CN1509339A - 在利用煤和细矿的炼铁过程中回收含铁粉尘和淤泥的装置和方法 - Google Patents

在利用煤和细矿的炼铁过程中回收含铁粉尘和淤泥的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种装置和方法，用来通过汽化从粉尘和淤泥中回收Zn组分并通过还原回收以熔融铁形式存在的Fe组分，以降低淤泥处理的成本以及防止环境污染。多个原料进料斗(110a，110b和110c)分别以固定量储存和排出粉尘/淤泥(其经脱水、干燥和碾碎)、粘合剂和细铁矿。搅拌器(100)混合和搅拌一定量的来自原料进料斗(110a，110b和110c)的粉尘/淤泥、粘合剂和细铁矿。造粒机(90)将来自搅拌器(100)的原料混合物粗化形成特定粒度的球团。干燥器(80)干燥由造粒机(90)提供的球团。竖式炉(70)通过第五气道(44)连接到熔化气化炉(40)用来从干燥器(80)接受球团，并通过还原气汽化球团中含有的Zn组分，并且在其上部还包括第六气道(71)用于散发含有气化Zn组分的废气，以及一个螺杆加料器(72)用于向外排出通过还原气还原的还原铁丸。热封闭式筛子(60)对从螺杆加料器(72)排出的还原铁丸根据粒度分类成大和小(碎裂的)铁丸，并含有第五和第六矿道(61和62)用来选择性地将分类铁丸加料到熔化气化炉(40)和压块机(50)。

Description

在利用煤和细矿的炼铁过程中 回收含铁粉尘和淤泥的装置和方法
技术领域
本发明涉及利用非炼焦煤和细铁矿进行炼铁过程的铁加工中产生的粉尘和淤泥的回收，尤其是，本发明涉及改良的装置和方法用于回收含铁粉尘和淤泥，即通过汽化回收粉尘和淤泥中含有的Zn组分并且通过还原回收以熔融铁形式存在的Fe组分，从而降低淤泥处理的成本并防止环境污染。
技术背景
到目前为止，考虑能效或者生产率本领域尚未开发出任何超过鼓风炉方法的炼铁方法。但是，鼓风炉方法通常依赖于通过处理特定原煤作为碳源获得的焦炭，其用作燃料和还原剂，以及通过凝聚过程获得的烧结矿作为铁源。
结果，目前鼓风炉方法必须伴随着使用诸如生产焦炭的预处理设备和烧结设备。但是，建立这些设备需要耗费过量的成本，而且这些设备产生大量的环境污染物，诸如SOx，NOx和粉尘，在世界范围内面临着更加严格的法规限制。为了克服这些限制，大量处理设备也需要投入从而消耗更大量的成本。因此，目前的鼓风炉方法逐渐丧失了竞争力。
因此，世界上的各个国家正在进行各种努力发展可以克服上述鼓风炉方法缺点的高级炼铁方法。作为目前发展中其中一个最显著的高级炼铁方法，以煤为基础的熔化还原方法直接利用非炼焦煤作为燃料和还原剂以及细铁矿作为铁源，所述铁源占有世界矿产量的大约80％或者更多。
涉及这种利用非炼焦煤和细铁矿技术的制铁系统公开于1998年7月28日授权的美国专利No.5,785,733。
如图1所示，整个炼铁系统包括带有预加热炉10的三个流化床还原炉，一个预还原炉20和终还原炉30，以及一个带有炭床的熔炉汽化器40。
根据本发明，细铁矿通过第一矿道12持续流入到预加热炉10，在那里通过经第三气道21加入的还原气进行预处理，同时形成一个沸腾床或者湍流流化床。
随后，在预加热炉10中预处理的细铁矿经第二矿道22排到预处理还原炉20，在那里通过经第二气道31加入的还原气进行预还原，同时形成沸腾床或者湍流流化床。预还原细铁矿经第三矿道32排到终还原炉30，在那里被经第一气道41加入的还原气体最终还原，同时形成沸腾床或者湍流流化床。最终还原细铁矿经第四矿道42持续排到下列过程。
在终还原炉30中终还原并通过第四矿道42排出的细铁矿提供给一个压块机50，在此形成热压块铁(HBI)。HBI通过HBI输送线51注入到熔炉汽化器40，在此HBI熔化于炭床中以转化成熔化铁锭或者热金属。然后，热金属从熔炉汽化器40中排出。
