CN202047080U - 一种熔融还原炼铁的终还原炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种熔融还原炼铁的终还原炉，包括：炉体、设置于该炉体顶部的顶氧枪及矿粉顶枪、以及设置于该炉体炉壁上的多个侧枪，该多个侧枪穿过该炉体炉壁进入该炉体，其中：该炉体包括铁水层区域以及位于铁水层区域上方的渣层区域，该渣层区域包括上端侧吹燃烧区以及下端侧吹还原区；该多个侧枪包括多个氧煤枪和多个粒煤枪，其中该多个氧煤枪的喷嘴设置在所述上端侧吹燃烧区，该多个粒煤枪的喷嘴设置在所述下端侧吹还原区。利用本实用新型的熔融还原炼铁的终还原炉，可有效避免将还原后的铁暴露在二次燃烧区域，从而降低了渣中氧化铁的水平，并且在还原工艺中的热效率更高。

Description

一种熔融还原炼铁的终还原炉

技术领域

本实用新型涉及熔融还原炼铁领域，更具体地，涉及一种熔融还原炼铁的终还原炉。

背景技术

熔融还原炼铁工艺是当今比较前沿的炼铁技术，它利用非焦煤生产液态铁，具有流程短，成本低，污染小，铁水质量好等优点。对于铁浴式熔融还原工艺，侧枪喷吹煤粉技术得到了广泛的应用，由于喷煤粉代替焦炭，有效地控制了对环境的污染。当前熔融还原技术在以HIsmelt等为代表的铁浴还原设备中得到了较好的应用，该技术是将铁矿粉原料、熔剂和煤粉还原剂一起喷吹到渣铁熔池中，随着煤中碳素的溶解，氧化铁在熔池中迅速还原，还原产生的一氧化碳(CO)及煤被迅速加热后挥发份裂解而释放出的氢气一起浮出铁渣液面，被顶部喷吹的含氧空气或氧气氧化，产生二次燃烧，形成高温区。铁矿粉中的脉石、喷入的熔剂(含氧化镁、氧化钙的白云石、石灰石、石灰等与煤中的灰分融合形成熔渣。

专利号为98810993.X，专利权人为技术资源有限公司的中国专利“从金属氧化物生产金属的直接冶炼方法”中，披露了采用上述工艺进行冶炼的方法，在该专利中，还披露了用于该冶炼方法的终还原炉，该还原炉包括由基座、侧壁和顶构成的炉体、用于排放气体的出口、以及位于炉体顶部的氧枪，该还原炉还包括两个用于提供矿粉原料和碳源的侧枪，该侧枪插入炉内的渣层中。利用侧枪惰性气体喷吹的动能，可将铁水和液渣充分搅拌起来，从而为碳还原渣中的氧化铁和溅起的铁渣与顶部二次燃烧产生的高温流场换热提供良好的动力学条件。

但是，采用上述还原炉设备，由于还原过程中，将渣铁溅起的同时，已还原的铁较大程度地暴露在二次燃烧区的氧化气氛下，使铁的再氧化现象严重，落回到渣铁池后，增加了渣中氧化铁含量，对炉衬耐火材料的侵蚀加重，此外，由于喷枪惰性气体动能较大，使渣对侧壁的冲击应力较大，对耐火材料的冲涮也较严重，更加速了渣对耐火材料的侵蚀，降低了炉衬耐火材料的寿命。一般来说，其炉衬耐火材料的寿命不大于24个月。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于克服上述现有技术中还原铁再氧化以及对炉衬产生腐蚀的缺陷，从而提供了一种创新的熔融还原炼铁的终还原炉。

本实用新型的熔融还原炼铁的终还原炉，包括：炉体、设置于该炉体顶部的顶氧枪及矿粉顶枪、以及设置于该炉体炉壁上的多个侧枪，该多个侧枪穿过该炉体炉壁进入该炉体，其中：该炉体包括铁水层区域以及位于铁水层区域上方的渣层区域，该渣层区域包括上端侧吹燃烧区以及下端侧吹还原区；该多个侧枪包括多个氧煤枪和多个粒煤枪，其中该多个氧煤枪的喷嘴设置在所述上端侧吹燃烧区，该多个粒煤枪的喷嘴设置在所述下端侧吹还原区。

