CN202717792U - 一种短流程生产直接还原铁的设备 - Google Patents

Abstract

一种以煤炭为还原剂对铁氧化物经焙烧后进行直接还原所使用的设备。设备中包括利用链篦机回转窑制取氧化球团的生产设备，其特征在于回转窑的窑头直径增大30％-35％，窑头出口处设有喷枪，同时还设有密封罐和两个近乎于竖炉的还原炉装置、煤气循环利用系统和氧化球团出炉前的冷却装置等。使用本项实用新型的设备可以使直接还原工艺流程明显变短，还原剂以煤为主，煤气实现循环利用，既发挥了我国煤炭的资源优势，并可大幅度节省能源。

Description

一种短流程生产直接还原铁的设备

技术领域

本实用新型属于冶金设备技术领域，特别涉及一种以煤为还原剂对铁氧化物经烧结后进行直接还原的设备。

背景技术

非高炉炼铁技术是钢铁工业发展的前沿技术之一，其中直接还原生产金属铁已成为世界钢铁工业生产不可缺少的组成部分，发展直接还原铁生产弥补废钢的短缺，是我国钢铁工业发展中急需解决的问题之一。

本项实用新型的目的是想设计出一种稳妥的以煤炭为主要能源制取还原铁的相关设备，同时提高单条生产线的生产能力，采用本设备可以提供热态金属化球团，直接热装热送到熔分炉或电弧炉内熔分成铁水，也可以提供冷态的金属化球团的供磁选或炼钢使用。

实用新型内容

我国煤基直接还原铁产能低下，生产方式落后、生产运行成本高、质量低，严重制约了我国直接还原铁的发展，甚至影响了钢铁行业的发展。但我国的回转窑法制取氧化球团的生产工艺和装备已经非常成熟和稳定，而且单条生产线的生产能力已经达到上百万吨，甚至几百万吨，但是中国的煤基竖炉法制取还原铁的工艺至今仍不够成熟，主要是生产竖炉中间的温度无法掌控在950℃～1000℃范围内，当炉中心温度超过1000℃时，会造成球团与球团间的粘接、同时还容易出现球团与炉壁的粘结及棚料现象，因此至今煤基竖炉法生产还原铁的生产技术一直没有得到很好的推广。

针对上述国内直接还原铁生产工艺和装备的情况，设计出了一套较为实用的短流程、高产能制取直接还原铁的设备。

回转窑氧化球团生产工艺，生产出的单个球团常温下平均抗压强度可达1500N/个球，但球团烧结后的温度在1100℃以上，对于这种炙热的氧化球团需要采用缓冷机将其冷却到200℃以下后，再作为高炉的炼铁原料使用，缓冷过程浪费了许多能源。本项申请结合回转窑氧化球团的工艺技术和装备，进一步进行优化，设法将完成氧化烧结后的氧化球团所含的热能充分利用起来，以便将能耗降低到最低程度，同时可以获得金属化球团产品。

本项实用新型如附图1所示：包括造球盘1、链篦机3、抽风机如1^#风机4、2^#风机5、3^#风机6、除尘灰仓7、回转窑8、2^#煤气加压风机9、1^#煤气加压风机10、1^#换热器11、1^#还原炉12、1^#密闭罐13、和2^#密闭罐14、3^#密闭罐15、4^#密闭罐16、2^#还原炉17、5^#密闭罐18、2^#换热器19、3^#煤气加压风机20、煤气分配流器21、高温密闭输送机22、封闭罩23、还原剂喷枪24，图中2为球团，25为电炉，26为冷料贮存罐。

