CN217459482U - 一种闪速熔炼用改进高炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种闪速熔炼用改进高炉，属于炼铁的技术领域。所述闪速熔炼用改进高炉包括矿粉投料区、闪速熔融反应区、渣铁熔分区和控制系统，所述矿粉投料区、闪速熔融反应区、渣铁熔分区空间在改进高炉内部依次上下进行连通；所述矿粉投料区设置在所述改进高炉的顶部，所述闪速熔融反应区设置在所述改进高炉的中部，所述渣铁熔分区设置在所述改进高炉的底部。本实用新型的装置结构通过还原造气枪喷射高温还原气，在炉内闪速熔融反应区形成旋转向上的流场，直接作用于自上而下飘落的含铁矿粉，不仅热能直接被利用，而且旋转流场使得含铁矿粉得到充分的传热和还原反应，故而该装置结构的闪速炼铁方法接触反应非常充分，效率更高。
Description
技术领域
本实用新型属于炼铁的技术领域，涉及一种闪速熔炼用改进高炉。
背景技术
炼焦+烧结/球团→高炉→转炉是目前粗钢生产的主要流程，其中炼焦、烧结(球团)、高炉炼铁三个炼铁的工艺环节生产流程长、能耗高、依赖焦炭资源而对环境污染严重。
目前高炉炼钢厂个数约为331家，高炉总数约为1024个，总容积约为107.8万m3，这是一项庞大的固定资产，如果能够改进现有高炉炼铁工艺，采用改进的炼铁装置结构和新的炼铁方法进行钢铁冶炼，以达到充分利用现有设备、减少投入、绿色生产、节能减排的目的，将会有利于炼铁行业的良性发展。
目前，国际上仍然以传统高炉炼铁方式为主，该流程具有高污染、高能耗的问题。针对前述这些问题，提出了熔融还原炼铁技术。该技术可降低对造块、烧结、炼焦等高污染、高耗能工序的依赖，近年来得以发展，成为钢铁工业实现节能减排和清洁生产的重要技术途径，如COREX、FINEX和HIsmelt等工艺。
其中：COREX工艺并未完全摆脱对块矿、球团和焦炭的依赖；FINEX工艺以粉矿为原料，需要用多级流化态反应器对矿粉进行预还原，工序繁琐，耗能大；HIsmelt工艺以粉矿为主要原料，采用旋风熔化炉对粉矿进行闪速熔炼，粉矿需要预热，将含铁原料、煤和熔剂用N2作载体经两套喷吹系统8根水冷喷枪直接喷入到熔融还原炉下部铁水熔池中，这些工艺目前并未形成大规模的行业应用，且都需要资金的大量投入进行设备建设。
现有的改进高炉装置的闪速炼铁工艺也有不少，然而存在诸多技术问题有待解决。
例如：中国专利CN 113249538 A公开了一种基于改造高炉的闪速炼铁方法与装置，其中的煤气化装置通过风口通入到焦炭床，不能产生上升的旋转还原气流，尾气排放的烟道从图1可以看出使设置在改造高炉的侧壁，在使用过程中会造成经过干燥和预还原的粉状铁矿砂与还原尾气、还原气从烟道排放出去，生产效率下降，生产成本提高，还原反应并不充分。
中国专利CN 106086280 A公开了造气闪速炼铁的系统和方法，其中的闪铁炉为卧式，熔池11中自下而上依次形成铁水层区12、渣层区13和渗碳床区14，渗碳床区14可以是由粉煤和焦粒形成，故而该装置结构的使用方法涉及的熔炼装置繁多，操作过程复杂，熔炼效率低，不适合工业生产。
中国专利CN 106086281 A公开了一种闪速炼铁与煤制气的一体化装置及方法，其中的上、中、下三层喷枪的设置和闪速熔炼的匹配方式耗氧量多，还原反应并不充分，煤气排出的量较少，利用率低。
中国专利CN 105861834 A公开了一种旋流闪速冶炼工艺，其中的旋流区不仅离燃料喷嘴和给料装置的距离较近，且产生的反应尾气排出效果由于反应塔和上升烟道的结构设置而效率低下；为了形成旋流区和使得反应充分，需要的喷枪数目和反应气体的流速控制极其严格，旋流区对矿粉下落速度的减缓效应也较低。
