CN101956037A - 间接加热式还原炼铁的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种间接加热式还原炼铁的方法和装置，装置包括有气化预热炉，隔焰还原炉、熔炼炉、气体处理装置和排放系统。气化预热炉的内部由烟气通道和预热室构成，预热室由导热壁围成，预热室壁和预热室之间的空间为烟气通道。隔焰还原室中由导热壁分隔为还原室和燃烧室，隔焰还原室壁与导热壁之间的空间为燃烧室。导热壁的材质为碳化硅砖或高铝砖等。气化预热炉之间被还原物料通过物料输送设备输送，加热烟气通过烟气管路输送，煤气通过煤气管路输送。本发明烟气通过气化预热炉和隔焰还原炉的导热壁间接加热被还原物料，还原过程中伴生煤或其他燃料的气化，产生的煤气用于燃烧加热，既提高还原产品的质量，又节省能源。
Description
技术领域
本发明属于还原炼铁技术领域，涉及一种还原炼铁的方法和装置，具体涉及一种间接加热原料、还原剂，还原过程和煤气化同时进行的还原炼铁的方法和装置。
背景技术
还原炼铁是钢铁生产的重要组成部分，其主要特点是用非焦煤作为一次性能源和还原剂，将铁的氧化物在熔融状态下还原，具有以煤代焦、流程短、对环境污染小，建设投资少，生产成本低等优点，是被业内广泛看好的领域，各国的钢铁企业竞相进行研究开发。现有的还原炼铁的方法主要有COREX法(CN1010323B)、DIOS法(CN1035136A)、HISELT法(CN1037542A)。其中COREX法已经工业化生产，其他两种方法仍处于试验阶段。但是所有的还原炼铁工艺，由于能耗高、生产成本高等方面的原因，难与高炉工艺竞争。
授权公告号为CN2697565Y的中国专利公开一种“电弧炉炼钢连续加料废钢预热装置”，其电弧炉由炉体和电极构成，其连续加料废钢预热设备由预热通道、水冷给料槽等组成，电弧炉内的高温烟气与预热通道内的原料直接进行热交换，可以提高进料的预热温度，节省能源。但此方法只利用烟气中的显热，对炼钢过程中产生的CO的化学能无法利用。
本申请人在申请号为2008100799930.5的发明专利申请提供“一种电弧炉熔融炼铁的方法和装置”，包括有炉体、炉盖、电极、加料设备和出料设备，装置还包括至少一对燃烧室和至少一对蓄热器，燃烧室通过连接口与电弧炉的炉体连接，蓄热器的一端与燃烧室连接，另一端分别与排放系统、风机和气体处理装置连接。该发明专利申请充分利用熔融还原过程产生的析出气体，使析出气体燃烧加热蓄热器中的蓄热体，再通过气体循环把热量从蓄热器带入炉体内，使余热得到充分利用。但是该过程为间歇操作成，一炉还原完成后再加入另一炉进行还原，生产效率受到限制，另一方面被还原物料为直接加热还原，容易烟气和灰尘污染，影响还原产品的质量。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种间接加热式还原炼铁的方法，使被还原物料在与加热气体隔离的状态下进行加热和还原，同时还原过程中伴随着还原剂煤或焦炭的气化，产生的煤气用于燃烧加热，既提高还原产品的质量，又节省能源。本发明的另一目的是提供一种实现上述间接加热式还原炼铁方法的装置。
本发明提供的间接加热式还原炼铁的方法为，以铁的氧化物为被还原物料，以煤粉或焦粉等含碳物质为还原剂，生产铁水或直接还原钢水。所述被还原物料经过1～台气化预热炉间接预热，在隔焰还原炉间接加热还原成铁，然后进入熔炼炉中熔化成铁水。隔焰还原炉燃烧产生的烟气通过管路依次进入气化预热炉间接加热被还原物料，还原剂煤粉或焦粉在预热过程中产生的煤气经过处理后到隔焰还原炉中作燃料。气化预热炉之间被还原物料通过物料输送设备输送，加热烟气通过烟气管路输送，煤气通过煤气管路输送。
被还原物料为天然块矿和人造块矿，人造矿块为含碳包衣球团、呼吸壳、半呼吸壳、敞开壳，块状或蜂窝状含碳或非含碳成型物，呼吸壳内含有铁氧化物与含碳物质及催化剂粘结剂等物质的混合物或只含有氧化铁或只含有含碳物质。包衣球团的包衣主要为石灰石粉末、白云石粉末或硅酸盐粉末用粘合剂粘和而成。粘合剂为硅溶胶、水玻璃、磷酸或氧化铝等，或上述物质的混合物。
一种间接加热式还原炼铁的装置，包括还原炉、熔炼炉、进料设备、出料设备、换热器、气体处理装置和排放系统。所述装置还设有1～5台气化预热炉，气化预热炉为间壁式加热设备，还原炉为隔焰还原炉。气化预热炉进料口与料斗连接，气化预热炉之间通过物料输送设备相连接，气化预热炉物料出口连接到隔焰还原炉进料口，隔焰还原炉出料口通过物料输送管连接到熔炼炉。隔焰还原炉通过高温气体通道、气化预热炉的烟气通道、烟气管路和换热器连接到排放系统。气化预热炉的煤气出口通过煤气管路、气化预热炉的预热室和气体处理装置连接到隔焰还原炉的烧嘴，鼓风机通过换热器连接到烧嘴。
气化预热炉的内部由烟气通道和1～10个预热室构成，预热室由导热壁围成，预热室壁和预热室之间的空间为烟气通道。隔焰式还原室中由导热壁分隔为还原室和燃烧室，隔焰还原炉壁与导热壁之间的空间为燃烧室，导热壁的材质为所述导热壁的材质为碳化硅砖、高铝砖、硅砖、耐热钢或耐热金属。
气体处理装置包括气体净化设备、冷却设备、加压设备、除水设备、脱硫设备和除焦设备。熔炼炉为电加热炉、电弧炉、电磁感应炉、电渣炉、等离子炉或上述炉型之间的组合。隔焰还原炉中设有液压推杆，完成加热还原的半熔融状物料可以通过液压推杆等形式的机械装置推入熔炼炉中进行熔炼。
物料输送设备为管链输送机、斗式提升机、气体输送机或真空输送机。隔焰还原炉和熔炼炉之间设有高温烟气管路，管路上设有阀门，作为备用，在选择熔炼炉吹氧加热熔化操作时的高温烟气通道。
与现有技术相比，本发明的优点是，烟气通过气化预热炉和隔焰还原炉的导热壁间接加热被还原物料，烟气和灰尘不与被还原物料接触、减少对原料的污染，避免还原过程中还原铁二次氧化，提高还原产品的质量。被还原物料加热过程中伴随还原剂煤或焦炭的气化，产生煤气用作燃料在隔焰还原炉燃烧加热物料，既节省能源，又有优化了还原炼铁过程的操作。物料通过管链输送机、斗式提升机或或真空输送机输送，实现了分体式操作，增加了操作的灵活性。
附图说明
图1为本发明间接加热式还原炼铁装置的流程示意图；
图2为气化预热炉的截面图；
图3为另一方案气化预热炉的截面图。
其中：
1-物料输送设备、2-进料口、3-气化预热炉壁、4-烟气通道、5-导热壁、6-预热室、7-高温气体通道、8-隔焰还原炉、9-出料口、10-燃烧室、11-物料输送管、12-熔炼炉、13-烧嘴、14-高温烟气输送管、15-喷嘴、16-铁水出口、17a、17b、17c-气化预热炉、18-煤气管路、19-烟气管路、20-电极、21-煤气出口、22-煤气入口、23-料斗、24-换热器、25-除尘器、26-引风机、27-烟囱、28-气体处理设备、29-还原室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明所述接加热式还原炼铁的装置如图1所示，包括有3台气化预热炉17a、17b、17c，隔焰还原炉8、熔炼炉12、气体处理装置28、换热器24、进料设备、出料设备和排放系统。进料设备为料斗23、输送机等，排放系统包括除尘器25、引风机26和烟囱27。熔炼炉为电弧炉，电弧炉设有3根电极20，电弧炉侧壁设有喷嘴15和铁水出口16。如图2所示，气化预热炉的内部由烟气通道4和预热室6构成，预热室由导热壁5围成，气化预热炉壁3和导热壁5之间的空间为烟气通道4，导热壁的材质为碳化硅砖。如图3所示，本实施例的气化预热炉中设有4个预热室6，4个预热室为方阵排列。烟气通道上部设有出气口，下部设有进气口。预热室6的上部设有煤气出口21，下部设有煤气进口22。隔焰还原炉中由导热壁5分隔为还原室29和燃烧室10，隔焰还原炉壁与导热壁之间的空间为燃烧室。气体处理装置包括气体净化设备、加压设备、除水设备、冷却设备、脱硫设备和除焦设备。气化预热炉17c的进料口2与料斗23连接，出料口9通过物料输送设备1连接到气化预热炉17b的进料口，气化预热炉17b的出料口通过物料输送设备连接到气化预热炉17a的进料口，气化预热炉17a出料口连接到隔焰还原炉进料口，隔焰还原炉出料口通过物料输送管11连接到熔炼炉12，物料输送设备为斗式提升机。隔焰还原炉通过高温气体通道7连接到气化预热炉17a的烟气通道4入口，气化预热炉17a烟气出口通过烟气管路19连接到气化预热炉17b的烟气入口，依次通过烟气管路和各气化预热炉的烟气通道连接换热器24，通过换热器连接到排放系统。气化预热炉17a的煤气出口21通过煤气管路18连接到气化预热炉17b的煤气入口22，依次通过煤气管路和各气化预热炉的预热室连接到气体处理装置28，通过气体处理装置连接到隔焰还原炉的烧嘴13。鼓风机通过换热器24连接到烧嘴。电弧炉12与隔焰还原炉8之间设有备用的高温烟气输送管14，管路上设有阀门6，作为工艺上的选择，用于熔炼炉通入氧气加热时烟气直接进入隔焰还原炉加热物料。
本实施例被还原物料为呼吸壳或包衣球团，呼吸壳或包衣球团的核心部分为铁矿粉，包壳或包衣为煤粉，加少量水滚制而成，煤粉作还原剂。本发明还原炼铁的过程为，被还原物料通过输送设备送入料斗23，由料斗进入气化预热炉17c的预热室，由气化预热炉17b过来的烟气通过导热壁预热物料。然后物料运行到出料口，经斗式提升机输送到气化预热炉17b的进料口，经进料口进入气化预热炉17b的预热室6预热物料。依次进入气化预热炉17a的预热室继续预热物料。经过3台气化预热炉的预热后，物料温度达700～800℃，通过气化预热炉17a的出料口进入隔焰还原炉8的还原室29。在隔焰还原炉中燃烧室10燃烧产生的热量通过导热壁为还原室中的物料提供热量进行还原反应，包衣的煤粉为还原提供还原气氛。还原过程为间歇操作，定时液用液压推杆压推杆通过物料输送管11向电弧炉输送还原后的物料。物料进入电弧炉后，插入电极，进行加热熔化，然后从铁水出口16放出铁水。
隔焰还原炉8燃烧产生的1400～1500℃的高温烟气，通过高温气体通道7进入气化预热炉17a的烟气通道4的入口，在气化预热炉17a，通过导热壁5预热预热室6中的物料，进一步提高被还原物料的温度。烟气通过上部烟气出口、烟气管路19和气化预热炉17b下部的烟气入口进入气化预热炉17b预热预热室中的物料，再经过下部烟气出口、烟气管道19和气化预热炉17c的烟气入口进入气化预热炉17c预热刚进入预热室中的物料。然后烟气经烟气出口、烟气管路19、换热器24、除尘器25、引风机26到烟囱27排放，烟气排放温度低于150℃。
气化预热炉17a预热室中物料气化产生的煤气经煤气出口21、煤气管路18、煤气入口22进入气化预热炉17b的预热室6，汇合气化预热炉17b预热室中产生的煤气一起经煤气出口、煤气管路和煤气入口进入气化预热炉17c，汇合气化预热炉17a、17b预热室中产生的煤气一起经煤气出口、煤气管路进入气体处理装置28。煤气在气体处理装置经过净化处理后到隔焰还原炉的烧嘴13，与从鼓风机经换热器24换热的空气一起进入隔焰还原炉8的燃烧室10中燃烧加热。
Claims (13)
1.一种间接加热式还原炼铁的方法，以铁的氧化物为被还原物料，以煤粉或焦粉等含碳物质为还原剂，生产铁水或直接还原钢水，其特征是：所述被还原物料经过至少1～5台气化预热炉(17a、17b、17c)间接预热，在隔焰还原炉(8)间接加热还原成铁，然后进入熔炼炉(12)中熔化成铁水；隔焰还原炉燃烧产生的烟气通过管路依次进入气化预热炉间接加热被还原物料，还原剂煤粉或焦粉在预热过程中产生的煤气经过处理后到隔焰还原炉作燃料；气化预热炉之间被还原物料通过物料输送设备(1)输送，加热烟气通过烟气管路(19)输送，产生的煤气通过煤气管路(18)输送。
2.根据权利要求1所述的间接加热式还原炼铁的方法，其特征是：所述被还原物料为天然块矿和人造块矿，所述人造矿块为含碳包衣球团、呼吸壳、半呼吸壳、敞开壳，块状或蜂窝状含碳或非含碳成型物，呼吸壳内含有铁氧化物与含碳物质及催化剂粘结剂等物质的混合物或只含有氧化铁或只含有含碳物质；所述包衣球团的包衣主要为石灰石粉末、白云石粉末或硅酸盐粉末用粘合剂粘和而成，所述粘合剂为硅溶胶、水玻璃、磷酸或氧化铝等，或上述物质的混合物，而呼吸壳可以为球型，圆柱状空心等形式，允许直接加入类似煤的含碳物质。
3.一种间接加热式还原炼铁的装置，包括还原炉、熔炼炉(12)、进料设备、出料设备、换热器、气体处理装置和排放系统，其特征是：所述装置还设有至少1～5台气化预热炉(17a、17b、17c)，气化预热炉为间壁式加热设备，所述还原炉为隔焰还原炉(8)；气化预热炉(17c)进料口与料斗连接，气化预热炉(17a、17b、17c)之间通过物料输送设备(1)相连接，气化预热炉17a物料出口连接到隔焰还原炉(8)进料口，隔焰还原炉出料口通过物料输送管(11)连接到熔炼炉(12)；所述隔焰还原炉通过高温气体通道(7)、气化预热炉(17a、17b、17c)的烟气通道(4)、烟气管路(19)和换热器(24)连接到排放系统；气化预热炉17a的煤气出口(21)通过煤气管路、气化预热炉(17b、17c)的预热室(6)和气体处理装置(28)连接到隔焰还原炉的烧嘴(13)，鼓风机通过换热器(24)连接到烧嘴。
4.根据权利要求3所述间接加热式还原炼铁的装置，其特征是：所述气化预热炉的内部由烟气通道和至少1～10个预热室(6)构成，预热室由导热壁(5)围成，气化预热炉壁(3)和导热壁之间的空间为烟气通道(4)。
5.根据权利要求3所述间接加热式还原炼铁的装置，其特征是：所述隔焰还原炉(8)中由导热壁分隔为还原室(29)和燃烧室(10)，隔焰还原炉壁与导热壁之间的空间为燃烧室(10)。
6.根据权利要求4或5所述间接加热式还原炼铁的装置，其特征是：所述导热壁的材质为碳化硅砖、高铝砖、硅砖、耐热钢或耐热金属。
7.根据权利要求3所述间接加热式还原炼铁的装置，其特征是：所述气体处理装置包括气体净化设备、换热设备、冷却设备、加压设备、除水设备、脱硫设备和除焦设备；物料输送设备为管链输送机、斗式提升机、气体输送机或真空输送机，输送设备可以在隔绝空气下进行操作。
8.根据权利要求3所述间接加热式还原炼铁的装置，其特征是：所述隔焰还原炉(8)和熔炼炉(12)之间设有高温烟气管路(14)，管路上设有阀门(6)。
9.根据权利要求3所述间接加热式还原炼铁的装置，其特征是：所述隔焰还原炉(8)中设有液压推杆，完成加热还原的熔融或半熔融状物料可以通过液压推杆等形式的机械装置推入熔炼炉(12)中进行熔炼。
10.根据权利要求3所述间接加热式还原炼铁的装置，其特征是：所述熔炼炉为电加热炉、电弧炉、电磁感应炉、电渣炉、等离子炉或上述炉型之间的组合，也可采用将通入烧嘴(13)的燃料、可燃气体和助燃气体全部或部分通入喷嘴(15)中用于加热物料，同时可采用电极加热也可不采用。通入烧嘴(13)的燃料也可外加固体、液体或气体燃料或它们的混合物，助燃气体的部分或全部可以采用纯氧或富氧气体。
11.根据权利要求3所述间接加热式还原炼铁的装置，其特征是：所述装置也适用于电石生产或其他用碳还原的冶金过程或化工过程，电石生产呼吸壳采用碳酸钙加粘接剂作为壳体，壳体内部采用类似煤的固体燃料或其与碳酸钙等物质的混合物，经过上述权利要求的过程后，进入熔炼炉生产电石。同样也适用于如硅铁的还原生产过程或黄磷还原生产的过程。
12.根据权利要求3所述间接加热式还原炼铁的装置，其特征是：所述隔焰还原炉也可以为直接加热装置，即用煤气及空气混合燃烧直接进行物料快速加热，而所排放的烟气进入气化预热炉的烟气通道，在熔炼炉中产生的烟气也可直接进入隔焰还原炉内对物料进行加热。
13.根据权利要求3所述间接加热式还原炼铁的装置，其特征是：所述装置适用于高品位铁矿和易选或不易选的低品位铁矿，将熔炼炉中的炉渣，以一定比例和注入方式，全部或部分加入水泥机或各式水泥煅烧设备中，作为与之相匹配的水泥物料的煅烧热能的一部分或全部，从而进行水泥和钢铁的联产。这种联产方式同样适用于高炉等炼铁装置产生的炉渣。
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