專利名稱:旋流式二段直接還原熔融煉鐵工藝及設(shè)備的制作方法
本發(fā)明是屬于礦粉-粉煤-豎爐直接還原熔融煉鐵的生產(chǎn)工藝及設(shè)備。
目前在工業(yè)上應(yīng)用的煉鐵工藝主要有1、以冶金焦為主的高爐-轉(zhuǎn)爐工藝;
2、以原煤為主的直流電爐還原工藝;
3、以原煤為主的熔化氣化爐-還原爐熔融還原工藝。
上述三種煉鐵工藝的缺點是1、傳統(tǒng)的高爐煉鐵，必須以燒結(jié)，球團礦或塊礦為原料，以昂貴的冶金焦碳為燃料，熔煉過程工藝復(fù)雜，能耗高，需建燒結(jié)廠、團礦廠、焦化廠等輔助工藝廠?；ㄍ顿Y大、成本高、操作復(fù)雜。
2、預(yù)還原爐-直流電弧爐煉鐵，以粉礦為原料，在高壓循環(huán)流化床中進行預(yù)還原，在直流電弧爐中進行終還原，耗電量大，成本高，不適于電力緊缺地區(qū)使用。
3、熔化氣化爐-還原爐煉鐵，也以塊礦和球團礦為原料，以原煤為燃料，分別在熔化氣化爐和還原爐中完成還原煤氣，熔化海綿鐵和還原鐵礦任務(wù)，這就使設(shè)備復(fù)雜化，在還原過程中需要大量氧氣，必須設(shè)置制氧廠，還需設(shè)置燒結(jié)、團礦等輔助廠，工藝復(fù)雜。
本發(fā)明將成熟的有色金屬冶煉及生產(chǎn)鈣鎂磷肥所用的旋風(fēng)爐工藝，經(jīng)過改造用于煉鐵，在熔融還原爐中產(chǎn)生煤氣，在旋流式預(yù)還原器中對礦粉進行預(yù)還原，用加壓凈煤氣將預(yù)還原礦粉送入豎爐中用高溫煤氣進行熔融還原。
本發(fā)明的工藝過程如下1、送熱風(fēng)通過還原熔融豎爐(4)上部，下部風(fēng)口將大于1000℃的熱風(fēng)(21)送入爐內(nèi)。
2、送煤粉用煤氣加壓機(13)對廢氣(15)加壓，而后打開煤粉輸送裝置將煤粉(17)送入爐內(nèi)，使其在爐內(nèi)燃燒生成CO2，燃燒廢氣經(jīng)余熱鍋爐(3)沿管道經(jīng)過一級預(yù)還原器(8)，二級預(yù)還原器(9)，余熱回收爐(11)，干式除塵器(12)，煤氣加壓機(13)，CO2、SO2吸收塔(14)驅(qū)除管路及設(shè)備中的空氣。
3、調(diào)整煤粉輸入量(17)和熱風(fēng)量(21)的比例，使燃燒生成物為CO并將其送入煤氣處理系統(tǒng)，經(jīng)加壓機(13)加壓后送出。
4、供給精礦粉啟動螺旋給料器(2)，送入礦粉，礦粉經(jīng)一級預(yù)還原器(8)，二級預(yù)還原器(9)進行預(yù)還原。
5、送加壓凈煤氣用加壓凈煤氣將預(yù)還原礦粉噴射入熔融還原豎爐(4)內(nèi)進行還原。
6、出渣出鐵終還原生成的鐵水及渣，經(jīng)鐵口(5)和渣口(6)放出。
本發(fā)明工藝所使用設(shè)備包括
礦粉貯存及輸送器(1)，螺旋給料器(2)，熔融還原豎爐(4)，葉片式旋流噴燃器(7)，預(yù)還原器(8)、(9)，回轉(zhuǎn)給料器(10)，余熱回收器(11)，余熱鍋爐(3)，煤氣加壓機(13)，CO2、SO2吸收塔(14)，干式除塵器(12)。
本發(fā)明的煉鐵過程及原理本發(fā)明煉鐵過程分為兩個階段1、預(yù)還原階段控制加壓凈煤氣溫度使之保持大于1000℃。以大于15米/秒的速度將礦粉送入預(yù)還原器(8)和(9)，在煤氣的螺旋形運動中，細(xì)粒鐵礦物和煤氣中CO+H2接觸，被還原成低價鐵氧化物及部分金屬鐵，固體沉降而煤氣上升并沿管路流動。
1000℃的煤氣和常溫的礦粉接觸后，發(fā)生復(fù)雜反應(yīng)，溫度降至750℃，在此溫度下，預(yù)還原度可達40～60%。
2、終還原階段終還原在熔融還原爐中進行，還原過程為(1)中溫(950℃±)固態(tài)還原區(qū)，(2)高溫熔化區(qū)(1800-2000℃)，(3)喉部收縮區(qū)，(4)爐缸區(qū)。
(1)中溫還原區(qū)將預(yù)還原后的物料再度加熱升溫到950℃左右，同時在較高溫度下再進行固態(tài)還原，以提高還原度。
以切線或割線方向進入的高溫?zé)犸L(fēng)，產(chǎn)生旋流運動并使煤粉燃燒生成CO，鐵礦物在煤氣旋流及紊流運動中，礦物粒子和還原煤氣的CO+H2密切接觸，還原成Fe固。
