CN105296699A - 一种避免预还原矿再氧化的熔融还原炼铁装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种避免预还原矿再氧化的熔融还原炼铁装置及方法，属于熔融还原炼铁技术领域。所述熔融还原炼铁装置采用已有的竖炉和铁浴炉作为还原反应器，并且包括：采用预还原炉料下降通道将竖炉产生的预还原矿输送至铁浴炉炉体侧面的加料口，并进一步将炉料直接压入铁浴炉渣层内，避免了预还原矿在铁浴炉上部自由空间内与煤气接触发生再氧化，进而自由空间内气体的二次燃烧率不受限制。铁浴炉炉体设置三层喷枪，可通过调整三层喷枪的吹氧比例和喷煤比例以及总的吹氧量和喷煤量来调整炉内煤气二次燃烧率和温度，为铁浴炉内的熔池提供足够的热量。

Description

一种避免预还原矿再氧化的熔融还原炼铁装置及方法

技术领域

本发明属于熔融还原炼铁技术领域，特别提供了一种避免预还原矿再氧化的熔融还原炼铁装置及方法。

背景技术

熔融还原炼铁技术发展的主要方向是以煤代焦和直接应用粉矿资源，以达到充分利用资源、缩短流程、减少投资、降低成本以及减少对环境污染的目标。根据含铁原料预还原的程度不同，熔融还原炼铁工艺可分为一步法和二步法两类。一步法是将含铁原料先熔化后还原，如Romelt工艺和HIsmelt工艺；二步法熔融还原先在竖炉或流化床内将铁矿石进行预还原，然后再加入终还原炉，如：COREX工艺和FINEX工艺。

一步法的缺点是：一是熔融态氧化铁的腐蚀性强，严重损坏炉衬，缩短使用寿命；二是还原产生1500℃以上的高温煤气及过量的CO，且煤气所携带的热量无法有效地传递给还原区，煤气的热利用率低。二步法中预还原有效地利用终还原产生的高还原势煤气，将原料进行一定程度的预还原后加入终还原炉，同时可以减小终还原炉的压力。因此，二步法熔融还原工艺更具有竞争力和发展前景。目前，实现工业化生产的二步法熔融还原炼铁技术只有COREX工艺和FINEX工艺，而且取得了突破性进展。但是这两种工艺共同存在的缺点是，为了避免预还原矿的再氧化，终还原炉内煤气的二次燃烧率非常低，例如不到10％，致使燃料比居高不下。COREX工艺自1989年实现工业化生产以来，在生产实践中已证实，如果终还原炉内的二次燃烧率升高，预还原矿在经过终还原炉上部的自由空间时就会发生再氧化，再次将其还原必定进一步消化还原性气体，致使燃料比随之升高。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是如何提高二步法终还原炉内煤气的二次燃烧率、降低燃料比，同时能够避免预还原球团在终还原炉内与煤气接触发生再氧化，并克服由现有技术不足所引发的一系列问题。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了“一种避免预还原矿再氧化的熔融还原炼铁装置及方法”。该装置中预还原采用竖炉，终还原采用铁浴炉，其特征是在竖炉出料口和铁浴炉加料口之间安装一个预还原炉料下降通道，通道内设有螺旋给料器，并在铁浴炉炉体上设置有三层喷枪；依靠此装置可将来自竖炉的预还原炉料通过预还原炉料下降通道，直接从铁浴炉炉体侧面的加料口压入到铁浴内，以此避免预还原矿从铁浴炉炉顶加入时所引发的再氧化，进而解除了对位于铁浴炉上部的自由空间内气体二次燃烧率的限制，设置在铁浴炉炉体上的三层喷枪主要用于喷吹粉煤和氧气。

现将所发明的装置说明如下：

所述装置设有起到预还原作用的竖炉和起到终还原作用的铁浴炉，竖炉出料口和铁浴炉加料口之间设有预还原炉料下降通道，铁浴炉加料口的位置需避开炉内自由空间区域。

所述预还原炉料下降通道与炉体垂直面夹角为30-60°，预还原炉料下降通道中设置有螺旋给料器，依靠此螺旋给料器为竖炉内的预还原炉料下行到铁浴炉内提供动力。

所述铁浴炉炉体上设置有三层喷枪，安装在铁浴炉炉体的炉壁上，其具体位置分别处于铁浴炉壁对应的自由空间、渣层和渣铁界面三个不同部位，同一层面的喷枪均处于相同的炉体水平截面上，并沿其圆周均匀分布。其中置于自由空间的喷枪称为上层喷枪，置于渣层位置的喷枪称为中层喷枪，置于渣铁界面处的喷枪称为下层喷枪。