优选地，所述多个氧煤枪的喷嘴在同一个水平区域内周向地均匀设置，并且所述多个粒煤枪的喷嘴在同一个水平区域内周向地均匀设置。

优选地，所述多个氧煤枪为3个，并且各该氧煤枪的喷嘴周向相隔120°地均匀设置，所述多个粒煤枪为3个，并且各该粒煤枪的喷嘴周向相隔120°地均匀设置，并且所述粒煤枪的喷嘴和与其相邻的所述氧煤枪的喷嘴周向地错开60°。

优选地，所述多个氧煤枪与所述炉体炉壁的夹角为0°到15°之间，所述多个粒煤枪与所述炉体炉壁的夹角为40°到50°之间。

优选地，所述氧煤枪包括煤粉通道、套在所述煤粉通道外的氧气通道、套在所述氧气通道外的最外管、设置在所述最外管上的进水管、出水管、设置在所述氧煤枪后部并与所述进水管相连的水箱、以及设置在所述最外管内部并分别与所述水箱和所述出水管相连的冷却水管。

优选地，所述煤粉通道、所述氧气通道、以及所述最外管的横截面为椭圆形，所述冷却水管的横截面为圆形。

优选地，所述粒煤枪包括粒煤通道、套在所述粒煤通道上的最外管、设置在所述最外管上的进水管、出水管、设置在所述粒煤枪后部并与所述进水管相连的水箱、以及设置在所述最外管内部并分别与所述水箱和所述出水管相连的冷却水管。

优选地，所述粒煤通道以及所述最外管的横截面为椭圆形，所述冷却水管的横截面为圆形。

利用本实用新型的熔融还原炼铁的终还原炉，可有效避免将还原后的铁暴露在二次燃烧区域，从而大大减少了还原铁的再氧化，降低了渣中氧化铁的水平，同时减少了对炉壁的侵蚀，并且在还原工艺中的热效率更高。

附图说明

图1是本实用新型的熔融还原炼铁的终还原炉的剖面示意图；

图2是本实用新型的侧枪布置俯视图；

图3是本实用新型的氧煤枪的正面剖视图；

图4是图3中氧煤枪的侧面剖视图；

图5是本实用新型的粒煤枪的正面剖视图；

图6是图5中粒煤枪的侧面剖视图。

具体实施方式

以下结合附图及具体的实施方式，对本实用新型的熔融还原炼铁的终还原炉的结构进行更详细说明。

如图1所示，是本实用新型的熔融还原炼铁的终还原炉的剖面示意图。该终还原炉包括炉体100、设置于该炉体顶部的顶氧枪110及矿粉顶枪120、以及设置于该炉体炉壁上的多个侧枪，该多个侧枪通过孔150、160穿过该炉体炉壁进入炉体100。其中，顶氧枪110和矿粉顶枪120分别用于将氧气和矿料输送入炉体内。

进一步地，炉体100包括铁水层区域A以及位于铁水层区域上方的渣层区域B，渣层区域B包括上端侧吹燃烧区B1以及下端侧吹还原区B2；该多个侧枪包括多个氧煤枪130和多个粒煤枪140，其中多个氧煤枪130的喷嘴设置在上端侧吹燃烧区B1内，多个粒煤枪140的喷嘴设置在下端侧吹还原区B2内。优选地，多个氧煤枪130的喷嘴在同一个水平区域内周向地均匀设置，并且多个粒煤枪140的喷嘴在同一个水平区域内周向地均匀设置。

结合图2所示，本实施方式中，氧煤枪130、粒煤枪140的个数均为三个。因此，各氧煤枪130的喷嘴周向相隔120°地均匀设置，各粒煤枪140的喷嘴也周向相隔120°地均匀设置。并且，以俯视的角度看，粒煤枪130的喷嘴和与其相邻的氧煤枪140的喷嘴周向地错开60°。当然，容易理解，氧煤枪130、粒煤枪140的个数也可以为两个或者三个以上。在本实施方式中，各氧煤枪130与炉体100的炉壁的夹角为0°到15°之间，各粒煤枪140与炉体100的炉壁的夹角为40°到50°之间。