综上，现有技术中的改进高炉装置的闪速炼铁工艺装置结构设置存在结构复杂繁多、操作难度大、含铁矿粉下降速度快、反应不充分、熔炼效率低、尾气不能很好的回收、利用率低的诸多难题。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题是现有技术中的改进高炉装置的闪速炼铁工艺装置结构设置结构复杂繁多，包括对湿铁矿砂和块煤进行干燥和预还原处理的装置，且操作难度大；而含铁矿粉加入方式下降速度快、还原反应不充分、熔炼效率低，并未完全摆脱对块矿、球团和焦炭的依赖；尾气回收效率低，容易与还原气氛混合，对还原反应产生负面影响。
为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
一种闪速熔炼用改进高炉，所述闪速熔炼用改进高炉包括矿粉投料区、闪速熔融反应区、渣铁熔分区和控制系统，所述矿粉投料区、闪速熔融反应区、渣铁熔分区空间在改进高炉内部依次上下进行连通；所述矿粉投料区设置在所述改进高炉的顶部，所述闪速熔融反应区设置在所述改进高炉的中部，所述渣铁熔分区设置在所述改进高炉的底部；
其中：所述矿粉投料区上部为圆筒形或多边棱桶形，所述矿粉投料区上部的侧边设置有若干支矿粉喷枪，所述若干支矿粉喷枪沿所述矿粉投料区上部的侧边圆周均匀设置；所述矿粉投料区的顶部设置有尾气出口和冷气口，所述尾气出口底部设置有过滤装置；
所述闪速熔融反应区的底部侧边设置有若干支还原造气枪；
所述渣铁熔分区的分为渣层和铁水层，所述渣层设置在所述铁水层的上方，所述渣层的底部一侧边设置有出渣口，所述铁水层的底部另一侧边设置有出铁口；
所述控制系统由硬件装置和软件系统组成，通过硬件控制器与所述改进高炉的炉体相连接。
优选地，所述尾气出口设置在所述矿粉投料区顶部的中央，并穿出所述矿粉投料区的顶部。
优选地，所述闪速熔融反应区整体形状为上部细、下部粗的渐变截面的圆筒状或多边形筒状，其设置位置为原高炉的炉身部位。
优选地，所述若干支还原造气枪沿闪速熔融反应区的下部圆周设置，所述若干支还原造气枪与水平面向下倾斜角为30°-60°，与向心轴线夹角为±45°之间。
优选地，所述若干支还原造气枪与所述渣铁熔分区的垂直距离为250mm-500mm。
优选地，所述硬件装置包括温度传感器、流速传感器、电控开关、电控阀门，以及其他传感器和硬件控制器。
优选地，所述若干支矿粉喷枪至少为2支。
优选地，所述若干支还原造气枪为3-32支。
优选地，所述出渣口和出铁口均至少1个。
优选地，所述改进高炉内的流场为逆向旋流流场。
本实用新型技术原理如下：
本实用新型通过还原造气枪的不完全燃烧产生高温还原气，在改进高炉内形成了旋转上升还原气流，使之与从炉顶加入的含铁矿粉在下降过程中进行充分的还原反应，还原产物金属铁落入渣铁熔分区中完成渣铁分离，整个过程不超过20秒，反应过程产生的尾气通过过滤装置后经过炉顶的为其出口排出；连续进行，直到累积到的渣铁影响闪速炼铁时，先通过出渣口排渣，再通过出铁口出铁，之后继续进行闪速炼铁。
其中：还原造气枪的不完全燃烧产生高温还原气的反应式为：
2C+O2＝2CO
C+H2O＝CO+H2
还原反应过程的反应式为：
[FeO]+H2(g)＝[Fe]+H2O(g)
[FeO]+CO(g)＝[Fe]+CO2(g)
本实用新型实施例提供的上述技术方案，至少具有如下有益效果：
上述方案中，本实用新型闪速熔炼用改进高炉，充分利用现有高炉，通过技术改进现有高炉的装置结构，使之符合闪速熔融冶炼的要求，极大的节省了设备投资。