所述上层喷枪个数为4-8个，采用向下倾斜安装，与所述炉体垂直面夹角为30-60°；中层喷枪个数为4-8个，采用水平或向下倾斜且与炉墙切向安装，与炉体垂直面夹角为60-90°；下层喷枪个数为4-8个，采用向下倾斜安装，与炉体垂直面夹角为30-60°。

发明的工艺方法说明如下：

所述竖炉出料口排出的预还原矿进入预还原炉料下降通道，再由预还原炉料下降通道中的螺旋给料器压至铁浴炉的加料口，进而直接进入渣层内，避免了预还原矿在铁浴炉上部自由空间内与煤气接触发生再氧化。

所述铁浴炉炉体上的上层喷枪为氧枪，向自由空间吹氧，调整铁浴炉内煤气的二次燃烧率及炉内的温度；中层喷枪为煤氧枪，主要向渣层内切向喷煤、吹氧，并可同时喷吹适量的粉矿及炉尘，通过一氧化碳与氧气反应所发生的二次燃烧，生成前述的高温煤气，并为熔池提供热量，对炉料进行熔化，切向吹入使得渣层得到剧烈搅拌，延长粉煤在渣层内的停留时间，同时强化炉缸内部和炉缸与自由空间之间的热传递；下层喷枪亦为煤氧枪向渣铁界面处喷煤吹氧，为铁水层提供还原剂和助燃剂，渣层和铁水层发生的主要还原反应如下：

Fe₃O₄+C＝3FeO+CO，

FeO+C＝Fe+CO。

所述上层喷枪吹氧量占总需求量的0-10％，中层喷枪吹氧量占总需求量的60-100％；下层喷枪吹氧量占总需求量的10-40％。

所述铁浴炉炉内煤气的二次燃烧率控制在15％-80％，产生的煤气温度在1400-1700℃之间。铁浴炉排出的高温、高二次燃烧率的煤气通过煤气改质方法如：将高温煤气通过碳基填充床，使还原性气体(CO+H₂)的百分含量达到90-100％之间，同时可以达到除尘、降温的目的，最终得到适应竖炉使用要求的煤气，供给竖炉使用。

本发明提供一种避免预还原矿再氧化的熔融还原炼铁装置及方法，其主要具有以下有益效果：

1、本发明采用将预还原矿从侧面直接压入铁浴炉熔池内的方法，避免了预还原矿与氧化性气氛接触发生再氧化反应，与现有两步法熔融还原技术相比，终还原炉可采用更高的二次燃烧率，从而使预还原与终还原的匹配更加灵活，提高了生产效率并降低了燃料比。

2、本发明铁浴炉内采用粉煤作为还原剂以直接还原反应为主生产铁水，摆脱了对焦炭的依赖，且无一般熔融还原工艺(如COREX)所存在的料柱透液性和透气性等问题。

3、本发明的铁浴炉的炉体上设置三层喷枪，分别位于自由空间、渣层和渣铁界面，三层喷枪吹氧比例可根据炉内各个段的温度做调整，中层喷枪采用切向安装吹入氧气和粉煤的同时使得渣层得到剧烈搅拌，延长了粉煤在渣层的停留时间，从而使直接还原反应和粉煤利用更加充分，同时加强了自由空间与熔池之间的传热；中层喷枪吹入粉煤的同时可吹入粉矿和返尘，使粉料得到充分利用。

4、本发明在现有反应器的基础上进行改进和创新，有效地解决了现有技术的不足、降低成本、提高了生产率、经济效益，使得该工艺具有竞争力。

附图说明

图1为本发明的主剖面示意图。图中：1为预还原竖炉，2为终还原铁浴炉，3为预还原竖炉出料口，4为终还原铁浴炉加料口，5为预还原炉料下降通道，6为螺旋给料器，7为上层喷枪，8为中层喷枪，9为下层喷枪，10为渣层，11为铁水层。

