本發(fā)明涉及金屬火法冶煉的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生產(chǎn)鐵焦的豎爐工藝，主要用于生產(chǎn)鐵焦以替代高爐生產(chǎn)需要的部分焦炭。

背景技術(shù)：

焦炭是高爐冶煉的重要原料，在高爐內(nèi)同時(shí)發(fā)揮鐵水滲碳劑、發(fā)熱劑、還原劑和料柱骨架的作用，高爐煉鐵既要保證高爐爐況穩(wěn)定順行，又要盡量降低焦炭消耗。因此，高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求是熱強(qiáng)度要高，同時(shí)反應(yīng)性也要高。

為了保證焦炭的質(zhì)量，焦炭的生產(chǎn)原料采用專(zhuān)用的焦煤，然而焦煤的資源是十分有限的，為了降低焦炭的消耗，高爐煉鐵積極推廣了噴吹煤粉的技術(shù)，該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外得到普遍推廣，降低焦炭的效果雖然明顯，但是目前一般高爐焦比高達(dá)每噸鐵水350-380公斤，先進(jìn)的高爐焦比每噸鐵水也有300-320公斤，不僅消耗量仍然很大，而且焦煤的價(jià)格逐年升高，使得降低生產(chǎn)成本的壓力越來(lái)越大。

從目前全球焦煤分布和儲(chǔ)量來(lái)看，分布極不均衡且優(yōu)質(zhì)焦煤資源總儲(chǔ)量很有限，在每年消耗近10億噸優(yōu)質(zhì)焦煤的情況下，再過(guò)不到70年世界的優(yōu)質(zhì)焦煤資源將消耗殆盡，如何進(jìn)一步降低焦煤的消耗及CO₂的排放量，已經(jīng)成為十分重要的課題。

近幾年國(guó)內(nèi)外積極開(kāi)展了鐵焦替代焦炭的研究，所謂鐵焦，就是向非焦煤中添加一定比例的鐵礦粉，通過(guò)高溫炭化得到的含有金屬鐵的一種焦炭。由于金屬鐵對(duì)C+CO₂＝2CO反應(yīng)具有催化作用，鐵焦的反應(yīng)性明顯高于普通焦炭。

將鐵焦與鐵礦石混裝入爐用于煉鐵，其意義歸納起來(lái)有以下幾點(diǎn)：

(1)鐵焦很好地滿(mǎn)足高爐對(duì)焦炭的熱強(qiáng)度和反應(yīng)性都要高的性能要求，并且鐵焦的反應(yīng)性明顯高于普通焦炭，降低了熱保存區(qū)溫度，降低了能耗，提高了生產(chǎn)效率；

(2)鐵焦替代部分焦炭，從而降低了焦炭消耗，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)率,降低了CO₂的排放；

(3)非焦煤中配加的鐵礦石在生產(chǎn)鐵焦的過(guò)程中已還原成金屬鐵，這樣也能夠降低焦比、提高生產(chǎn)效率。

鐵焦的制備方法目前主要有兩種：

一種是日本JFE公司的熱壓塊—豎爐法，這種方法是將含有少量黏結(jié)劑的鐵礦石和非焦煤的混合物加熱到一定溫度，用壓塊機(jī)制成一定形狀的團(tuán)礦，然后裝入豎爐型反應(yīng)器中進(jìn)行干餾，最后制得形狀規(guī)整的鐵焦產(chǎn)品。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以多配鐵礦石(鐵礦石配比最高可達(dá)30％)，鐵焦的熱性質(zhì)較好。但其缺點(diǎn)是工藝流程復(fù)雜、生產(chǎn)率低且難以大型化。

