CN101824500B - 一种熔融还原炼铁炉及其冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种熔融还原炼铁炉及其冶炼方法，炉体为上小下大的阶梯形结构；炉顶内的料斗为垂直螺旋形，炉料从炉壁上下的三个进料口，分别通过螺旋形料斗滑入炉内；炉底的出铁口是个通出炉外的“U”形虹吸式出铁管，虹吸式出铁管之炉外管壁上装有电磁式开关。本发明的冶炼方法在于：炉料主要有铁矿石、兰炭、原煤；进料时，铁矿石放在进料口的下层，兰炭放在中层，原煤放在上层。本发明较传统高炉冶炼相比，炼铁效率约提高20％，炼铁成本约降低500元；节能约30％，有害元素s、P等的含量显著降低。

Description

一种熔融还原炼铁炉及其冶炼方法

技术领域

本发明涉及一种炼铁炉及其冶炼方法。

背景技术

高炉是炼铁用的传统设备，高炉炼铁的基本过程是铁的还原过程。传统的高炉，炉体自上而下呈一个纺锤形，其下部收缩成上宽下窄的梯形。其冶炼原理和方法是：以焦炭做燃料和还原刻，在高温下将铁矿石或其它非铁氧化物，从氧化物或矿物状态(如Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe₂SiO₄ Fe3O₄.TiO₂等)，还原为液态生铁。

传统高炉炼铁时，高炉自上而下分成五个工作区域：块状区、软溶区、滴落带、回旋区和渣铁聚集区，高炉中的温度自下而上逐渐降低------滴落带、软溶区、软溶区。其冶炼的工艺流程是：

首先，将铁矿石、熔剂和焦炭，按照一定比例做成的炉料，通过装料设备从高炉的炉顶装入高炉内；

其次，从高炉的下部风口鼓入高温热风并喷吹辅助燃料煤粉，使高温热风与焦炭和煤粉发生反应，产生高炉还原性煤气。高温还原性煤气在炉内上升时，将炉料加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学反应，最后生成的液态渣、铁，聚集于炉缸，周期地从炉内排出。在高温还原性煤气在炉内上升过程中，煤气气流的温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。

上述高炉炼铁的过程说明，焦炭的作用十分重要--起到发热剂、还原剂、料柱骨架和渗碳的重要作用。尽管其发热剂、还原剂的作用可以被煤粉或其它燃料替代，但焦炭的骨架作用是无法替代的。

传统高炉冶炼，产出一吨铁，约需要400-600Kg焦炭。焦炭是利用主焦煤经高温干馏制成的，既耗费大量能源，又造成环境污染。况且，随着钢铁需求的大幅增加，焦炭突显短缺，尤其由于主焦煤储量日益减少，严重影响了对焦炭数量和质量的需求。

发明内容

本发明的目的在于，为提高冶炼效率，克服传统高炉冶炼依赖焦炭的难题，提供一种节能、环保、效率高、产品质量好的新型高炉及相应的冶炼新方法。

本发明是这样实现的：

本发明的炉体为上小下大的阶梯形结构，熔融还原池位于炉体下部。炉体的中上部有一环状还原气体进口。炉顶的进料斗为垂直螺旋形，炉料从炉壁的上下三个进料口通过螺旋形料斗滑入炉内。熔融还原池位的底部有一个“U”形的虹吸式出铁管通出炉外，虹吸式出铁管之炉外管壁上装有电磁式开关--控制铁水的流出。

本发明的炉料及其进炉顺序是：

炉料主要有铁矿石、兰炭(即非焦煤)、原煤。进料时，铁矿石通过下料口进入炉内，兰炭放进中料口进入炉内，原煤放进上料口进入炉内。

本发明之阶梯形炉体结构，使炉内的还原反应集中在炉下部的熔融还原池中进行，反应充分、快捷。本发明之炉料中省去了传统的焦炭组分，采用低成本的原煤和兰炭做为还原剂、发热剂，取代了日益稀缺、昂贵的焦炭。本发明炉顶的螺旋形料斗和侧壁进料的设计，简化了炉顶结构，提高了安全性。当炉料进入炉中时，从高炉的下部风口鼓入高温热风，由于兰炭在高炉上部的反应性高，与CO₂的开始反应温度较低，这些反应性较高的兰炭和原煤反应后，会使气相中CO的浓度提高，即高炉内还原气氛明显得到改善，从而加速了铁矿石在高炉内的还原，扩大了间接还原反应区，提高了熔融还原的冶炼效率。本发明采用电磁式开关控制铁水的流出，改善了操作工人的工作环境、减轻了操作工人的劳动强度。