本实用新型的装置结构的选择是与其闪速炼铁方法密切相关，特别是其中的通过还原造气枪设计与安装方式形成的逆向旋流流场设计，由于炼铁方法摒弃了传统高炉的炼焦、烧结、球团的工艺流程，直接采用铁矿粉为原料，在闪速熔融反应区中发生快速还原反应，不再依赖焦炭资源，减少了高耗能的工序，故而装置结构的选择与现有技术不同。
综上，本实用新型的闪速熔炼用改进高炉装置结构设置简单，能够使得含铁矿粉闪速熔炼充分和尾气高效利用，具有反应时间快、物耗能耗低、能源利用率高、绿色环保，连续化程度较高，利于工业大规模生产和推广。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一种闪速熔炼用改进高炉的位置和连接关系的结构示意图；
图2为本实用新型一种闪速熔炼用改进高炉中还原造气枪的布置结构示意图；
附图标记说明如下：
10-矿粉投料区；11-矿粉喷枪；12-尾气出口；13-过滤装置；20-闪速熔融反应区；21-还原造气枪；30-渣铁熔分区；31-渣层；32-铁水层；33-出渣口34- 出铁口；40-控制系统。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1和2所示，一种闪速熔炼用改进高炉，所述闪速熔炼用改进高炉包括矿粉投料区10、闪速熔融反应区20、渣铁熔分区30和控制系统40，所述矿粉投料区10、闪速熔融反应区20、渣铁熔分区30空间在改进高炉内部依次上下进行连通；所述矿粉投料区10设置在所述改进高炉的顶部，所述闪速熔融反应区20设置在所述改进高炉的中部，所述渣铁熔分区30设置在所述改进高炉的底部；
其中：所述矿粉投料区10上部为圆筒形，2支矿粉喷枪11沿所述矿粉投料区10上部的侧边圆周均匀设置，所述矿粉投料区10的顶部中央位置设置有尾气出口12和冷气口，所述尾气出口的底部设置有过滤装置13，所述尾气出口12的顶部穿出所述矿粉投料区10的顶部；
所述闪速熔融反应区20整体形状为上部细、下部粗的渐变截面的圆筒状或多边形筒状，其设置位置为原高炉的炉身部位；所述闪速熔融反应区的底部侧边设置有3支还原造气枪21；所述3支还原造气枪21沿闪速熔融反应区的下部圆周设置，所述3支还原造气枪21与水平面向下倾斜角为30°，与向心轴线夹角为45°之间；前述3支还原造气枪21的结构设置能够在改进高炉内部产生逆向旋流流场，使之与下落的含铁矿粉能够充分迅速的进行传热和还原反应；
所述渣铁熔分区30的分为渣层31和铁水层32，所述渣层31设置在所述铁水层32的上方，所述渣层31的底部左侧边设置有出渣口33，所述铁水层 32的底部右侧边设置有出铁口34；
所述控制系统40由硬件装置和软件系统组成，所述硬件装置包括温度传感器、流速传感器、电控开关、电控阀门，以及其他传感器和硬件控制器；通过硬件控制器与所述改进高炉的炉体相连接。
其中，所述3支还原造气枪21外部连接氧气和造气原料；所述造气原料为粉煤、天然气、氢气和生物质燃料中的一种或多种；所述若干支还原造气枪与所述渣铁熔分区的垂直距离为250mm-500mm。
上述方案中，本实用新型闪速熔炼用改进高炉，充分利用现有高炉，通过技术改进现有高炉的装置结构，使之符合闪速熔融冶炼的要求，极大的节省了设备投资。
本实用新型的装置结构的选择是与其闪速炼铁方法密切相关，特别是其中的通过还原造气枪设计与安装方式形成的逆向旋流流场设计，由于炼铁方法摒弃了传统高炉的炼焦、烧结、球团的工艺流程，直接采用铁矿粉为原料，在闪速熔融反应区中发生快速还原反应，不再依赖焦炭资源，减少了高耗能的工序，故而装置结构的选择与现有技术不同。
