CN201520775U - 直接还原法罐式炉装置 - Google Patents

Abstract

一种直接还原法罐式炉装置，包括炉体、炉顶料斗、反应罐预热段、反应罐还原段、火道、水冷下料漏斗、排料闸阀、水槽、出料机、出炉料输送机、外供煤气燃烧系统、返回煤气燃烧系统、热工监测系统、烟道、提升机、布料机、冷却水管路、电器及控制系统。本实用新型采用直接还原技术、不必消耗大量焦炭，提高了铁合金中镍金属的含量，结构简单可靠，技术简单、可靠，规模起点低，又可像搭积木一样大规模生产，工程投资少、生产成本低。有利于钢铁工业持续发展和环境保护，也为在缺少焦炭资源的地方利用红土矿生产镍铁找到一条先进、可靠的工艺路线，适合中国和发展中国家经济技术情况。

Description

直接还原法罐式炉装置

技术领域

本实用新型涉及一种钢铁冶金工业炉窑，特别涉及一种氧化镍矿作原料、用直接还原技术生产镍铁的直接还原法罐式炉装置。

背景技术

镍是冶炼不锈钢、耐热钢等合金钢种必不可少的合金添加剂。根据矿石种类、品位和用户要求不同，镍冶金产品通常有纯镍类的电镍、镍丸、镍块、镍锭、镍粉等，和非纯镍类的烧结氧化镍、镍铁。

镍的传统生产工艺是，镍矿首先在回转窑内预热脱水，送入矿热电炉，加焦炭或硅铁进行还原熔炼，得到Ni3～25％的粗镍铁；然后在铁水包内加苏打脱硫，再装入转炉吹氧精炼，得到Ni＞25％的镍铁。如果生产纯镍，需要将镍含量大于90％的镍铁铸成阳极进行电解。

由于合金钢需求越来越大，而镍矿资源有限，且品位低、成分复杂、提炼困难，金属镍生产工艺流程厂、成本高，价格高昂，镍合金产品越来越成为影响优特钢生产质量、产量、品种、效益的重要因素。

其实大部分镍铬合金钢都是含少量或微量镍，不一定用纯镍制品。随着冶金技术提高和市场竞争加剧，许多钢厂为了降低成本，大量采用镍含量8％左右、甚至更低的镍铁直接入炉，通过炉外精炼等措施调整成分，生产合金钢。

实用新型内容

根据上述需求，本实用新型提供一种以氧化镍矿为原料，非炼焦煤或煤气、天然气作能源直接还原生产镍铁的直接还原法罐式炉装置。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，包括由耐火砖砌筑、金属结构围护并具有各种操作平台的炉体、炉顶料斗、反应罐预热段、反应罐还原段、火道、水冷下料漏斗、排料闸阀、水槽、出料机、出炉料输送机、外供煤气燃烧系统、返回煤气燃烧系统、热工监测系统、烟道、提升机、布料机、冷却水管路、电器及控制系统，炉顶料斗、反应罐预热段、反应罐还原段和水冷下料漏斗在炉体内从上而下依次排列，并互相连接，火道连接反应罐预热段和反应罐还原段，排料闸阀设在水冷下料漏斗底部，水槽、出料机和出炉料输送机安装在炉体下方，提升机、布料机安装在炉体上方，外供煤气燃烧系统、返回煤气燃烧系统和烟道连接火道，热工监测系统、冷却水管路和电器及控制系统安装在炉体外壁上。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，其中：所述反应罐预热段是Φ250～350耐热钢排管或长方形耐热钢、耐火材料构筑的竖罐。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，其中：所述反应罐还原段是用碳化硅或其他耐火砖砌筑的宽300～500mm、长宽比大于3、高6～12米高的长方形竖罐。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，其中：所述水冷下料漏斗是水冷双层钢板漏斗，其下端装有排料闸阀。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，其中：所述火道为6～12层水平迷宫式火道。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，其中：不同材料、结构组成的所述反应罐预热段、反应罐还原段、水冷下料漏斗、排料闸阀紧密联接、保持密封，组成一组反应竖罐。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，其中：所述罐式炉装置包括1组以上的反应竖罐，多于1组的反应竖罐并列构筑。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，炉体固定不动，炉料用机械提升到顶部料斗后靠自重下落、通过控制排料速度，控制炉料在反应室的物理化学变化过程。

精心设计的6～12层水平迷宫式火道迫使高温烟气顺着它水平运行，到一端后再升到上一层继续前进，直至排出罐外进入烟道。这种火道结构便于热能充分利用，并且竖罐内温度均匀，还能起到加强罐壁强度的作用。

