CN101440417A - 管式炉——竖炉双联煤基熔融还原炼铁法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤基熔融还原炼铁法，具体是一种管式炉——竖炉双联煤基熔融还原炼铁法，解决了现有技术中各种煤基熔融还原炼铁法存在的问题。其工艺步骤如下：配料：铁矿粉、煤粉、石灰粉；加水搅拌；高压压块成型；预热干燥增强；管式炉预还原；竖炉熔融终还原；前炉渣铁分离。本发明具有如下有益效果：综合投资极小，综合能耗极低；污染很少；设备故障率低，生产运行平稳；生产规模可大可小，而且很容易联产铸造；成本很低，投资回报极高；流程短，易操作，设备少，易维护。

Description

管式炉——竖炉双联煤基熔融还原炼铁法

技术领域

本发明涉及一种煤基熔融还原炼铁法，具体是一种管式炉——竖炉双联煤基熔融还原炼铁法。

背景技术

目前较流行的二步煤基熔融还原炼铁法主要有：悬浮炉——电炉双联法，回转窑——电炉双联法，流化床——竖炉双联法。

悬浮炉——电炉双联法。首先将铁矿粉和细粒碳粉由空气吹入悬浮炉内，铁矿粉和碳粉被悬浮在空气中，煤燃烧放热，并将铁矿粉中70％的氧夺走，预还原出细小铁粒，靠重力下落到炉底的料由电炉熔融终还原。并实现渣—铁分离。此法的优点是可以直接使用铁矿粉，不要求块矿(或氧化球团矿)入炉，悬浮炉出炉气可回收发电，电供电炉使用。缺点是悬浮炉建造空间很大，反应器利用系数很小，一般仅为0.5T/m³.d左右.投资很大，回收期较长。

回转窑——电炉双联法。首先将铁矿块(或氧化球团)与碳块在回转窑尾加入，混合料在窑内缓慢滚动向窑头移动过程中，被窑头燃烧的火焰加热，实现预还原(还原度30～70％)出炉后加到电炉(电弧炉、感应炉、单向直流电炉)内，升温继续终还原直到熔融后渣—铁分离。此法比悬浮态法反应器利用系数有所提高，技术较成熟。缺点是对原料的要求较苛刻，必须是块矿(或将铁矿粉经成球高温烧结成氧化球团)以及块碳方可入炉。另外，回转窑容易粘连结圈故障停车。

流化床——竖炉双联法，流化床预还原原理类似悬浮炉，流化床鼓风压力小于悬浮炉，矿粉和煤粉在炉内特定的范围内上下翻腾，受热预还原后的矿粉和煤粉随空气通过等离子风口喷入竖炉燃烧升温终还原，直至熔化后渣—铁分离。竖炉中需补加焦炭吸收风口处的CO2保持炉内还原气氛。此法的优点是流化床比悬浮炉设备利用系数高，熔融终还原不使用高级能源(电)，仍使用煤。但仍需消耗次高级能源焦炭。

发明内容

本发明为了解决上述的各种煤基熔融还原炼铁法存在的问题，提供了一种管式炉——竖炉双联煤基熔融还原炼铁法。

本发明采用如下的技术方案实现：管式炉——竖炉双联煤基熔融还原炼铁法，其工艺步骤如下：

1)、配料：铁矿粉、煤粉、石灰粉，其中：配煤粉要超过还原铁所需量的10％～20％，配石灰粉量根据铁矿粉、煤粉的含硫量以及铁矿粉中脉石、煤灰份中二氧化硅、石灰粉中有效氧化钙的含量而定，其中有效氧化钙含量:总二氧化硅含量＝1～3。

2)、加水搅拌，混合料总含水量为12～18％，

3)、高压压块成型，压块的湿强度≥3Mpa，

4)、预热干燥增强，

5)、管式炉预还原，

6)、竖炉熔融终还原，

7)、前炉渣铁分离。

预热干燥的热源为管式预还原炉出炉尾气。

本发明是将铁矿粉、煤粉、石灰粉加水搅拌，冷态压块，干燥后，在管式炉内压块受热后铁矿粉由煤粉直接预还原，加热压块的热源是预还原铁的副产物煤气，自产自用。然后预还原后铁块趁热由竖炉喷煤粉熔融终还原，熔化后的铁水及渣液在前炉进行渣—铁分离，竖炉内不必补加焦炭。

