專利名稱：煤氣一步法生產(chǎn)直接還原鐵的工藝方法及生產(chǎn)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直接還原鐵冶煉工藝方法，特別是涉及一種利用煤氣生產(chǎn)直接還原鐵的工藝方法，本發(fā)明還涉及一種適合于上述工藝方法使用的生產(chǎn)直接還原鐵用生產(chǎn)設(shè)備。
北京冶金設(shè)計(jì)院研制完成了煤基直接還原法生產(chǎn)直接還原鐵的豎爐裝置和生產(chǎn)方法，并分別申報(bào)了國家專利(專利申請(qǐng)?zhí)柗謩e為96205053和98119030)，其主要工藝路線是(1)鐵精礦粉與粘結(jié)劑混合攪拌，壓制成型后烘干，制成冷固結(jié)鐵球團(tuán)礦備用；(2)煤粉與粘合劑混合，壓制成型煤備用；(3)將冷固結(jié)鐵球團(tuán)礦，專用型煤、小塊煙煤和小塊石灰石按一定比例混合后，加入還原豎爐中，經(jīng)外加熱和內(nèi)加熱產(chǎn)生煤氣，由煤氣將冷固結(jié)球團(tuán)礦直接還原，富余煤氣用于外加熱；(4)直接還原鐵與煤渣經(jīng)篩分和磁選后，實(shí)現(xiàn)分離。上述工藝方法在生產(chǎn)直接還原鐵時(shí)，需要另外加入型煤和石灰石等原料，生產(chǎn)的產(chǎn)品中含有煤渣和還原鐵，需分離處理。而且加入的型煤和小塊煙煤只能生產(chǎn)出半焦，生產(chǎn)不出型焦，利用價(jià)值不大。
本發(fā)明人參與發(fā)明的“利用含碳冷固結(jié)鐵球團(tuán)礦生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法和生產(chǎn)設(shè)備”(01130434.0)專利中，采用了類似機(jī)焦?fàn)t和生產(chǎn)型焦的斜底爐的結(jié)構(gòu)，將焦?fàn)t的炭化室改為還原室，燃燒室與還原室并排間隔設(shè)置，以含碳冷固結(jié)鐵球團(tuán)礦為原料，以焦?fàn)t煤氣或發(fā)生爐煤氣為還原氣，采用間接加熱和直接加熱與間接加熱相結(jié)合的方法，使含碳冷固結(jié)鐵球團(tuán)礦在900～1300℃溫度下直接還原為海綿鐵。
以含碳冷固結(jié)鐵球團(tuán)礦為原料，發(fā)生爐煤氣和焦?fàn)t煤氣做還原氣生產(chǎn)直接還原鐵時(shí)，還原氣主要起了傳熱作用和保護(hù)還原過程正常進(jìn)行的作用，即稀釋還原過程產(chǎn)生的CO2和H2O的作用及向爐中的含碳冷固結(jié)鐵球團(tuán)礦傳遞熱能的作用，而起主要還原作用的是含碳冷固結(jié)鐵球團(tuán)礦中的內(nèi)配碳，即含碳冷固結(jié)鐵球團(tuán)礦中的煤粉、焦粉、粘結(jié)劑中的碳起主要的還原作用。在內(nèi)配炭低于還原反應(yīng)所需C時(shí)還原氣中的CO和H2作為還原劑起重要還原作用。還原反應(yīng)在溫度升至大于1000℃時(shí)，在最初的0.5～1小時(shí)內(nèi)，是CO2集中產(chǎn)生最多的時(shí)段，是吸熱散熱最多的時(shí)段，也是還原反應(yīng)最快的時(shí)段。
在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，用磁鐵礦粉為原料作成的含碳冷固結(jié)鐵球團(tuán)礦，在還原氣氛下，溫度300～700℃之間，有一個(gè)造成含碳冷固結(jié)鐵球團(tuán)礦惡性膨脹的溫度區(qū)間，其膨脹幅度可達(dá)30～200％。若發(fā)生這一情況，會(huì)造成球團(tuán)強(qiáng)度的大幅度下降，在爐料重壓下粉化，堵塞氣流，造成還原反應(yīng)停止、損壞設(shè)備的惡性事故，這與有關(guān)資料報(bào)道的“磁鐵礦一開始就產(chǎn)生體積收縮”、“磁鐵礦在還原過程中不產(chǎn)生體積膨脹”的說法完全不同。解決這一問題的辦法之一，就是提高升溫速度，使原料迅速升溫至還原溫度，從而避開膨脹溫度區(qū)間，阻止球團(tuán)礦的惡性膨脹。