另一種方法是日本新日鐵公司的傳統(tǒng)室式煉焦?fàn)t法，曾在大型焦?fàn)t上做過(guò)工業(yè)性試驗(yàn)。它是將破碎到合適粒度的鐵礦石添加到配合煤的運(yùn)輸皮帶機(jī)上，沒(méi)有設(shè)置專(zhuān)門(mén)的混勻設(shè)備，而是在皮帶機(jī)的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)配合煤與鐵礦石的均勻混合。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果顯示，推焦作業(yè)順利，沒(méi)有發(fā)生爐墻侵蝕現(xiàn)象。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以利用傳統(tǒng)的煉焦設(shè)備生產(chǎn)鐵焦，鐵焦的冷強(qiáng)度符合實(shí)際高爐生產(chǎn)的要求，產(chǎn)量大，工藝成熟；缺點(diǎn)是鐵礦石配比低，而且熱性能較差，難以達(dá)到理想的生產(chǎn)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供了一種生產(chǎn)鐵焦的豎爐工藝，該工藝先進(jìn)可靠、能夠?qū)崿F(xiàn)鐵焦的大規(guī)模生產(chǎn)、產(chǎn)品熱強(qiáng)度好、反應(yīng)性高、工藝過(guò)程沒(méi)有爐墻侵蝕，從而減少高爐煉鐵焦炭用量、降低高爐煉鐵生產(chǎn)成本、提高高爐煉鐵生產(chǎn)效率、減少高爐煉鐵CO₂排放等顯著優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案基于使用了如圖2所示的炭化豎爐，該炭化爐為豎爐型式，由炭化室1和燃燒室2組成，多個(gè)炭化室1布置在一個(gè)很大的燃燒室2中，炭化室通過(guò)模塊化組合而成，炭化室1從上到下分為預(yù)熱段4、炭化段5和冷卻段7，每個(gè)炭化室1和燃燒室2之間設(shè)有傳熱隔墻6，通過(guò)燃燒室2中的燃燒器3燃燒煤氣產(chǎn)生炭化室1所需要的熱量，各炭化室1內(nèi)溫度基本一致，壓塊料從頂部加入后經(jīng)過(guò)預(yù)熱段4、炭化段5和冷卻段7后，在排料裝置8的控制下按照合理流量排出。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種生產(chǎn)鐵焦的豎爐工藝,具體包括以下步驟：

(1)將鐵礦和煤均粉碎至粒度小于0.5mm的粉末,然后將鐵礦粉與煤粉加入粘結(jié)劑一起混勻后形成混勻料；

(2)將混勻料經(jīng)過(guò)壓塊、烘干后形成壓塊料，壓塊的粒度大小為15-75mm；

(3)壓塊料由裝料裝置裝入炭化爐中的炭化室中，壓塊料在炭化室中向下運(yùn)行，先后經(jīng)過(guò)炭化室的預(yù)熱段和炭化段形成鐵焦，預(yù)熱的溫度在300-800℃，炭化溫度控制在800-1250℃，預(yù)熱和炭化總的時(shí)間為10～30h；

(4)鐵焦經(jīng)過(guò)冷卻段冷卻至50-150℃的溫度，通過(guò)排料裝置連續(xù)排出爐外。

優(yōu)選地，所述步驟一中鐵礦粉與煤粉的質(zhì)量比為20～40：60～80。

優(yōu)選地，所述步驟一中的煤為非焦煤，選自無(wú)煙煤、煙煤或褐煤中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述步驟三中壓塊料在炭化室中運(yùn)行的速度控制在3-30mm/min。

所述步驟三中炭化室中預(yù)熱和炭化所需的熱量，來(lái)源于炭化室隔墻外燃燒室燃料燃燒產(chǎn)生的熱量，熱量通過(guò)隔墻傳給炭化室中的壓塊料。

所述燃燒室燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀懦鋈紵液?，通過(guò)換熱器來(lái)預(yù)熱燃燒室燃燒用助燃?xì)怏w和/或烘干壓塊。

實(shí)施本發(fā)明生產(chǎn)鐵焦的工藝，具有以下有益效果：

1)采用本發(fā)明生產(chǎn)鐵焦的豎爐工藝，不僅工藝流程簡(jiǎn)單可靠，而且可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，原因在于：炭化室可以通過(guò)模塊化組合來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)需要的產(chǎn)量，另外炭化爐前后的工藝及裝備為規(guī)?；a(chǎn)創(chuàng)造了條件，該工藝明顯克服了采用焦?fàn)t生產(chǎn)鐵焦這種工藝的許多缺點(diǎn)。

