專利名稱：一種射流還原冶煉方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種射流還原熔融分離冶煉方法及設(shè)備，屬黑色金屬冶煉-直接還原至熔融還原技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有非高爐煉鐵技術(shù)中，以煤為還原劑，采用回轉(zhuǎn)爐直接還原鐵礦熔融分離的，有朝鮮的粗鋼生產(chǎn)(見“朝鮮回轉(zhuǎn)爐煉鐵生產(chǎn)”冶金工業(yè)出版社1974年11月第一版)。該方法的提出，目的在于克服朝鮮粒鐵生產(chǎn)工藝存在生產(chǎn)效率低(回轉(zhuǎn)爐容積利用系數(shù)0.25噸/米3.日)、熱效率低(僅26％)的主要缺點(diǎn)。
朝鮮粗鋼生產(chǎn)工藝，實(shí)質(zhì)是將清津粒鐵廠海綿鐵回轉(zhuǎn)爐與熱分離爐串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)渣鐵熱分離，所得液態(tài)粗鋼直接熱裝電爐煉鋼，比回轉(zhuǎn)爐粒鐵生產(chǎn)工藝前進(jìn)了一大步。但是，仍不能從根本上解決回轉(zhuǎn)爐冶煉海綿鐵生產(chǎn)效率低，熱效率低的致命缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的在于應(yīng)用中低品位鐵礦(或難選鐵礦)、非煉焦煤，用射流還原熔融分離方法冶煉成鐵水(半鋼成份)，省去選礦、燒結(jié)、煉焦、高爐冶煉等工序，降低建設(shè)投資，改善環(huán)保，降低能耗，降低生產(chǎn)成本，徹底改變傳統(tǒng)的鋼鐵生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明的另一個(gè)目的包括實(shí)現(xiàn)本發(fā)明冶煉方法的設(shè)備。
本發(fā)明采用的設(shè)備包括鼓風(fēng)機(jī)，高效換熱器，煤氣發(fā)生爐，管道，閘閥，其特征在于本發(fā)明還包括其上設(shè)有噴射縮口的射流還原爐以及其上沿爐內(nèi)壁切線方向設(shè)有噴射入口，其內(nèi)設(shè)有噴射縮口的射流還原熔融分離爐。射流還原爐由射流予熱初還原爐和射流還原爐兩部份構(gòu)成，射流予熱初還原爐的上部和下部設(shè)有錐體，底部和頂部設(shè)有噴射縮口，用于增大流速，為爐料產(chǎn)生噴騰運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)能；射流還原爐的上部和下部也設(shè)有錐體，底部(即射流予熱初還原爐的頂部)和頂部設(shè)有噴射縮口，用于使?fàn)t料產(chǎn)生第二次噴騰運(yùn)動(dòng)，在底部噴射縮口部位設(shè)有熱風(fēng)入口，用于提高還原用溫度。射流還原熔融分離爐由上部帶錐體的射流還原爐身及下部的爐缸構(gòu)成。爐身與爐缸之間設(shè)有噴射縮口，上部的射流還原爐身的爐壁設(shè)為波浪形，用于使射入的物料形成紊流后再逐漸變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并延長貼壁爐料的滯流時(shí)間，另在該爐的上部沿爐體內(nèi)壁切線方向設(shè)有爐料射入口，中部沿爐體內(nèi)壁割向設(shè)置風(fēng)口，用于提供高溫?zé)犸L(fēng)，爐身內(nèi)徑上大下小，逐漸收縮成錐體，錐面角度為80-85，爐身與爐缸之間設(shè)噴射縮口，用于向爐缸內(nèi)射入高溫高速氣流，促進(jìn)缸內(nèi)化學(xué)反應(yīng)及渣鐵分離。
