專利名稱：兩步還原法生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩步還原法生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法大體可分為兩類，即氣基法和煤基法。氣基法是將還原氣體加熱后在還原爐內(nèi)對氧化鐵進(jìn)行還原的工藝方法，這種方法生產(chǎn)的海綿鐵金屬化率高，可達(dá)92％以上，但缺點是投資大，還原過的尾氣中還有50％以上的有效氣體被排放，不但浪費能源，還造成環(huán)境污染；煤基法是將煤或焦碳同氧化鐵礦石混裝在容器內(nèi)，在外部加熱使之還原的一種方法，該方法的優(yōu)點是投資小、見效快，但存在著產(chǎn)品質(zhì)量差、生產(chǎn)成本高、污染嚴(yán)重等問題。上述兩種方法均存在著能源利用率低，尾氣排放污染環(huán)境的缺點，雖然有人利用還原過程中產(chǎn)生的廢氣發(fā)電，但其熱能利用率不到10％，沒有多少實際意義，而且也未解決尾氣污染問題。如中國專利96190922公開了一份奧地利的海綿鐵生產(chǎn)方法，其主要內(nèi)容是將還原爐輸出尾氣中的CO2氣體用變壓吸附的方法除去，然后做為熱源供給加熱裝置，其熱能利用率較低，另外還要增加相應(yīng)的設(shè)備，用以提供一定量的含氧氣體，該方法耗電很大，生產(chǎn)成本較高。綜上所述，如果不能很好地解決尾氣的排放和利用，就不能提高能源利用率，環(huán)境保護(hù)也就只是一句空話。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提出一種使還原豎爐中產(chǎn)生的尾氣得到循環(huán)使用，并使能源得到充分利用，從而減少對環(huán)境的污染，同時大幅度降低生產(chǎn)成本的生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法，以及實施該工藝方法的設(shè)備。
為完成本發(fā)明的任務(wù)，本發(fā)明生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法包括含氧化鐵的礦石在還原豎爐內(nèi)與還原氣體反應(yīng)后還原成海綿鐵，還原豎爐輸出反應(yīng)后的爐頂尾氣；本發(fā)明工藝方法還包括a.所述爐頂尾氣從還原豎爐輸出后分成兩路，一路由風(fēng)機和管道送入加熱轉(zhuǎn)化爐的還原腔，另一路由管道送入加熱轉(zhuǎn)化爐的燃燒室；b.1)送入所述還原腔的爐頂尾氣中的CO2與該腔內(nèi)的固態(tài)碳載體反應(yīng)，其反應(yīng)式如下生成成分為CO80％-92％、CO26％-18％、其它成分氣體2％的還原氣體，該還原氣體由管道輸送到還原豎爐，從而形成氣體循環(huán)，所述還原腔內(nèi)的溫度為800℃-1000℃，從還原腔輸送到還原豎爐的還原氣體的溫度為570℃-900℃；2)送入所述燃燒室的爐頂尾氣在燃燒室內(nèi)與含氧氣體混合后燃燒，為還原腔提供熱能
c.在整個系統(tǒng)啟動前，首先通過充氣口、排氣口向系統(tǒng)充入CO2氣體或CO2與CO的混合氣體，置換出系統(tǒng)中的空氣，然后關(guān)閉充氣口、排氣口，啟動風(fēng)機、點燃加熱轉(zhuǎn)化爐的加熱燃燒室將所述還原腔迅速加熱到800℃-1000℃，啟動系統(tǒng)并循環(huán)運轉(zhuǎn)；d.系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)時，關(guān)閉系統(tǒng)，將系統(tǒng)內(nèi)的還原性氣體排出，以保證系統(tǒng)安全。
所述從還原豎爐中輸出的爐頂尾氣輸出后，經(jīng)洗滌裝置洗滌后分成兩路，一路由風(fēng)機和管道送入加熱轉(zhuǎn)化爐的還原腔，另一路由管道送入加熱轉(zhuǎn)化爐的燃燒室。
所述從還原豎爐中輸出的爐頂尾氣輸出后，經(jīng)洗滌裝置洗滌后分成兩路，一路由風(fēng)機和管道送入加熱轉(zhuǎn)化爐的還原腔，另一路首先送入儲氣柜，當(dāng)儲氣柜中充滿所述爐頂氣體后，再經(jīng)儲氣柜的輸出管道將爐頂氣體送入加熱轉(zhuǎn)化爐的燃燒室。