在900～1000℃范圍內(nèi)，平衡氣相成份中CO含量幾乎為100%但在燃燒過程的氧化和還原區(qū)內(nèi)，煤氣成份是產(chǎn)生錯蹤變化的。
(2)高溫還原區(qū)大于1000℃的熱風(fēng)，用富氧或不富氧，使煤粉燃燒生成1800～2000℃的高溫煤氣。
下降的固態(tài)還原鐵及物料在本區(qū)內(nèi)熔化，并有部分金屬鐵再氧化。
在煤氣的旋流運動中，被熔化的渣鐵液體靠離心作用拋向爐壁，并沿爐壁流下。
較大顆粒的煤粒也被拋向爐壁粘附在溶渣上，渣中FeO和煤粒接觸，被直接還原成液態(tài)鐵，也沿爐壁下降到爐缸。
燃燒火焰可分成氧化焰帶和還原焰帶。
3、喉部收縮區(qū)由于過剩煤粉存在，該區(qū)發(fā)生CO2+C＝2CO的吸熱反應(yīng)，煤氣溫度有所下降，且煤氣成份全部為CO。
煤氣流經(jīng)收縮區(qū)的喉部時，流速提高幾倍，使高溫氣體噴射到爐缸上層液體界面上產(chǎn)生攝動作用，有利于鐵水脫硫。
熔化物在快速回旋收縮中，相互碰撞，由細(xì)小液滴聚成大液滴。通過喉部后，容積驟然擴大，煤氣中的液滴和煤粒等，由于慣性作用降到爐缸中。
4、爐缸區(qū)爐缸內(nèi)物料分上中下三層上層一煤粒層，中層一熔渣層，下層一熔鐵層。
爐缸區(qū)的化學(xué)反應(yīng)是直接還原FeO+C→Fe+CO↑在焦粒層和渣界面進行。
滲碳3Fe+C→Fe3C在鐵滴穿過焦粉層時進行。
脫硫 FeS+CaO+C→Fe+CaS+CO↑在渣鐵界面進行。
附圖為旋流二段直接還原熔融煉鐵工藝流程圖1-礦粉貯存及輸送器 2-螺旋給料器 3-余熱鍋爐 4-熔融還原豎爐 5-鐵口 6-渣口 7-葉片式旋流噴燃器 8-一級旋流預(yù)還原器 9-二級旋流預(yù)還原器 10-回轉(zhuǎn)給料器 11-余熱回收爐 12-干式除塵器 13-煤氣加壓機 14-CO2、SO2吸收塔 15-外送煤氣 16-送熱風(fēng)爐煤氣 17-煤粉輸入 18-回收爐塵 19-石灰粉輸入 20-加壓凈煤氣輸送管 21-大于1000℃熱風(fēng)(富氧或不富氧) 22-調(diào)溫加壓凈煤氣。
本發(fā)明工藝的優(yōu)點是(1)可直接采用0～7μm的礦粉，不需進行燒結(jié)，團礦予處理，簡化了工藝，減少了設(shè)備磨損。
2、使用價格低廉的煙煤或無煙煤為燃料，不需使用昂貴的冶金焦和電力，使生產(chǎn)成本大大降低，特別適用于缺少焦煤資源和電力緊缺的地區(qū)。
3、不需建立燒結(jié)，團礦廠、焦化廠、制氧廠等輔助工藝廠。使基建投資節(jié)約60%左右。
4、熱效率高，能耗低，本發(fā)明工藝所耗電能和蒸汽均可自給，此外還可向外提供剩余煤氣及電能。本發(fā)明煉鐵凈能耗為1.7GCal/t，而直流電弧爐法為3.39GCal/t，熔化氣化爐-還原爐法為2.5GCal/t。
本發(fā)明所用設(shè)備優(yōu)點是1、礦粉在預(yù)還原器中進行預(yù)還原，減少了爐缸中的直接還原，保證了爐缸具有足夠的溫度，使鐵渣具有充分的熱度和良好的流動性。
2、以蓄熱式熱風(fēng)爐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的管式熱風(fēng)爐，爐內(nèi)風(fēng)溫從400℃提高到700℃，補充了由于煤粉燃燒不完全生成CO所減少的熱量。
3、采用旋風(fēng)收塵器方式的預(yù)原器內(nèi)加耐火襯料，代替孔板流化床還原，避免了需要嚴(yán)格控制氣流速度及容易發(fā)生孔眼磨損、堵塞等缺點。
4、采用干式除塵，粉塵閉路循環(huán)方法，消除了粉塵排放對環(huán)境的污染。
5、采用煤氣加壓機，提高凈煤氣壓力，用加壓凈煤氣吹送煤粉和預(yù)還原礦粉，避免了預(yù)還原礦粉的再氧化，減少了單位生鐵的煤氣發(fā)生量。
6、采用SO2和CO2吸收裝置，提高了凈煤氣質(zhì)量，減少了廢氣中有害物質(zhì)對環(huán)境的污染。
7、采用鍋爐管氣化冷卻方式回收熱能用于發(fā)電，既利用了余熱，又降低了能耗。
本發(fā)明實施條件1、在旋流式預(yù)還原器(8)、(9)內(nèi)加耐750℃以上高溫的耐火內(nèi)襯。
