CN103352097A

CN103352097A - 还原炉及煤基外预热含煤球团直接还原工艺

Info

Publication number: CN103352097A
Application number: CN2013102032375A
Authority: CN
Inventors: 李菊艳; 唐恩; 范小刚; 周强; 喻道明; 秦涔; 王小伟
Original assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd
Current assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2013-10-16

Abstract

本发明提供一种还原炉，它包括炉墙、至少一个还原罐、及至少一个燃烧罐，所述至少一个还原罐与所述至少一个燃烧罐交替设置。每个还原罐的顶端连接有原料加料装置，底端设置有出料口。每个燃烧罐的顶端连接有燃料加料装置，底端设置有出灰口。本发明还提供一种煤基外预热含煤球团直接还原工艺，它包括以下步骤：1）将含铁原料、煤粉、与粘结剂混合造球得到煤球团，2）提供所述还原炉，将球团通过原料加料装置加入至还原罐中，将燃煤通过燃料加料装置加入至燃烧罐内，球团和燃煤自上而下独立运行，球团经预热、还原形成海绵铁后排出。本发明综合了竖炉生产能力高、煤基还原采用非焦煤作为还原剂，以廉价的煤炭作为热源等优点，生产炼钢用直接还原铁。

Description

还原炉及煤基外预热含煤球团直接还原工艺

技术领域

本发明属于冶金工业炼铁领域，是一种非高炉炼铁的方法，尤其涉及一种还原炉及煤基外预热含煤球团直接还原工艺。

背景技术

直接还原铁（DRI）又叫海绵铁，以天然气或非焦煤作为还原剂还原铁矿石、铁精粉或含铁原料后形成。还原剂不同，所生产的DRI的化学成分也不同。随着冶炼钢种对残余元素要求越来越严，特别是核电、加氢、电站等产品钢，使用普通返回废钢和外购废钢冶炼时，已满足不了产品对残余元素的要求。直接还原铁因其杂质元素含量非常低，在炼钢中常用来代替部分废钢来解决炼钢过程中的残余元素问题，生产高品质纯净钢或特殊钢。

近年来全球直接还原铁产量持续增加，据统计，2010年世界直接还原铁（DRI/HBI）的产量已达7037万t，约为我国高炉生铁产量（9.52亿t）的6.7%，受资源的制约，我国直接还原铁生产的发展缓慢，产量不到全球直接还原铁（DRI）产量的1.0%。

按还原剂的不同直接还原分为气基还原和煤基还原。MIDREX和HYL是两种主要的气基竖炉还原工艺，其产量占全球直接还原铁产量的70%以上，在直接还原铁生产中占主导地位。气基竖炉还原装置不需要配套建设大型的烧结、炼焦设备，也不需要焦炭和焦煤，因此在天然气丰富的发展中国家得到了快速的发展。气基还原规模大，单炉产能可达190万t/年。

煤基直接还原工艺大部分规模较小，能耗也较高。常见的煤基直接还原工艺包括转底炉、隧道窑和回转窑等。转底炉已在处理钢铁厂含Fe、Zn、Cr、Ni粉尘方面实现了工业化生产，其不足之处在于海绵铁（DRI）脉石和硫含量高，导致电炉炼钢渣量增加，电极消耗，难以直接用于生产炼钢用直接还原铁。转底炉工艺包括干铁法（Dryiron）、FASTMET、INMETCO法等，单炉产能最大可达50万t/a，但与竖炉相比，仍显得较小。

隧道窑是欧洲开发的专门用于生产高附加值的粉末冶金铁粉的主要工艺手段。由于正规设计的直接还原隧道窑长达160－270米，产能小（单窑最大年产6万吨）热损失大、能耗很高（耗煤约1t/t，其中还原用煤450～650kg/t，加热用煤450～550kg/t），生产周期长（48～76小时）；污染严重（还原煤灰、废还原罐等固体废弃物多，粉尘多），产品质量不稳定等问题国外已不用隧道窑生产炼钢用DRI。

回转窑是目前国内较常用的直接还原铁生产方法。因对原燃料要求苛刻，单位产能投资和运行费用偏高，稳定运行难度偏大，生产规模偏小（最大15万t/年座），难以成为我国直接还原铁发展的主体工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种还原炉及煤基外预热含煤球团直接还原工艺，其综合了竖炉的生产能力高、可向大型化发展，煤基还原采用非焦煤粉作为还原剂，以廉价的煤炭作为热源等优点，生产炼钢用直接还原铁。