图2为沿着图1中的线A-A截取的终还原铁浴炉的剖面示意图。图中：2为终还原铁浴炉，8为中层喷枪。

具体实施方式

下面对本发明进行具体举例说明，但本发明内容并不局限于以下实施例。

发明装置的实施例

本实施例提供“一种避免预还原矿再氧化的熔融还原炼铁装置”，年产铁水60万吨。如图1所示：本发明的装置包括：预还原竖炉1、终还原铁浴炉2以及在预还原竖炉出料口3与终还原铁浴炉加料口4之间安装有预还原炉料下降通道5，预还原炉料下降通道5与炉体垂直面夹角为30°，通道内设置有螺旋给料器6，其每小时球团的输送量为92.8吨。终还原铁浴炉加料口4设在渣线以下0.4m的位置，以此避开终还原铁浴炉内高温、氧化性区域；终还原铁浴炉2的炉墙上设置有三层喷枪，分别置于其自由空间的上层喷枪7、置于渣层的中层喷枪8和置于渣铁界面处的下层喷枪9，三层喷枪于所在的圆周上均匀分布，个数均为6个，上层喷枪7和下层喷枪9与炉体垂直面夹角为30°，中层喷枪8与炉体垂直面夹角为60°且切向安装。上层喷枪7的作用是吹氧调整自由空间煤气温度并为熔池传递热量；中层喷枪8的作用是向渣层喷煤、吹氧，以及喷吹粉矿和炉尘，通过燃烧放热为熔池提供热量的同时还原铁氧化物，中层喷枪8采用切向安装使得渣层得到剧烈搅拌，延长粉煤在渣层内的停留时间，同时加剧炉缸内部和炉缸与自由空间之间的热传递；下层喷枪9的主要作用是吹入少量的粉煤与氧气，调整铁水层温度并将铁氧化物彻底还原熔化成铁水。

发明方法实施例1

本实施例所用原料为球团矿，所用燃料为粉煤，球团矿化学成分如表1所示，煤粉化学成分如表2所示。

表1：球团矿化学成分(本表所列各组分均按质量百分含量计，TFe为全铁含量)

表2：煤粉的化学成分(按质量百分数计)：

将预还原竖炉产生的温度设定为850℃、金属化率达到90％的预还原球团通过预还原炉料下降通道直接压入铁浴炉的渣层内，通过中层喷枪和下层喷枪向铁浴炉内喷吹粉煤的总量为吨铁950kg，其中，中层喷枪的喷煤量为总煤耗的90％，下层喷枪的喷煤量为总煤耗的10％，通过三层喷枪吹入氧气的总量为吨铁530Nm³，其中，上层喷枪吹氧量为总氧耗的5％，中层喷枪吹氧量为总氧耗的65％，下层喷枪的吹氧量为总氧耗的30％，最终铁浴炉炉顶排出的煤气温度为1400℃，二次燃烧率为20％。铁浴炉产生的高温、高二次燃烧率的煤气采用煤气改质方法使煤气符合竖炉需求，在本实施例中采用碳基填充床反应器提高煤气的还原势，即将高温、高二次燃烧率煤气通入碳基填充床，出口煤气中还原性气体的百分含量可提高12％，达到92％，且温度降至850℃。

鉴于COREX等工艺从终还原炉炉顶加料，煤气的二次燃烧率需控制在10％左右，据此，本实施例也将铁浴炉炉顶煤气的二次燃烧率限制在10％，其它条件相同，最终煤耗为吨铁1612kg，氧耗为吨铁874Nm³。铁浴炉产生的煤气量远远大于竖炉需求的煤气量。因此，采用本发明的方法与采用炉顶加料的方法相比，吨铁燃料比降低了662kg，氧耗降低了344Nm³，而且避免了预还原矿在铁浴炉上部的自由空间发生再氧化。