在生產(chǎn)實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)，冷制球團(tuán)、冷固結(jié)球團(tuán)和含炭球團(tuán)，在預(yù)熱段溫度升至700～1000℃時(shí)是最佳的脫S溫度，此段的爐料下降運(yùn)行時(shí)間要大于30分鐘，以保證直接還原鐵含S低于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
提供一種適合于上述工藝方法采用的生產(chǎn)設(shè)備，是本發(fā)明的另一發(fā)明目的。
本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)方法是在還原豎爐中以850～1400℃的高溫還原氣體，對(duì)原料含碳鐵球團(tuán)礦進(jìn)行直接還原，以生產(chǎn)還原鐵。
其中，在豎爐中設(shè)置有還原氣室、還原室和集氣室，原料含碳鐵球團(tuán)礦從還原室中落下，高溫還原氣體從還原氣室噴出，進(jìn)入還原室，斜向透穿物料層，對(duì)物料進(jìn)行還原后，還原尾氣由集氣室收集，以實(shí)現(xiàn)對(duì)原料含碳鐵球團(tuán)礦的直接還原。
本發(fā)明可以在豎爐中設(shè)置若干個(gè)還原氣室和相對(duì)應(yīng)的集氣室，高溫還原氣體通過每個(gè)還原氣室進(jìn)入還原室中，對(duì)物料進(jìn)行還原后，還原尾氣由相對(duì)應(yīng)的集氣室收集，以對(duì)物料進(jìn)行分段還原。
為使還原室中物料層各點(diǎn)處溫度均衡，爐內(nèi)溫度梯度小，可以在還原室的兩側(cè)均設(shè)置有還原氣室和集氣室，并使還原氣室與集氣室交錯(cuò)布置。這樣，從還原氣室噴出的高溫還原氣體可以從兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的方向進(jìn)入還原室中，多次斜穿物料層后，還原尾氣由對(duì)應(yīng)側(cè)的集氣室收集，盡量保持還原室中物料在各點(diǎn)處的溫度均衡。
本發(fā)明中采用的原料含碳鐵球團(tuán)礦，可以是機(jī)械壓制的含碳冷固結(jié)鐵球團(tuán)礦，也可以是用圓盤造球機(jī)制造的含碳鐵球團(tuán)礦。在入爐前含碳鐵球團(tuán)礦一般需要烘干，使其在常溫下保持一定的強(qiáng)度，在裝爐時(shí)不至破碎。根據(jù)鐵精礦粉或鐵原礦粉的不同質(zhì)量和對(duì)直接還原鐵產(chǎn)品質(zhì)量的不同要求，以及可供還原氣體的多少，球團(tuán)礦的配碳總量也不相同，一般控制在2～18％之間。
本發(fā)明所采用的高溫還原氣體，可以是焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣、化工尾氣等煤基氣，也可以采用裂解天然氣或天然氣。
由還原豎爐最上段集氣室收集的還原尾氣，直接排出豎爐外，經(jīng)回收熱能，凈化處理后用于燃燒加熱焦?fàn)t、熱風(fēng)爐、煤氣加熱爐等工業(yè)窖爐使用；其下各集氣室收集的還原尾氣則在排出豎爐外，經(jīng)回收熱能，凈化處理后，再補(bǔ)充以新的還原氣，加熱為高溫還原氣體后，進(jìn)入還原氣室中循環(huán)使用。
原料含碳鐵球團(tuán)礦進(jìn)入到還原室中，在很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)被加熱到900～1200℃，開始還原反應(yīng)，若物料溫度低于900℃，反應(yīng)速度太慢，低于850℃就基本不反應(yīng)，而物料溫度高于1200℃后，物料粘結(jié)較嚴(yán)重，也會(huì)造成還原氣流不暢甚至堵塞還原氣流，使還原過程停止。因此一般應(yīng)控制高溫還原氣體的溫度在850～1400℃之間。
一般地，物料在還原室中、高溫還原氣體的氣氛下，還原反應(yīng)時(shí)間為2～5小時(shí)。實(shí)際上，在溫度達(dá)到1050℃后，還原反應(yīng)速度會(huì)很快，0.5～1小時(shí)還原率即可達(dá)到80～90％，為提高還原率，可適當(dāng)延長反應(yīng)時(shí)間，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。
本發(fā)明脫S方法在上還原段采用預(yù)熱脫S或弱氧化焙燒脫S，在爐內(nèi)溫度達(dá)到700℃即通過惡性膨脹溫度區(qū)，在預(yù)熱溫度升至700～1000℃時(shí)，是最佳的脫S溫度，溫度越高脫S越快，預(yù)熱時(shí)間越長脫S率越高，一般情況下上還原段預(yù)熱脫S時(shí)間，也是爐料下降運(yùn)行時(shí)間要大于30分鐘，要求直接還原鐵含S＜0.03％，以保證直接還原鐵質(zhì)量。尾氣經(jīng)回收熱能、凈化處理后用于燃燒加熱。預(yù)熱脫S也可與球團(tuán)烘干工序合并，以上還原段尾氣或其它燃料為能源，脫S溫度700～1000℃，時(shí)間＞30分鐘。
為實(shí)現(xiàn)上述工藝方法，本發(fā)明還提供了一種適合于上述工藝方法的生產(chǎn)設(shè)備，其整體結(jié)構(gòu)為一個(gè)還原豎爐，進(jìn)料用料斗11設(shè)在豎爐的爐頂，料斗11下方連接進(jìn)料分配器12，并在料斗11與進(jìn)料分配器12之間設(shè)置有上氣封13。
整個(gè)還原豎爐主要由位于豎爐中央及外圍的若干個(gè)還原氣室和集氣室、夾在還原氣室與集氣室之間的還原室1以及位于爐底部的下氣封裝置組成，其中還原室1從爐頂進(jìn)料分配器12以下貫穿至爐底部，其還原室底部為一個(gè)斜面，在斜面最下端的爐墻上設(shè)置有出料拱門2，并通向爐底中央的出料口3，所述的還原氣室和集氣室分為上還原段和下還原段。
上還原段包括一個(gè)位于爐頂部，進(jìn)料分配器12外側(cè)的集氣室21和位于豎爐中央與外圍的兩個(gè)還原氣室23及24，在集氣室21上還設(shè)置有上還原尾氣出口22。
下還原段包括位于豎爐中央及外圍、間隔排列的集氣室和還原氣室，其中豎爐中央自上而下為集氣室25和還原氣室26，豎爐外圍自上而下順序?yàn)檫€原氣室27和集氣室28。
在還原氣室23、24、26、27上分別設(shè)有還原氣進(jìn)氣口41，還原氣噴出孔42設(shè)在與還原室1相鄰的爐墻上，通向還原室1，集氣室25、28的上部設(shè)有還原尾氣排出口43，還原尾氣進(jìn)氣孔44設(shè)在與還原室1相鄰的爐墻上，并與還原室1連通。
下氣封裝置包括下還原段下方，位于豎爐中央及外圍的兩個(gè)廢氣集氣室31、32，出料口3上方，與還原室1出料拱門2相通的廢氣集氣室33，以及一個(gè)位于還原室1下方，通入廢氣集氣室33內(nèi)的加熱燃?xì)馔ǖ?4。廢氣集氣室31、32、33的頂部有廢氣排出口45，廢氣集氣室31、32與還原室1相鄰的爐墻上還設(shè)有通向還原室1的廢氣進(jìn)氣孔46。
上述的還原氣噴出孔42、還原尾氣進(jìn)氣孔44以及廢氣進(jìn)氣孔46，均設(shè)置為靠近還原室1的一面開口，低于另一面開口的斜向通道，這樣，斜向通道的傾斜方向與物料下落方向一致，還原室中物料在向下移動(dòng)時(shí)，不會(huì)進(jìn)入到上述通道中，堵塞氣流。
在爐底部出料口3的下方，還可以設(shè)置有一個(gè)對(duì)輥壓對(duì)機(jī)5，以將出爐的還原鐵直接壓塊成型。
為防止下氣封裝置中的廢氣隨物料自出料口3排出爐外污染空氣，在爐底部出料口3的外圍還設(shè)置有一個(gè)廢氣集氣室51，其底部和側(cè)部設(shè)有廢氣進(jìn)氣口52，廢氣抽氣口53設(shè)在廢氣集氣室51的頂端，以將排出的廢氣再次回收處理。
豎爐的骨架結(jié)構(gòu)為鋼板和耐火保溫材料，耐火保溫材料縛著在鋼板的里面，適宜的耐火材料為高鋁質(zhì)耐火磚。在豎爐的還原室內(nèi)，還設(shè)置有兩端分別固定在還原室1兩側(cè)爐墻上的若干個(gè)爐體加固梁4，以鞏固豎爐的結(jié)構(gòu)。在豎爐鋼板外面用工字鋼或槽鋼加固豎爐的整體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明采用高溫還原氣體從上而下連續(xù)不間斷加熱，保證了物料進(jìn)入還原室后能夠迅速升溫至還原溫度，有效地避開了膨脹溫度區(qū)間，防止了原料含碳鐵球團(tuán)礦的惡性膨脹；同時(shí)在上還原段預(yù)熱脫S，而且，由于本發(fā)明還原氣室與集氣室上下左右交錯(cuò)排列的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得高溫還原氣體可以多次斜向透穿物料層，不僅給物料提供了連續(xù)不間斷的加熱，而且使還原室內(nèi)的溫度分布更加均衡，物料的還原反應(yīng)更加均勻，同時(shí)由此還可以加寬加大還原室的容積，提高生產(chǎn)效率，相對(duì)降低高溫還原氣體的壓力，提高工藝的安全可靠性。
本發(fā)明中所有與還原室相通的通氣孔均采用向下的斜向通道，保證了物料在下降過程中不會(huì)進(jìn)入到通道中堵塞氣路，保障了氣體的正常循環(huán)。
本發(fā)明的豎爐分為上還原段和下還原段，以對(duì)原料含碳鐵球團(tuán)礦進(jìn)行分段還原。其中的上還原段還原尾氣氧化度高，且含有較高的熱值，可以回收利用作為燃料使用，下還原段還原尾氣氧化度較低，補(bǔ)充一定的新還原氣后，還可以作為還原氣循環(huán)使用。這樣的工藝安排不僅可以減少還原尾氣的處理量，降低生產(chǎn)成本，更重要的是如果使用焦?fàn)t煤氣作為還原氣，可以不需裂解或分離其中的CH4就可以將焦?fàn)t煤氣直接作為還原氣使用，而且未參與還原反應(yīng)的CH4隨還原尾氣排出后，使得尾氣熱值較高，可以用于煉焦?fàn)t加熱，實(shí)現(xiàn)煉焦與直接還原鐵聯(lián)產(chǎn)，達(dá)到資源綜合利用、減少污染、保護(hù)環(huán)境、增加產(chǎn)出和效益的多重目的。
本發(fā)明通過上氣封與下氣封裝置，利用燃燒加熱的廢氣，使得豎爐內(nèi)氣體不會(huì)逸散到空氣中，減少了污染，保護(hù)了環(huán)境。
本發(fā)明通過安裝在豎爐底部的對(duì)輥壓球機(jī)，將熱的還原鐵直接壓制成塊再進(jìn)行冷卻，與傳統(tǒng)的先將直接還原鐵冷卻出爐，再加熱后壓塊的工藝相比較，節(jié)約了能耗，縮短了冶煉直接還原鐵的時(shí)間，省去了豎爐內(nèi)的冷卻段設(shè)備和工序，提高了生產(chǎn)效率。
本發(fā)明的還原豎爐還可以將數(shù)個(gè)豎爐并排組合成還原豎爐組，并設(shè)計(jì)成還原室與還原氣室及集氣室間隔排列，利用豎爐側(cè)面爐墻間接加熱，從而實(shí)現(xiàn)高溫還原氣體直接加熱與側(cè)面爐墻間接加熱兩種方式同時(shí)作用，更加有效地利用熱能。
本發(fā)明工藝流程中的還原氣還原尾氣在豎爐及其連接設(shè)備、管道中的氣體壓力均為正壓，可以避免空氣進(jìn)入引起的事故。其中還原氣壓力大于還原室氣體壓力；還原室氣體壓力大于集氣室還原氣尾氣壓力。
本發(fā)明還原豎爐橫斷面可以設(shè)計(jì)為矩形，也可以按本發(fā)明基本原理橫斷面設(shè)計(jì)為圓形。
其中，還原室1位于還原氣室與集氣室之間，從爐頂部進(jìn)料分配器12以下一直貫穿至爐底部，并通過爐墻上的出料拱門2與出料口3連通。爐底出料口3的下方設(shè)置有對(duì)輥壓球機(jī)5，并在出料口3周圍設(shè)置有爐底廢氣集氣室51。
整個(gè)爐體采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，鋼板內(nèi)為保溫層和耐火層，在還原室1內(nèi)還設(shè)置有若干個(gè)爐體加固梁4。
本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程如圖2所示，主體設(shè)備由還原豎爐101和兩個(gè)蓄熱式還原氣加熱爐102、103組成，主體設(shè)備之間由其它輔助設(shè)施與管道相連接，輔助設(shè)備主要有加壓機(jī)、換熱器和凈化設(shè)備等。其中，還原豎爐101中的工藝流程為將含碳鐵球團(tuán)礦裝入料斗11，通過進(jìn)料分配器12進(jìn)入到還原室1中，先后通過上還原段和下還原段，由高溫還原氣體進(jìn)行分段還原后，直接還原鐵落入到還原室1底部的斜面上，由爐墻上的出料拱門2排出還原室，再通過出料口3進(jìn)入對(duì)輥壓球機(jī)5熱壓制成塊，經(jīng)水冷卻后出爐。
含碳鐵球團(tuán)礦裝入料斗11后，由上氣封13密封。密封氣體由工藝中的燃燒廢氣凈化加壓后供給，其氣體壓力要大于上還原段還原尾氣集氣室21的氣體壓力，這樣，一部分密封氣經(jīng)料斗11排出豎爐外，另一部分密封氣進(jìn)入上還原段還原尾氣集氣室21，由上還原尾氣出口22排出豎爐外，實(shí)現(xiàn)物料經(jīng)料斗11連續(xù)下降過程中還原氣與空氣的隔離。
物料進(jìn)入上還原段后，由工藝供給的溫度達(dá)850～1400℃的高溫還原氣體由還原氣進(jìn)氣口41進(jìn)入到還原氣室23、24中，經(jīng)還原氣噴出孔42噴入還原室，物料在連續(xù)下降的過程中迅速受熱進(jìn)入預(yù)熱脫S階段，溫度在700～1000℃物料下降運(yùn)行時(shí)間要＞30分鐘；在物料下降過程中，高溫還原氣體連續(xù)不斷供熱，在還原室內(nèi)溫度達(dá)到900～1200℃，直接還原反應(yīng)速度加快。含碳鐵球團(tuán)礦的直接還原反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)吸熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生大量的CO2，從含碳球團(tuán)內(nèi)部產(chǎn)生并噴出，又把球團(tuán)接受的熱能散出，這就需要連續(xù)不斷地補(bǔ)充熱能，并將直接還原反應(yīng)生成的大量CO2和H2O與還原氣混合后產(chǎn)生的上還原段還原尾氣由還原尾氣集氣室21收集，經(jīng)上還原尾氣出口22排出豎爐外，進(jìn)入上還原段還原尾氣回收工藝。上還原段還原尾氣由于含有大量的CO、H2、CH4、和CmHn化合物可燃?xì)怏w，可用于加熱蓄熱式還原氣加熱爐102、103或加熱煉焦?fàn)t等其它耗能設(shè)備。上還原段的物料還原在高溫條件下反應(yīng)十分迅速，單球反應(yīng)僅十幾分鐘，物料在上還原段還原室1內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間控制在0.5～2小時(shí)，且含碳球團(tuán)在上還原段還原率可達(dá)80％以上，因此，還原尾氣的氧化度較高，若循環(huán)使用成本較大，故不再做循環(huán)氣使用。
物料進(jìn)入下還原段后，由工藝供給的溫度達(dá)850～1400℃的高溫還原氣體進(jìn)入還原氣室26和27中，由還原氣噴出孔42噴入到還原室中，使物料在連續(xù)下降的過程中不斷地得到熱能補(bǔ)充，從而還原反應(yīng)能夠連續(xù)進(jìn)行。直接還原反應(yīng)生成的CO2與H2O與還原氣混合生成的下還原段還原尾氣經(jīng)還原尾氣進(jìn)氣孔44進(jìn)入集氣室25、28中收集，并經(jīng)還原尾氣排出口43送出豎爐外，進(jìn)入下還原段還原尾氣回收工序。下還原段還原尾氣含CO2和H2O較低，氧化度較低，經(jīng)凈化處理后與新補(bǔ)充的還原氣混合，還可作為還原氣循環(huán)使用。下還原段反應(yīng)時(shí)間在1～3小時(shí)。
在下氣封裝置段，經(jīng)由加熱燃?xì)馔?4進(jìn)入豎爐101內(nèi)的高溫氧化廢氣向上運(yùn)行，在下行物料的料封作用下，大部分廢氣進(jìn)入廢氣集氣室33，少量廢氣穿過出料拱門2進(jìn)入還原室中，此時(shí)還原室中的還原鐵起著料封的作用，阻止廢氣繼續(xù)上行，轉(zhuǎn)而進(jìn)入到還原室底部兩側(cè)的廢氣集氣室31、32中，由廢氣排出口45排出豎爐外，從而達(dá)到在物料下移暢通的情況下即加熱物料又實(shí)現(xiàn)氣封的目的。
還原鐵下行到加熱燃?xì)馔ǖ?4下部時(shí)，由高溫氧化廢氣再加熱的還原鐵溫度達(dá)到了1200～1350℃，繼續(xù)下行至出料口3，由對(duì)輥壓球機(jī)5直接壓制成塊，經(jīng)水冷卻后產(chǎn)出直接還原鐵壓塊。在還原鐵下行的同時(shí)，也有部分廢氣同時(shí)下行，為保護(hù)對(duì)輥壓球機(jī)5和改善豎爐101底部的工作環(huán)境，在抽風(fēng)機(jī)作用下，廢氣由爐底廢氣集氣室51的廢氣進(jìn)氣口52被抽進(jìn)入爐底廢氣集氣室51中，再由廢氣抽出口53排出豎爐外。
