CN217438274U - 基于流化预还原的熔分装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于流化预还原的熔分装置，包括循环流化装置、侧吹还原装置和烟气处理装置；循环流化装置包括循环预热装置和流化床；循环预热装置包括自上而下依次设置的至少三级旋风预热器；在旋风预热器的上部设置有进口风管，在旋风预热器的底部设置有出料口；在旋风预热器的顶部设置有出风口；在侧吹还原装置的内部设置有还原区和沉淀分离区；在还原区的侧壁上设置有原料入口；原料入口与位于最下部的旋风预热器的出料口连接，还原区的顶部的气体出口与流化床的底部连通；烟气处理装置与烟气出口连接。利用本实用新型能够解决现有技术中产能受限、设备数量较多，容易造成结圈现象，操作难度大、以及对电的要求高等问题。

Description

基于流化预还原的熔分装置

技术领域

本实用新型涉及铁矿处理技术领域，更为具体地，涉及一种基于流化预还原的熔分装置。

背景技术

炼铁工艺是钢铁产业中重要的一个环节，而今低碳环保是现阶段经济发展的重要趋势。而现阶段主要的炼铁工艺仍然是以高耗能、高排放的高炉冶炼工艺为主，虽然非高炉炼铁工艺一直是钢铁冶炼行业所研发的方向，但是至今仍未有实现成熟并广泛的应用。

高炉法是最早开发用于处理钒钛磁铁矿铁精矿的方法，此法能够回收约90％铁、约80％钒，但是钛未回收。该法是将钒钛磁铁矿铁精矿经过烧结或造球工序进行造块处理后进入高炉冶炼，在高炉冶炼过程中，大部分的钒被还原进入铁水，钛则进入炉渣。

高炉冶炼之后所得含钒的铁水再经过脱硫、转炉吹炼，大部分钒被氧化进入炉渣，得到生铁(或半钢)和含钒炉渣，所得的含钒炉渣可用于生产钒铁合金，也可用于制取V₂O₅，生铁(或半钢)通过转炉再进一步脱碳，得到钢水。

高炉渣根据渣中所含TiO₂的含量，可分为低钛型高炉渣(TiO₂＜10％)、中钛型高炉渣(TiO₂ 10％～20％)和高钛型高炉渣(TiO₂＞20％)。一般情况下高炉冶炼的难度随着渣中TiO₂含量的提高而加大，当渣中TiO₂含量大于25％后，高炉渣的粘性会大幅升高，造成冶炼过程难以进行。

回转窑—电炉法是采用回转窑预还原钒钛磁铁矿铁精矿，根据钒钛磁铁矿铁精矿中氧化物还原温度不同，在预还原过程中，通过选择性还原把钒钛磁铁矿铁精矿中大部分含铁氧化物中的铁还原成金属铁。

预还原产品通过电炉冶炼进行还原及熔化分离，最终得到含钒铁水和钛渣，含钒铁水经过转炉提钒得到半钢及钒渣，半钢继续用来冶炼钢水，钒渣经过加工处理生产钒铁合金。

但是上述案中回转窑的产能受限，造成大规模生产中回转窑设备数量较多，且回转窑设备在生产中容易造成结圈现象，操作难度比较大，而且电炉对电的要求比较高，在缺电的地区还要建立电厂来维持电炉的稳定生产。

综上，现有技术存在以下缺点：当熔炼渣TiO₂的含量大于25％后，高炉渣粘度会增大，造成冶炼过程难以进行；高炉法冶炼需要制焦、烧结等工序，工序复杂，冶炼流程长，投资高；高炉法冶炼无法使钒钛磁铁矿中的钛得到回收利用；回转窑-电炉工艺中，回转窑设备单体规模有限，致使一台大型电炉需要配备两台回转窑才能满足生产能力需求，造成投资成本较高；回转窑-电炉工艺中，电炉对电力的稳定性要求较高，特别是缺电、少电地区需要自建电厂，造成投资成本、运营成本增加。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种基于流化预还原的熔分装置，以解决目前的现有技术中存在产能受限，造成大规模生产中回转窑设备数量较多，且回转窑设备在生产中容易造成结圈现象，操作难度比较大，而且电炉对电的要求比较高，在缺电的地区还要建立电厂来维持电炉的稳定生产等问题。