发明方法实施例2

本实施例所用原料与实施例1相同，主要操作和生产参数如下。

将预还原竖炉产生的温度设定为850℃、金属化率达到80％的预还原球团通过预还原炉料下降通道直接压入铁浴炉的渣层内，通过中层喷枪和下层喷枪向铁浴炉内喷吹粉煤的总量为吨铁1048kg，其中，中层喷枪的喷煤量为总煤耗的86％，下层喷枪的喷煤量为总煤耗的14％，通过三层喷枪吹入氧气的总量为吨铁583Nm³，其中，上层喷枪吹氧量为总氧耗的5％，中层喷枪吹氧量为总氧耗的65％，下层喷枪的吹氧量为总氧耗的30％，最终铁浴炉炉顶排出的煤气温度为1400℃，二次燃烧率为20％。在本实施例中高二次燃烧率的煤气同样采用碳基填充床反应器提高煤气的还原势，煤气中还原性气体的含量可提高12％，达到92％，且温度降至850℃。

鉴于COREX等工艺从终还原炉炉顶加料，煤气的二次燃烧率需控制在10％左右，本实施例进一步将铁浴炉炉顶煤气的二次燃烧率限制在10％，其它条件相同，最终煤耗为吨铁1776kg，氧耗为吨铁960Nm³。铁浴炉产生的煤气量远远大于竖炉需求的煤气量。因此，采用本发明的方法与采用炉顶加料的方法相比，吨铁燃料比降低了728kg和氧耗降低了377Nm³，而且避免了预还原矿在铁浴炉上部的自由空间发生再氧化。

Claims (5)

1.一种避免预还原矿再氧化的熔融还原炼铁装置，所述熔融还原炼铁装置包括具有竖炉出料口(3)的预还原竖炉(1)和具有铁浴炉加料口(4)的终还原铁浴炉(2)，其特征在于所述熔融还原炼铁装置还包括设置在竖炉出料口(3)和铁浴炉加料口(4)之间的预还原炉料下降通道(5)，预还原炉料下降通道(5)与炉体垂直面的夹角为30-60°；

预还原炉料下降通道(5)中设置有螺旋给料器(6)，铁浴炉加料口(4)的位置避开终还原铁浴炉(2)内的自由空间所处的区域；

终还原铁浴炉(2)的炉体上设置有上层喷枪(7)、中层喷枪(8)和下层喷枪(9)，其中，上层喷枪(7)、中层喷枪(8)和下层喷枪(9)分别处于终还原铁浴炉(2)的炉壁对应的自由空间、渣层(10)和渣铁界面三个不同部位，并且位于同一层面的喷枪均处于相同的炉体水平截面上，并沿其圆周均匀分布。

2.根据权利要求1所述的熔融还原炼铁装置，其特征在于，所述上层喷枪(7)的数量为4-8个，并且采用向下倾斜安装，与终还原铁浴炉(2)的炉体垂直面的夹角为30-60°；中层喷枪(8)的数量为4-8个，采用水平或向下倾斜且与终还原铁浴炉(2)的炉墙切向安装，与终还原铁浴炉(2)的炉体垂直面的夹角为60-90°；下层喷枪(9)的数量为4-8个，采用向下倾斜安装，与终还原铁浴炉(2)的炉体垂直面的夹角为30-60°。

3.一种采用权利要求1或2所述的熔融还原炼铁装置避免预还原矿再氧化的熔融还原炼铁方法，其特征在于所述熔融还原炼铁方法包括：

1)将预还原竖炉(1)生产的预还原矿由竖炉出料口(3)排出并进入预还原炉料下降通道(5)，再由预还原炉料下降通道(5)中的螺旋给料器(6)压至铁浴炉加料口(4)进而直接进入渣层(10)内；

2)终还原铁浴炉(2)的炉体上的上层喷枪(7)向自由空间吹氧，以调整终还原铁浴炉(2)内煤气的二次燃烧率及温度；中层喷枪(8)向渣层(10)内切向喷煤、吹氧，并同时喷吹粉矿及炉尘；下层喷枪(9)向渣铁界面喷煤、吹氧。

4.根据权利要求3所述的熔融还原炼铁方法，其特征在于：所述上层喷枪(7)吹氧量占总需求量的0-10％，中层喷枪(8)吹氧量占总需求量的60-100％，下层喷枪(9)吹氧量占总需求量的10-40％。

5.根据权利要求3所述的熔融还原炼铁方法，其特征在于：所述终还原铁浴炉(2)炉内煤气的二次燃烧率控制在15％-80％，产生的煤气温度在1400-1700℃之间，终还原铁浴炉(2)排出的高温、高二次燃烧率的煤气通过煤气改质方法使还原性气体的百分含量达到90-100％之间以供预还原竖炉(1)使用。