2)該工藝根據(jù)不同的原料條件，可通過(guò)有效的調(diào)節(jié)炭化溫度和炭化時(shí)間，來(lái)得到優(yōu)質(zhì)的鐵焦，鐵焦能夠達(dá)到高爐對(duì)焦炭的熱強(qiáng)度和反應(yīng)性的性能要求，并且鐵焦的反應(yīng)性明顯高于普通焦炭，降低了熱保存區(qū)溫度，這樣鐵焦能夠替代部分焦炭，從而降低焦炭消耗，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率,降低CO₂的排放，同時(shí)由于非焦煤中配加的鐵礦石在生產(chǎn)鐵焦的過(guò)程中已還原成金屬鐵，這樣也能夠降低焦比和提高了生產(chǎn)效率。

3)該工藝高品質(zhì)的炭化室隔墻采用優(yōu)質(zhì)耐材，具有高導(dǎo)熱、低氣孔、耐高溫、耐磨損等性能，為高生產(chǎn)效率、降低能耗和長(zhǎng)壽命提供了很好的條件。

4)該工藝炭化室分為預(yù)熱段、炭化段和冷卻段，可達(dá)到的效果有：壓塊料在炭化前，經(jīng)過(guò)了充分的預(yù)熱，熱量得到有效利用，炭化的效率得到提高；炭化過(guò)程中采用緩慢向下的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，能夠很好地避免炭化室中物料與隔墻及物料之間的粘接，不至于造成排料困難和中斷生產(chǎn)；炭化完畢，鐵焦在冷卻段能夠冷卻到需要的溫度。

5)該工藝炭化室和燃燒室各自獨(dú)立，各自的還原氣氛和氧化氣氛互不干涉，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度場(chǎng)均勻，能夠得到優(yōu)質(zhì)的鐵焦。

6)該工藝壓塊料中煤和鐵氧化物充分接觸，能夠使得鐵在炭化過(guò)程中得到很好的還原，并且由于金屬鐵對(duì)C+CO₂＝2CO反應(yīng)具有催化作用，鐵焦的反應(yīng)性明顯高于普通焦炭。

7)該工藝燃燒室最終排出的高溫?zé)煔獠捎酶邷責(zé)峤粨Q器進(jìn)行熱量回收，用來(lái)預(yù)熱進(jìn)入燃燒室用助燃空氣和壓塊料，降低了能耗，提高了能源利用效率。

8)該工藝炭化室預(yù)熱段排出的炭化性氣體返回至燃燒室再利用，可節(jié)約能源、降低能源消耗。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明生產(chǎn)鐵焦的豎爐工藝的流程圖；

圖2為本發(fā)明所使用的炭化豎爐的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明技術(shù)方案更容易理解，現(xiàn)結(jié)合附圖采用具體實(shí)施例的方式，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清晰、完整的描述。應(yīng)當(dāng)注意，在此所述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的部分實(shí)施例，而非本發(fā)明的全部實(shí)現(xiàn)方式，所述實(shí)施例只有示例性，其作用只在于為審查員及公眾提供理解本發(fā)明內(nèi)容更為直觀明了的方式，而不是對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案的限制。在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，所有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)就能想到的其它實(shí)施方式，及其它對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的簡(jiǎn)單替換和各種變化，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)鐵焦的豎爐工藝，用于生產(chǎn)替代高爐部分焦炭的鐵焦，其主要生產(chǎn)步驟包括：

1)粉粹后達(dá)到合格粒度的鐵礦粉(0.3mm)和煤粉與粘結(jié)劑一起混勻，混勻后進(jìn)行壓塊，壓塊的粒度大小為20-50mm，然后進(jìn)行烘干；

2)烘干后的壓塊料由裝料裝置從炭化室頂部進(jìn)料，炭化室被壓塊料全部填充，料面高出炭化爐本體一定高度；

3)壓塊料在炭化室中靠重力向下運(yùn)行，經(jīng)過(guò)預(yù)熱段、炭化段后完成炭化過(guò)程，炭化室內(nèi)溫度1100℃，炭化室中進(jìn)行預(yù)熱和炭化所需的熱量，來(lái)源于炭化室隔墻外燃燒室燃燒產(chǎn)生的熱量，熱量通過(guò)隔墻傳給炭化室中的壓塊料；