第一到第四矿道12，22，32和42分别提供了各个热气密阀13，23，33和43，进行开/关操作以调节细铁矿的流动，使得细铁矿的流动可以被阻断，如果需要的话。
非焦炭块通过位于熔炉汽化器40上部的开口持续供应在炉中形成特定高度的炭床。当将氧气通过位于熔炉汽化器40下部的多个风口吹入炭床时，炭在炭床中燃烧。
从炭燃烧产生的气体成为流化床中还原气，通过炭床升高排出熔炉汽化器40。排出的还原气按顺序通过第一到第三气道41，31和21分别加料到3个液化床还原炉10，20和30，最终通过第四气道11排出工序之外。
同时，利用非焦炭煤和细铁矿的炼铁过程产生大量粉尘和淤泥，它们无需任何进一步处理，经干燥后并注入熔炉汽化器40或者预加热炉10。但是，因为粉尘/淤泥的粒度非常小(最大粒度为大约几十微米)，所以粉尘/淤泥在加料到终还原炉30时直接向上流，在终还原炉中，具有粒度(通常大约10mm)相对大于粉尘/淤泥的细铁矿得以使用。结果，这个过程表现出低的实际回收率，因此无效。
另外，如果粉尘/淤泥含有大量Zn组分，那么Zn组分在大约1000℃或者更高的温度下在熔炉汽化器40中汽化。汽化的Zn组分在预加热炉10中被重新氧化并凝结形成ZnO，预加热炉中具有大约600到700℃的相对低温。凝结的ZnO粘着并生长在炉壁上，因此对操作形成严重障碍。
本发明的实施是为了解决现有技术存在的上述问题，因此本发明的一个目的就是提供，在利用非炼焦煤和细铁矿炼铁过程中含铁粉尘和淤泥的回收设备和方法，所述设备和方法提高了回收率同时防止凝结Zn组分粘着在炉壁上，从而提高生产率。
本发明的内容
为了实现上述目的，本发明的一个方面提供了利用非炼焦煤和细铁矿炼铁系统中含铁粉尘和淤泥的回收装置，炼铁系统包括3个具有预加热炉的流化床还原炉，一个预还原炉和一个终还原炉，内有炭床的熔炉汽化器以及一个压块机，所述回收装置包括：多个原料进料斗，分别用于以一定量储存和排出粉尘/淤泥(其被脱水、干燥和碾碎)、粘合剂和细铁矿；一个搅拌器用于混合和搅拌一定量的从原料进料斗进料的粉尘/淤泥，粘合剂和细铁矿；一个造粒机，用来粗化来自搅拌器的原料混合物以形成一定粒度的球团；一个干燥器，用于干燥由造粒机提供的球团；一个竖式炉，通过第五气道连接到熔炉汽化器用于回收来自干燥器的球团，并通过还原气汽化包含在球团中的Zn组分，其中竖式炉在其上方包括第六气道用于排除含有汽化Zn组分的废气，以及一个螺杆加料器用于向外排出通过还原气还原的还原铁丸；以及一个热封闭式筛子用于将从螺杆加料器排出的还原铁丸根据粒度分类成大和小的铁丸，还有第五和第六矿道用于选择性将分类铁丸加料到熔炉汽化器和压块机。
为了实现上述目的，本发明的另一方面提供了利用非炼焦煤和细铁矿炼铁系统中含铁粉尘和淤泥的回收方法，炼铁系统包括3个具有预加热炉的流化床还原炉，一个预还原炉和一个终还原炉，一个内有炭床的熔炉汽化器以及一个压块机。回收方法包括如下步骤：在一个搅拌器中搅拌由原料进料斗提供的一定量粉尘/淤泥，粘合剂和细铁矿；在一个造粒机中粗化由搅拌器提供的原料混合物形成一定粒度的球团；在一个干燥器中干燥，将干燥球团加入到一个竖式炉，通过熔炉汽化器第五气道进料的还原气汽化包含在加入球团中的Zn组分，排除废气中的Zn组分，用竖式炉的一个螺杆加料器向外排出通过还原气还原的还原铁丸；以及通过一个热封闭式筛子将由螺杆加料器加料的还原铁丸分类成大和小(碎裂的)铁丸，选择性加料到每个熔炉汽化器和压块机。
附图简述
图1示意性显示了利用非焦炭煤和细铁矿的通用炼铁过程；
图2示意性显示了利用非焦炭煤和细铁矿炼铁过程中含铁粉尘和淤泥回收装置的构造；以及