由图1可见，本设备包括了生产氧化球团时所使用的造粒、干燥和烧结装置，如造球盘1、链篦机3及其附属的1^#风机4、2^#风机5、3^#风机6、除尘灰仓7；且造球盘1、链篦机3与回转窑8依次连接，其特征是在回转窑8离窑头出口5～8米处开始直径增大了30％～35％；同时窑头出口增加了封闭罩23，并通过封闭罩23与1^#密闭罐13连接，1^#密闭罐13和2^#密闭罐14、2^#密闭罐14和1^#还原炉12之间均采用密闭方式依次相串联，彼此间由阀门相隔并控制，1^#密闭罐13和2^#密闭罐14的容积相同，1^#还原炉12下部通过阀门与3^#密闭罐15连接，3^#密闭罐15与高温密闭输送机22密闭相连，高温密闭输送机22将高温物料运送到4#密闭罐16内，4#密闭罐16通过阀门与2#还原炉17密闭连接，2#还原炉17与1#还原炉12的容量基本相同，2#还原炉17的底部通过阀门同5#密闭罐18相连接，5#密闭罐18设有排料口，还原剂喷枪24设在回转窑窑头的侧上方且喷枪口对准窑头出口，负责向回转窑8的窑头出口喷吹主要成分为烟煤的还原剂，1^#还原炉12靠近顶部部位设有煤气引出管路并与1^#煤气加压风机10的进风管路相通，1^#换热器11的出风管路分别同通入到1^#还原炉12炉身中部和2^#还原炉17炉身中部的管路相连通；2^#还原炉17顶部设有与2^#煤气加压风机9进风管路相密接的管路，2^#煤气加压风机9的出风管路分别通往回转窑8的窑头出口和1^#换热器11的燃烧装置。根据需要，在2^#还原炉17的中下部还可设有煤气引出管路并与2^#换热器19进风管路直接相连，2^#换热器19的出风管路与3^#煤气加压风机20的进风管路直接相连，3^#煤气加压风机20的出风管路穿过接近2^#还原炉17底部的炉墙，直接同处于2^#还原炉17底部且结构为中空多孔的煤气分流器21相连。

设备中与煤气相关的系统按如下方式工作，其中：1^#还原炉12的煤气由1^#煤气加压风机10自其接近于顶部吸出并送入1^#换热器11中加热，然后将其直接打入1^#还原炉12的中部和2^#还原炉17的中部，为1^#和2^#还原炉带入热量并参与炉内的还原反应；2^#还原炉17的顶部煤气经过2^#煤气加压风机9的作用，一部分被送入回转窑窑头作为燃料使用，另一部分送到1^#还热器11燃烧装置内，用于燃烧放热，以便为1^#换热器11内煤气换热升温。

一般情况，炉料自5^#密闭罐18所设的排料口排除时，其温度为650℃～800℃，可以直接热装到电炉25中进行冶炼或熔分；如果需要2^#还原炉17放出冷料至冷料贮存罐26内，则需要启动3^#煤气加压风机20，将2^#还原炉17下部的热风抽出，通入2^#换热器19内进行散热降温，再打入处于2^#还原炉17炉内下部的煤气分流器21内，由中空多孔的煤气分流器21将其分散到2^#还原炉17内，进行循环，以冷却2^#还原炉17内下部的物料，使之温度降低到200℃以下。

利用前述设备进行金属的直接还原，其具体工艺如下：

1、造球和烧结：

本项实用新型方案的球团造球、干燥和烧结部分与回转窑氧化球团烧结工艺一致，即要求物料总量中有85％以上的粒度达到-200目以下，在粒度合格的铁矿粉中配加粘结剂后，经过润磨、均混，再造成球径φ＝8～16mm的球团，经过链篦机烘干、预热后送入回转窑烧结，烧结温度为1150～1250℃，烧结时间为25min～35min，使单个球团的常温强度达到1300-1500N/个球。

2、氧化球团配还原剂：

经过回转窑烧结后的球团流到窑头出口，同由还原剂喷枪喷入到窑头内的还原剂相混合，形成了成分较为均匀的混合料，混合料由回转窑8流出到密封罩23内，再经封闭罩23后进入到1^#密闭罐13内。