本实用新型提供一种基于流化预还原的熔分装置，包括循环流化装置、侧吹还原装置和烟气处理装置；其中，所述循环流化装置包括循环预热装置和流化床；所述循环预热装置包括自上而下依次设置的至少三级旋风预热器；在所述旋风预热器的上部侧壁上设置有进口风管，在所述旋风预热器的底部设置有出料口；在所述旋风预热器的顶部设置有出风口；在相邻的旋风预热器中，处于下级的旋风预热器的出风口与其上一级的旋风预热器的进口风管连接；处于上级的旋风预热器的出料口与其下一级的旋风预热器的进口风管连接；其中，位于最上部的旋风预热器的出风口处密封设置，且，在所述位于最上部的旋风预热器的上部侧壁上设置有烟气出口；位于最下部的旋风预热器的进口风管与所述流化床连接；在所述侧吹还原装置的内部设置有还原区和与所述还原区连接的沉淀分离区；在所述还原区的侧壁上分别设置有原料入口和燃烧喷枪；所述原料入口与所述位于最下部的旋风预热器的出料口连接；所述还原区的顶部的气体出口与所述流化床的底部连通；所述烟气处理装置与所述烟气出口连接。

此外，优选的方案是，在所述位于最上部的旋风预热器的进口风管上通过精矿输送管连接有精矿备料仓；在所述精矿备料仓的顶部的进料口连接有精矿进料装置；所述精矿备料仓的底部出料口连接所述精矿输送管。

此外，优选的方案是，在所述精矿备料仓的底部出料口处设置有定量给料机；所述精矿备料仓通过所述定量给料机与所述精矿输送管连接。

此外，优选的方案是，所述精矿进料装置包括胶带输送机和与所述胶带输送机连接的斗式提升机。

此外，优选的方案是，所述旋风预热器的级数为五级。

此外，优选的方案是，所述燃烧喷枪的原料入口端与燃料存储装置连接；在所述燃料存储装置中设置有煤粉或天然气。

此外，优选的方案是，所述还原区的熔池温度为1500℃～1600℃。

此外，优选的方案是，在所述还原区的原料入口处连接有还原备料仓；在所述还原备料仓的顶部的进料口连接有还原料输送管，所述还原备料仓的底部的出料口通过还原料输送管与所述还原区的原料入口连接。

此外，优选的方案是，所述烟气处理装置包括与所述烟气出口连接的第一风机、与所述第一风机连接的二燃室、与所述二燃室连接的余热回收装置和与所述余热回收装置连接的除尘排空装置。

此外，优选的方案是，所述除尘排空装置包括与所述余热回收装置连接的电收尘装置、与所述电收尘装置连接的第二风机和与所述第二风机连接的排空装置。

从上面的技术方案可知，本实用新型提供的基于流化预还原的熔分装置，通过侧吹还原装置，利用侧吹产生的热烟气对物料进行预热，可大大减少熔炼的动力消耗；侧吹产生的烟气CO含量非常高，利用这部分烟气的高还原性，对铁矿石进行预还原，大大减少了对还原剂的消耗；循环预热装置的烟气出口的气体温度在350℃～450℃，并含有大量CO，可以进行二次燃烧余热发电，发电量完全可以满足侧吹电热区电量消耗；采用流化床形式可以使矿粉和还原性烟气接触面积增大，传热速度快，热效率高，使铁矿粉升温速度和还原反应速度加快；通过采用侧吹熔池熔炼可以使熔池快速搅拌起来，加速熔池热传递，提高反应速率；通过沉淀分离区的设置，可以让渣和金属充分分离沉降，减少机械损失。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本实用新型实施例的基于流化预还原的熔分装置的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例的使用基于流化预还原的熔分装置的工艺流程图。

