CN111139330A - 一种含铁物料预热预还原的装置 - Google Patents

Abstract

一种含铁物料预热预还原的装置，属于冶金技术领域。包括熔融还原炉，气化烟罩，还原室，干燥室，链板机，主转动轴和副传动轴；干燥室与还原室连通；干燥室的进料口与还原室的出料口通过链板机相连，链板机的两端设有主传动轴，两个主传动轴之间设有副传动轴。熔融还原炉产生的高温煤气降温后经烟道进入还原室，与干燥后的球团发生还原反应，还原换热后的烟气进入干燥室，干燥过的烟气经过除尘系统除尘后，净煤气燃烧发电或并入煤气管网。优点在于，占地面积小，设备简单，熔融还原炉煤气得到得到充分利用，系统热利用效率提高20％以上；含铁物料预热至800℃以上，还原度30～80％，实现了含铁物料的预热预还原,提高生产率25％以上。

Description

一种含铁物料预热预还原的装置

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种含铁物料预热预还原的装置。

背景技术

钢铁工业是国家支柱性产业，同时又是能源消耗大户。目前主流的高炉炼铁工艺必须经过焦化、烧结和球团等原燃料预处理过程，造成了严重的大气和水体污染。随着焦煤资源的不断减少，开发直接使用非焦煤和铁矿石粉的非高炉炼铁生产工艺迫在眉睫。

HIsmelt熔融还原炼铁工艺直接使用非焦煤和铁矿粉等原燃料，粒度<6mm的矿粉经预热器预热预还原后经喷枪喷入熔融还原炉，在高温熔融状态下用碳把铁氧化物还原成铁水。该方法不用焦炭、烧结矿和球团矿，大大的减少了CO₂、NO_x和二噁英的排放，具有工艺简单、资源和能源利用效率高、对环境污染小等优点，具有十分光明的应用前景，一直以来也是炼铁行业研究的热点。HIsmelt工艺矿粉预热器为循环流化床，热源为熔融还原炉煤气，由于HIsmelt工艺高二次燃烧率的特点，熔融还原炉煤气温度高但是还原性气体含量低，导致预处理后的矿粉还原度只有10～12％，相当于只有预热，而没有预还原，大大增加熔融还原炉的冶炼负荷。为解决还原度低的问题，一般采用多个流化床串联使用，以增加矿石和还原气体的接触时间来提高气体利用率，为使还原气体达到使用要求，还需要设置多个气体加热、冷却装置，这不仅增加了设备投资，还使工艺体系变得复杂。国内采用二级回转窑预热技术处理铁矿粉，简化了工艺流程，降低了成本，但是仍然没有解决矿粉预还原的问题，预热后的矿粉预还原度只有5％左右，同时回转窑技术由于高温容易结圈的问题不能处理1mm以下的粉矿，当铁矿粉粒度较细时返矿量超高，限制了该工艺对原料的适用性，是极不经济的处理方式。

由此可见，矿粉预热预还原是HIsmelt工艺发展的限制性环节，亟需开发一种工艺简单、还原效率高的矿粉预处理技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含铁物料预热预还原的装置，解决了矿粉预还原比例不高的问题。可以充分利用细粒度含铁物料和熔融还原炉煤气，实现含铁物料的预热预还原。

一种含铁物料预热预还原的装置，包括熔融还原炉1，气化烟罩2，还原室3，干燥室4，链板机5，主转动轴6和副传动轴8；熔融还原炉1的出气口与气化烟罩2的进气口连通，气化烟罩2的出气口与还原室3的进气口连通，还原室3的出气口与干燥室4的进气口连通，干燥室4的出气口与除尘系统连通；干燥室4与还原室3连通；干燥室4的进料口与还原室3的出料口通过链板机5相连，链板机5的两端设有主传动轴6，链板机5由主传动轴6带动做循环运动；两个主传动轴6之间设有副传动轴8，副传动轴8具有传动、支撑和纠偏的功能；干燥室4和还原室3相对密封，不与外部空气接触。

所述的链板机5材质为耐高温合金。

本装置的工作原理为：熔融还原炉1排出的高温煤气经气化烟罩2降温后进入还原室3，经过料层时煤气中的CO₂和铺底料中的碳发生溶损反应生成CO，与此同时煤气中原有的CO和新生成的CO与含铁物料中的铁氧化物发生还原反应，生成金属铁，从而实现含铁物料的预还原。穿过料层后的烟气经上部的连通烟道进入干燥室4，所述的上部连通烟道设有兑冷风管、流量计和调节阀，以便根据干燥室温度要求送入相应的冷风进行调节。所述的干燥室4下部设有烟气出口，烟气出后通过烟道与除尘装置进气口相连，除尘装置后边设置有引风机，引风机将进入干燥室4的烟气引流穿过行经干燥室4的链板机5上的料层，对其进行干燥，排出的最终烟气经过除尘装置除尘后，用于发电或并入管网。