管式炉是炉膛内卧式并列的许多根耐火管(详见申请人的在先申请，其发明名称为管式炉，专利申请号：200720102158.5)。

竖炉是类似化铁炉的炉型，可采用现有技术中的化铁炉。

本发明相对现有技术具有如下有益效果：

1、综合投资极小，吨铁投资率小于300元；

2、流程中所有物理化学余热都更巧妙更充分被利用，综合能耗极低；

3、从原料进入生产流程就开始湿法、成型、负压为主运行，污染很少，与此相应需投入的除尘等环保设施亦很少；

4、所有运转设备都是冷态运行，高温设备都是由耐火材料砌筑的固定设备。设备故障率低，生产运行平稳。

5、无论还原还是加热全部使用低级能源煤，既不用焦更不用电；生产规模可大可小，而且很容易联产铸造；

6、成本很低，投资回报极高；

7、流程短，易操作，设备少，易维护。

附图说明

图1为本发明主要工艺设备的结构示意图

图2为管式炉的立剖视图

图3为图2的A—A剖视图

图4为图2的B—B剖视图

图5为图2的C向示意图

图6为图2的D向示意图

图7为图2的I部放大图

图8是管式炉的外形图

图中1-竖炉，2-管式炉，3-铁水包，4-前炉，a接水暖、洗澡、搅拌等用热装置，b接炉气回收***，c接鼓风机，d接冷水泵

2.1-无孔底座(耐火混凝土)，2.2-有孔底座(耐火混凝土，如图2中C向所示)，2.3-烟气出口(耐火混凝土，如图2中D向所示)，2.4-管座(耐火材料)，2.5-炉管(耐火材料)，2.6-管门(Q235)，2.7-耐火横梁(耐火混凝土)，2.8-立砖拱券(耐火砖)，2.9-横砖拱券(保温砖)，2.10-保温垫层(轻质保温材料)，2.11-保护层(水泥砂浆)，2.12-二次风管(钢管)，2.13-耐高温棉(高铝棉)，2.14-煤气回收空间，2.15-观察孔，2.16-孔盖(Q235)，2.17-风阀，2.18-煤气入炉膛孔，2.19-一次风管(钢管)，2.20-水冷式刮板机，2.21-溢流管(钢管)，2.22-排污管(钢管)，2.23-外隔热墙，2.24-预埋件(Q235)，2.25-点火炉，2.26-火焰入炉膛口，2.27-烟阀，2.28-水沟，2.29-水池，2.30-烟道

具体实施方式

对本发明的实施例作进一步说明，实施例是用来说明本发明的，而不是对其作任何发明。

1、铁矿粉、煤粉、石灰粉按一定比例配料，其中：配煤粉要超过还原铁所需量的10％～20％，以便在竖炉内保持还原气氛，配入石灰粉一为增加混合料塑性，二为脱硫，配石灰量需根据铁矿粉、煤粉的含硫量以及铁矿粉中脉石、煤灰份中二氧化硅、石灰粉中有效氧化钙的含量而定，其中有效氧化钙:总二氧化硅＝1～3。

2、上述三种料加水充分搅拌，加水量根据塑性要求而定，一般混合料总含水量为12～18％。

3、搅拌好的混合料须高压压块，压块的湿强度≥3MPa。

4、压块预热脱物理水，增加强度。预热热源为管式预还原炉出炉尾气。

5、干压块入管式预还原炉的各耐火管，并在压块推压块行进过程中，在隔绝空气条件下由耐火管壁传热，压块逐步升温到400℃以上，压块中煤开始干馏释放挥发份及焦油等可燃物，升温到800℃以上，压块中煤(C)夺取紧密相邻的铁矿粉的氧，生成煤气(CO)，将铁还原。煤干馏释放的可燃气及煤还原铁的副产物煤气，由于炉膛内的引风机抽吸尾气的负压，顺着耐火管与压块的空隙进入炉膛，鼓风燃烧，1200℃左右的火焰及热气流在炉膛内上下穿行数次后，温度降低到400℃以下被引风机抽出炉外进入加热入炉空气的换热器。温度降至200℃以下，被引风机送至预热窑预热干燥压块。

1200℃左右的火焰及热气流在炉膛内上下穿行数次过程中耐火管被加热，并形成高、中、低三个温度梯度。

耐火管通过管内壁将蓄热传给压块，使压块在低温区脱去物理及化学水，在中温区干馏释放挥发份等可燃气，在高温区还原铁副产煤气。

如此循环往复，干压块不断入炉，压块顶压块经过三个温度区，可燃气、煤气自产自消，热能自产自用，被顶出高温区耐火管口的热压块(约1000℃)，已有约80％以上的铁被还原成海绵铁(可燃气、煤气离逸压块时形成许多微气道，压块形似海绵而得名)。

6、热压块趁热入竖炉，竖炉底侧鼓入携带煤粉(由雷蒙磨制得)的热空气(约500℃)，在炉底煤粉燃烧，进一步加热热压块实现终还原，并将压块逐步熔化，利用比重原理使渣—铁分离，得到铁水。