整個(gè)還原工序中，還原氣的加熱供氣流程為將補(bǔ)充新還原氣與經(jīng)凈化設(shè)備401凈化后的下還原段還原尾氣經(jīng)混合氣柜501混合后，經(jīng)加壓機(jī)201加壓，交替送至蓄熱式還原氣加熱爐102、103中，加熱至850～1400℃，成為高溫還原氣體，送入還原豎爐101的還原氣室23、24、26、27中，用于還原含碳鐵球團(tuán)礦。蓄熱式還原氣加熱爐可采用煉鐵高爐熱風(fēng)爐原理，設(shè)置二座，其中一座處于燃燒蓄熱工作狀態(tài)，一座處于加熱還原氣工作狀態(tài)，根據(jù)工藝要求交替進(jìn)行。也可采用還原氣連續(xù)加熱設(shè)備。進(jìn)入還原氣室23、24的高溫還原氣體由還原氣噴出孔42噴入到還原室1中，斜向透穿物料層，發(fā)生還原反應(yīng)后產(chǎn)生上還原段還原尾氣，由集氣室21收集后經(jīng)上還原尾氣出口22排出豎爐，進(jìn)入上還原段還原尾氣流程；進(jìn)入還原氣室26、27的高溫還原氣體進(jìn)入還原室中，斜向透穿物料層，產(chǎn)生的下還原段還原尾氣由集氣室25、28收集后，送出還原豎爐，進(jìn)入下還原段還原尾氣循環(huán)使用流程。上還原段還原反應(yīng)時(shí)間0.5～2小時(shí)，下還原段還原反應(yīng)時(shí)間為1～3小時(shí)。
上還原段還原尾氣工藝流程是上還原段還原尾氣從還原豎爐101的上還原尾氣出口22排出豎爐，經(jīng)換熱器302降溫、凈化設(shè)備402凈化除S、H2O和除塵后，由加壓機(jī)202加壓，交替送入蓄熱式還原氣加熱爐102和103中，與熱空氣混合燃燒加熱蓄熱式還原氣加熱爐。如果是采用焦?fàn)t煤氣作為還原氣，此時(shí)的尾氣中含有大量的CH4、H2和CO、CO2，若與煉焦?fàn)t聯(lián)產(chǎn)可以達(dá)到綜合利用焦?fàn)t煤氣、節(jié)約能源、增加產(chǎn)出、相對(duì)減少CO2排放，減少污染的目的。
下還原段還原尾氣工藝流程是下還原段還原尾氣由集氣室25、28引出豎爐101，經(jīng)換熱器301降溫、凈化設(shè)備401降溫、除S、H2O后，產(chǎn)出可循環(huán)使用的還原氣，與新補(bǔ)充還原氣經(jīng)混合氣柜501混合后，加壓機(jī)201加壓，交替送入蓄熱式還原氣加熱爐102和103，進(jìn)入還原氣加熱流程。若采用發(fā)生爐煤氣作還原氣，在凈化設(shè)備中還應(yīng)加裝除CO2設(shè)備，并增加還原氣循環(huán)使用比例，減少還原氣消耗。
上氣封的密封氣流程是從蓄熱式加熱爐102、103產(chǎn)出的高溫廢氣，經(jīng)冷卻設(shè)備505冷卻后，由加壓機(jī)205加壓，產(chǎn)出密封氣，送入豎爐101的上氣封13，進(jìn)入豎爐101中。密封氣壓力要大于豎爐內(nèi)還原室中氣體壓力，此時(shí)一部分密封氣向上經(jīng)由料斗11排出豎爐外，另一部分向下經(jīng)集氣室21收集，混入上還原段還原尾氣，經(jīng)上還原尾氣出口22排出豎爐，進(jìn)入上還原段還原尾氣工藝流程。
下密封裝置的密封氣流程是從還原室中下降的物料通過出料拱門2繼續(xù)下降，其物料溫度在900～1200℃之間。經(jīng)加熱燃?xì)馔ǖ?4送入由熱還原氣和熱空氣混合而成的高溫燃燒氣體，溫度可以達(dá)到1400～1600℃，氣體燃燒在加熱通道內(nèi)完成，進(jìn)入密封段的密封氣是燃燒后產(chǎn)生的高溫廢氣，可以減少對(duì)還原鐵的二次氧化。其功能有兩個(gè)一是將下行至出料口3附近的物料還原鐵再次加熱到1200～1350℃，經(jīng)出料口3由對(duì)輥壓球機(jī)5熱壓制成塊，水冷卻后產(chǎn)生直接還原鐵壓塊；二是經(jīng)加熱燃?xì)馔ǖ?4進(jìn)入豎爐101底部，其壓力大于還原室底部的氣體壓力，起到密封氣的作用。密封氣一部分向下吹出豎爐出料口3，一部分向上進(jìn)入廢氣集氣室33，還有一部分經(jīng)出料拱門2進(jìn)入還原室并最終進(jìn)入廢氣集氣室31、32中，廢氣集氣室31、32、33中的廢氣由廢氣排出口45排出豎爐外，進(jìn)入廢氣綜合利用流程。在出料口3處還設(shè)有一個(gè)廢氣集氣室51，將爐底廢氣與空氣的混合氣體抽排出豎爐外，以改善豎爐底部的工作環(huán)境，保護(hù)對(duì)輥壓球機(jī)5的正常工作。