图3显示了一个Zn(气)和ZnO(固)之间的平衡图，其是通过在还原气环境中应用热化学计算而来。
实施本发明的最佳方式
下面的详细描述将参照附图提供本发明的优选实施方案。
如图2所示，本发明的回收装置1回收从炼铁过程中产生的淤泥/粉尘。结果，回收装置通过用还原气汽化移去在淤泥/粉尘中包含的Zn组分，并将还原铁的淤泥/粉尘加入到熔炉汽化器40。装置1包括原料进料斗110a，110b和110c，搅拌器100，造粒机90，干燥器80，竖式炉70和热封闭式筛子60。
即，原料进料斗110a，110b和110c储存粒度为1mm或者更小的粉尘/淤泥、粘合剂和细铁矿。淤泥在储存于进料斗(110)之前，经脱水、干燥和碾碎后，和含有Fe组分的粉尘混合。在进料斗110a，110b和110c的下部分别安装排料/进料机(未显示)来排出/加入固定量的粉尘/淤泥混合物、粘合剂和细铁矿。从进料斗110a，110b和110c排出后，原料通过诸如传送带(未显示)的运送装置排出到在随后步骤的搅拌器100中。
搅拌器100以特定比例混合和搅拌粉尘/淤泥混合物、粘合剂和细铁矿，所述粉尘/淤泥混合物、粘合剂和细铁矿从进料斗110a，110b和110c以固定量排出。混合比例根据粉尘/淤泥混合物中Fe的含量而改变。
造粒机90接受在搅拌器100中混合的含有粉尘/淤泥、粘合剂和细铁矿的原料混合物，并且粗化混合物到特定大小的球团。
优选地，来自造粒机90的球团具有大约30mm或者更小的粒度，取决于竖式炉70中的反应速率。
根据由造粒机90提供的球团，干燥器80加热并干燥球团目的是移去在造粒机90粗化原料混合物到特定粒度的球团过程中带来的潮气。
在干燥器80中干燥后，球团加入到通过第五气道44连接到熔炉汽化器40的竖式炉70以接受其还原气。在竖式炉70中，Zn组分被汽化，Fe组分通过由第五气道44提供的还原气进行还原。螺杆加料器72安装到竖式炉70的下部以从竖式炉70排出还原的铁丸。
第六气道71连接到竖式炉70上部和洗涤器120之间，其中洗涤器120利用冷却水洗涤和凝结来自废气的Zn组分，所述废气通过热还原气进行汽化。在洗涤器120中去除了Zn组分的净化废气通过废气管道121和一个火把烟囱排到外面。气旋型脱Zn浴13安装在下部，并通过一个较低的管道122连接到洗涤器120以排出来自含Zn淤泥/粉尘的高浓缩的Zn淤泥。
热封闭式筛子60安装到竖式炉70和熔炉汽化器40之间，将来自竖式炉70螺杆加料器72的还原铁丸根据粒度分类成大和小的铁丸，并将它们通过第五和第六矿道61和62分别加入到熔炉汽化器40和压块机50。优选地，提供给热封闭式筛子60的还原铁丸，考虑到存在的利用粒度为大约8mm或者更小的烧结物进料的流化床还原过程，根据参照粒度大约5到10mm进行分类。
同样，热封闭式筛子60可以和加入惰性气体诸如Ar或者N2气的惰性气体管道69相连，以保持热惰性气氛从而阻止球团的冷却和，再氧化。
因此，当参照粒度设定到8mm，用于将来自竖式炉70的还原铁丸分类成大和小(碎裂的)铁丸时，在热封闭的条件下，还原的铁丸分类成具有粒度大约为8mm或者更大的大球团和具有粒度大约为8mm或者更小的小(碎裂的)球团。这些通过筛子60分类为大球团的球团通过连接有位于压块机50下面的传送管道51的第六矿道62加入到熔炉汽化器40，另外，这些由筛子60分类成小球团的球团通过连接到位于压块机50上方的第四矿道42的第五矿道61加入压块机50，其中小(碎裂的)球团被压块成大球团。压块的大球团加入到熔炉汽化器40。
下列的详细描述将提供具有上述构造的本发明的操作和效果。
将在利用非炼焦煤和细铁矿炼铁过程中产生的含铁粉尘和淤泥进行脱水、干燥和碾磨。然后，预处理的淤泥/粉尘混合物连同粘合剂和细铁矿一起储存到进料斗中，但是储存到不同进料斗中。淤泥/粉尘混合物、粘合剂和细铁矿从原料进料斗110a，110b和110c以固定量排出加料到搅拌器100，在这里淤泥/粉尘混合物、粘合剂和细铁矿以适当的混合比例混合成原料混合物，然后原料混合物提供给造粒机90。
在造粒机90中，原料混合物被粗化为30mm或者更小粒度的球团。粗化的球团加入到干燥器80，在这里去除剩余的潮气，干燥的球团加入到竖式炉70。
然后，当来自造粒机90的混合原料球团完全加入到竖式炉70时，通过第五气道44给竖式炉70提供还原气，所述第五气道44的一端连接到熔炉汽化器40的上部，另一端连接到竖式炉70的下部。
结果，Zn组分汽化并通过由竖式炉70下部提供的还原气从球团移去，然后通过第六气道71由废气带走。另外，在球团中存在的Fe组分还原成氧化亚铁或者金属铁，同时保存在竖式炉70中。
优选地，在利用非焦炭煤和细铁矿的炼铁过程中竖式炉70保持大约4巴g或者更小的内压，内部温度为大约800到1100℃。
上述条件是必需的，因为在低于800℃的内部温度下反应速率很低，并在内部温度高于1100℃的条件下容易发生粘着。图3显示了Zn(气)和ZnO(固)之间的一个平衡态，其在还原气气氛中通过热力学计算，所述还原气气氛包括CO 65wt％，CO2 5wt％，H2 5wt％和水2wt％，气压为大约3巴，g。
来自竖式炉70的废气通过第六气道71提供给水却冷洗涤器120，其中废气中的Zn组分通过注射到洗涤器120的冷却水被凝结成Zn或者ZnO。凝结的Zn组分以浆液的形式通过较低的管道122被排到气旋型脱Zn浴130。随着通过脱锌的浴130，淤泥被浓缩并回收成高Zn含量的淤泥。
虽然废气通过第六气道71从竖式炉70散发出来，但保存在竖式炉70中的球团含有氧化铁组分(主要Fe3O3)，通常其还原成接近金属铁。
还原的球团通过安装到还原炉70下部的螺杆加料器72排出加料到热封闭式筛子60，所述筛子60将基于参照粒度将球团分类成大和小(碎裂的)球团。
在通过筛子60分类的还原铁丸中，大球团通过连接到形成的铁通道51的第六个矿道62直接注入到熔炉汽化器40，因为大球团大小超过参照粒度不能飞走(未被淘析)。另外，为了防止淘析，将小(碎裂的)球团加料到与第四矿道42连接的第五矿道61中，使得在压块机50中压块并通过形成的铁通道51注入到熔炉汽化器40。
具有如表1所述组分的混合物被粗化成具有大约10到30mm粒度的球团。球团干燥并在大约900℃，3巴，g压力下在还原气(CO 65wt％，CO2 5wt％，H2 5wt％和水2wt％)中还原约1小时。结果，Fe组分的还原程度为至少90％，Zn的去除率为至少80％，因此证明本发明的效果。
表1
将含铁淤泥、粉尘和无机粘合剂搅拌后获得的混合物的化学组分
    T.Fe     C     CaO     SiO2     Zn
比率(％)     32.4     18.6     9.2     5.9     1.9
工业实用性
如上所述，在利用非炼焦煤和细铁矿炼铁过程中，本发明将含有淤泥/粉尘(在前面的加工过程中经脱水、干燥和碾碎)、粘合剂和细铁矿的原料混合物粗化成球团，从而通过用还原气汽化淤泥/粉尘回收淤泥/粉尘中的Zn组分，并通过还原和将淤泥/粉尘加入到熔炉汽化器回收以热铁形式存在于淤泥/粉尘中的Fe组分，从而提高炼铁设备中Fe组分的回收率，同时防止Zn组分的凝结沉积物粘着在炉壁上以保证稳定的加工过程。另外，因为细矿和淤泥/粉尘混合也提高了生产率。
虽然为了说明的目的公开了本发明的优选实施方案，但是本领域技术人员应该明白可以进行多种修改，添加和替换，而不远离在附属权利要求中公开的本发明的范围和实质。

Claims (11)