煤粉在炉底燃烧形成的氧化气氛(含大量CO₂)，被压块中的过剩配煤吸收，形成还原气氛。

从竖炉顶侧引出的炉气中含有大量煤气，其中一小部分送入管式预还原炉炉膛燃烧作为加热炉管保持炉温的热量补充，大部分被收集它用(比如煤气发电、供暖锅炉、热处理、加热入炉空气等)

7、在竖炉内熔融的铁水和渣液及时排出炉外进入前炉(耐火保温炉)，渣—铁液分层(比重不同)，在渣—铁液界面，溶解在铁水中的碳将溶解在渣液中的氧化铁继续还原，直至液面逐渐上升到前炉溢流口，浮在铁水上面的渣液流出前炉，铁水留在炉底，实现渣—铁分离。

8、在管式炉预还原中及竖炉熔融终还原中，煤及矿粉中大部分的硫被气化成SO₂、SO₃、COS等酸性物，与石灰反应生成盐产物，熔融进入渣中被除去。

管式炉的结构如下：由图2可见管式炉内横斜着数层(如图示为6层)炉管2.5，每根炉管2.5由数根(本图示为6根)短耐火管连接而成。在每根管的两端及每两根短管连接处都有管座2.4支撑并固定。炉膛内所有炉管2.5(图4示意为36根)的管座连接成一体后，将炉膛分割成数段(图2示意为6段)。连成一体后的管座2.4就成了一堵挡火墙。这样火焰及热气流就不能走短路，从炉膛的一段直接进入另一段，而必须沿着挡火墙上下绕行。由此延长了传热距离，使出炉尾气温度降低。并且使每根炉管2.5从图2所示的右到左形成了温度递降梯度。

由图2可见，炉两端的耐火横梁2.7将炉膛与外界隔离封闭，中间的耐火横梁2.7将火焰及热气流挡住，强制其转向下行。下行到炉底的热气流穿过有孔管座2.2的孔，进入下端炉膛空间，遇到由管座2.4连接的挡火墙，气流又改向上行。热气流如此上下穿行过程中与每一根炉2.5管反复接触(附图2示意6次)传热，提高了本炉的热效率。

由图2可见，立砖拱券2.8既封闭了炉顶，又为热气流在炉顶部的反向运行留出了空间。横砖拱券2.9既为提高券的承压强度，又为炉顶的保温。保温垫层2.10既为填平炉券顶，以方便保护层2.11的施工，同时减少了炉顶的散热。

由图2可见，每一根炉管2.5的右端(末端)都对应一个观察孔2.15，正常情况下，每个观察孔2.15都由孔盖2.16封闭，遇到故障时(如炉管2.5的高温端粘连结瘤)，可打开对应孔盖2.16通过观察孔2.15排除故障后再封闭，防止漏气。

由图2可见，所有管2.5的末端管座连接形成的“炉墙”将炉膛与外界隔离，该炉墙与观察孔2.15所在的外隔热墙2.23围成了一个煤气回收空间2.14。

由图2可见，在煤气回收空间2.14的下部，有若干个煤气入炉膛孔2.18，在煤气入炉膛孔2.18靠近炉膛的一侧有一次风管2.19。在煤气回收空间2.14的底部是水冷式刮板机2.20。水冷式刮板机2.20的右侧是溢流管2.21，其作用是保持水沟水位。在水沟的底部一侧是排污管2.22，由阀门控制，必要时开启阀清理水沟里的污垢。

由图2和图3对照可见，水冷式刮板机2.20是焊接在最右端的管座2.1上的预埋件2.24上的，由水冷式刮板机2.20的底板将煤气回收空间2.14与水沟隔离开。水冷式刮板机2.20的下部浸在水里，而上面无水。

由图8可见，管式炉的外侧位于右数第一端炉膛和第三段炉膛处各有一个点火炉2.25，每个点火炉2.25的券顶端都有一个火焰入炉膛口2.26。

由图2可见，在一、二次风管上都装有风阀2.17，用以调节入炉风量。在烟道中装有烟阀2.27，用以调节抽烟量及煤气入炉膛量。

Claims (2)

1、一种管式炉——竖炉双联煤基熔融还原炼铁法，其工艺步骤如下：

1)、配料：铁矿粉、煤粉、石灰粉，其中：配煤粉要超过还原铁所需量的10％～20％，配石灰粉量根据铁矿粉、煤粉的含硫量以及铁矿粉中脉石、煤灰份中二氧化硅、石灰粉中有效氧化钙的含量而定，其中有效氧化钙含量：总二氧化硅含量＝1～3，

2)、加水搅拌，混合料总含水量为12～18％，

3)、高压压块成型，压块的湿强度≥3Mpa，

4)、预热干燥增强，

5)、管式炉预还原，

6)、竖炉熔融终还原，

7)、前炉渣铁分离。

2、根据权利要求1所述的管式炉——竖炉双联煤基熔融还原炼铁法，其特征在于预热干燥的热源为管式炉的出炉尾气。

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