本发明解决上述问题的技术方案是：

还原炉，其特征在于，它包括炉墙、至少一个还原罐、及至少一个燃烧罐，所述至少一个还原罐与所述至少一个燃烧罐交替设置；每个还原罐的顶端连接有原料加料装置，每个还原罐的底端设置有出料口；每个燃烧罐的顶端连接有燃料加料装置，每个燃烧罐的底端设置有出灰口。

上述方案中，每个还原罐与每个燃烧罐的横截面的宽度比为1:0.7-0.3。

上述方案中，每个还原罐与每个燃烧罐的横截面均为四边形，所述至少一个还原罐与所述至少一个燃烧罐沿水平方向交替设置。

上述方案中，所述还原罐与燃烧罐的横截面均为环形，所述至少一个还原罐与所述至少一个燃烧罐同心交替设置。

煤基外预热含煤球团直接还原工艺，它包括以下步骤：

1）原料制备：将含铁原料、煤粉、与粘结剂混合造球得到煤球团，其中所述煤粉与含铁原料按照碳氧摩尔比为1.1-1.2配料，所述粘结剂与含铁原料、煤粉、及粘结剂三者总量的质量比为2-5：100；

2）提供上述还原炉，将球团通过原料加料装置加入至还原罐中，将燃煤通过燃料加料装置加入至燃烧罐内，球团和燃煤自上而下独立运行，球团经预热、还原形成海绵铁后排出，其中还原温度为800℃-1400℃，还原时间为5-20h。

上述方案中，还包括对步骤2）所得到的还原铁进行送电炉炼钢或压制成热压块的步骤。

上述方案中，当燃煤为块煤时，采用抽风或鼓风燃烧；当燃煤为煤粉时，采用喷吹鼓风燃烧。

上述方案中，所述还原罐自上而下的2/3高度处的温度控制在800℃以上。

本发明的原理是：采用内配煤球团和燃煤自上而下连续运行，且内配煤球团和燃煤分别独立运行。燃煤点火后燃烧，为内配煤球团还原提供热量，自下而上形成的高温废气预热上部燃煤，低温排出。含煤球团自上而下经过预热、还原、冷却后形成冷态直接还原铁排出，或经预热、还原后热态排出，热送炼钢，可实现高度机械化和大规模生产高品质海绵铁。其中，本发明涉及到1）内配煤球团自还原技术：内配煤球团的还原称为自还原反应，自还原反应由于球团中配入一定量的煤粉，还原过程中煤粉与氧化铁紧密接触，氧化铁还原反应（Fe₂O₃ + CO = 2Fe + CO₂和FeO + CO = Fe + CO₂）产生的CO₂可就地转化成CO（CO₂ + C = 2CO），并立即参与还原反应。因此，内配煤球团的直接还原反应与一般的煤基直接还原相比，反应动力学条件优越，反应速度快，还原铁质量好；2）以燃煤为热源的直接还原技术：控制燃煤燃烧为直接还原提供热源。

本发明的有益效果是：

1）创新的还原炉型结构：与传统的煤基还原炉炉料运行方式不同，该技术采用了气基还原的炉料运行方式，炉料自上而下运行，避免了传统煤基还原产能小的致命缺陷；还原罐中的炉料双面吸收燃烧罐的热量，受热均匀，有利于还原反应的进行，产品质量得到保证。

2）创新的以燃煤为热源的直接还原技术：国内燃煤资源丰富，可使用低价的燃料煤燃烧为直接还原提供热量，可有效控制生产成本；与其他煤基直接还原技术相比，该技术热效率高，燃料比低。传统的煤基直接还原如转底炉敞焰加热，隧道窑隔焰加热，燃料消耗量大，大量热量被高温烟气带走，热效率低，能耗高。

3）采用内配煤球团自还原技术，反应动力学条件优越，反应速度快，还原铁质量好。

因此，本发明根据我国缺石油，天然气贫乏，非焦煤资源丰富、价廉的特点，开发设计了煤基外预热含煤球团直接还原技术，综合了竖炉的生产能力高、可向大型化发展，煤基还原采用非焦煤作为还原剂，以廉价的煤炭作为热源等优点，生产炼钢用直接还原铁。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的还原炉的主视图。

图2为本发明实施例一提供的还原炉的俯视图。

图3为本发明实施例一提供的煤基外预热含煤球团直接还原工艺的流程示意图。

图4为本发明实施例二提供的还原炉的主视图。

图5为本发明实施例二提供的还原炉的俯视图。

图中：1-炉墙，2-燃烧罐，3-还原罐，4-燃料加料装置，5-原料加料装置，6-出料口，7-出灰口。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例一

如图1至图2所示，其为本发明实施例一提供的还原炉，它包括炉墙1、多个还原罐3、及多个燃烧罐2。多个还原罐3与多个燃烧罐2交替设置。每个还原罐3的顶端连接有原料加料装置5，每个还原罐3的底端设置有出料口6。每个燃烧罐2的顶端连接有燃料加料装置4，每个燃烧罐2的底端设置有出灰口7。还原罐及燃烧罐数量可按年产量要求设置。

在本实施例中，每个还原罐3与每个燃烧罐2的横截面均为四边形，多个还原罐3与多个燃烧罐2沿水平方向交替设置。每个还原罐3与每个燃烧罐2的横截面的宽度比为1:0.7-0.3。在本实施例中，宽度比优选为0.5。

如图3所示，本实施例还提供一种煤基外预热含煤球团直接还原工艺，它包括以下步骤：

2）原料混匀及造球：将混匀的原料加入一定量的水造球，得到生球；

3）原料烘干：得到的生球进行干燥，得到球团；

4）提供上述还原炉，将球团通过原料加料装置加入至还原罐中，将燃煤通过燃料加料装置加入至燃烧罐内，加料采用皮带输送、台车布料的方式加料，球团和燃煤自上而下独立运行，球团经预热、还原形成海绵铁后排出，其中还原温度为800℃-1400℃，还原时间为5-20h。

5）将步骤4）所得到的还原铁进行送电炉炼钢或压制成热压块；

6）出料和出灰。

当燃煤为块煤时，采用抽风或鼓风燃烧；当燃煤为煤粉时，采用喷吹鼓风燃烧。燃烧方式可根据产品质量要求选择。还原罐自上而下的2/3高度处的温度控制在800℃以上。

本实施例中，粘结剂选用萤石，含铁原料为铁矿粉、铁精粉或含铁尘泥等。

在本实施例中，还原剂煤粉为非焦煤粉，含碳量优选大于70%。

实施例二

如图4和图5所示，其为本发明实施例二提供的还原炉，其与实施例一大致相同，不同之处在于还原罐3与燃烧罐2的横截面均为环形，多个还原罐3与多个燃烧罐2同心交替设置。加料采用料罐子和布料溜槽加料的方式，分批次加入燃煤和球团。

需要说明的是，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1. 还原炉，其特征在于，它包括炉墙、至少一个还原罐、及至少一个燃烧罐，所述至少一个还原罐与所述至少一个燃烧罐交替设置；每个还原罐的顶端连接有原料加料装置，每个还原罐的底端设置有出料口；每个燃烧罐的顶端连接有燃料加料装置，每个燃烧罐的底端设置有出灰口。

2. 如权利要求1所述的还原炉，其特征在于，每个还原罐与每个燃烧罐的横截面的宽度比为1:0.7-0.3。

3. 如权利要求1或2所述的还原炉，其特征在于，每个还原罐与每个燃烧罐的横截面均为四边形，所述至少一个还原罐与所述至少一个燃烧罐沿水平方向交替设置。

4. 如权利要求1或2所述的还原炉，其特征在于，所述还原罐与燃烧罐的横截面均为环形，所述至少一个还原罐与所述至少一个燃烧罐同心交替设置。

5. 煤基外预热含煤球团直接还原工艺，其特征在于，它包括以下步骤：

2）提供如权利要求1-4任一项所述的还原炉，将球团通过原料加料装置加入至还原罐中，将燃煤通过燃料加料装置加入至燃烧罐内，球团和燃煤自上而下独立运行，球团经预热、还原形成海绵铁后排出，其中还原温度为800℃-1400℃，还原时间为5-20h。

6. 如权利要求5所述的直接还原工艺，其特征在于，还包括对步骤2）所得到的还原铁进行送电炉炼钢或压制成热压块的步骤。

7. 如权利要求5所述的直接还原工艺，其特征在于，当燃煤为块煤时，采用抽风或鼓风燃烧；当燃煤为煤粉时，采用喷吹鼓风燃烧。

8. 如权利要求5所述的直接还原工艺，其特征在于，所述还原罐自上而下的2/3高度处的温度控制在800℃以上。