3、1^#还原炉入炉和还原

进入到密封罩23内的混合料依次密闭流入到1^#密闭罐13和2^#密闭罐14内，1^#密闭罐13和2^#密闭罐14之间有气动阀门控制，通常第一次进料时，关闭所有阀门，然后打开1^#密闭罐13顶端阀门放料，放满后关闭其顶端阀门，开启1^#密闭罐13和2^#密闭罐14中间的阀门向2^#密闭罐14中放料，1^#密闭罐13中的混合料放空后关闭两罐之间的阀门，待到1^#还原炉内的混合料下降到预定高度，可以充分容纳2^#密闭罐中的所有炉料时，打开2^#密闭罐底部阀门，将其中的混合料一次放入到1^#还原炉内，关闭2^#密闭罐底部阀门，下次上料准备，如此循环，交替进行。

混合料流入到1^#还原炉12内以后会持续下行，整个物料在1^#还原炉12中停留时间为8～10h，然后进入到3^#密闭罐15内，1^#还原炉12内的温度在850℃～1000℃，为了保证1^#还原炉12内的温度和还原性气氛，利用1^#煤气加压风机10自1^#还原炉12顶部将煤气吸出并送入1^#换热器11中换热，使其温度达到850℃以上，然后以0.045Mpa～0.048Mpa的压力将其直接打入1^#还原炉12的中部和2^#还原炉17的中部，增加仓内物料的还原气氛和还原气体的压力，补充热能。

混合料自1#还原炉12排出后已经被还原成半还原混合料，半还原混合料通过阀门进入到3#密闭罐15内，再由3#密闭罐15经由高温密闭输送机22将温度为800～950℃的半还原混合料密闭运送到4#密闭罐16内。

4、2#还原炉还原和出料

800～950℃的半还原混合料进入到4#密闭罐16内后通过阀门进入到2#还原炉17内，并在2#还原炉17内陆续下降，控制其经过7-8小时后到达2#还原炉17的底部，原来的氧化球团在2#还原炉17内得到了充分还原，通过阀门根据炉内物料流动的速度进行定期放料，使其进入到5#密闭罐18内，再由5#密闭罐18的排料口排到炉外。2#还原炉17内的中上部温度控制在850℃以上。

2#还原炉17顶部的煤气被2#煤气加压风机9所抽出，所抽出的煤气一部分直接送入回转窑8的窑头处参与燃烧，抽出的另一部分煤气作为燃料供给1#换热器11的燃烧装置燃烧放热，为1#换热器11提供热源。

被还原的金属化球团自5#密闭罐18设有的排料口排除时，其温度为650℃～800℃，可以直接热装到电炉25中进行冶炼或熔分；

需要出炉时金属化球团的温度降低到200℃以下时，则启动3#煤气加压风机20，将2#还原炉17下部的热风抽出，通入2#换热器19内进行散热降温后再打入处于2#还原炉17下部的煤气分流器21内，由中空多孔的煤气分流器21将其分散到2#还原炉17内，以此冷却2#还原炉17内的物料到200℃以下，出炉后置入金属化球团容器26中，经干式磁选机处理，获得金属化球团产品。

本项实用新型的积极效果

本项实用新型具有：以煤基还原为基础，工艺流程短、工艺稳定、容易操作和控制、生产运行成本低、产能大等特点。

本装备既可以生产热态还原球团产品，热热装热送，为电炉等提供高温原料；也可以生产冷态金属化球团产品。

整条生产设备实现了生产顺行，同时多处余热充分利用，单条生产线可以做到年生产百万吨以上的金属化球团产品，也大大降低了生产运行成本，为我国非高炉炼铁创造了新途径。

附图说明

图1为短流程高产能直接还原铁设备结构及工艺流程示意图。

具体实施方式

采用直径D＝1800mm、长度L＝40000mm的回转窑，其中窑头7200mm长度范围内回转窑直径加大30％，达到2340mm，

利用此回转窑进行氧化球团烧结，回转窑出口处的烟气温度为1150℃，还原剂的喷吹量为球团重量的30％，经混合后，混合料进入到1^#密封罐的温度为1020℃；

1^#还原炉内控制的温度为980～1050℃，停留时间为8小时，自3^#密封罐流出的物料温度为880℃，再由3^#密闭罐经由高温密闭输送机将该温度下的物料密闭运送到4^#密闭罐内。