2、按高爐缸要求改造旋風(fēng)爐，使之適用于煉鐵工藝。
3、旋風(fēng)爐的送風(fēng)系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)高爐蓄熱式熱風(fēng)爐代替有色冶金使用的管式熱風(fēng)爐。
勘誤表
權(quán)利要求
1.本發(fā)明屬于礦粉-煤粉-豎爐直接還原熔融煉鐵的生產(chǎn)工藝及設(shè)備。所述的工藝包括送熱風(fēng)，送煤粉，調(diào)整煤粉和風(fēng)量比，燃燒生成CO，供給精礦粉進行預(yù)還原，對預(yù)還原礦粉進行終還原，出渣出鐵水，其特征是以加壓凈煤氣輸送煤粉及礦粉，以旋風(fēng)方式對礦粉進行預(yù)還原，在旋風(fēng)爐中以二段熔融還原方式進行終還原。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的加壓凈煤氣輸送煤粉和礦粉，其特征是在常溫下輸送煤粉和礦粉，以保證預(yù)還原礦粉不被再氧化。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的對礦粉進行預(yù)還原，其特征是礦粉和煤氣可以在旋流式的預(yù)還原器中，也可以在流化床中進行預(yù)還原。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的二段熔融還原，其特征是該熔融還原在950℃±進行中溫固態(tài)還原，在1800-2000℃范圍內(nèi)進行高溫熔融還原。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1和4所述的中溫固態(tài)還原，其特征是經(jīng)預(yù)還原的礦物粒子隨著以切線或割線進入的高溫?zé)犸L(fēng)作旋流運動時被還原成固態(tài)鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1和4所述的高溫熔融還原，其特征是它用大于1000℃的富氧或不富氧的高溫?zé)犸L(fēng)使煤粉燃燒生成高溫煤氣，使部分FeO還原生成液態(tài)鐵，該溶化液體在作旋流運動中靠離心力作用拋向爐壁沿爐壁降落到爐缸中。
7.本發(fā)明所使用的設(shè)備包括礦粉輸送器(1)螺旋給料器(2)、熔融還原豎爐(4)、葉片式旋流噴燃器(7)、預(yù)還原器(8)、(9)、回轉(zhuǎn)給料器(10)、余熱回收器(11)、余熱鍋爐(3)煤氣加壓機(13)、CO2、SO2吸收塔(14)、干式除塵器(12)，其特征是所述的熔融還原豎爐(4)，預(yù)還原器(8)(9)可以是旋流式預(yù)還原設(shè)備，也可以是流化床預(yù)還原設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的熔融還原豎爐(4)，其特征是它需按高爐要求在旋風(fēng)爐缸內(nèi)設(shè)置耐火襯料，使之能夠長期盛大量鐵水。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的旋流式預(yù)還原器(8)、(9)，其特征是該預(yù)還原器內(nèi)襯的耐火材料可耐750℃以上的高溫耐火材料，煤氣和礦粉在該還原器中作旋流式運動。
專利摘要
礦粉—煤粉—豎爐直接還原熔融煉鐵的生產(chǎn)工藝及設(shè)備。它采用熔融還原豎爐中產(chǎn)生的大于1000℃的高溫煤氣，在旋流式預(yù)還原器中對礦粉進行預(yù)還原，在旋風(fēng)式熔融還原豎爐中對預(yù)還原礦粉進行中溫固態(tài)還原(在950℃±)和高溫熔融還原(1800—2000℃)本發(fā)明以礦粉為原料，以煤粉為燃料，節(jié)省大量昂貴冶金焦和電力，工藝簡單，操作、控制方便，基建投資少，生產(chǎn)成本低、降低能耗、經(jīng)濟效益顯著。
文檔編號C21B13/00GK86102198SQ86102198
公開日1987年12月23日 申請日期1986年4月3日
發(fā)明者李世原 申請人:李世原導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan