CN1570153A - “一步半”熔融还原炼铁法 - Google Patents
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Abstract
本发明分开了一种“一步半”熔融还原炼铁法,是将原“一步法”、二步法熔融还原炼铁法结合并改进,将预热区(1)、固态还原区(2)和连接其后的熔分区(3)设计在同一炉膛内,炉料经预热在固态还原区(2)预还原,炉床(4)下部鼓入热风,熔分区(3)出来的高温煤气在固态还原区(2)进行二次燃烧,为该区提供部分热能,以提高热能利用率。经固态还原区(2)预还原后的近乎熔化的炉料直接进入熔分区(3),进一步还原—渗碳—熔化,并渣铁分离。因此,具有热效率高,节约能源,无污染,成本低,有较好的产品质量,生产工艺简单、易控制,设备简单,投资少,生产效率高等特点。
Description
一、技术领域
本发明属于治金生产领域中一种非高炉熔融还原炼铁的方法,具体地说是一种将“步法”、“二步法”结合并改进的含碳铁氧化物“一步半”熔融还原炼铁法。
二、背景技术
目前高炉仍然是冶金行业中炼铁的主力军。但由于高炉流程长、基建费用高、设备复杂、能耗高、环境条件差,在市场能源紧张、竞争日益激烈的情况下,人们的目光不得不转向开发新的炼铁工艺和炼铁设备。
无焦低污染是炼铁新工艺的目标。世界上新的熔融还原工艺基本上分为两种类型:一种是直接使用粉矿和非焦煤冶炼的称为一步熔融还原法,也称铁浴法。代表方法如俄罗斯的Romelt、澳大利亚Ausmelt公司开发的AusIron法,预还原率为0。另一种方法是带有预还原的称为二步熔融还原法,也称炉床法或还原熔融法。代表方法如COREX法。
一步法熔融还原的难点是液态铁氧化物与碳反应是一个吸热反应,要保持铁氧化物的液态状态,需要非常高的温度。一般由熔融还原所生成金属的熔化温度要比液态铁氧化物高出约200℃~400℃。这种工艺在设计上优先熔化氧化铁,而不是还原氧化铁。正是由于这个原因和熔融还原的吸热反应特征,生成的金属和炉渣容易凝固,这个问题给工艺带来了麻烦。另外,一步法熔融还原还存在耐火材料消耗高和生产周期短的敝端,大量产生的CO气体利用也需要引起足够的重视。
二步法熔融还原,是先将铁氧化物进行预还原,然后将预还原物再送入熔分炉进行渣铁分离,因此它是以间接还原为主的还原反应。二步法熔融还原或将预还原后的炉料降温后再送至熔分炉;或将熔分炉产生的煤气简单地通过炉料进行预还原,过程均产生大量的热能损失。因此,二步法熔融还原虽然难度较小,但碳消耗量较高。典型的二步熔融还原工艺COREX法的预还原率达到90%,与高炉比,它更多地依靠间接还原。虽已大规模投入工业生产,不需要烧结和焦炭,但煤耗和氧耗均较高,分别达到1.1t和500m3,包括制氧设备在内的投资巨大,生产成本接近高炉,仅仅略低
三、发明内容
针对一步法和二步法存在的问题,本发明的目的是提供一种新的“一步半”熔融还原炼铁法,它既具有一步法熔融还原铁的直接还原反应速度快的特点,又具有二步法熔融还原预还原率高的特点。
本发明是将经预热、预还原后的高温炉料直接送入熔分炉,而不是降温后再进行熔分。同时,也不是将熔分炉产生的高温煤气简单地通过炉料层进行预还原,而没有充分利用高温煤所携带的物理热和化学能。本发明将炉床上的预热区、固态还原区和连接其后的熔分区设计在同一炉膛内,熔分区产生的高温煤气在固态还原区就地进行二次燃烧,释放物理热和化学能,使炉料从固态还原区进入熔分区时已接近熔化状态。因此,在固态还原区的末端与熔分区的上层炉料状态是相近的,两步之间没有明显的分界,且又有别于一步法的直接还原,故称为“一步半”熔融还原炼铁法。
本发明采取的技术方案:在原一步法、二步法熔融还原炼铁法的基础上,将二者结合并进行改进,其特征在于炉床上的预热区、固态还原区和连接其后的熔分区设计在同一炉膛内,炉床可以采用各种移动床;将经预热区预热后的炉料在固态还原区进行预还原,并优先利用熔分区产生的含有大量CO的高温煤气进行二次燃烧来预热、焙烧炉料,使炉料达到近乎熔化状态;接着将近乎熔化的炉料直接排入熔化区,在熔分区进一步还原—渗碳——熔化,并使渣铁分离。
本发明的工艺过程是:碳质还原剂(煤、焦炭和石油焦等)与含铁氧化物(铁矿石、高炉灰、炼钢灰、电炉灰和轧屑等)按一定比例混合后,形成含碳铁氧化物——炉料,炉料经过干燥后送至炉床上。设备启动时,利用点火嘴点火(正常生产后,有时点火嘴可以不用)。炉料在炉床预热区预热、点火后,进入固态还原区。固态还原区的下部送入热风,使炉床上的高温层向下延伸(上述类似于移动床锅炉的点火、着火方式)。炉料的上方有来自熔分区的含有大量CO的高温煤气在固态还原区进行二次燃烧,为固态还原区提供一部分热能,这也是能源综合利用的一部分。固态还原区的温度一般控制在1200℃~1300℃,对炉料进行焙烧。而在接近熔分区的部位,温度应达到1350℃左右,使炉料接近熔化状态,预还原率可达到90%以上。再将接近熔化的炉料直接进入熔分区,在熔化区进一步还原——渗碳——熔化,并使渣铁分离,并不断向熔分区加入燃料、熔剂。
纯铁的熔点是1539℃,通过熔解碳来降低熔点是必要的,因此,炉料熔化的起点基本上是由固态还原铁粒子中的残留碳决定的。在熔化起点,由于被这样的残碳和CO气体的渗碳,这种还原铁粒子的熔点降低,因而还原铁迅速熔化。为了保证这种快速熔化,还需要在熔分区中保留足够的碳,利于渗碳,降低其熔点,并引起快速熔化。在熔分区内添加煤,一方面为进一步直接还原提供还原剂,同时作为燃料为直接还原和渣铁分离提供能量。在熔化区进一步还原——渗碳——熔化,完成渣铁分离。
熔分区的燃料可以是块煤或喷吹煤粉、焦粉,也可以是油或天然气。当熔分区的燃料采用煤粉、焦粉或油、天然气时,熔分区内补充煤可适量少加或不加。
本发明将熔分区与预热区、固态还原区设计在同一炉膛内,熔化区直接还原产生的含有大量CO、H等的高温煤气可直接进入固态还原区,在固态还原区与熔分区的结合部设置助燃烧嘴,使高温煤气进行二次燃烧,为固态还原区增加部分热能。
金属铁中的硫主要来自铁矿石和煤、焦炭和石油焦等,为了得到含硫量低的金属铁,可在含碳铁氟化物原料中掺入CaO(石灰或石灰石等),总碱性(CO/SiO2比例)的值为0.6-1.8,最后得到的金属铁的S含量可以减少到0.10或以下。
本发明有以下几大特点:
1、本发明的优点是无焦、低污染,并可大幅度降低能源消耗,热效率高,有效降低生产成本。
2、有较好的产品质量。采取措施降低S含量后,可以达到高炉铁水的品质。
3、本发明的生产工艺控制比较容易,对预还原率没有严格的要求。
4、设备简单,投资少,建设周期短。
5、采用本发明方法,生产效率高,炉床底面积生产率可达300Kg/m2·h以上。
四、附图说明
附图为本发明示意图。
五、具体实施方法
附图为本发明的一个实施例。
如图所示,炉床4上的预热区1、固态还原区2和连接其后的熔分区3设计在同炉膛内。炉床4可以采用各种移动床。碳质还原剂(煤、焦炭和石油焦等)与含铁氧化物(铁矿石、高炉灰、炼油钢灰、电炉灰和轧屑等)按一定比例混合后,形成含碳铁氧化物—炉料,炉料经过干燥后(可直接)送至炉床4上,炉料在炉床4的作用下向后(即熔化区方向)移动。炉床4上的炉料料层厚度在100mm~300mm,甚至更厚。设备启动时,用点火嘴5、抽风机6抽风点火。正常生产后,有时可不用点火嘴5,抽风机6将炉内部分高温烟气抽出。炉料在预热区1被预热,其中的碳质原料被点燃(当采用低燃点的碳质原料时,抽风机6可以不用,仅靠炉拱来实现)。炉料随着炉床4移动到固态还原区2,炉料在此被高温焙烧。炉床4底部装有炉篦板,从炉床4下部鼓入温度为300℃~600℃的热风。在固态还原区2与熔分区3的结合部设置有助燃烧嘴9,从熔分区3过来的高温煤气,经助燃烧嘴9点火后,在固态还原区2释放其携带的物理热和化学能,并通过二次燃烧风机10、风口11鼓入助燃空气,使煤气充分燃烧(当采用风机7鼓入过量预热过的热风助燃时,二次助燃风系统可以不用)。固态还原区2的温度一般控制在1200℃~1300℃,而且接近熔分区3的部位,温度达到1350℃左右,使炉料接近熔化状态。为了充分利用余热,提高热效率,节约能源,可在预热区1烟气排出口处设置换热器17,炉床4下部鼓入的热风,也可以是由风机7鼓入经换热器17预热的热风。
炉料经固态还原区2直接进入熔化区3。为满足进一步还原——渗碳——熔化及脱硫的需要,在熔化区3设有熔剂仓12、煤仓13和熔分区3的加料装置14等,熔剂仓12中的熔剂、煤仓13中的煤经加料装置14加入熔分区3。熔分区3的底层内布有煤层,煤层中的煤一般为颗粒煤,接近熔化的炉料进入熔分区3内后,随时补充颗粒煤。当熔分区3的燃料采用煤粉、焦粉喷射燃烧或采用油、天然气时,可少加或不加颗粒煤。同时,风机8向熔分区3内鼓入空气,使熔分区3中的燃料燃烧,来加速炉料的还原——渗碳——熔化。鼓入熔分区3的空气可以是含氧量≥30%的富氧空气。熔化区3中的炉料经还原——渗碳——熔化,并渣铁分离后生成的铁和渣分别从出铁口15、出渣口16排出。
由上可知,本发明具有热效率高、节约能源、无污染,成本低,有较好的产品质量,生产工艺简便,易控制,设备简单、投资少,生产效率高等特点。
Claims (9)
1、一种碳质还原剂与含铁氧化物按一定比例混合后,形成含碳铁氧化物——炉料、送至炉床(4)上经预热、预还原、熔分还原成铁的“一步半”熔融还原炼铁法,其特征是:炉床(4)上的预热区(1)、固态还原区(2)和连接其后的熔分区(3)设计在同一炉膛内,炉床(4)可以采用各种移动床;将经预热区(1)预热后的炉料在固态还原区(2)进行预还原,并优先利用熔分区(3)产生的含有大量CO的高温煤气进行二次燃烧来预热、焙烧炉料,使炉料达到近乎熔化状态,接着将近乎熔化状态的炉料直接排入熔化区(3),在熔化区(3)进一步还原——渗碳——熔化,并使渣铁分离。
2、根据权利要求1所述的“一步半”熔融还原炼铁法,其特征是:工艺过程:碳质还原剂与含铁氧化物按一定比例混合后,形成含碳铁氧化物炉料,炉料经过干燥后送至炉床(4)上,设备启动时,利用点火嘴(5)点火,炉料在炉床(4)预热区(1)预热、点火后,进入固态还原区(2);固态还原区(2)的下部送入热风,使炉床(4)上的高温层向下延伸,炉料的上方有来自熔分区(3)的含有大量CO的高温煤气在固态还原区(2)进吹二次燃烧,为固态还原区(2)提供一部分热能;固态还原区(2)的温度一般控制在1200℃~1300℃,对炉料进行焙烧,而在接近熔分区(2)的部位,温度应达到1350℃左右,使炉料接近熔化状态;再将接近熔化的炉料直接进入熔分区(3),在熔分区(3)进一步还原——渗碳——熔化,并使渣铁分离,并不断向熔分区(3)加入燃料、熔剂。
3、根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法,其特征是:在固态还原区(2)与熔化区(3)的结合部设置助燃烧嘴(9),使高温煤气进行二次燃烧。
4、根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法,其特征是:熔分区(3)的燃料可以是块煤或喷吹煤粉、焦粉,也可以是油或天然气;当熔分区(3)的燃料采用煤粉、焦粉或油、天然气时,熔分区(3)内补充煤可适量少加或不加。
5、根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法,其特征是:炉床(4)底部装有炉篦板,从炉床(4)下部鼓入温度为300℃~600℃的热风。
6、根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法,其特征是:在预热区(1)烟气排出口处设置换热器(17);炉床(4)下部鼓入的热风也可以是由风机(7)鼓入经换热器(17)预热的热风。
7、根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法,其特征是:在熔分区(3)设有熔剂仓(12)、煤仓(13)和熔分区(3)的加料装置(14),熔剂仓(12)中的熔剂、煤仓(13)中的煤经加料装置(14)加入熔分区(3)。
8、根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法,其特征是:炉床(4)上的炉料料层厚度在100mm~300mm,甚至更厚。
9、根据权利要求1和2所述的“一步半”熔融还原炼铁法,其特征是:鼓入熔分区(3)的空气可以是含氧量≥30%的富氧空气。
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