1.一套回收装置，用于回收利用非炼焦煤和细铁矿炼铁系统中的含铁粉尘和淤泥，炼铁系统包括3个具有预加热炉的流化床还原炉，一个预还原炉和一个终还原炉，一个具有炭床的熔炉汽化器以及一个压块机，所述回收装置包括：
多个原料进料斗，分别用于以固定量储存和排出粉尘/淤泥(其经脱水、干燥和碾碎)、粘合剂和细铁矿；
一个搅拌器，用于混合和搅拌一定量的从原料进料斗进料的粉尘/淤泥、粘合剂和细铁矿；
一个造粒机，用于粗化来自搅拌器的原料混合物形成特定粒度的球团；
一个干燥器，用于干燥由造粒机提供的球团；
一个竖式炉，通过第五气道连接到熔炉汽化器，用于接受来自干燥器的球团，并通过还原气汽化包含在球团中的Zn组分，其中竖式炉在其上部包括第六气道用于排除含有汽化Zn组分的废气，以及一个螺杆加料器用于向外排出通过还原气还原的还原铁丸；以及
一个热封闭式筛子，用于将从螺杆加料器排出的还原铁丸根据粒度分类成大和小(碎裂的)铁丸，其还有第五和第六矿道，用于选择性将分类铁丸加料到熔炉汽化器和压块机。
2.根据权利要求1所述的含铁粉尘和淤泥的回收装置，其进一步包括：
一个连接到第六气道的洗涤器，用于注射冷却水凝结废气中的Zn组分；
一个连接到洗涤器的废气管道，用于把去除了Zn组分的净化废气排到火把烟囱；以及
一个通过较低管道连接到洗涤器下部的脱Zn浴，用于凝结高含量Zn淤泥。
3.根据权利要求1所述的含铁粉尘和淤泥的回收装置，进一步包括惰性气体通道，用来将惰性气体加入到热封闭式筛子以保持热惰性气体气氛从而阻止球团的冷却和再氧化。
4.一种回收方法，用于回收利用非炼焦煤和细铁矿炼铁系统中的含铁粉尘和淤泥，炼铁系统包括3个具有预加热炉的流化床还原炉，一个预还原炉和一个终还原炉，一个具有炭床的熔炉汽化器以及一个压块机，所述回收方法包括如下步骤：
在一个搅拌器中搅拌一定量的由原料进料斗进料的粉尘/淤泥、粘合剂和细铁矿；
在一个造粒机中粗化由搅拌器提供的原料混合物形成特定粒度的球团；
在一个干燥器中干燥球团，将干燥球团加料到一个竖式炉，通过熔炉汽化器的第五气道进料的还原气汽化包含在加料球团中的Zn组分，排除废气中的Zn组分，并用竖式炉的一个螺杆加料器向外排出通过还原气还原的还原铁丸；
用一个热封闭式筛子将由螺杆加料器加料的还原铁丸分类成大和小铁丸，以选择性加料到每个熔炉汽化器和压块机。
5.根据权利要求4所述的含铁粉尘和淤泥的回收方法，其中在造粒机中粗化的球团根据竖式炉中的反应速率，其参照粒度为大约30mm。
6.根据权利要求4所述的含铁粉尘和淤泥的回收方法，其进一步包括如下步骤：
通过连接到竖式炉的第六气道将废气加料到洗涤器，将冷却水注射到洗涤器以便通过凝结去除废气中的Zn组分，并经火把烟囱排出去除了Zn组分的净化废气；以及
在气旋型脱Zn浴中凝结从洗涤器排出的淤泥形成高Zn淤泥以回收Zn组分。
7.根据权利要求4所述的含铁粉尘和淤泥的回收方法，其中竖式炉保持内压为大约4巴，g或者更低，内部温度为大约800到1100℃。
8.根据权利要求4所述的含铁粉尘和淤泥的回收方法，其中热封闭式筛子加进惰性气体用于保持热惰性气体气氛以防止球团的冷却和再氧化。
9.根据权利要求4所述的含铁粉尘和淤泥的回收方法，其中热封闭式筛子根据流化床还原过程参照粒度为大约5到10mm，用于把球团分类为小球团和大球团。
10.根据权利要求9所述的含铁粉尘和淤泥的回收方法，其中筛子分类的大球团通过连接到位于压块机下面的HBI进料通道的第六矿道加料到熔炉汽化器。
11.根据权利要求9所述的含铁粉尘和淤泥的回收方法，其中筛子分类的小(碎裂的)球团通过与位于压块机上方的第四矿道相连接的第五矿道加料到压块机，在压块机中压块，然后加料到熔炉汽化器。
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