為保證系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)，所述還原腔中應(yīng)維持0.4MPa-0.8MPa的壓力，所述儲氣柜中應(yīng)維持0.2-0.3MPa的壓力。
所述含氧化鐵的礦石為含F(xiàn)e≥64％的球團礦和/或塊礦。
所述固態(tài)碳載體為固定碳含量≥80％的焦碳和/或煤。
所述還原腔內(nèi)的溫度為900℃，所述輸入還原豎爐的還原氣體的溫度為850℃，該還原氣體的成分為CO91％、CO27％、其它成分氣體2％；所述爐頂尾氣的成分為CO55％、CO243％、其它成分氣體2％。
系統(tǒng)首次啟動前，所述通過充氣口、排氣口向系統(tǒng)所充入的CO2為工業(yè)用CO2氣體；系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)而將系統(tǒng)中的還原性氣體排出后，再次啟動系統(tǒng)前，步驟c通過充氣口、排氣口，用所述儲氣柜中的CO2和CO混合氣體置換出系統(tǒng)中的其它氣體。
一種實施上述工藝方法的設(shè)備，包括一個還原豎爐，該豎爐具有一個還原氣體輸入口和一個爐頂尾氣排出口，并且該豎爐可在密閉狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)出料；還包括一個加熱轉(zhuǎn)化爐，該加熱轉(zhuǎn)化爐由氣體還原腔及其加熱部分構(gòu)成，氣體還原腔位于火焰加熱燃燒室的上方，所述還原腔具有進(jìn)氣口、出氣口、進(jìn)料口和出料口，該還原腔可在密閉狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)出料，加熱部分具有火焰加熱燃燒室，所述燃燒室具有爐頂尾氣輸入口、含氧氣體輸入口及廢氣排放口；與所述還原豎爐的爐頂尾氣排出口相連的爐頂尾氣輸出管道分為兩路，一路經(jīng)風(fēng)機、管道與加熱轉(zhuǎn)化爐的還原腔連通，另一路經(jīng)管道與加熱轉(zhuǎn)化爐的燃燒室連通，管道上接有外部氣體輸入口和系統(tǒng)氣體排出口；所述還原腔的氣體輸出口通過管道與所述還原豎爐的還原氣體輸入口連通。
由于本發(fā)明工藝方法采用還原氣體循環(huán)使用的方式進(jìn)行海綿鐵的生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中還原豎爐的爐頂尾氣不排放，系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的余量氣體作為燃料被充分利用，因此，本發(fā)明工藝方法不但減少了對環(huán)境的污染，而且使生產(chǎn)成本得到大幅度降低，另外，本發(fā)明工藝方法工藝簡單，需用設(shè)備少。


下面將參照圖1、圖2對本發(fā)明作進(jìn)一步解釋。
圖1為實施本發(fā)明工藝方法的工藝流程及系統(tǒng)構(gòu)成圖；圖2為工藝流程中沒有清洗工序及沒有儲氣柜時的系統(tǒng)構(gòu)成圖；圖3為本發(fā)明裝置中所用加熱轉(zhuǎn)化爐的示意圖。
具體實施例方式
實施例1
如圖1所示，本發(fā)明包括兩步還原反應(yīng)，一步還原反應(yīng)在還原豎爐2中進(jìn)行，二步還原反應(yīng)在加熱轉(zhuǎn)化爐1中進(jìn)行，一步還原反應(yīng)將氧化鐵還原成金屬鐵，二步還原反應(yīng)將CO2還原成CO，具體如下在整個系統(tǒng)開始運行前，將固定碳含量≥80％的焦碳和/或煤由進(jìn)料口13加入加熱轉(zhuǎn)化爐1的還原腔20，通過充氣口12和排氣口11向系統(tǒng)充入CO2，置換出系統(tǒng)內(nèi)的空氣，關(guān)閉充、排氣口12、11，打開閥門5、6、7，點燃加熱轉(zhuǎn)化爐1的燃燒室21，啟動風(fēng)機3等設(shè)備，系統(tǒng)開始循環(huán)運轉(zhuǎn)。
