專利名稱：“一步半”熔融還原煉鐵法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于治金生產(chǎn)領(lǐng)域中一種非高爐熔融還原煉鐵的方法，具體地說是一種將“步法”、“二步法”結(jié)合并改進(jìn)的含碳鐵氧化物“一步半”熔融還原煉鐵法。
背景技術(shù)：
目前高爐仍然是冶金行業(yè)中煉鐵的主力軍。但由于高爐流程長、基建費(fèi)用高、設(shè)備復(fù)雜、能耗高、環(huán)境條件差，在市場能源緊張、競爭日益激烈的情況下，人們的目光不得不轉(zhuǎn)向開發(fā)新的煉鐵工藝和煉鐵設(shè)備。
無焦低污染是煉鐵新工藝的目標(biāo)。世界上新的熔融還原工藝基本上分為兩種類型一種是直接使用粉礦和非焦煤冶煉的稱為一步熔融還原法，也稱鐵浴法。代表方法如俄羅斯的Romelt、澳大利亞Ausmelt公司開發(fā)的AusIron法，預(yù)還原率為0。另一種方法是帶有預(yù)還原的稱為二步熔融還原法，也稱爐床法或還原熔融法。代表方法如COREX法。
一步法熔融還原的難點(diǎn)是液態(tài)鐵氧化物與碳反應(yīng)是一個吸熱反應(yīng)，要保持鐵氧化物的液態(tài)狀態(tài)，需要非常高的溫度。一般由熔融還原所生成金屬的熔化溫度要比液態(tài)鐵氧化物高出約200℃～400℃。這種工藝在設(shè)計上優(yōu)先熔化氧化鐵，而不是還原氧化鐵。正是由于這個原因和熔融還原的吸熱反應(yīng)特征，生成的金屬和爐渣容易凝固，這個問題給工藝帶來了麻煩。另外，一步法熔融還原還存在耐火材料消耗高和生產(chǎn)周期短的敝端，大量產(chǎn)生的CO氣體利用也需要引起足夠的重視。
二步法熔融還原，是先將鐵氧化物進(jìn)行預(yù)還原，然后將預(yù)還原物再送入熔分爐進(jìn)行渣鐵分離，因此它是以間接還原為主的還原反應(yīng)。二步法熔融還原或?qū)㈩A(yù)還原后的爐料降溫后再送至熔分爐；或?qū)⑷鄯譅t產(chǎn)生的煤氣簡單地通過爐料進(jìn)行預(yù)還原，過程均產(chǎn)生大量的熱能損失。因此，二步法熔融還原雖然難度較小，但碳消耗量較高。典型的二步熔融還原工藝COREX法的預(yù)還原率達(dá)到90％，與高爐比，它更多地依靠間接還原。雖已大規(guī)模投入工業(yè)生產(chǎn)，不需要燒結(jié)和焦炭，但煤耗和氧耗均較高，分別達(dá)到1.1t和500m3，包括制氧設(shè)備在內(nèi)的投資巨大，生產(chǎn)成本接近高爐，僅僅略低三、發(fā)明內(nèi)容針對一步法和二步法存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種新的“一步半”熔融還原煉鐵法，它既具有一步法熔融還原鐵的直接還原反應(yīng)速度快的特點(diǎn)，又具有二步法熔融還原預(yù)還原率高的特點(diǎn)。
本發(fā)明是將經(jīng)預(yù)熱、預(yù)還原后的高溫爐料直接送入熔分爐，而不是降溫后再進(jìn)行熔分。同時，也不是將熔分爐產(chǎn)生的高溫煤氣簡單地通過爐料層進(jìn)行預(yù)還原，而沒有充分利用高溫煤所攜帶的物理熱和化學(xué)能。本發(fā)明將爐床上的預(yù)熱區(qū)、固態(tài)還原區(qū)和連接其后的熔分區(qū)設(shè)計在同一爐膛內(nèi)，熔分區(qū)產(chǎn)生的高溫煤氣在固態(tài)還原區(qū)就地進(jìn)行二次燃燒，釋放物理熱和化學(xué)能，使?fàn)t料從固態(tài)還原區(qū)進(jìn)入熔分區(qū)時已接近熔化狀態(tài)。因此，在固態(tài)還原區(qū)的末端與熔分區(qū)的上層爐料狀態(tài)是相近的，兩步之間沒有明顯的分界，且又有別于一步法的直接還原，故稱為“一步半”熔融還原煉鐵法。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案在原一步法、二步法熔融還原煉鐵法的基礎(chǔ)上，將二者結(jié)合并進(jìn)行改進(jìn)，其特征在于爐床上的預(yù)熱區(qū)、固態(tài)還原區(qū)和連接其后的熔分區(qū)設(shè)計在同一爐膛內(nèi)，爐床可以采用各種移動床；將經(jīng)預(yù)熱區(qū)預(yù)熱后的爐料在固態(tài)還原區(qū)進(jìn)行預(yù)還原，并優(yōu)先利用熔分區(qū)產(chǎn)生的含有大量CO的高溫煤氣進(jìn)行二次燃燒來預(yù)熱、焙燒爐料，使?fàn)t料達(dá)到近乎熔化狀態(tài)；接著將近乎熔化的爐料直接排入熔化區(qū)，在熔分區(qū)進(jìn)一步還原—滲碳——熔化，并使渣鐵分離。
本發(fā)明的工藝過程是碳質(zhì)還原劑(煤、焦炭和石油焦等)與含鐵氧化物(鐵礦石、高爐灰、煉鋼灰、電爐灰和軋屑等)按一定比例混合后，形成含碳鐵氧化物——爐料，爐料經(jīng)過干燥后送至爐床上。設(shè)備啟動時，利用點(diǎn)火嘴點(diǎn)火(正常生產(chǎn)后，有時點(diǎn)火嘴可以不用)。爐料在爐床預(yù)熱區(qū)預(yù)熱、點(diǎn)火后，進(jìn)入固態(tài)還原區(qū)。固態(tài)還原區(qū)的下部送入熱風(fēng)，使?fàn)t床上的高溫層向下延伸(上述類似于移動床鍋爐的點(diǎn)火、著火方式)。爐料的上方有來自熔分區(qū)的含有大量CO的高溫煤氣在固態(tài)還原區(qū)進(jìn)行二次燃燒，為固態(tài)還原區(qū)提供一部分熱能，這也是能源綜合利用的一部分。固態(tài)還原區(qū)的溫度一般控制在1200℃～1300℃，對爐料進(jìn)行焙燒。而在接近熔分區(qū)的部位，溫度應(yīng)達(dá)到1350℃左右，使?fàn)t料接近熔化狀態(tài)，預(yù)還原率可達(dá)到90％以上。再將接近熔化的爐料直接進(jìn)入熔分區(qū)，在熔化區(qū)進(jìn)一步還原——滲碳——熔化，并使渣鐵分離，并不斷向熔分區(qū)加入燃料、熔劑。
純鐵的熔點(diǎn)是1539℃，通過熔解碳來降低熔點(diǎn)是必要的，因此，爐料熔化的起點(diǎn)基本上是由固態(tài)還原鐵粒子中的殘留碳決定的。在熔化起點(diǎn)，由于被這樣的殘?zhí)己虲O氣體的滲碳，這種還原鐵粒子的熔點(diǎn)降低，因而還原鐵迅速熔化。為了保證這種快速熔化，還需要在熔分區(qū)中保留足夠的碳，利于滲碳，降低其熔點(diǎn)，并引起快速熔化。在熔分區(qū)內(nèi)添加煤，一方面為進(jìn)一步直接還原提供還原劑，同時作為燃料為直接還原和渣鐵分離提供能量。在熔化區(qū)進(jìn)一步還原——滲碳——熔化，完成渣鐵分離。
熔分區(qū)的燃料可以是塊煤或噴吹煤粉、焦粉，也可以是油或天然氣。當(dāng)熔分區(qū)的燃料采用煤粉、焦粉或油、天然氣時，熔分區(qū)內(nèi)補(bǔ)充煤可適量少加或不加。
本發(fā)明將熔分區(qū)與預(yù)熱區(qū)、固態(tài)還原區(qū)設(shè)計在同一爐膛內(nèi)，熔化區(qū)直接還原產(chǎn)生的含有大量CO、H等的高溫煤氣可直接進(jìn)入固態(tài)還原區(qū)，在固態(tài)還原區(qū)與熔分區(qū)的結(jié)合部設(shè)置助燃燒嘴，使高溫煤氣進(jìn)行二次燃燒，為固態(tài)還原區(qū)增加部分熱能。
金屬鐵中的硫主要來自鐵礦石和煤、焦炭和石油焦等，為了得到含硫量低的金屬鐵，可在含碳鐵氟化物原料中摻入CaO(石灰或石灰石等)，總堿性(CO/SiO2比例)的值為0.6-1.8，最后得到的金屬鐵的S含量可以減少到0.10或以下。
本發(fā)明有以下幾大特點(diǎn)1、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是無焦、低污染，并可大幅度降低能源消耗，熱效率高，有效降低生產(chǎn)成本。
2、有較好的產(chǎn)品質(zhì)量。采取措施降低S含量后，可以達(dá)到高爐鐵水的品質(zhì)。
3、本發(fā)明的生產(chǎn)工藝控制比較容易，對預(yù)還原率沒有嚴(yán)格的要求。
4、設(shè)備簡單，投資少，建設(shè)周期短。
5、采用本發(fā)明方法，生產(chǎn)效率高，爐床底面積生產(chǎn)率可達(dá)300Kg/m2·h以上。
四

附圖為本發(fā)明示意圖。
五、具體實(shí)施方法附圖為本發(fā)明的一個實(shí)施例。
如圖所示，爐床4上的預(yù)熱區(qū)1、固態(tài)還原區(qū)2和連接其后的熔分區(qū)3設(shè)計在同爐膛內(nèi)。爐床4可以采用各種移動床。碳質(zhì)還原劑(煤、焦炭和石油焦等)與含鐵氧化物(鐵礦石、高爐灰、煉油鋼灰、電爐灰和軋屑等)按一定比例混合后，形成含碳鐵氧化物—爐料，爐料經(jīng)過干燥后(可直接)送至爐床4上，爐料在爐床4的作用下向后(即熔化區(qū)方向)移動。爐床4上的爐料料層厚度在100mm～300mm，甚至更厚。設(shè)備啟動時，用點(diǎn)火嘴5、抽風(fēng)機(jī)6抽風(fēng)點(diǎn)火。正常生產(chǎn)后，有時可不用點(diǎn)火嘴5，抽風(fēng)機(jī)6將爐內(nèi)部分高溫?zé)煔獬槌觥t料在預(yù)熱區(qū)1被預(yù)熱，其中的碳質(zhì)原料被點(diǎn)燃(當(dāng)采用低燃點(diǎn)的碳質(zhì)原料時，抽風(fēng)機(jī)6可以不用，僅靠爐拱來實(shí)現(xiàn))。爐料隨著爐床4移動到固態(tài)還原區(qū)2，爐料在此被高溫焙燒。爐床4底部裝有爐篦板，從爐床4下部鼓入溫度為300℃～600℃的熱風(fēng)。在固態(tài)還原區(qū)2與熔分區(qū)3的結(jié)合部設(shè)置有助燃燒嘴9，從熔分區(qū)3過來的高溫煤氣，經(jīng)助燃燒嘴9點(diǎn)火后，在固態(tài)還原區(qū)2釋放其攜帶的物理熱和化學(xué)能，并通過二次燃燒風(fēng)機(jī)10、風(fēng)口11鼓入助燃空氣，使煤氣充分燃燒(當(dāng)采用風(fēng)機(jī)7鼓入過量預(yù)熱過的熱風(fēng)助燃時，二次助燃風(fēng)系統(tǒng)可以不用)。固態(tài)還原區(qū)2的溫度一般控制在1200℃～1300℃，而且接近熔分區(qū)3的部位，溫度達(dá)到1350℃左右，使?fàn)t料接近熔化狀態(tài)。為了充分利用余熱，提高熱效率，節(jié)約能源，可在預(yù)熱區(qū)1煙氣排出口處設(shè)置換熱器17，爐床4下部鼓入的熱風(fēng)，也可以是由風(fēng)機(jī)7鼓入經(jīng)換熱器17預(yù)熱的熱風(fēng)。
爐料經(jīng)固態(tài)還原區(qū)2直接進(jìn)入熔化區(qū)3。為滿足進(jìn)一步還原——滲碳——熔化及脫硫的需要，在熔化區(qū)3設(shè)有熔劑倉12、煤倉13和熔分區(qū)3的加料裝置14等，熔劑倉12中的熔劑、煤倉13中的煤經(jīng)加料裝置14加入熔分區(qū)3。熔分區(qū)3的底層內(nèi)布有煤層，煤層中的煤一般為顆粒煤，接近熔化的爐料進(jìn)入熔分區(qū)3內(nèi)后，隨時補(bǔ)充顆粒煤。當(dāng)熔分區(qū)3的燃料采用煤粉、焦粉噴射燃燒或采用油、天然氣時，可少加或不加顆粒煤。同時，風(fēng)機(jī)8向熔分區(qū)3內(nèi)鼓入空氣，使熔分區(qū)3中的燃料燃燒，來加速爐料的還原——滲碳——熔化。鼓入熔分區(qū)3的空氣可以是含氧量≥30％的富氧空氣。熔化區(qū)3中的爐料經(jīng)還原——滲碳——熔化，并渣鐵分離后生成的鐵和渣分別從出鐵口15、出渣口16排出。
由上可知，本發(fā)明具有熱效率高、節(jié)約能源、無污染，成本低，有較好的產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)工藝簡便，易控制，設(shè)備簡單、投資少，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種碳質(zhì)還原劑與含鐵氧化物按一定比例混合后，形成含碳鐵氧化物——爐料、送至爐床(4)上經(jīng)預(yù)熱、預(yù)還原、熔分還原成鐵的“一步半”熔融還原煉鐵法，其特征是爐床(4)上的預(yù)熱區(qū)(1)、固態(tài)還原區(qū)(2)和連接其后的熔分區(qū)(3)設(shè)計在同一爐膛內(nèi)，爐床(4)可以采用各種移動床；將經(jīng)預(yù)熱區(qū)(1)預(yù)熱后的爐料在固態(tài)還原區(qū)(2)進(jìn)行預(yù)還原，并優(yōu)先利用熔分區(qū)(3)產(chǎn)生的含有大量CO的高溫煤氣進(jìn)行二次燃燒來預(yù)熱、焙燒爐料，使?fàn)t料達(dá)到近乎熔化狀態(tài)，接著將近乎熔化狀態(tài)的爐料直接排入熔化區(qū)(3)，在熔化區(qū)(3)進(jìn)一步還原——滲碳——熔化，并使渣鐵分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的“一步半”熔融還原煉鐵法，其特征是工藝過程碳質(zhì)還原劑與含鐵氧化物按一定比例混合后，形成含碳鐵氧化物爐料，爐料經(jīng)過干燥后送至爐床(4)上，設(shè)備啟動時，利用點(diǎn)火嘴(5)點(diǎn)火，爐料在爐床(4)預(yù)熱區(qū)(1)預(yù)熱、點(diǎn)火后，進(jìn)入固態(tài)還原區(qū)(2)；固態(tài)還原區(qū)(2)的下部送入熱風(fēng)，使?fàn)t床(4)上的高溫層向下延伸，爐料的上方有來自熔分區(qū)(3)的含有大量CO的高溫煤氣在固態(tài)還原區(qū)(2)進(jìn)吹二次燃燒，為固態(tài)還原區(qū)(2)提供一部分熱能；固態(tài)還原區(qū)(2)的溫度一般控制在1200℃～1300℃，對爐料進(jìn)行焙燒，而在接近熔分區(qū)(2)的部位，溫度應(yīng)達(dá)到1350℃左右，使?fàn)t料接近熔化狀態(tài)；再將接近熔化的爐料直接進(jìn)入熔分區(qū)(3)，在熔分區(qū)(3)進(jìn)一步還原——滲碳——熔化，并使渣鐵分離，并不斷向熔分區(qū)(3)加入燃料、熔劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