更具体地，如图3、图4所示，是氧煤枪130的正面剖视图和侧面剖视图。氧煤枪130为套筒式结构，即煤粉通道135和氧气通道136利用两支耐热钢管相套而成。煤粉和氧气分别通过喷枪左侧的煤粉入口和氧气入口以直流的方式从喷枪前部喷出。另外，氧煤枪130还包括套在氧气通道136外部的最外管137，并且进一步包括设置在最外管137上的进水管131、出水管132、设置在氧煤枪130后部并与进水管131相连的水箱134、以及设置在最外管137内部并分别与水箱134和出水管132相连的冷却水管133。进入进水管131的水把水箱134内的冷水通过冷却水管133压到氧煤枪130前部，以实现氧煤枪130最高温度处的有效冷却。最后水流由出水管132排出。结合图4所示，氧煤枪130的喷枪喷嘴优选地设计成椭圆形或扁圆形，也即煤粉通道135、氧气通道136以及最外管137的横截面为椭圆形或扁圆形，以起到改变出口流动形状的目的。内置的冷却水管133的横截面为圆形。

如图5、图6所示，是粒煤枪140的正面剖视图和侧面剖视图。粒煤枪包括粒煤通道145以及套在粒煤通道上的最外管146，并且进一步包括设置在最外管137上的进水管141、出水管142、设置在粒煤枪140后部并与进水管141相连的水箱144、以及设置在最外管146内部并分别与水箱144和出水管142相连的冷却水管143。进入进水管141的水把水箱144内的冷水通过冷却水管143压到粒煤枪140前部，以实现粒煤枪140最高温度处的有效冷却。最后水流由出水管142排出。结合图6所示，粒煤枪140的喷枪喷嘴优选地设计成椭圆形或扁圆形，也即粒煤通道145以及最外管146的横截面为椭圆形或扁圆形，以起到改变出口流动形状的目的。内置的冷却水管143的横截面为圆形。

以下结合图1、2和具体的实施例，对本实用新型的结构和应用作更具体说明。

实施例1

熔融终还原炉主体高度为23m，外径为9m，铁水熔池内径为7m，熔池深度为4m，炉缸耐材厚度为1.2m。氧煤枪130和粒煤枪140各三支，布置在该熔融终还原炉炉体100的炉壁上，使之呈上下错位布置，上排氧煤枪130布置于熔渣层区的上端侧吹燃烧区B1，在该同一平面处设置三支喷枪并呈120°排列，每支氧煤枪130与炉壁竖直方向的夹角为5°，插入深度为875mm；下排粒煤枪140布置于熔渣层区的下端侧吹还原区B2，在该同一平面处同样设置三支粒煤喷枪并呈120°排列，每支粒煤枪140与炉壁竖直方向的夹角为40°，插入深度为1137mm；两排枪之间的上下距离为1400mm。上排氧煤枪130的布置与竖直炉壁夹角为5°时，可以有效的控制温度的传递方向，将该层燃烧产生的热量和矿粉顶枪120中二次燃烧产生的热量传输到渣层B的还原区B2补充热量，使还原反应顺利进行。插入深度为875mm时，除可有效控制燃烧的区域，改善渣层B流动和温度的传递，还可减小射流作用对炉壁耐火材料的侵蚀作用。上排氧煤枪130将粉煤和氧气一起直接喷入该渣层区域B，煤粉燃烧放出大量的热，为铁的还原提供充沛的热量，并降低排除终还原炉煤气的温度，从而使热效率达到95％以上.下排氧煤枪130和粒煤枪140的布置与竖直炉壁夹角为40°，并且插入深度为1137mm时，有效地控制了还原反应的程度以及对熔渣对炉壁耐火材料的侵蚀。下排粒煤枪140喷吹粒煤，用氮气作为载气喷入熔池中，此时粒煤中的碳溶入渣层区域B和铁水层区域A中，渣层B中的铁氧化物被溶解碳还原，形成CO和熔融铁水，铁矿石中的脉石、熔剂和煤中的灰分融合形成熔渣。铁矿石的还原过程主要发生在该区域。同时两排喷枪的距离为1400mm时，氧化和还原区界面叠加较少，炉内反应平稳，通过对本方案和HImelt壁面应力的数值分析发现，在相同产能下，本方案的渣对炉衬壁面应力的值小于HImelt工艺中渣对炉衬壁面应力的值。