還原腔20由燃燒室21加熱到900℃，還原腔20內(nèi)的CO2與腔內(nèi)的焦碳和/或煤發(fā)生還原反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為反應(yīng)后生成還原氣體，該還原氣體的成分為CO91％、CO27％、其它成分氣體2％；該還原氣體通過管道8送入還原豎爐2內(nèi)，對還原豎爐2中的鐵礦石進(jìn)行還原，送入還原豎爐2內(nèi)的還原氣體的溫度為850℃。
送入還原豎爐2中的含氧化鐵原料，最好是含F(xiàn)e≥64％的球團礦或塊礦，該原料以已知的方式從進(jìn)料口17送入還原豎爐2；送入還原豎爐2內(nèi)的還原氣體與向下的鐵礦石流相向流動，并與礦石中的氧化鐵發(fā)生一步還原反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體流過還原豎爐2后作為頂部尾氣被輸出，反應(yīng)生成的海綿鐵及廢渣分別由管道18、19排出。
由還原豎爐2輸出的爐頂尾氣通過管道26送入洗滌器4進(jìn)行洗滌，洗滌后的潔凈尾氣由管道27從洗滌器4中輸出后分成兩路，一路由經(jīng)風(fēng)機3后通過管道9送入還原腔20進(jìn)行二步還原，還原反應(yīng)后產(chǎn)生的還原氣體繼續(xù)參與氣體循環(huán)；一路由管道送入儲氣柜25，當(dāng)該儲氣柜25充滿所述爐頂尾氣后，再由儲氣柜25通過管道10送到燃燒室21；其中送入還原腔20中的爐頂尾氣約占尾氣總量的72％-76％；所述還原腔20中的氣體壓力為0.8MPa，所述儲氣柜25中的氣體壓力為0.2-0.3MPa；送到燃燒室21的尾氣部分為系統(tǒng)中氣體體積增加部分，送入還原腔20內(nèi)的爐頂氣體經(jīng)二步還原反應(yīng)后，體積約增加35％；這部分增加的氣體稱為余量氣體。在二步還原反應(yīng)時產(chǎn)生的余量氣體使整個系統(tǒng)氣體體積增加，并進(jìn)入還原豎爐2形成爐頂尾氣，在維持系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)氣體平衡的情況下，一部分爐頂尾氣進(jìn)入儲氣柜25，當(dāng)儲氣柜25充滿爐頂尾氣后，再由儲氣柜25送入燃燒室21和從輸入口15送入的含氧氣體混合燃燒，為還原腔20提供熱量，燃燒室21中燃燒后的廢氣經(jīng)排放口16排出；燃燒室21中參與燃燒的燃料還有工業(yè)用重油。
還原豎爐2輸出的爐頂尾氣的成分為CO55％、CO243％、其它成分氣體2％。
還原腔20中反應(yīng)后的廢渣由出料口14排出，加熱轉(zhuǎn)化爐1可在密閉狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)出料。
系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)后，將系統(tǒng)內(nèi)的還原性氣體排出，以保證系統(tǒng)的安全。在重新啟動前，用儲氣柜25中儲存的CO2和CO混合氣體置換出系統(tǒng)中的氣體，啟動系統(tǒng)，使系統(tǒng)再次循環(huán)運轉(zhuǎn)。
實施例2如圖2所示，在實施例1的系統(tǒng)中也可以不設(shè)置爐頂尾氣清洗器和儲氣柜，此時，由還原豎爐2輸出的爐頂尾氣由管道26輸出后分成兩路，一路經(jīng)風(fēng)機3后由管道9送入還原腔20進(jìn)行二步還原，還原反應(yīng)后產(chǎn)生的還原氣體繼續(xù)參與氣體循環(huán)；一路由管道10送到燃燒室21。
如圖3所示，加熱轉(zhuǎn)化爐1包括氣體還原腔20和燃燒室21；還原腔20內(nèi)裝焦碳和/或煤，具有氣體輸入24、輸出口23和進(jìn)、出料口13、14，自身氣密封；燃燒室21具有爐頂尾氣輸入口22和其它燃料及含氧氣體輸入口15。本系統(tǒng)運行時的各項參數(shù)如下

權(quán)利要求
1.一種兩步還原法生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法，其中含氧化鐵的礦石在還原豎爐(2)內(nèi)與還原氣體反應(yīng)后還原成海綿鐵，還原豎爐(2)輸出反應(yīng)后的爐頂尾氣，其特征在于a.所述爐頂尾氣從還原豎爐(2)輸出后分成兩路，一路由風(fēng)機(3)和管道(9)送入加熱轉(zhuǎn)化爐(1)的還原腔(20)，另一路由管道(10)送入加熱轉(zhuǎn)化爐(1)的燃燒室(21)；b.1)送入所述還原腔(20)的爐頂尾氣中的CO2與該腔內(nèi)的固態(tài)碳載體反應(yīng)，其反應(yīng)式如下生成成分為CO80％-92％、CO26％-18％、其它成分氣體2％的還原氣體，該還原氣體由管道(8)輸送到還原豎爐(2)，從而形成氣體循環(huán)，所述還原腔(20)內(nèi)的溫度為800℃-1000℃，從還原腔(20)輸送到還原豎爐(2)的還原氣體的溫度為570℃-900℃；2)送入所述燃燒室(21)的爐頂尾氣在燃燒室(21)內(nèi)與含氧氣體混合后燃燒，為還原腔(20)提供熱能；c.在整個系統(tǒng)啟動前，首先通過充氣口(12)、排氣口(11)向系統(tǒng)充入CO2氣體或CO2與CO的混合氣體，置換出系統(tǒng)中的空氣，然后關(guān)閉充氣口(12)、排氣口(11)，啟動風(fēng)機(3)、點燃加熱轉(zhuǎn)化爐的加熱燃燒室(21)將所述還原腔(20)迅速加熱到800℃-1000℃，啟動系統(tǒng)并循環(huán)運轉(zhuǎn)；d.系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)時，關(guān)閉系統(tǒng)，將系統(tǒng)內(nèi)的還原性氣體排出，以保證系統(tǒng)安全。
2.如權(quán)利要求1所述的兩步還原法生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法，其特征在于，步驟a是所述從還原豎爐(2)中輸出的爐頂尾氣輸出后，經(jīng)洗滌裝置(4)洗滌后分成兩路，一路由風(fēng)機(3)和管道(9)送入加熱轉(zhuǎn)化爐(1)的還原腔(20)，另一路由管道(10)送入加熱轉(zhuǎn)化爐(1)的燃燒室(21)。
3.如權(quán)利要求2所述的兩步還原法生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法，其特征在于，步驟a是所述從還原豎爐(2)中輸出的爐頂尾氣輸出后，經(jīng)洗滌裝置(4)洗滌后分成兩路，一路由風(fēng)機(3)和管道(9)送入加熱轉(zhuǎn)化爐(1)的還原腔(20)，另一路首先送入儲氣柜(25)，當(dāng)儲氣柜(25)中充滿所述爐頂氣體后，再經(jīng)儲氣柜(25)的輸出管道(10)將爐頂氣體送入加熱轉(zhuǎn)化爐的燃燒室(21)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的兩步還原法生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法，其特征在于，所述固態(tài)碳載體為固定碳含量≥80％的焦碳和/或煤；所述含氧化鐵的礦石為含F(xiàn)e≥64％的球團礦和/或塊礦。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的兩步還原法生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法，其特征在于，所述還原腔(20)內(nèi)的溫度為900℃，所述輸入還原豎爐(2)的還原氣體的溫度為850℃，該還原氣體的成分為CO91％、CO27％、其它成分氣體2％；所述爐頂尾氣的成分為CO55％、CO243％、其它成分氣體2％；送入所述還原腔(20)內(nèi)的爐頂尾氣占全部爐頂尾氣的72％-76％。
6.如權(quán)利要求4所述的兩步還原法生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法，其特征在于，所述還原腔(20)內(nèi)的溫度為900℃，所述輸入還原豎爐(2)的還原氣體的溫度為850℃，該還原氣體的成分為CO91％、CO27％、其它成分氣體2％；所述爐頂尾氣的成分為CO55％、CO243％、其它成分氣體2％；送入所述還原腔(20)內(nèi)的爐頂尾氣占全部爐頂尾氣的72％-76％。
7.如權(quán)利要求3所述的兩步還原法生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法，其特征在于，所述還原腔中的氣體壓力為0.4MPa-0.8MPa，所述儲氣柜中的氣體壓力為0.2-0.3MPa。