的“一步半”熔融還原煉鐵法，其特征是在固態(tài)還原區(qū)(2)與熔化區(qū)(3)的結(jié)合部設(shè)置助燃燒嘴(9)，使高溫煤氣進(jìn)行二次燃燒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的“一步半”熔融還原煉鐵法，其特征是熔分區(qū)(3)的燃料可以是塊煤或噴吹煤粉、焦粉，也可以是油或天然氣；當(dāng)熔分區(qū)(3)的燃料采用煤粉、焦粉或油、天然氣時，熔分區(qū)(3)內(nèi)補(bǔ)充煤可適量少加或不加。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的“一步半”熔融還原煉鐵法，其特征是爐床(4)底部裝有爐篦板，從爐床(4)下部鼓入溫度為300℃～600℃的熱風(fēng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的“一步半”熔融還原煉鐵法，其特征是在預(yù)熱區(qū)(1)煙氣排出口處設(shè)置換熱器(17)；爐床(4)下部鼓入的熱風(fēng)也可以是由風(fēng)機(jī)(7)鼓入經(jīng)換熱器(17)預(yù)熱的熱風(fēng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的“一步半”熔融還原煉鐵法，其特征是在熔分區(qū)(3)設(shè)有熔劑倉(12)、煤倉(13)和熔分區(qū)(3)的加料裝置(14)，熔劑倉(12)中的熔劑、煤倉(13)中的煤經(jīng)加料裝置(14)加入熔分區(qū)(3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的“一步半”熔融還原煉鐵法，其特征是爐床(4)上的爐料料層厚度在100mm～300mm，甚至更厚。
9.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的“一步半”熔融還原煉鐵法，其特征是鼓入熔分區(qū)(3)的空氣可以是含氧量≥30％的富氧空氣。
全文摘要
本發(fā)明分開了一種“一步半”熔融還原煉鐵法，是將原“一步法”、二步法熔融還原煉鐵法結(jié)合并改進(jìn)，將預(yù)熱區(qū)(1)、固態(tài)還原區(qū)(2)和連接其后的熔分區(qū)(3)設(shè)計在同一爐膛內(nèi)，爐料經(jīng)預(yù)熱在固態(tài)還原區(qū)(2)預(yù)還原，爐床(4)下部鼓入熱風(fēng)，熔分區(qū)(3)出來的高溫煤氣在固態(tài)還原區(qū)(2)進(jìn)行二次燃燒，為該區(qū)提供部分熱能，以提高熱能利用率。經(jīng)固態(tài)還原區(qū)(2)預(yù)還原后的近乎熔化的爐料直接進(jìn)入熔分區(qū)(3)，進(jìn)一步還原—滲碳—熔化，并渣鐵分離。因此，具有熱效率高，節(jié)約能源，無污染，成本低，有較好的產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)工藝簡單、易控制，設(shè)備簡單，投資少，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。
文檔編號C21B11/00GK1570153SQ20041002399
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月12日
發(fā)明者李振洪, 李同仲 申請人:李振洪