2^#还原炉内上部温度在900℃，炉料在2^#还原炉内停留时间为7小时，还原中启动了3#煤气加压风机20，抽出2#还原炉17下部的热风，经2#换热器19散热降温后再打入2#还原炉内煤气分流器21内，以此冷却炉内的金属化球团，炉料自5^#密闭罐18排料口排出时的温度为190℃。

金属化球团检测指标：

序号	TFe(％)	MFe(％)	ηFe(％)	备注
					1	88.28	82.89	93.89
2	88.12	83.17	94.38

Claims (2)

1.一种以煤炭为还原剂对铁氧化物经焙烧后进行直接还原所使用的设备，该种设备包括造球盘、链篦机、抽风机系统、除尘灰仓和回转窑，且造球盘、链篦机、回转窑依次连接，其特征在于设备中还包括2^#煤气加压风机(9)、1^#煤气加压风机(10)、1^#换热器(11)、1^#还原炉(12)、1^#密闭罐(13)、和2^#密闭罐(14)、3^#密闭罐(15)、4^#密闭罐(16)、2^#还原炉(17)、5^#密闭罐(18)、高温密闭输送机(22)、封闭罩(23)和还原剂喷枪(24)，其中在回转窑(8)离窑头出口5～8米处开始直径增大了30％～35％；同时窑头出口增加了封闭罩(23)，并通过封闭罩(23)与1^#密闭罐(13)连接，1^#密闭罐(13)和2^#密闭罐(14)、2^#密闭罐(14)和1^#还原炉(12)之间均采用密闭方式依次相串联，彼此间由阀门相隔并控制，1^#密闭罐(13)和2^#密闭罐(14)的容积相同，1^#还原炉(12)下部通过阀门与3^#密闭罐(15)连接，3^#密闭罐(15)与高温密闭输送机(22)密闭相连，高温密闭输送机(22)将高温物料运送到4#密闭罐(16)内，4#密闭罐(16)通过阀门与2#还原炉(17)密闭连接，2#还原炉(17)与1#还原炉(12)的容量基本相同，2#还原炉(17)的底部通过阀门同5#密闭罐(18)相连接，5#密闭罐(18)设有排料口，还原剂喷枪(24)设在回转窑窑头出口的侧上方且喷枪口对准窑头出口，1^#还原炉(12)靠近顶部部位设有煤气引出管路并与1^#煤气加压风机(10)的进风管路相通，1^#换热器(11)的出风管路分别同通入到1^#还原炉(12)炉身中部和2^#还原炉(17)炉身中部的管路相连通；2^#还原炉(17)顶部设有与2^#煤气加压风机(9)进风管路相密接的管路，2^#煤气加压风机(9)的出风管路分别通往回转窑(8)的窑头出口和1^#换热器(11)的燃烧装置。

2.根据权利要求1所说一种以煤炭为还原剂对铁氧化物经焙烧后进行直接还原所使用的设备，其特征在于设备中还包括2^#换热器(19)、3^#煤气加压风机(20)和煤气分配流器(21)，其中在2^#还原炉(17)的中下部设有煤气引出管路并与2^#换热器(19)进风管路直接相连，2^#换热器(19)的出风管路与3^#煤气加压风机(20)的进风管路直接相连，3^#煤气加压风机(20)的出风管路穿过接近2^#还原炉(17)底部的炉墙，直接同处于2^#还原炉(17)底部且结构为中空多孔的煤气分流器(21)相连。

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