综上，本实用新型的闪速熔炼用改进高炉装置结构设置简单，能够使得含铁矿粉闪速熔炼充分和尾气高效利用，具有反应时间快、物耗能耗低、能源利用率高、绿色环保，连续化程度较高，利于工业大规模生产和推广。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种闪速熔炼用改进高炉，其特征在于，所述闪速熔炼用改进高炉包括矿粉投料区、闪速熔融反应区、渣铁熔分区和控制系统，所述矿粉投料区、闪速熔融反应区、渣铁熔分区空间在改进高炉内部依次上下进行连通；所述矿粉投料区设置在所述改进高炉的顶部，所述闪速熔融反应区设置在所述改进高炉的中部，所述渣铁熔分区设置在所述改进高炉的底部；
其中：所述矿粉投料区上部为圆筒形或多边棱桶形，所述矿粉投料区上部的侧边设置有若干支矿粉喷枪，若干支所述矿粉喷枪沿所述矿粉投料区上部的侧边圆周均匀设置；所述矿粉投料区的顶部设置有尾气出口和冷气口，所述尾气出口底部设置有过滤装置；
所述闪速熔融反应区的底部侧边设置有若干支还原造气枪；
所述渣铁熔分区的分为渣层和铁水层，所述渣层设置在所述铁水层的上方，所述渣层的底部一侧边设置有出渣口，所述铁水层的底部另一侧边设置有出铁口；
所述控制系统由硬件装置和软件系统组成，通过硬件控制器与所述改进高炉的炉体相连接。
2.根据权利要求1所述的闪速熔炼用改进高炉，其特征在于，所述尾气出口设置在所述矿粉投料区顶部的中央，并穿出所述矿粉投料区的顶部。
3.根据权利要求1所述的闪速熔炼用改进高炉，其特征在于，所述闪速熔融反应区整体形状为上部细、下部粗的渐变截面的圆筒状或多边形筒状，其设置位置为原高炉的炉身部位。
4.根据权利要求1所述的闪速熔炼用改进高炉，其特征在于，若干支所述还原造气枪沿闪速熔融反应区的下部圆周设置，若干支所述还原造气枪与水平面向下倾斜角为30°-60°，与向心轴线夹角为±45°之间。
5.根据权利要求1所述的闪速熔炼用改进高炉，其特征在于，若干支所述还原造气枪与所述渣铁熔分区的垂直距离为250mm-500mm。
6.根据权利要求1所述的闪速熔炼用改进高炉，其特征在于，若干支所述矿粉喷枪至少为2支。
7.根据权利要求1所述的闪速熔炼用改进高炉，其特征在于，若干支所述还原造气枪为3-32支。
8.根据权利要求1所述的闪速熔炼用改进高炉，其特征在于，所述出渣口和出铁口均至少1个。
9.根据权利要求1所述的闪速熔炼用改进高炉，其特征在于，所述改进高炉内的流场为逆向旋流流场。
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| CN202220096570.5U CN217459482U (zh) | 2022-01-14 | 2022-01-14 | 一种闪速熔炼用改进高炉 |
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| CN114410874A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-04-29 | 山东闪炼丰氢科技发展有限公司 | 一种闪速熔炼用改进高炉及使用方法 |
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- 2022-01-14 CN CN202220096570.5U patent/CN217459482U/zh active Active
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