本發(fā)明按以下方法實(shí)現(xiàn)1、用1000℃-1200℃熱風(fēng)，在煤氣發(fā)生爐19內(nèi)使煤粉燃燒氣化，生成還原煤氣。要求煤粉(R90)通過4900孔/cm2的篩網(wǎng)，篩余量＜10％，低位發(fā)熱量＞2000KJ/KG，水份＜1％，磨粉時(shí)加入熔劑(降低灰份熔點(diǎn))。煤粉用給料器從入口18給入，隨來自高效換熱器的熱風(fēng)進(jìn)入射流口，風(fēng)粉射流被納入旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在燃燒過程中，煤粉被甩向爐壁形成滯流燃燒層，與氣流之間反應(yīng)表面積很大，且形成可觀的相對運(yùn)動(dòng)，傳熱傳質(zhì)迅速，加上爐壁起伏影響，延長煤粉滯流燃燒氣化時(shí)間.煤粉不完全燃燒放熱，雖然只相當(dāng)于完全燃燒放熱的三分之一，但是有1000℃以上的熱風(fēng)燃燒氣化煤粉，可以生成1000℃以上的還原煤氣。提高入爐熱風(fēng)溫度到1200℃左右，實(shí)現(xiàn)液態(tài)排渣和生成高溫還原煤氣。煤氣通過管道11送至射流予熱還原爐的下部；煤灰熔化成渣，落入熔渣池3流入爐缸10，渣中殘?zhí)吭诟變?nèi)浮在渣水面上氣化成CO，在高溫除塵室8中二次燃燒放出化學(xué)熱能。
2、鐵礦、煤(還原劑)和熔劑按配比混勻磨細(xì)(R90)成粉料(稱爐料)，由給料器從入口12給至煤氣流，煤氣流攜帶爐料以每秒20-40米的速度從噴射縮口28進(jìn)入射流予熱初還原爐下部，在爐體一定高度內(nèi)形成一股上升氣流，將爐下部錐體周圍的爐料和煤氣不斷裹脅進(jìn)來，噴射上去，造成許多由中心向爐壁的旋渦，從而形成噴騰運(yùn)動(dòng)。在噴射縮口28附近，進(jìn)入煤氣流的爐料被吹起、懸浮，較大的顆粒所受阻力不同而被甩向爐壁，碰壁后沿壁下墜，降到噴射縮口，再被吹起而作大循環(huán)；較小的顆粒在向爐壁運(yùn)動(dòng)的過程中，有的被上升煤氣流帶走，有的到達(dá)爐壁后進(jìn)入滯流噴騰層，這種噴騰運(yùn)動(dòng)，使?fàn)t內(nèi)煤氣流的平均含料粉濃度大大增加，大幅度延長了料粉在爐內(nèi)經(jīng)過的時(shí)間。在爐內(nèi)具有的還原溫度850-950℃，還原氣氛(煤氣)和還原時(shí)間(滯流時(shí)間)等條件下，使?fàn)t料完成預(yù)熱初還原，即鐵礦粉由Fe2O3還原成Fe3O4和FeO，還有少量還原成Fe。爐內(nèi)溫度若超過950℃，必須從調(diào)溫孔17注入少量水蒸汽，控制溫度在950℃以下，以免出現(xiàn)爐壁結(jié)皮、粘結(jié)、堵塞等事故。水蒸汽入爐吸熱分解，增加煤氣中H2(還原劑)的含量，溫度在850℃以上，有利于加快鐵礦還原反應(yīng)速度。
3、爐料完成預(yù)熱初還原后，重量減輕并隨煤氣流進(jìn)入二次噴射縮口26以每秒20-40米的速度射入射流還原爐下部，再次形成噴騰運(yùn)動(dòng)，在900-950℃還原溫度下，爐內(nèi)大量的FeO在固態(tài)下還原成Fe，當(dāng)溫度低于900℃時(shí)，由調(diào)溫孔14引入少量熱風(fēng)增溫。
為了使礦粉在固態(tài)下獲得充分的還原，除溫度因素外，要優(yōu)化以下因素①增加爐料細(xì)度，以增大反應(yīng)比表面積；②選擇反應(yīng)性好的還原劑，適當(dāng)增加還原劑配比；③正確設(shè)計(jì)爐體結(jié)構(gòu)，延長爐料在爐內(nèi)滯流時(shí)間；④選擇最佳的操作速度，如射流速度等。
4、還原爐料隨煤氣流經(jīng)上部的管道29從噴射口21以每秒18-25米的速度進(jìn)入射流還原熔融分離爐16的頂部，由于爐襯內(nèi)壁形狀變化，煤氣流從紊流狀態(tài)過渡到旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，懸浮于煤氣流中的爐料受離心力作用，逐漸被甩向爐壁，形成滯流層，同時(shí)爐料受下部高溫帶輻射傳熱而升溫到1000℃左右，料層中的還原劑繼續(xù)氣化，尚未充分還原的鐵礦粉繼續(xù)還原。
爐料往下移動(dòng)，有少量一次熱風(fēng)(占入爐風(fēng)量的20％左右)從風(fēng)口30入爐燃燒煤氣，火焰溫度升到1200-1300℃，靠近中央的料層表面溫度升高，出現(xiàn)液相，靠爐壁的料層溫度較低，因有還原劑散布其中，屬強(qiáng)還原性區(qū)域，爐體中央氣流CO2含量增加，屬弱還原性區(qū)域，為料層中的礦粉實(shí)現(xiàn)最終還原留有余地。
隨著爐料層往下移動(dòng)，有二次熱風(fēng)(占入爐風(fēng)量的30％左右)，三次熱風(fēng)(占入爐風(fēng)量的50％左右)分別從風(fēng)口31和32入爐，大量燃燒還原煤氣，火焰高達(dá)1600℃左右，爐料層軟化熔融，其中金屬鐵微粒分散包裹在熔渣中，被渣膜保護(hù)。另外，由于爐內(nèi)結(jié)構(gòu)的特性及氣流旋轉(zhuǎn)作用，爐料貼壁并含有炭素，氧氣相對不足，屬還原氣氛，爐料與氣流接觸的過程中，避免金屬鐵粒氧化；熔融爐料往下降落，爐體內(nèi)徑逐漸收縮，熔融料層逐漸加厚，也有利于減少金屬鐵粒的氧化。
熔融料層下降至爐體底部，隨氣流入爐缸10，在爐缸內(nèi)熔體受噴射縮口25噴出的高溫高速氣流(每秒150-250米)強(qiáng)烈沖擊攪拌，迅速升溫，熔渣粘度降低，鐵往下沉，渣往上浮。渣中殘?zhí)扛〉皆鏆饣蒀O，隨廢氣排出爐缸，爐缸內(nèi)，定時(shí)放出鐵水，渣水。
射流還原熔融分離爐16的爐體下部和爐缸的耐火爐襯工作溫度較高，受熔渣、火焰沖刷侵蝕，將會(huì)縮短工作時(shí)間。但是，由于爐體下部熔融爐料貼壁移動(dòng)，對耐火爐襯起一定的保護(hù)作用，爐缸內(nèi)火焰溫度高達(dá)1700℃左右，渣水上浮，加上水冷爐壁的散熱，可以發(fā)揮耐火爐襯的自衛(wèi)能力。因?yàn)樵谝睙掃^程中，不斷產(chǎn)生侵蝕耐火爐襯的液鐵、液渣，在散熱冷卻過程中凍結(jié)成渣皮，鐵殼來保護(hù)爐襯，從而延長了耐火爐襯的工作壽命(高爐的爐腹，爐缸主要靠水冷爐壁的散熱作用，提高耐火爐襯的自衛(wèi)能力，從而延長了工作壽命)，本爐爐體下部及爐缸的耐火爐襯，可選用磷酸鹽高鋁磚或鎂碳磚等。
5、爐缸內(nèi)排出的廢氣含有CO，并帶出少量熔渣，在除塵室8內(nèi)引入熱風(fēng)進(jìn)行二次燃燒CO，放出化學(xué)熱能，同時(shí)凈化高溫廢氣，以確保高效換熱器5的正常工作。
6、高效換熱器輸出1000℃-1200℃熱風(fēng)，分兩路，一路進(jìn)入煤氣發(fā)生爐19生成煤氣后再經(jīng)過煤氣管11送至射流予熱初還原爐13，射流還原爐15再進(jìn)入射流熔融分離爐16中；另一路分成三股分別從風(fēng)口30、31、32進(jìn)入射流還原熔融分離爐16，兩路匯合從爐缸10排出，相當(dāng)于兩條并聯(lián)風(fēng)路，兩者路程阻力懸殊較大，故設(shè)置閘伐7以調(diào)節(jié)平衡熱風(fēng)流量。
7、鐵礦還原化學(xué)反應(yīng)式及爐渣綜合堿度按固體炭素還原鐵礦粉的還原反應(yīng)，其產(chǎn)物可分成2組(1)-108910kJ-194263kJ-167590kJ
二組反應(yīng)的發(fā)展程度，主要取決于反應(yīng)進(jìn)行情況，溫度升高到900℃以上時(shí)，還原反應(yīng)主要按(1)組方式進(jìn)行，(2)組反應(yīng)實(shí)際進(jìn)行已極少。
爐渣綜合堿度(R)R=CaO+MgO+MnOAL2O3+SIO2=0.3-0.5]]>
8、主要部位的溫度、壓力參數(shù)范圍
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)從根本上擺脫了回轉(zhuǎn)爐傳熱效率低，生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮爐料比表面積大，傳熱傳質(zhì)迅速的優(yōu)勢，從而提高了熱效率和生產(chǎn)效率；(2)不存在設(shè)備聯(lián)接上的困難，容易操作；
(3)燃燒還原后的煤氣，放出熱量升溫，實(shí)現(xiàn)渣鐵熱分離，省去噴吹煤粉加壓縮空氣攪拌熔池的設(shè)施；(4)高溫廢氣除塵，并燃燒廢氣中的CO，放出化學(xué)熱能，凈化后的高溫廢氣直接進(jìn)入高效換熱器換熱，排出的廢氣溫度降到350℃以下，熱風(fēng)溫度達(dá)1000-1200℃。
(5)回收廢氣中的熱量全部用于生產(chǎn)流程中，不設(shè)置廢熱鍋爐；(6)減少建設(shè)投資。


圖1為本發(fā)明之設(shè)備總圖；圖2為本發(fā)明之射流還原熔融分離爐剖面圖；圖3為本發(fā)明之射流還原爐下部剖面圖；圖4為本發(fā)明之C-C剖面圖；圖5為本發(fā)明之D-D剖面圖；下面結(jié)合附圖對本發(fā)明設(shè)備做進(jìn)一步描述。
圖中1為鼓風(fēng)機(jī)，2為放風(fēng)閘閥，3為煤氣發(fā)生爐的熔渣池，4為排渣管，一端與熔渣池相連，另一端與熔融分離爐的爐缸相連，便于熔渣流入爐缸內(nèi)，5為高效換熱器，利用來自二次燃燒室8的廢氣加熱空氣，便于向煤氣發(fā)生爐19和射流還原熔融分離爐16、射流還原爐15提供熱風(fēng)，6為熱風(fēng)管道，分為兩路，一路供煤氣發(fā)生爐19，另一路分三股供射流還原熔融分離爐16的風(fēng)口30、31、32，7為控制閥，8為高溫降塵及二次燃燒室，9為渣、鐵出口，10為爐缸，11為煤氣管，一端與煤氣發(fā)生爐相連，另一端與射流還原爐相接，12為爐料(礦粉、熔劑、還原劑)入口，13為射流予熱初還原爐，14為調(diào)溫?zé)犸L(fēng)入口，15為射流還原爐，用鋼材做爐殼，爐內(nèi)砌有耐火磚爐襯，16為射流還原熔融分離爐，殼體為鋼材，上部爐壁為耐火磚爐襯，中部內(nèi)爐壁為耐火磚爐襯，外爐壁設(shè)有水冷裝置，成為水冷外爐壁，下部爐缸內(nèi)砌有碳磚等耐火爐襯，17為蒸汽入口，18為煤粉入口，19為煤氣發(fā)生爐，20為廢氣排放管，21為爐料入口，沿爐內(nèi)壁切線方向設(shè)置，22為波浪形內(nèi)壁，23為耐火材料內(nèi)襯，24為熱風(fēng)口，沿爐內(nèi)壁割向設(shè)置，25為爐缸頂部的噴射縮口，26為射流還原爐的二次噴射縮口，27為上、下部的錐體，28為底部噴射縮口。
實(shí)施例采用爐料的化學(xué)成份鐵礦TFe48.2％、K2O0.34％、Na2O0.17％、CaO0.69％、MgO0.34％、AL2O36.5％、SiO220.3％、MnO1.8％、P＜0.26％、S＜0.01％褐煤半焦固定碳60％、揮發(fā)份5％、灰份35％、硫＜0.2％石灰CaO＞85％爐料按化學(xué)成份和化學(xué)反應(yīng)方程式進(jìn)行配料計(jì)算，其配比為鐵礦800千克(80％)、褐煤半焦120千克(12％)、熔劑(石灰)80千克(8％)混合均勻，磨細(xì)至-200。
爐料給至1100℃的氣流，流速為每秒20米，射入爐13予熱初還原，爐內(nèi)溫度保持900℃，爐料隨煤氣再射入爐15還原，爐內(nèi)溫度保持940℃，金屬還原率大于70％，爐料再隨煤氣流以每秒25米的流速進(jìn)入爐16，爐體上部溫度控制在950-1000℃，使?fàn)t料充分還原，爐體中部溫度控制在1200-1400℃，使?fàn)t料還原熔融，爐缸溫度控制在1600-1700℃，使?fàn)t料最終還原熔融分離，爐缸內(nèi)向下噴射的氣流速度為200米/秒，火焰溫度高達(dá)1700℃，渣水溫度可達(dá)1550℃，鐵水(半鋼成分)溫度達(dá)1480℃。