在附图中，11-旋风预热器，111-进口风管，112-出料口，113-出风口，114-烟气出口，2-流化床，3-侧吹还原装置，31-还原区，311-原料入口，32-沉淀分离区，41-精矿备料仓，42-精矿输送管，51-还原备料仓，52-还原料输送管，61-第一风机，62-二燃室，63-余热回收装置，64-电收尘装置，65-第二风机，66-排空装置。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

针对前述提出的目前的现有技术中存在产能受限，造成大规模生产中回转窑设备数量较多，且回转窑设备在生产中容易造成结圈现象，操作难度比较大，而且电炉对电的要求比较高，在缺电的地区还要建立电厂来维持电炉的稳定生产等问题，提出了一种基于流化预还原的熔分装置。

以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。

为了说明本实用新型提供的基于流化预还原的熔分装置，图1示出了根据本实用新型实施例的基于流化预还原的熔分装置的结构；图2示出了根据本实用新型实施例的使用基于流化预还原的熔分装置的工艺流程。

如图1结合图2共同所示，本实用新型提供的基于流化预还原的熔分装置，包括循环流化装置、侧吹还原装置和烟气处理装置；其中，循环流化装置包括循环预热装置和流化床2；循环预热装置包括自上而下依次设置的至少三级旋风预热器11；在旋风预热器11的上部侧壁上设置有进口风管111，在旋风预热器11的底部设置有出料口112；在旋风预热器11的顶部设置有出风口113；在相邻的旋风预热器11中，处于下级的旋风预热器11的出风口113与其上一级的旋风预热器11的进口风管111连接；处于上级的旋风预热器11的出料口112与其下一级的旋风预热器11的进口风管111连接；其中，位于最上部的旋风预热器11的出风口113处密封设置，且，在位于最上部的旋风预热器11的上部侧壁上设置有烟气出口114；位于最下部的旋风预热器11的进口风管111与流化床2连接；在侧吹还原装置3的内部设置有还原区31和与还原区31连接的沉淀分离区32；在还原区31的侧壁上分别设置有原料入口311和燃烧喷枪(图中未示出)；原料入口311与位于最下部的旋风预热器11的出料口112连接；还原区31的顶部的气体出口与流化床2的底部连通；烟气处理装置与烟气出口114连接。

通过侧吹还原装置3，利用侧吹产生的热烟气对物料进行预热，可大大减少熔炼的动力消耗；侧吹产生的烟气CO含量非常高，利用这部分烟气的高还原性，对铁矿石进行预还原，大大减少了对还原剂的消耗；循环预热装置的烟气出口的气体温度在350℃～450℃，并含有大量CO，可以进行二次燃烧余热发电，发电量完全可以满足侧吹电热区电量消耗；采用流化床2的形式可以使矿粉和还原性烟气接触面积增大，传热速度快，热效率高，使铁矿粉升温速度和还原反应速度加快；通过采用侧吹熔池熔炼可以使熔池快速搅拌起来，加速熔池热传递，提高反应速率；通过沉淀分离区32的设置，可以让渣和金属充分分离沉降，减少机械损失。

作为本实用新型的一个优选实施例，在位于最上部的旋风预热器11的进口风管111上通过精矿输送管41连接有精矿备料仓42；在精矿备料仓42的顶部的进料口连接有精矿进料装置；精矿备料仓42的底部出料口连接精矿输送管41。其中，精矿进料装置包括胶带输送机和与胶带输送机连接的斗式提升机。通过精矿进料装置将待处理的精铁矿运输至精矿备料仓42内，由精矿备料仓42储存，然后通过精矿备料仓42向循环流化装置进行给料。