本实用新型直接还原法罐式炉装置是一种内外混合加热、煤气循环利用的竖炉，竖罐内还原气氛、罐外火道氧化气氛，罐内炉料边下降边还原，高温炉气则边上升边对炉料加热、还原，到喉部借负压引出、在烧嘴中与空气混合喷入火道燃烧，提供罐内直接还原铁过程需要补充的热量，不足部分由焦炉或发生炉煤气系统提供。煤干馏或由外部压入煤气在上升过程中与下降炉料一起被加热、发生氧化还原反应。上升到反应室上部后CO和H₂分压降低，还原性减弱，利用其显热对炉料预热，然后再引入罐外火道燃烧发热供给反应罐。热烟气在罐外火道也是由下至上，加热反应罐之后又加热预热段，出炉后又用来加热助燃空气或炉料，煤气的化学能和热能都能得到充分利用，而结构简单可靠，工程投资少、生产成本低。

与焦炉反应室相似，每个反应罐都是一个独立的生产单元，若干组竖罐并列组成任意规模生产的工业炉窑，技术简单、可靠，规模起点低，又可像搭积木一样大规模生产，设计和组织生产方便、灵活，适合中国和发展中国家经济技术情况。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，使用Ni＞0.5％、Cr1～4％、TFe20～50％的氧化镍矿为原料，800～1000℃直接还原，使Ni大部分被还原，Cr、Fe部分被还原，然后细磨精选，将镍铁粉压块，送矿热炉或高炉熔分，得到Ni3～25％的镍铁，作为冶炼镍铬系不锈钢的原料，送电弧炉或转炉精炼，生产不锈钢等合金钢材料。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，可以通过控制还原剂配入煤种、方式、比例，出料速度，准确、灵活地控制反应罐内还原气氛、还原温度、还原时间，从而实现选择性还原，将Ni或某种金属尽可能多地还原，其他金属部分还原，尽量提高铁合金中镍金属的含量。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，炉料在竖罐内缓慢下降过程中稳定受热、还原，反应室内气氛和温度适合DRI反应、便于传热和化学反应进行；罐内化学反应和煤干馏产生的热煤气的能量、燃烧废气和排出炉料余热都能得到充分利用。因而热效率、设备寿命、金属化率、设备利用系数和作业率都比较高、能耗较低，又能防止过烧，发生质量和设备事故。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，生产镍铁合金过程中磁选和熔化分离出的以Si、Al、Mg、Ca的氧化物为主的杂质，根据各种元素的含量，可作为制水泥和压砖等产业的基料，按循环经济原则发展建材等其他产业。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，最显著的特征是应用直接还原技术、不必像高炉炼镍铁那样消耗大量焦炭，又克服回转窑熔炼镍铁投资大、成本高的缺点，有利于钢铁工业持续发展和环境保护，也为在缺少焦炭资源的地方利用红土矿生产镍铁找到一条先进、可靠的工艺路线。

附图说明

图1是本实用新型直接还原法罐式炉装置的侧视图；

图2是本实用新型直接还原法罐式炉装置的俯视图。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型直接还原法罐式炉装置，下面结合实施例作更详尽的说明。

首先按照上述说明和本企业经济技术状况、产量需要，建造一座相当规模、技术装备的罐式还原炉，具体可见图1所示的侧视图和图2所示的俯视图。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，包括由耐火砖砌筑、金属结构围护并具有各种操作平台的炉体1、炉顶料斗2、反应罐预热段3、反应罐还原段4、火道5、水冷下料漏斗6、排料闸阀7、水槽8、出料机9、出炉料输送机10、外供煤气燃烧系统11、返回煤气燃烧系统12、热工监测系统13、烟道14、提升机15、布料机16、冷却水管路、电器及控制系统等组成，炉顶料斗2、反应罐预热段3、反应罐还原段4和水冷下料漏斗6在炉体1内从上而下依次排列，并互相连接，火道5连接反应罐预热段3和反应罐还原段4，排料闸阀7设在水冷下料漏斗6底部，水槽8、出料机9和出炉料输送机10安装在炉体1下方，提升机15、布料机16安装在炉体1上方，外供煤气燃烧系统11、返回煤气燃烧系统12和烟道14连接火道5，热工监测系统13、冷却水管路和电器及控制系统安装在炉体1外壁上。