廢氣的綜合利用流程是蓄熱式還原氣加熱爐102、103產(chǎn)出的廢氣溫度達(dá)300～600℃，豎爐底部廢氣溫度可達(dá)800～1100℃，將上述廢氣與空氣經(jīng)混合器502混合后，溫度降至100～300℃，由加壓機(jī)204加壓，送到含碳鐵球團(tuán)礦烘干設(shè)備503中，用于烘干含碳鐵球團(tuán)礦，之后的廢氣由煙囪504排入大氣中。另一部廢氣經(jīng)冷卻設(shè)備505冷卻后經(jīng)加壓機(jī)205加壓送至豎爐101，做為上密封氣使用。
如果是直接生產(chǎn)堆比重小的直接還原鐵，不將直接還原鐵壓塊時(shí)，卸下對(duì)輥壓球機(jī)，在對(duì)輥壓球機(jī)5位置上設(shè)置數(shù)個(gè)冷卻罐，由出料口3產(chǎn)出的高溫直接還原鐵，直接裝入冷卻罐，冷卻后產(chǎn)出比重小的直接還原鐵，用于水除氧，或二次還原生產(chǎn)還原鐵粉，用于粉末冶金，也可以裝罐后熱裝入電爐，也可以裝罐后運(yùn)出豎爐壓塊。生產(chǎn)比重小的直接還原鐵，還可以將本發(fā)明豎爐裝置的下氣封改為冷的密封氣，密封氣與上氣封一樣采用燃燒后冷卻的廢氣，在下氣封與下還原段之間增設(shè)冷卻段，冷卻段設(shè)冷卻氣室和冷卻氣集氣室，冷卻氣從冷卻室斜穿相對(duì)應(yīng)的還原室段進(jìn)入冷卻氣集氣室，排出豎爐后再冷卻后循環(huán)使用，被冷卻的物料從還原室冷卻段中下行，經(jīng)出料拱門，經(jīng)過下氣封，經(jīng)出料口排出豎爐外。
利用本發(fā)明不僅可以生產(chǎn)直接還原鐵，還可以生產(chǎn)直接還原鈦鐵，鉻鐵錳鐵等直接還原金屬。
利用本發(fā)明中的還原豎爐設(shè)備用氧化鐵球團(tuán)為原料，也可以生產(chǎn)直接還原鐵。
權(quán)利要求
1.煤氣一步法生產(chǎn)直接還原鐵的工藝方法，是在還原豎爐中以850～1400℃的高溫還原氣體，對(duì)原料含碳鐵球團(tuán)礦進(jìn)行直接還原，以生產(chǎn)還原鐵，其特征是在豎爐中設(shè)置有還原氣室、還原室和集氣室，原料含碳鐵球團(tuán)礦從還原室中落下，高溫還原氣體從還原氣室噴出，進(jìn)入還原室中，斜向透穿物料層，對(duì)物料進(jìn)行還原后，還原尾氣由集氣室收集，以實(shí)現(xiàn)對(duì)原料含碳鐵球團(tuán)礦的直接還原。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)直接還原鐵工藝方法，其特征是在豎爐中設(shè)置有若干個(gè)還原氣室和相對(duì)應(yīng)的集氣室，高溫還原氣體通過每個(gè)還原氣室進(jìn)入還原室中，對(duì)物料進(jìn)行還原后，還原尾氣由相對(duì)應(yīng)的集氣室收集，以對(duì)物料進(jìn)行分段還原。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)直接還原鐵工藝方法，其特征是在還原室的兩側(cè)均設(shè)置有還原氣室和集氣室，從還原氣室噴出的高溫還原氣體從兩個(gè)相對(duì)應(yīng)方向進(jìn)入還原室中，斜向透穿物料層，對(duì)物料進(jìn)行還原后，還原尾氣由對(duì)應(yīng)側(cè)的集氣室收集。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)直接還原鐵工藝方法，其特征是由最上段集氣室收集的還原尾氣排出豎爐用作燃料，其下各集氣室收集的還原尾氣經(jīng)凈化和補(bǔ)充新還原氣后，再次加熱為高溫還原氣體，進(jìn)入還原氣室中循環(huán)使用。