獲得主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)鐵水化學(xué)成份C1.2％Si0.6％S＜0.06％P＜0.04％爐渣綜合堿度0.35，金屬冶煉回收率96％鐵礦消耗2.12噸/噸鐵還原劑消耗 0.32噸/噸鐵煤粉消耗0.7噸/噸鐵熔劑消耗0.245噸/噸鐵電力消耗120KWH/噸鐵。
權(quán)利要求
1.一種射流還原冶煉方法，其特征在于a、將原礦、還原劑和熔劑按配比混勻磨細(xì)成粉料，通過給料器從射流還原爐下部的入口給至煤氣流，煤氣流攜帶爐料以每秒20-40米的速度，經(jīng)射流還原爐下部噴射縮口28噴射進(jìn)入射流予熱初還原爐，在850-950℃溫度下進(jìn)行預(yù)熱初還原；b、預(yù)熱初還原的爐料隨煤氣流以每秒20-40米的速度經(jīng)射流還原爐下部的噴射縮口26噴射進(jìn)入射流還原爐，在900-950℃溫度下進(jìn)行固態(tài)還原；c、還原爐料隨煤氣流以每秒18-25米的速度經(jīng)切向設(shè)置于射流還原熔融分離爐頂部的噴射口21進(jìn)入爐內(nèi)，在爐體上部溫度為950-1000℃的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行充分還原，在爐體中部溫度為1200-1400℃區(qū)域內(nèi)熔融實(shí)現(xiàn)最終還原，爐體底部在1600-1700℃溫度下實(shí)現(xiàn)渣鐵熔融分離，在爐缸頂部噴射縮口形成高速的高溫氣流(每秒150-250米的速度)噴射入爐缸熔體內(nèi)進(jìn)行沖擊攪拌，完成最終冶煉，使渣鐵分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶煉方法，其特征在于爐料(礦粉、煤、熔劑)粒徑小于5mm。
3.一種用于權(quán)利要求1所述冶煉方法的設(shè)備，包括鼓風(fēng)機(jī)，高效換熱器，煤氣發(fā)生爐，管道，閘閥，其特征在于本發(fā)明還包括其上設(shè)有噴射縮口的射流還原爐以及其上沿爐內(nèi)壁切線方向設(shè)有噴射入口，其內(nèi)設(shè)有噴射縮口的射流還原熔融分離爐。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于射流還原爐由射流預(yù)熱初還原爐和射流還原爐兩部份構(gòu)成，且兩爐的上部和下部均設(shè)有錐體，錐頂設(shè)有噴射縮口。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于射流還原熔融分離爐由上部帶錐體的射流還原爐身和下部爐缸構(gòu)成，且爐身與爐缸之間設(shè)有噴射縮口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于射流還原熔融分離爐上部爐身的錐面角度為80°-85°，且在爐身上部沿爐體內(nèi)壁切向設(shè)置爐料噴射入口，中部沿爐體內(nèi)壁割向設(shè)置熱風(fēng)入口。
全文摘要
本發(fā)明提供一種射流還原熔融分離冶煉方法及設(shè)備，采用中低品位鐵礦或難選鐵礦、非煉焦煤為原料，用高速還原煤氣流攜帶原料噴射入還原爐和還原熔融分離爐進(jìn)行還原熔融分離，冶煉成鐵水(半鋼成分)，省去選礦、燒結(jié)、煉焦、高爐冶煉等工序，降低建設(shè)投資，改善環(huán)保、節(jié)能，徹底改變傳統(tǒng)的鋼鐵生產(chǎn)工藝。
文檔編號(hào)C21B13/00GK1168925SQ9612292
公開日1997年12月31日 申請日期1996年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月4日
發(fā)明者孫秉權(quán), 王靜涵 申請人:孫秉權(quán), 王靜涵