CN201292373Y - 一种熔融炼铁的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种熔融还原炼铁方法的装置，包括有预还原炉、气体处理装置和至少一台终还原炉，终还原炉的上部设有燃料喷口，预还原炉和终还原炉之间设有螺旋输送机和进气管道，所述装置还包括有高温换热装置，预还原炉上部的析出气体出口通过气体处理装置、高温换热装置连接到终还原炉。本实用新型操作流程合理，充分利用余热，节省能源；使用两台终还原炉交替运行，生产效率高，可连续大规模生产；生产过程节省的煤气为其它用煤气过程提供原料。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种熔融还原炼铁的装置，具体说涉及以天然矿块或人造块铁矿为原料熔融还原直接生产铁水的方法和装置。
背景技术
熔融还原炼铁是当前钢铁生产的重要组成部分，其主要特点是用非焦煤作为一次性能源和还原剂，将氧化铁在熔融状态下还原，具有以煤代焦、流程短、对环境污染小，建设投资少，生产成本低等优点，是被业内广泛看好的领域，各国的钢铁企业竞相进行研究开发。现有的熔融还原炼铁的方法主要有COREX法(CN1010323B)、DIOS法(CN1035136A)、HISELT法(CN1037542A)。其中COREX法已经工业化生产，其他两种方法仍处于试验阶段。COREX法的主要特点是氧化铁球团或块矿作原料，采用预还原和终还原二步法，预还原在MIDREX炉中进行，终还原在熔融气化炉中完成。COREX法虽然取得了突破性的成功，但仍有其不足，如生产率低，煤耗、氧耗高，设备投资大，流程复杂等，与现有先进的高炉炼铁相比，仍缺乏竞争力。
中国专利CN1036075C(授权公告日为1997年10月8日)公开一种“熔融还原炼铁的方法和装置”。该专利以冷固结含碳球团为原料以煤为能源和还原剂。预还原在竖炉中进行，终还原在立式铁浴炉中进行，竖炉和立式铁浴炉之间有中间仓相连。球团在竖炉的预还原过程中要经历干燥带、预热带、还原带和均热带四个区域。进入竖炉的煤气温度为1100～1300℃，终还原温度为1500～1700℃。该专利提供的熔融还原炼铁的方法和装置投资小，成本低，利用低质量煤气进行还原反应，并且提高了球团的金属转化率。但该发明专利仍存在其缺陷，如装置没有设置气体处理装置，未对气体进行循环利用，没有换热设备不能充分利用热能，能耗高，终还原单炉操作生产效率低。
发明内容
为解决上述现有技术的不足，本实用新型提供一种熔融还原炼铁的装置，使产生的煤气经处理和加热后循环利用，降低能量消耗，提高生产效率，同时部分煤气出装置为其它使用煤气的过程提供原料。
本实用新型提供的熔融还原炼铁的装置包括有预还原炉、气体处理装置和至少一台终还原炉，终还原炉的上部设有喷嘴，预还原炉为竖炉，预还原炉和终还原炉之间设有螺旋输送机和进气管道。所述装置还包括有高温换热装置，预还原炉上部的析出气体出口通过气体处理装置、高温换热装置加热后连接到终还原炉。
所述终还原炉为燃料加热炉或电加热炉。所述气体燃料加热炉，或固体燃料加热炉，或液体燃料加热炉，或者上述加热炉的组合；所述电加热炉为电弧炉、电磁感应炉、电渣炉、等离子炉、或上述炉型的组合。所述高温换热装置为熔池加热炉。所述熔池加热炉为电加热炉，如电弧炉、感应炉、电渣炉、或等离子炉。熔池加热炉可作单独为高温换热装置使用，或与所述终还原炉组合为一体。
作为选择，所述高温换热装置为管式换热加热炉或蓄热式加热器；所述管式换热加热炉或蓄热式加热器设有烧嘴；所述烧嘴为气体燃料烧嘴、或液体燃料烧嘴、或固体燃料烧嘴，或者上述烧嘴的组合。
所述气体处理装置出口一路连接到终还原炉与预还原炉进气管道上，冷却终还原炉来的析出气体；一路经预热器装置并经高温换热装置连接到终还原炉；一路连接到高温换热装置的烧嘴，对其中的预热器或蓄热装置进行加热；一路与出装置管道道连接，为使用煤气的其它系统提供原料。
高温换热装置和终还原炉燃料加热所产生的烟气，可以经过气烧石灰窑、或预热器装置，或是两者的并联或串联。而气烧石灰窑使用石灰石生产活性石灰，在系统物料中使用，从气烧石灰窑或预热器装置中排出的烟气，可经过低温预热器装置后，进入烘干炉，对准备进入预还原炉之前的物料进行烘干，低温预热器装置可以预热空气或析出气体作为高温换热装置或预热器装置的预热使用。所述预热器装置为使空气预热后，供给到高温换热装置或终还原炉用于燃料加热助燃使用；或作为高温换热装置前的预热器使用，对析出气体在进入高温换热装置前进行预热。
与现有技术相比，本实用新型的优点是：还原气体经处理和加热后作为热载体和还原剂返回到终还原炉，工艺流程合理，充分利用热能，节省能源；使用两台终还原炉交替操作运行，生产效率高，可连续大规模生产；终还原炉可选择多种炉型，操作灵活性好；生产过程节省的煤气为其它用煤气过程提供原料。
附图说明
图1为本实用新型熔融还原炼铁装置流程示意图；
图2为加热器烟气利用流程示意图；
图3为电弧炉式终还原炉示意图；
图4为熔池加热炉示意图；
图5为蓄热式加热器示意图；
图6为原料成型物示意图。
具体实施方式
实施例1
本实用新型所述的熔融还原炼铁装置如图1所示，包括有预还原炉2、气体处理装置3、两台终还原炉6、高温换热装置9。预还原炉为竖炉，预还原炉的顶部有进料装置1。终还原炉为密封的电加热炉(如感应加热炉)，炉体的周围有电加热设施7，炉体的侧面有铁水流出口11，炉体的上部有喷嘴13，用于喷入燃料。预还原炉和终还原炉之间设有螺旋输送机4，为预还原炉产品进入终还原炉的通道。进气管道5为终还原炉煤气进入预还原炉的气体通道。高温换热装置9为管式换热加热炉，设有烧嘴10。烧嘴可为气体燃料烧嘴、液体燃料烧嘴或固体燃料烧嘴，或者上述烧嘴的组合，本实施例为气体燃料烧嘴。从预还原炉上部的析出气体出口连接到气体处理装置3，气体处理装置出口分为四路，
路连接到高温换热装置9，从高温换热装置出口分别连接到两台终还原炉6的底部，被加热的析出气体作为热载体和还原剂对终还原炉中的物料进行还原；一路与出装置管道14连接；一路连接到终还原炉至预还原炉的进气管道5，用于调节进入预还原炉还原气的温度；作为选择，一路经预热器装置15与烟气换热后连接到高温换热装置9的烧嘴10处作燃料，或经预热器装置15与烟气换热后连接到终还原炉烧嘴处作燃料。从高温换热装置到终还原炉的连接管道和连接预还原炉到终还原炉的预还原产品管道上分别设有控制阀门，用于控制两台终还原炉交替运行。高温换热装置上部烟气出口经预热器装置15连接到烘干箱16，从烘干箱出口通过除尘器17、引风机18连接到烟囱19。
本实施例以含碳球团为原料，熔融还原炼铁的过程为：赤铁矿或磁铁矿磨成矿粉，加入碳粉不低于5％，掺少量的粘合剂和水，制成含碳球团，在烘干箱16中烘干。通过加料设备1将球团加入预还原炉2中，在预还原炉中反应2～3小时，预还原产品的金属化率为50～90％。析出气体从终还原炉通过进气管道5进入预还原炉下部，用从气体处理装置3出来的气体调节进气管道5中的还原气，控制进入预还原炉还原气的温度为750～900℃，进入预还原炉和终还原炉的析出气体既是还原剂又是加热载体。原料在预还原炉完成预还原后经螺旋输送机4送入终还原炉进行终还原反应，从高温换热装置进入终还原炉的析出气体温度在1100～1300℃，持续一定时间后，开启电加热装置，控制终还原炉温度1500～1700℃。终还原炉可以根据要求通过喷嘴13喷入一定量的煤粉或析出气体燃烧加热，此时的高温烟气不进入预还原炉而只进入预热器装置、轧钢加热炉或石灰窑，喷嘴13也可以喷入析出气体或其它燃料或多种燃料的混合燃料，也可以不加入任何燃料燃烧，只用电加热进行熔化过程。生成的铁水和铁渣从铁水流出口11流出。
预还原炉反应产生的析出气体从预还原炉上部的出口出来，经气体处理装置3冷却、除尘、调质后一路作为气源进入高温换热装置9，在其加热到1000～1300℃，分别进入两台终还原炉6；一路作为煤气产品从出装置管道14输出用作其它用途，如用生产甲醇、化肥等的原料；一路用于调节从终还原炉到预还原炉的析出气体；一路经预热器装置15与烟气换热后到高温换热装置9的烧嘴10处作燃料，或同时提供给终还原炉烧嘴，作为物料终还原和熔炼使用。
两台终还原炉交替运行，当一台终还原炉处于电加热状态时，另一台通过螺旋输送机4从预还原炉2输送进料，通过调节终还原炉顶部和底部的控制阀门来控制两台终还原炉的切换操作，使被高温换热装置加热的析出气体作为热载体和还原剂进入进行终还原。
高温换热装置9产生的烟气，先经过预热器装置15与燃料气换热，然后经烘干箱16烘干球团或成型物35。烟气从烘干箱出来后经除尘器17、引风机19通过烟囱排放。
实施例2
本实用新型另一方案以铁氧化物(赤铁矿或磁铁矿)为原料，将铁氧化物矿石磨成矿粉制成如图6所示蜂窝状非含碳成型物35，在熔融还原装置熔融还原生产铁水或直接还原钢水。所述熔融还原装置包括有预还原炉、气体处理装置，两台终还原炉，和高温换热装置。其中预还原炉为竖炉，终还原炉为电弧炉24，高温换热装置为蓄热式加热器29
如图3所示，电弧炉包括炉体24，石墨电极25，电弧炉的底部有气体入口30，侧壁有铁水流出口11。电弧炉的上部有气体出口12和喷嘴13，喷嘴用于喷入燃料，为气体燃料、液体燃料或类似煤粉的固体燃料，本实施例所用燃料为煤粉。控制电弧炉温度1600～1700℃
如图5所示，所述高温换热装置为两台蓄热式加热器29，蓄热加热器设有燃烧器31，蓄热器中有蓄热体32，蓄热其中蓄热体为耐热陶瓷球体，两台加热器交替运行。蓄热加热器的进口设有两组阀门26，调节两组阀门使两台加热器交替操作。当蓄热加热器29a加热时，29b处于放热过程，经气体处理装置处理后的析出气体进入29b，加热后的气体经阀门26o、气体入口30进入电弧炉式终还原炉9。此时关闭阀门26j和26n，打开26h、26i、26m、261，燃料气经26h，助燃风经26i进入燃烧器31燃烧加热蓄热体32。控制气体出口温度1200～1250℃，根据析出气设定温度要求，控制阀门自动切换。
从蓄热式加热器29出去的高温烟气进入石灰窑20中锻烧石灰石。如图2所示，从蓄热式加热器烟气出口连接到石灰窑中部入口21，石灰窑上部烟气出口通过空气预热器装置22连接到烘干箱16入口，从烘干箱出口经除尘器17、引风机18连接到烟囱19。助燃风机23通过空气预热器装置22连接到高温换热装置。烟气从石灰窑的上部出去经空气预热器装置22与助燃空气预热器装置换热后进入烘干箱，烘干原料成型物后，经除尘器17、引风机18到烟囱19排放。
本实施例其它过程和工艺条件与实施例1相同。
实施例3
本实用新型的另一方案包括有预还原炉、气体处理装置，终还原炉和高温换热装置。其中预还原炉为竖炉，高温换热装置为熔池加热炉，终还原炉为电渣炉。
熔池为放置有熔化的铁水的炉体，其底部或侧墙装有喷口33，熔池加热炉与终还原炉密闭相连，隔绝空气。析出气体从喷嘴进入铁水熔池内被加热到高温后进入到终还原炉内，作热载体、保护气体或还原剂。熔池加热炉可采用电加热，电弧炉，感应炉，电渣炉或等离子炉的加热方式，本实施例为电加热方式。如图4所示，熔池加热炉27分为左右两部分(27a、27b)。熔池加热炉的上部气体空间28，顶部析出气体出口与终还原炉底部气体入口连接，左、右两部分的底部分别与进气管道连接。
熔池加热炉的工作原理：在铁水从终还原炉6流出后，通过阀门26a入熔池加热炉27b，此时气体空间28是析出气体气氛，打开阀门26f、26c，关闭阀门26g使析出气体通过喷口33进入到熔池27b，析出气体被加热到1250～1300℃，进入熔池上部的气体空间28，通过析出气体出口迅速进入终还原炉6的底部。此时，放出熔池27a中的铁水，控制液面高于阀门下部铁水流出口的位置。在打开阀门26e的同时，打开26d阀门，从终还原炉来的铁水在隔绝空气隔绝氧气的情况下进入27a。熔池中铁水液面到设定位置时，关闭阀26e、26d。关闭阀门26c，打开阀门26g，析出气体通过喷口进入熔池27a，在27a被加热后温进入气体空间28。同时打开阀门26a和26b，放出铁水。
本实施例以铁氧化物矿块为原料生产铁水，通过加料设备1将矿块加入预还原炉2中，在预还原炉中反应1～2小时，预还原产品的金属化率为80～90％。还原气体从终还原炉通过进气管道5进入预还原炉2的下部，用从气体处理装置3出来的气体调节进气管道5中的还原气，控制进入预还原炉还原气的温度为750～850℃。原料在预还原炉完成预还原后经螺旋输送机4送入终还原炉进行终还原反应，控制终还原炉温度1500～1600℃。终还原炉可以根据要求通过喷嘴13喷入一定量的煤粉或析出气体或其它燃料或多种燃料的混合燃料燃烧加热。控制熔池加热炉27的温度为1500℃，从容器加热炉顶部出口的气体温度为1300℃。生成的铁水和铁渣从铁水流出口11流出。
Claims (8)
1、一种熔融还原炼铁的装置，包括有预还原炉(2)、气体处理装置(3)和至少一台终还原炉(6)，终还原炉的上部设有喷嘴(13)，预还原炉和终还原炉之间设有螺旋输送机(4)和进气管道(5)，其特征是：所述装置还包括有高温换热装置(9)，预还原炉上部的析出气体出口通过气体处理装置(3)、高温换热装置(9)连接到终还原炉。
2、根据权利要求1所述的熔融还原炼铁的装置，其特征是：所述终还原炉(6)为燃料加热炉或电加热炉。
3、根据权利要求2所述的熔融还原炼铁的装置，其特征是：所述燃料加热炉为气体燃料加热炉，或固体燃料加热炉，或液体燃料加热炉，或者上述加热炉组合；所述电加热炉为电弧炉(24)、电磁感应炉、电渣炉、等离子炉，或上述炉型的组合。
4、根据权利要求1所述的熔融还原炼铁的装置，其特征是：所述高温换热装置(9)为熔池加热炉(27)；所述熔池加热炉为电加热炉。
5、根据权利要求1所述的熔融还原炼铁的装置，其特征是：所述高温换热装置(9)为管式换热加热炉或蓄热式加热器(29)；所述管式换热加热炉或蓄热式加热器设有烧嘴；所述烧嘴为气体燃料烧嘴、或液体燃料烧嘴、或固体燃料烧嘴，或者上述烧嘴的组合。
6、根据权利要求1所述的熔融还原炼铁的装置，其特征是：所述气体处理装置出口一路连接到终还原炉与预还原炉连通进气管道(5)上，一路经预热器装置(15)并经高温换热装置(9)进入终还原炉，一路连接到高温换热装置的烧嘴(10)，一路连接到出装置管道(14)。
7、根据权利要求5或6所述的熔融还原炼铁的装置，其特征是：所述高温换热装置(9)的烟气出口通过预热器装置(15)连接到烘干箱(16)，烘干箱的出口通过除尘器(17)、引风机(18)连接到烟囱(19)。
8、根据权利要求5或6所述的熔融还原炼铁的装置，其特征是：所述高温换热装置为蓄热式加热器(29)，所述蓄热式加热器的烟气出口连接到石灰窑(20)的中部入口(21)，石灰窑上部烟气出口通过空气预热器装置(22)、烘干箱(16)、除尘器(17)连接到烟囱(19)。
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