本发明在高炉上部发生的化学反应是：

C+CO₂＝2CO              反应1

Fe_xO_y+yCO₂＝xFe+yCO₂    反应2

本发明较传统高炉冶炼相比，炼铁效率约提高20％，炼铁成本降低约500元；节能约30％，产品质量提高----有害元素s、P等的含量更低。

附图说明

图1.本发明炉体之形状结构示意图；

图2.虹吸式出铁管上的电磁式开关示意图。

具体实施方式

下面结合附图，叙述一个实施例，对本发明做进一步说明。

图1显示了本实施例的炉体结构。炉体总高14m；自下而上呈三个阶梯形。

炉顶设有一个垂直的螺旋形料斗装置，该装置对应的炉壁上自上而下分别有三个料口：上料口1、中料口2、下料口3，三个料口之间两分别呈120度夹角，上下垂直距离分别为1米。原煤通过上料口1进料、兰炭通过中料口2进料、铁矿石通过下料口3进料，并分别通过螺旋形料斗滑入炉内。

下部为熔融还原池5，其外径6m，直高3m；中部外径3.5m，直高5m；上部外径2m，直高4m；下部和中部之间垂直2m处，有一个过渡的伞形面。熔融还原池1的上部有出渣口7，下部有穿出炉体的“U”形的虹吸式出铁管6，其穿出部分的管壁上装有电磁式开关8。炉体之中上部有一道环形还原气体进口4。

图2显示“U”形虹吸式出铁管及电磁式开关的结构图。

虹吸式出铁管6呈“U”形，其炉外的管壁上装有电磁式开关8，以其电磁式加热的间断方式，控制炉内铁水的流出。

冶炼时，通过三个进料口，分别放进原煤、兰炭和铁矿石及熔剂石灰石。炉内下降的炉料与风口鼓入的热风发生热交换进行还原反应，生成的铁水的同时，产生副产品炉渣和高炉煤气。因原料条件波动造成的操作条件变化，可根据炉况及时调整。

下面提供几个实施例：

实施例1.高炉容量小于600m³

原煤、兰炭的粒级为20-60mm，二者的重量比为20∶80。可全部替代焦炭。

实施例2.高炉容量600-1000m³

原煤、兰炭的粒级为10-50mm，二者的重量比为20∶80。可替代约60％的焦炭。

实施例3.高炉容量1000-4000m³

原煤、兰炭的粒级为10-50mm，二者的重量比为20∶80。可替代约50％的焦炭。

Claims (3)

1.一种熔融还原炼铁炉，其特征在于：炉体为上小下大的阶梯形结构；熔融还原池(5)位于炉体下部，熔融还原池的底部有一个“U”形虹吸式出铁管(6)通出炉外，虹吸式出铁管之炉外管壁上装有电磁式开关(8)，炉体的中上部有一环状还原气体进口(4)，炉顶内的料斗为垂直螺旋形，炉料从炉壁的上下三个进料口-上料口(1)、中料口(2)、下料口(3)分别通过螺旋形料斗滑入炉内，进料时，原煤通过上料口(1)进料，兰炭通过中料口(2)进料，铁矿石通过下料口(3)进料。

2.根据权利要求1所述熔融还原炼铁炉，其特征在于：上料口(1)、中料口(2)、下料口(3)之间垂直间距为1米，两两的相互夹角120度。

3.根据权利要求1所述熔融还原炼铁炉，其特征在于：炉体总高14m；自下而上呈三个阶梯形，下部为熔融还原池(5)，其外径6m，直高3m；中部外径3.5m，直高5m；上部外径2m，直高4m；下部和中部之间垂直2m处，有一个过渡的伞形面。

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