斜底炉还原室中同时混装入含碳冷固结铁球团矿和型煤，在生产海绵铁的同时联产型焦。

6、一种生产海绵铁的生产设备，为炼焦用斜底炉，其燃烧室(14)与还原室(6)并排间隔设置，中间设有隔墙(13)，燃烧室(14)通过隔墙(13)对还原室(6)进行加热；还原室(6)的上方设置有装料铁箱(7)和集气管(8)，下方斜坡(3)处设置出料口(10)；还原室(6)斜坡(3)的下面为蓄热室(2)，并连接有废气管(1)；其特征是：在斜底炉的出料口(10)处设置有出料冷却车(11)，出料冷却车(11)上设置有还原气进气管(12)；斜底炉的斜坡(3)上设置有带有鱼鳞状进气口(5)的炉底进气砖(9)。

7、根据权利要求6所述的生产海绵铁生产设备，其特征是斜坡(3)上的还原气进气通道(4)即可以与炉底进气砖(9)上的鱼鳞状进气孔(5)相通。

8、根据权利要求1所述的生产海绵铁的生产设备，为炼焦用的机焦炉，其燃烧室(14)与还原室(6)并排间隔设置，中间设有隔墙(13)，燃烧室(14)通过隔墙(13)对还原室(6)进行加热；还原室(6)的上方设置有装料铁箱(7)和集气管(8)，还原室(6)底部设置有炉底进气砖(9)，炉底进气砖(9)与还原气通道(4)形成还原气进气通道(4)并与鱼鳞状进气口(5)接通；还原室(6)和燃烧室(14)的下部为蓄热室(2)，并连接有废气管(1)；其特征是：在出料侧设置有出料冷却车(11)，出料冷却车(11)上设置有还原气进气管(12)；还原室(6)底部设置有带鱼鳞状进气口(5)的炉底进气砖(9)。

9、根据权利要求8所述的生产海绵铁生产设备，其特征是

还原室(6)底部设有出料进气砖(9)与还原气进气通道(4)和炉底进气砖(9)上的鱼鳞状进气孔(5)相通。

10、根据权利要求1所述的生产海绵铁的工艺方法采用冷固结含碳锰球团矿也可以用于生产海绵锰，采用冷固结含碳铬球团矿也可以生产海绵铬及其它海绵金属。

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