作为本实用新型的一个优选实施例，在精矿备料仓42的底部出料口处设置有定量给料机(图中未示出)；精矿备料仓42通过定量给料机与精矿输送管41连接。通过定量给料机能够向循环流化装置进行定量给料，使整个过程更加规整化。

作为本实用新型的一个优选实施例，旋风预热器11的级数为五级。此为优选方案，当然可以根据实际情况确定旋风预热器11的级数即使用旋风预热器11的数量，数量越多循环预热效果越好。

作为本实用新型的一个优选实施例，燃烧喷枪的原料入口端与燃料存储装置(图中未示出)连接；在燃料存储装置中设置有煤粉或天然气。

作为本实用新型的一个优选实施例，还原区31的熔池温度为1500℃～1600℃。还原区31用于对待处理的铁矿物料进行热还原反应的区域，其加热可采用电加热的方式，同时通过燃烧喷枪向还原区31内部喷射燃料使其内部快速升温，从而达到预设的反应温度，优选为1500℃～1600℃。其中，燃烧喷枪的数量可优选为至少两个，且相邻的燃烧喷枪之间等距离均匀布置在所述还原区31的侧壁上。

作为本实用新型的一个优选实施例，在还原区31的原料入口311处连接有还原备料仓51；在还原备料仓51的顶部的进料口连接有还原料输装置(图中未示出)，还原备料仓51的底部的出料口通过还原料输送管52与还原区31的原料入口311连接。通过传送带等还原料输装置将还原料加入到还原备料仓51内，通过还原料输送管52将还原料加入到还原区31中；其中，还原料优选为还原煤，用于对待处理的铁矿在加热的条件下进行还原。

作为本实用新型的一个优选实施例，烟气处理装置包括与烟气出口114连接的第一风机61、与第一风机61连接的二燃室62、与二燃室62连接的余热回收装置63和与余热回收装置63连接的除尘排空装置。

通过第一风机61将还原区31产生的高温还原气体经过流化床2和循环预热装置从烟气出口114引出，一般含有大量CO，因此，需要通过二燃室62进行燃烧，将产生的余热进行回收，回收得到的余热可用于发电，发电量完全可以满足侧吹电热区电量消耗。

作为本实用新型的一个优选实施例，除尘排空装置还包括与余热回收装置63连接的电收尘装置64、与电收尘装置64连接的第二风机65和与第二风机65连接的排空装置66。经过余热回收后的烟尘通过电收尘装置64进行除尘，除尘后在第二风机65的作用下，经排空装置66进行排空，确保对环境无污染。

利用本实用新型如上所述的基于流化预还原的熔分装置对铁矿原料进行熔分处理；具体包括如下步骤：

S1、将待处理的铁矿原料从位于最上部的旋风预热器11的进口风管111加入到循环流化装置内，经过至少三级的旋风预热器11对铁矿原料进行循环预热处理后，得到预热物料；

S2、预热物料从位于最下部的旋风预热器11的出料口112通过原料入口311进入到侧吹还原装置的还原区31；

S3、向还原区31加入还原物料，并对还原区31进行加热，在还原区31的熔池温度为1500℃～1600℃时，预热物料与还原物料发生还原反应，得到包括金属相和渣相的还原产物；

S4、还原产物在沉淀分离区32进行沉淀分离后，对得到的铁水和钛渣分别进行提钒处理和冶炼钛白粉工艺处理。

通过采用本实用新型提供的基于流化预还原的熔分装置对铁矿原料进行熔分处理，使整个工艺过程更加简单，且，待处理的铁矿物料通过至少三级的旋风预热器11的循环物料预热处理，使预热更加充分；还原区31产生的高温还原气体经过流化床2对预热物料能够进行预还原处理，减少还原料的用量。

其中，对铁水进行提钒处理之后还包括：

将得到的钒渣用于生产钒铁或V₂O₅和将得到的除钒铁水用于炼钢工艺。

其中，在向还原区31加入还原物料，并对还原区31进行加热，在还原区31的熔池温度为1500℃～1600℃时，预热物料与还原物料发生还原反应，得到包括金属相和渣相的还原产物的过程中，

还原区31产生的高温气体进入流化床2后与预热物料发生反应后，再经过循环预热装置进入烟气处理装置，经过烟气处理装置处理后的烟气排空。

还原区31产生的高温气体可以减少还原物料的使用量，同时经过烟气处理装置后，可以充分利用其产生的热能进行发电，并且经处理后的烟气对环境无污染。

为了更好的对本实用新型提供的基于流化预还原的熔分装置进行说明，提供了如下的具体实施例。

实施例1

以处理钒钛磁铁矿90万t为例，工艺流程图如图1所示。

钒钛磁铁矿的主要成分如表1所示：

TFe	V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	TiO<sub>2</sub>
			～56	～0.78	～14

表1

选矿后的钒钛磁铁矿经胶带输送机运至精矿备料仓41内，精矿备料仓41的下部的出料口处设置有定量给料机，用于计量物料，经过计量后物料加入到一级的旋风预热器11的进口风管111内，通过二级旋风预热器11的出风口向二级旋风预热器11内部进入，在进入的过程中，物料受到上行烟气的带动进入一级的旋风预热器11内，在一级旋风预热器11内物料经过收集下落至二级的旋风预热器11的进口风管111内，向着三级的旋风预热器11的出风口进入，在物料进入三级的旋风预热器11的过程中，再次受到上行烟气的带动进入到二级的旋风预热器11内，同理，物料分别再经三级的旋风预热器11的→四级的旋风预热器11的→旋风流化床→五级的旋风预热器11的送入侧吹炉内。再此过程中物料与上行烟气充分混合反应。上行烟气是由侧吹炉内产生的温度为1500～1600℃，含CO量＞80％的还原性气体组成，烟气与物料逆流相遇后脱除物料内的水分，预热物料，并将物料内的三价铁还原成二价铁，大部分二价铁还原成金属铁。金属化率可达到70％以上。发生的主要反应有：

FeTiO₂+CO＝Fe+TiO₂+CO₂

Fe₂O₃+CO＝FeO+CO₂

FeO++CO＝Fe+CO₂

经过换热(物料预热)和还原后的350℃～450℃烟气仍含有约20％～40％的CO，此烟气经过二次燃烧后可进行余热回收利用，可用来发电约20MW。

预还原后的物料金属化率达到70％以上，温度约1000℃，热料直接落入侧吹炉还原区31内，侧吹炉内需加入还原煤进行深度还原铁、钒，使得铁回收率达到98％以上，钒的回收率达到80％以上。侧吹炉还原区31设燃烧喷枪，燃烧喷枪可以采用煤粉或天然气等作为燃料为还原区31的还原提供热量，还原区31的熔池温度可达到1500～1600℃。还原区31的燃烧喷枪可以充分搅动熔池，使得熔池内的反应速率提高。还原区31的反应主要有：

FeO+C＝Fe+CO

V₂O₅+5C＝2V+5CO

还原后的金属相和渣相进入沉淀分离区32进行沉降分离，分离后形成铁水和钛渣，含钒铁水放出后再经过提钒将钒渣提出，钒渣可用来生产钒铁或V₂O₅，铁水去炼钢。钛渣放出后可送钛白粉厂冶炼钛白粉。