实施例2

该实施例中，氧煤枪130与炉壁竖直方向的夹角为10°，插入深度为1225mm；下排粒煤枪140与炉壁竖直方向的夹角为45°，插入深度为1750mm；两排枪之间的距离为1575mm。其余设置和数据均与上述实施例1相同。采用该实施例中的结构，使得上下两排喷枪130、140与竖直炉壁夹角增大，对炉内温度的传递更加有利，为还原区B2内铁的氧化物还原提供充沛的热量，上下两排喷枪130、140插入深度的增加，经流动模拟研究表明，其温度均匀时间缩短，说明其有改善炉内渣层流动，提高传热速率的效果。与此同时，壁面应力的数值分析也发现，在本实施例的结构布置下，熔渣对炉衬壁面应力的值更小，对炉衬壁面的冲刷程度减小。

实施例3

该实施例中，氧煤枪130与炉壁竖直方向的夹角为15°，插入深度为1750mm；下排粒煤枪140与炉壁竖直方向的夹角为50°，插入深度为2275mm；两排枪之间的距离为1750mm。其余设置和数据均与上述实施例1相同。该实施例中，上下两排喷枪130、140与竖直炉壁夹角增大，对炉内温度的传递更加有利，为还原区B2内铁的氧化物还原提供充沛的热量。数值分析表明，该实施例的情况下，与实施例2情况相比，熔渣对炉衬壁面应力的值更小，对炉衬壁面的冲刷程度更小，但减小的程度趋缓。

综上所述，利用本实用新型的熔融还原炼铁的终还原炉，可有效避免将还原后的铁暴露在二次燃烧区域，从而大大减少了还原铁的再氧化，降低了渣中氧化铁的水平，同时减少了对炉壁的侵蚀，并且在还原工艺中的热效率更高。

Claims (8)

1.一种熔融还原炼铁的终还原炉，其特征在于，包括：炉体、设置于该炉体顶部的顶氧枪及矿粉顶枪、以及设置于该炉体炉壁上的多个侧枪，该多个侧枪穿过该炉体炉壁进入该炉体，其中：

该炉体包括铁水层区域以及位于铁水层区域上方的渣层区域，该渣层区域包括上端侧吹燃烧区以及下端侧吹还原区；

该多个侧枪包括多个氧煤枪和多个粒煤枪，其中该多个氧煤枪的喷嘴设置在所述上端侧吹燃烧区，该多个粒煤枪的喷嘴设置在所述下端侧吹还原区。

2.根据权利要求1所述的熔融还原炼铁的终还原炉，其特征在于，所述多个氧煤枪的喷嘴在同一个水平区域内周向地均匀设置，并且所述多个粒煤枪的喷嘴在同一个水平区域内周向地均匀设置。

3.根据权利要求2所述的熔融还原炼铁的终还原炉，其特征在于，所述多个氧煤枪为3个，并且各所述氧煤枪的喷嘴周向相隔120°地均匀设置，所述多个粒煤枪为3个，并且各所述粒煤枪的喷嘴周向相隔120°地均匀设置，所述粒煤枪的喷嘴和与其相邻的所述氧煤枪的喷嘴周向地错开60°。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的熔融还原炼铁的终还原炉，其特征在于，所述多个氧煤枪与所述炉体炉壁的夹角为0°到15°之间，所述多个粒煤枪与所述炉体炉壁的夹角为40°到50°之间。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的熔融还原炼铁的终还原炉，其特征在于，所述氧煤枪包括煤粉通道、套在所述煤粉通道外的氧气通道、套在所述氧气通道外的最外管、设置在所述最外管上的进水管、出水管、设置在所述氧煤枪后部并与所述进水管相连的水箱、以及设置在所述最外管内部并分别与所述水箱和所述出水管相连的冷却水管。

6.根据权利要求5所述的熔融还原炼铁的终还原炉，其特征在于，所述煤粉通道、所述氧气通道、以及所述最外管的横截面为椭圆形，所述冷却水管的横截面为圆形。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的熔融还原炼铁的终还原炉，其特征在于，所述粒煤枪包括粒煤通道、套在所述粒煤通道上的最外管、设置在所述最外管上的进水管、出水管、设置在所述粒煤枪后部并与所述进水管相连的水箱、以及设置在所述最外管内部并分别与所述水箱和所述出水管相连的冷却水管。

8.根据权利要求7所述的熔融还原炼铁的终还原炉，其特征在于，所述粒煤通道以及所述最外管的横截面为椭圆形，所述冷却水管的横截面为圆形。

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