8.如權(quán)利要求3所述的兩步還原法生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法，其特征在于，步驟c系統(tǒng)首次啟動前，所述通過充氣口(12)、排氣口(11)向系統(tǒng)所充入的CO2為工業(yè)用CO2氣體；系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)而將系統(tǒng)中的還原性氣體排出后，再次啟動系統(tǒng)前，步驟c通過充氣口(12)、排氣口(11)，用所述儲氣柜(25)中的CO2和CO混合氣體置換出系統(tǒng)中的其它氣體。
9.一種權(quán)利要求1所述工藝方法所用的設(shè)備，包括一個還原豎爐(2)，該豎爐具有一個還原氣體輸入口和一個爐頂尾氣輸出口，并且該豎爐可在密閉狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)出料，其特征在于，還包括一個加熱轉(zhuǎn)化爐(1)，該加熱轉(zhuǎn)化爐(1)由氣體還原腔(20)及其加熱部分構(gòu)成，加熱部分具有火焰加熱燃燒室(21)，氣體還原腔(20)位于火焰加熱燃燒室(21)的上方，所述還原腔(20)具有進(jìn)氣口(24)、出氣口(23)、進(jìn)料口(13)和出料口(14)，該還原腔(20)可在密閉狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)出料，所述燃燒室(21)具有爐頂尾氣輸入口(22)、含氧氣體輸入口(15)及廢氣排放口(16)；與所述還原豎爐(2)的爐頂尾氣排出口相連的爐頂尾氣輸出管道(26、27)分為兩路，一路經(jīng)風(fēng)機(3)、管道(9)與加熱轉(zhuǎn)化爐(1)的還原腔(20)連通，另一路經(jīng)管道(10)與加熱轉(zhuǎn)化爐(1)的燃燒室(21)連通，管道(9)上接有外部氣體輸入口(12)和系統(tǒng)氣體排出口(11)；所述還原腔(20)的氣體輸出口通過管道(8)與所述還原豎爐(2)的還原氣體輸入口連通。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述爐頂尾氣輸出管道(26)與一洗滌裝置(4)連通，該洗滌裝置(4)的輸出管道(27)分為兩路，一路經(jīng)風(fēng)機(3)后通過管道(9)與所述還原腔(20)連通，另一路與一儲氣柜(25)的輸入口連通，該儲氣柜(25)的輸出口通過管道(10)與所述燃燒室(21)連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種循環(huán)利用還原氣體生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法及設(shè)備,現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)海綿鐵時產(chǎn)生的大量尾氣作為廢氣被排放,不但浪費能源、加大生產(chǎn)成本,而且污染環(huán)境,為解決上述問題,本發(fā)明將從還原豎爐2中抽出的爐頂尾氣送入加熱轉(zhuǎn)化爐1進(jìn)行轉(zhuǎn)化,在該爐中爐頂尾氣與固態(tài)碳反應(yīng)后被轉(zhuǎn)化成主要成分為CO的還原氣體,該還原氣體再被送入還原豎爐2中,從而形成氣體循環(huán),同時系統(tǒng)中爐頂尾氣被轉(zhuǎn)化時所產(chǎn)生的余量氣體作為燃料被燃燒,因而,本發(fā)明工藝方法僅有少量廢氣排放,排放氣體中的有用成份得到充分利用,不但減少了對環(huán)境的污染,而且使生產(chǎn)成本得到大幅度降低;實施本發(fā)明工藝方法的設(shè)備主要由加熱轉(zhuǎn)化爐1和還原豎爐2構(gòu)成。
文檔編號C21B13/14GK1330162SQ0112377
公開日2002年1月9日 申請日期2001年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月31日
發(fā)明者雷少軍 申請人:雷少軍