4)燃燒室位于炭化室四周或兩側(cè)，燃燒室內(nèi)設(shè)置若干個(gè)燒嘴，燃料和助燃?xì)怏w燃燒會(huì)產(chǎn)生1100～1400℃的高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔獾臒崃空w均勻通過(guò)隔墻加熱炭化室隔墻內(nèi)的壓塊料；燃料為煤制煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、天然氣、石油液化氣或頁(yè)巖氣等的至少一種；

5)壓塊料在炭化室內(nèi)進(jìn)行充分的炭化反應(yīng)；根據(jù)原料條件和工藝需要，炭化室內(nèi)的溫度和炭化反應(yīng)的時(shí)間均能實(shí)現(xiàn)可調(diào)、可控；

6)燃燒室排出的煙氣溫度較高，約900～1200℃，排出后的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)換熱器進(jìn)行熱量回收，預(yù)熱進(jìn)入燃燒室的助燃?xì)怏w，助燃?xì)怏w可預(yù)熱至500～700℃，換熱后的煙氣溫度降低至400～600℃，還可用于烘干原料等，烘干后的100～150℃的煙氣通過(guò)煙囪外排；

7)各個(gè)炭化室內(nèi)部被炭化物料在反應(yīng)過(guò)程中，產(chǎn)生的氣體，如CO、H₂等，在炭化室頂部空間返回至燃燒室作為補(bǔ)充燃料；

8)經(jīng)過(guò)炭化段后生產(chǎn)的鐵焦最后經(jīng)過(guò)冷卻段，根據(jù)需要的溫度可以達(dá)到50-150℃，通過(guò)排料裝置連續(xù)排出爐外，得到的冷態(tài)鐵焦與高爐原燃料配料后加入高爐。

本發(fā)明工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)該工藝對(duì)鐵礦石的品位要求不高，低品位鐵礦石也可以使用；

2)該工藝的能源利用充分，能源浪費(fèi)很少，并且資源都得到循環(huán)利用；

3)該工藝中的炭化爐由炭化室和燃燒室組成，炭化室的數(shù)量根據(jù)產(chǎn)量要求進(jìn)行模塊化的組合，燃燒室的大小和數(shù)量根據(jù)炭化室的多少進(jìn)行調(diào)整。

實(shí)施例2

本發(fā)明生產(chǎn)鐵焦的工藝包括以下步驟：

1)將粉粹后含鐵品位53％的鐵礦粉和褐煤與粘結(jié)劑充分混勻，鐵礦粉與褐煤的質(zhì)量比例為30：70，混勻后壓塊，壓塊后的粒度大小約30mm，經(jīng)過(guò)烘干機(jī)烘干處理后運(yùn)至槽下料倉(cāng)；

2)將以上得到的烘干塊料由爐頂裝置從炭化爐頂部裝入炭化室，壓塊料將炭化室全部裝滿(mǎn)，并高出炭化爐頂面一定高度；

3)炭化室的預(yù)熱段和炭化段為長(zhǎng)方形，其寬度為300～800mm，長(zhǎng)度為1000～1800mm，高度10000～18000mm；

4)通過(guò)管道向燃燒器供應(yīng)的煤氣和預(yù)熱后達(dá)到600℃的助燃空氣在燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒產(chǎn)生1350℃的高溫?zé)煔猓旌狭显谔炕覂?nèi)進(jìn)行炭化反應(yīng)；炭化室內(nèi)的溫度控制在1100℃，預(yù)熱和炭化反應(yīng)時(shí)間控制在15-18h；

5)燃燒室出來(lái)的煙氣溫度約1000℃，排出后的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)熱交換器進(jìn)行熱量回收，將進(jìn)入燃燒室助燃空氣預(yù)熱至600℃，再經(jīng)過(guò)換熱器將壓塊料烘干，排出的煙氣溫度降低至100～150℃，最后通過(guò)煙囪外排；

6)各炭化室混合料反應(yīng)完畢后，1050～1100℃鐵焦經(jīng)過(guò)冷卻段后溫度達(dá)到100℃以下后從排料裝置排出，得到合格鐵焦。

該工藝生產(chǎn)效率明顯提高，焦比和生產(chǎn)成本明顯降低，每天鐵焦產(chǎn)量為約300噸以上，年產(chǎn)量可達(dá)100萬(wàn)噸以上。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。