5.一種用于權(quán)利要求1生產(chǎn)直接還原鐵工藝方法的生產(chǎn)設(shè)備，為一個(gè)還原豎爐，進(jìn)料用料斗(11)設(shè)在豎爐的爐頂，料斗(11)下方連接進(jìn)料分配器(12)，并在料斗(11)與進(jìn)料分配器(12)之間設(shè)置有上氣封(13)，其特征是還原豎爐由位于豎爐中央及外圍，分為上還原段和下還原段的若干個(gè)還原氣室和集氣室、從爐頂進(jìn)料分配器(12)以下貫穿至爐底部，夾在所述還原氣室與集氣室之間的還原室(1)、以及位于爐底部的下氣封裝置組成，還原室(1)底部的爐墻上設(shè)置有出料拱門(2)，并通向爐底中央的出料口(3)；其中上還原段包括一個(gè)位于爐頂部，進(jìn)料分配器(12)外側(cè)的集氣室(21)，和位于豎爐中央與外圍的兩個(gè)還原氣室(23)及(24)，在集氣室(21)上設(shè)置有上還原尾氣出口(22)；下還原段包括位于豎爐中央，自上而下的集氣室(25)、還原氣室(26)，以及位于豎爐外圍，自上而下的還原氣室(27)和集氣室(28)；下氣封裝置包括下還原段下方，位于豎爐中央及外圍的兩個(gè)廢氣集氣室(31)、(32)，出料口(3)上方，與還原室(1)出料拱門(2)相通的廢氣集氣室(33)，以及一個(gè)位于還原室(1)下方，通入廢氣集氣室(33)內(nèi)的加熱燃?xì)馔ǖ?34)；上述的還原氣室(23)、(24)、(26)、(27)設(shè)置有還原氣進(jìn)氣口(41)，還原氣噴出孔(42)設(shè)置在與還原室(1)相鄰的爐墻上，通向還原室(1)；上述集氣室(25)、(28)上，設(shè)置有還原尾氣排出口(43)，還原尾氣進(jìn)氣孔(44)設(shè)置在與還原室(1)相鄰的爐墻上，與還原室(1)連通；廢氣集氣室(31)、(32)、(33)的頂部有廢氣排出口(45)，廢氣集氣室(31)、(32)與還原室(1)相鄰的爐墻上還設(shè)置有通向還原室(1)的廢氣進(jìn)氣孔(46)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)設(shè)備，其特征是上述還原氣噴出孔(42)、還原尾氣進(jìn)氣孔(44)及廢氣進(jìn)氣孔(46)均設(shè)置為通向還原室(1)的一面低的斜向通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)設(shè)備，其特征是在還原室(1)內(nèi)設(shè)置有爐體加固梁(4)，其兩端固定在還原室(1)的兩側(cè)爐墻上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)設(shè)備，其特征是在爐底部出料口(3)下方，還設(shè)置有一個(gè)對(duì)輥壓球機(jī)(5)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)設(shè)備，其特征是在爐底部，出料口(3)的外圍還設(shè)置有一個(gè)廢氣集氣室(51)，在其底部和側(cè)部設(shè)有廢氣進(jìn)氣口(52)，廢氣抽氣口(53)設(shè)在廢氣集氣室(51)的頂端。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)設(shè)備，其特征是還原室(1)的底部為斜面，出料拱門(2)設(shè)置在斜面的最下端。
全文摘要
煤氣一步法生產(chǎn)直接還原鐵的工藝方法及生產(chǎn)設(shè)備，是將原料含碳鐵球團(tuán)礦裝入還原豎爐的還原室中自由落下，高溫還原氣體從還原室兩側(cè)的還原氣室中噴入還原室中，斜向透穿物料層，對(duì)物料進(jìn)行還原后，還原尾氣由分布于還原室兩側(cè)、與還原氣室交錯(cuò)布置的集氣室收集，以實(shí)現(xiàn)對(duì)原料含碳鐵球團(tuán)礦的直接還原。其中下還原段還原尾氣補(bǔ)充新還原氣后循環(huán)使用。采用本發(fā)明的工藝方法和生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)直接還原鐵，物料升溫迅速，脫硫率高，還原速度快，同時(shí)爐內(nèi)溫度分布均勻，還原反應(yīng)進(jìn)行均衡，還原尾氣的循環(huán)使用及廢氣用于氣封的工藝設(shè)計(jì)，節(jié)約了能耗，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)C21B13/00GK1438331SQ0216031
公開日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月25日
發(fā)明者蘇亞杰, 杜英虎, 尹年方, 蘇亞達(dá) 申請(qǐng)人:蘇亞杰