反应罐预热段3是Φ250～350耐热钢排管或长方形耐热钢、耐火材料构筑的竖罐。

反应罐还原段4是用碳化硅或其他耐火砖砌筑的宽300～500mm、长宽比大于3、高6～12米高的长方形竖罐。

水冷下料漏斗6是水冷双层钢板漏斗，其下端装有排料闸阀7。

火道5为6～12层水平迷宫式火道。

不同材料、结构组成的所述反应罐预热段3、反应罐还原段4、水冷下料漏斗6、排料闸阀7紧密联接、保持密封，组成一组反应竖罐。

工业化生产的罐式炉装置一般包括1组以上的反应竖罐，多于1组的反应竖罐并列构筑，根据生产规模而定。

本实用新型直接还原法罐式炉装置，具体操作技术是，使用Ni＞0.5％、Cr 1～4％、TFe20～50％的氧化镍矿作原料，在原料准备工序将其破碎筛分。然后，5～35mm粒矿与同样粒度的无烟煤、石灰石，按照10∶2～7∶0.1～0.3混合或分层装炉；小于5mm粉矿、粉煤、粉石灰与粘结剂按照10∶2～7∶0.1～0.3∶0.05～0.1的比例搅拌均匀、制球、烘干，可以单独，也可与粒矿混合装炉。这些炉料在炉顶料斗内就受到预热，在进入反应罐后，随着炉底排料逐步下落过程中，受到罐内上升炉气和罐外烟气混合加热，在预热段温度上升到还原温度直接还原，使Ni大部分被还原，Cr、Fe部分被还原。Si、Al、Mg、Ca等需要分离的杂质仍以氧化物形态存在，没有磁性。这些产物排入水中，变脆并冷却到100℃以下，然后用输送机输出，经粉碎机破碎、制粉，经过三道磁选，将镍铁与其他杂质分离，得到Ni＞3％镍铁粉，压块作为电炉冶炼镍、铬合金钢的合金添加剂；或送矿热炉或高炉熔分，得到镍品位更高的镍铁水，热送电弧炉冶炼合金钢。分离出的以Si、Al、Mg、Ca的氧化物为主的杂质，根据各种元素的含量，可作为制水泥和压砖等产业的原辅料。

这种装置可以通过控制还原剂配入煤种、方式、比例和出料速度，准确、灵活地控制反应罐内还原气氛、还原温度、还原时间，从而实现选择性还原，将Ni或某种金属尽可能多地还原，其他金属部分还原，或不还原，从而提高铁合金中镍金属的含量，不用焦炭作能源，而回收率比较高。

炉料在竖罐内缓慢下降过程中稳定受热、还原，反应室内气氛和温度适合DRI反应、便于传热和化学反应进行；罐内化学反应和煤干馏产生的热煤气的能量、燃烧废气和排出炉料余热都能得到充分利用。因而热效率、设备寿命、金属化率、设备利用系数和作业率都比较高、能耗较低，又能防止过烧，发生质量和设备事故，设备作业率较高。

Claims (7)

1.一种直接还原法罐式炉装置，其特征在于：所述罐式炉装置包括由耐火砖砌筑、金属结构围护并具有各种操作平台的炉体(1)、炉顶料斗(2)、反应罐预热段(3)、反应罐还原段(4)、火道(5)、水冷下料漏斗(6)、排料闸阀(7)、水槽(8)、出料机(9)、出炉料输送机(10)、外供煤气燃烧系统(11)、返回煤气燃烧系统(12)、热工监测系统(13)、烟道(14)、提升机(15)、布料机(16)、冷却水管路、电器及控制系统，炉顶料斗(2)、反应罐预热段(3)、反应罐还原段(4)和水冷下料漏斗(6)在炉体(1)内从上而下依次排列，并互相连接，火道(5)连接反应罐预热段(3)和反应罐还原段(4)，排料闸阀(7)设在水冷下料漏斗(6)底部，水槽(8)、出料机(9)和出炉料输送机(10)安装在炉体(1)下方，提升机(15)、布料机(16)安装在炉体(1)上方，外供煤气燃烧系统(11)、返回煤气燃烧系统(12)和烟道(14)连接火道(5)，热工监测系统(13)、冷却水管路和电器及控制系统安装在炉体(1)外壁上。

2.根据权利要求1所述的直接还原法罐式炉装置，其特征在于：所述反应罐预热段(3)是Ф250～350耐热钢排管或长方形耐热钢、耐火材料构筑的竖罐。

3.根据权利要求2所述的直接还原法罐式炉装置，其特征在于：所述反应罐还原段(4)是用碳化硅或其他耐火砖砌筑的宽300～500mm、长宽比大于3、高6～12米高的长方形竖罐。

4.根据权利要求3所述的直接还原法罐式炉装置，其特征在于：所述水冷下料漏斗(6)是水冷双层钢板漏斗，其下端装有排料闸阀(7)。

5.根据权利要求4所述的直接还原法罐式炉装置，其特征在于：所述火道(5)为6～12层水平迷宫式火道。

6.根据权利要求5所述的直接还原法罐式炉装置，其特征在于：不同材料、结构组成的所述反应罐预热段(3)、反应罐还原段(4)、水冷下料漏斗(6)、排料闸阀(7)紧密联接、保持密封，组成一组反应竖罐。

7.根据权利要求6所述的直接还原法罐式炉装置，其特征在于：所述罐式炉装置包括1组以上的反应竖罐，多于1组的反应竖罐并列构筑。

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