通过上述具体实施方式可看出，本实用新型提供的基于流化预还原的熔分装置，通过侧吹还原装置，利用侧吹产生的热烟气对物料进行预热，可大大减少熔炼的动力消耗；侧吹产生的烟气CO含量非常高，利用这部分烟气的高还原性，对铁矿石进行预还原，大大减少了对还原剂的消耗；循环预热装置的烟气出口的气体温度在350℃～450℃，并含有大量CO，可以进行二次燃烧余热发电，发电量完全可以满足侧吹电热区电量消耗；采用流化床形式可以使矿粉和还原性烟气接触面积增大，传热速度快，热效率高，使铁矿粉升温速度和还原反应速度加快；通过采用侧吹熔池熔炼可以使熔池快速搅拌起来，加速熔池热传递，提高反应速率；通过沉淀分离区的设置，可以让渣和金属充分分离沉降，减少机械损失。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本实用新型提出的基于流化预还原的熔分装置。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所提出的基于流化预还原的熔分装置，还可以在不脱离本实用新型内容的基础上做出各种改进。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种基于流化预还原的熔分装置，其特征在于，包括循环流化装置、侧吹还原装置和烟气处理装置；其中，

所述循环流化装置包括循环预热装置和流化床；所述循环预热装置包括自上而下依次设置的至少三级旋风预热器；在所述旋风预热器的上部侧壁上设置有进口风管，在所述旋风预热器的底部设置有出料口；在所述旋风预热器的顶部设置有出风口；

在相邻的旋风预热器中，处于下级的旋风预热器的出风口与其上一级的旋风预热器的进口风管连接；处于上级的旋风预热器的出料口与其下一级的旋风预热器的进口风管连接；其中，位于最上部的旋风预热器的出风口处密封设置，且，在位于最上部的所述旋风预热器的上部侧壁上设置有烟气出口；位于最下部的旋风预热器的进口风管与所述流化床连接；

在所述侧吹还原装置的内部设置有还原区和与所述还原区连接的沉淀分离区；在所述还原区的侧壁上分别设置有原料入口和燃烧喷枪；所述原料入口与位于最下部的所述旋风预热器的出料口连接；所述还原区的顶部的气体出口与所述流化床的底部连通；

所述烟气处理装置与所述烟气出口连接。

2.根据权利要求1所述的基于流化预还原的熔分装置，其特征在于，

在位于最上部的所述旋风预热器的进口风管上通过精矿输送管连接有精矿备料仓；

在所述精矿备料仓的顶部的进料口连接有精矿进料装置；所述精矿备料仓的底部出料口连接所述精矿输送管。

3.根据权利要求2所述的基于流化预还原的熔分装置，其特征在于，

在所述精矿备料仓的底部出料口处设置有定量给料机；

所述精矿备料仓通过所述定量给料机与所述精矿输送管连接。

4.根据权利要求2所述的基于流化预还原的熔分装置，其特征在于，

所述精矿进料装置包括胶带输送机和与所述胶带输送机连接的斗式提升机。

5.根据权利要求1所述的基于流化预还原的熔分装置，其特征在于，

所述旋风预热器的级数为五级。

6.根据权利要求1所述的基于流化预还原的熔分装置，其特征在于，

所述燃烧喷枪的原料入口端与燃料存储装置连接；在所述燃料存储装置中设置有煤粉或天然气。

7.根据权利要求1所述的基于流化预还原的熔分装置，其特征在于，

所述还原区的熔池温度为1500℃～1600℃。

8.根据权利要求1所述的基于流化预还原的熔分装置，其特征在于，

在所述还原区的原料入口处连接有还原备料仓；

在所述还原备料仓的顶部的进料口连接有还原料输送管，所述还原备料仓的底部的出料口通过还原料输送管与所述还原区的原料入口连接。

9.根据权利要求1所述的基于流化预还原的熔分装置，其特征在于，

所述烟气处理装置包括与所述烟气出口连接的第一风机、与所述第一风机连接的二燃室、与所述二燃室连接的余热回收装置和与所述余热回收装置连接的除尘排空装置。

10.根据权利要求9所述的基于流化预还原的熔分装置，其特征在于，

所述除尘排空装置包括与所述余热回收装置连接的电收尘装置、与所述电收尘装置连接的第二风机和与所述第二风机连接的排空装置。

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