上述装置的使用方法，具体步骤及参数如下：

1、将含铁物料、煤粉和膨润土按100：3～10：0.3～0.8的质量比例混合均匀后制成5～12mm的球粒；

2、筛选15～30mm的焦丁或兰炭作为铺底料；

3、通过布料机将含铁球粒和铺底料分层均匀步到链板机5上，铺底料在下部，球粒在上部；

4、料层随着链板机5的运行依次经过干燥室4干燥和还原室3还原后得到预还原含铁料，预还原含铁料经热破碎后热送至熔融还原炉1喷吹入炉。

所述的步骤1中含铁物料为铁精粉、钢铁厂含铁锌尘泥和含铁有色冶金渣中的一种或一种以上的混合物，其中，TFe含量40wt％以上；煤粉的固定碳含量为60wt％以上，含铁物料和煤粉粒度为0～1mm；配入的煤粉一方面参与铁氧化物的直接还原，煤参与反应后球团孔隙率提高，为间接还原的进行提供有利的动力学条件，另一方面，球团强度降低，有利于后续球团破碎。

所述的步骤3中铺底料厚度为10～30mm，含铁球粒层厚度为20～50mm。大颗粒的铺底料铺在含铁物料球团下部，以便改善整个物料层的透气性，同时铺底料中的碳与熔融还原炉1高温煤气接触反生C+CO₂＝2CO反应，提高煤气中还原气CO浓度，促进间接还原反应的进行。

所述的步骤4中干燥室4烟气温度为200～500℃，干燥时间8～20min，还原室3熔融还原炉煤气温度900～1200℃，还原时间10～25min。干燥后物料水分含量在3％以下，所述的预还原含铁料预还原度30％～80％。干燥段利用低温烟气热量对球团进行干燥预热，避免生球直接进入高温区发生爆裂；预热后的干球进入还原室利用高温煤气实现进一步的升温预热和预还原，合理利用熔融还原炉煤气热量和CO、CO₂等有用组分，实现含铁物料的干燥、预热和预还原。

本发明的优点在于：

1)通过造球实现铁精粉、镍冶炼渣、铜冶炼渣等细粒度含铁物料的利用，预热效率高、设备简单、占地面积小、投资低，解决了现有两级回转窑设备传热效率低、设备占地面积大、不能处理超细矿粉的缺点；

通过补充少量焦丁或兰炭，有效解决了现有HIsmelt工艺矿粉预还原度低的问题，含铁物料预还原度高达30～80％，大大降低熔融还原炉负担，提高生产率25％以上；

2)工艺流程和设备简单，投资低，运行稳定，运行维护成本低；

3)实现高、低温二级充分利用熔融还原炉煤气余热进行干燥和还原焙烧，系统热利用效率提高20％以上；利用熔融还原炉高温煤气中的CO₂与铺底料中的碳的溶损反应生成CO，有效提高煤气中还原气成分含量，为含铁物料提供良好的还原性气氛；

4)铺底料和含铁物料2层布料方式，有效解决了料层透气性问题；整个系统烟气只有一进一出，最后的烟气经过2次料层过滤，在干燥室出口处含有大量的水分，粉尘含量低，温度低，经简单处理后即可排放。

附图说明

图1为本装置的示意图。其中，熔融还原炉1，气化烟罩2，还原室3，干燥室4，链板机5，主转动轴6，副传动轴8。

具体实施方式

熔融还原炉1产生的1400～1450℃高温煤气经汽化烟罩2降温降至900～1200℃左右，经烟道从还原室3下部进气口进入还原室3，与干燥后的球团充分接触、传热并发生还原反应，经还原焙烧后的球团温度达到800～1200℃，还原度30％～80％，经过热破碎后进入热矿输送管线喷吹进入熔融还原炉进行冶炼。还原换热后的烟气流经上部烟道，根据需要兑入冷风调节烟气温度200～400℃。之后进入干燥室4干燥生球团，干燥后的球团在链板机5的带动下进入还原室3，链板机5在主传动轴6和副传动轴5的带动下循环运动。干燥过球团的最终烟气经过除尘系统除尘后，净煤气燃烧发电。相比现有流化床和回转窑预热技术，本发明系统占地面积小，设备简单，熔融还原炉煤气得到得到充分利用，含铁物料还原度提高了20％～50％，实现了含铁物料的预热预还原。

实施例1

一种含铁物料预热预还原的装置，主要包括熔融还原炉1，气化烟罩2，还原室3，干燥室4，链板机5，主转动轴6和副传动轴8；熔融还原炉1的出气口与气化烟罩2的进气口连通，气化烟罩2的出气口与还原室3的进气口连通，还原室3的出气口与干燥室4的进气口连通，干燥室4的出气口与除尘系统连通；干燥室4与还原室3连通；干燥室4的进料口与还原室3的出料口通过链板机5相连，链板机5的两端设有主传动轴6，链板机5由主传动轴6带动做循环运动；两个主传动轴6之间设有副传动轴8，副传动轴8具有传动、支撑和纠偏的功能；干燥室4和还原室3相对密封，不与外部空气接触。

基于该装置的含铁物料预热预还原的方法为：

将铁精粉、煤粉、膨润土按照100：3：0.3的比例混匀后加水制粒，球粒尺寸8mm，筛选出20mm的焦丁；

通过布料机将球粒和焦丁均匀布到行进中的链板机上。焦丁在下层，料层厚度20mm，球粒在上层，料层厚度24mm；

链板机行经干燥室，由还原室过来的300℃热烟气在引风机的作用下自上而下穿过料层，物料在干燥室时间15min；物料随链板运行从干燥室进入还原室，经气化烟罩降温后的1100℃的熔融还原炉煤气自下而上与铺底料和球粒层接触，物料在还原室时间20min，煤气中的CO₂与铺底料中的碳发生溶损反应CO₂+C＝2CO，同时煤气中的CO和新产生的CO与含铁物料接触进行铁氧化物的间接还原反应，同时球粒中配入的碳与铁氧化物反生直接还原反应，铁精粉预还原度73％。

实施例2

一种含铁物料预热预还原的装置，主要包括熔融还原炉1，气化烟罩2，还原室3，干燥室4，链板机5，主转动轴6和副传动轴8；熔融还原炉1的出气口与气化烟罩2的进气口连通，气化烟罩2的出气口与还原室3的进气口连通，还原室3的出气口与干燥室4的进气口连通，干燥室4的出气口与除尘系统连通；干燥室4与还原室3连通；干燥室4的进料口与还原室3的出料口通过链板机5相连，链板机5的两端设有主传动轴6，链板机5由主传动轴6带动做循环运动；两个主传动轴6之间设有副传动轴8，副传动轴8具有传动、支撑和纠偏的功能；干燥室4和还原室3相对密封，不与外部空气接触。

基于该装置的含铁物料预热预还原的方法为：

将钢铁厂高炉除尘灰与煤粉按照100：7：0.5的比例混匀后加水制粒，球粒尺寸10mm，筛选出30mm的兰炭；

通过布料机将球粒和兰炭均匀布到行进中的链板机上。兰炭在下层，料层厚度30mm，球粒在上层，料层厚度50mm；

高温链板机行经干燥室，还原室过来的200℃热烟气在引风机的作用下自上而下穿过料层，物料在干燥室时间20min，在此过程中球粒得到干燥预热，烟气中粉尘大部分被料层过滤掉，剩下的粉尘和水分被烟气带走；物料随链板机运行从干燥室进入还原室，1经气化烟罩降温至950℃熔融还原炉煤气自下而上与铺底料和球粒层接触，物料在还原室时间25min，煤气中的CO₂与铺底料中的碳发生溶损反应CO₂+C＝2CO，同时煤气中的CO和新产生的CO与含铁物料接触进行铁氧化物的间接还原反应，同时球粒中配入的碳与铁氧化物反生直接还原反应，铁精粉预还原度62％。

实施例3

一种含铁物料预热预还原的装置，主要包括熔融还原炉1，气化烟罩2，还原室3，干燥室4，链板机5，主转动轴6和副传动轴8；熔融还原炉1的出气口与气化烟罩2的进气口连通，气化烟罩2的出气口与还原室3的进气口连通，还原室3的出气口与干燥室4的进气口连通，干燥室4的出气口与除尘系统连通；干燥室4与还原室3连通；干燥室4的进料口与还原室3的出料口通过链板机5相连，链板机5的两端设有主传动轴6，链板机5由主传动轴6带动做循环运动；两个主传动轴6之间设有副传动轴8，副传动轴8具有传动、支撑和纠偏的功能；干燥室4和还原室3相对密封，不与外部空气接触。

基于该装置的含铁物料预热预还原的方法为：

将铁精粉与煤粉按照100：10的比例混匀后加水制粒，球粒尺寸5mm，筛选出15mm的焦丁；

通过布料机将球粒和焦丁均匀布到行进中的链板机上。焦丁在下层，料层厚度30mm，球粒在上层，料层厚度40mm；

高温链板机行经焙烧室干燥室腔体，还原室过来的500℃热烟气在引风机的作用下自上而下穿过料层，物料在干燥室时间10min，在此过程中球粒得到干燥预热，烟气中粉尘大部分被料层过滤掉，剩下的粉尘和水分被烟气带走；物料随链板机运行从干燥室进入还原室，经气化烟罩降温至1200℃的熔融还原炉煤气自下而上与铺底料和球粒层接触，物料在还原室时间20min，煤气中的CO₂与铺底料中的碳发生溶损反应CO₂+C＝2CO，同时煤气中的CO和新产生的CO与含铁物料接触进行铁氧化物的间接还原反应，同时球粒中配入的碳与铁氧化物反生直接还原反应，铁精粉预还原度78％。

Claims (6)

1.一种含铁物料预热预还原的装置，其特征在于，包括熔融还原炉(1)，气化烟罩(2)，还原室(3)，干燥室(4)，链板机(5)，主转动轴(6)和副传动轴(8)；熔融还原炉(1)的出气口与气化烟罩(2)的进气口连通，气化烟罩(2)的出气口与还原室(3)的进气口连通，还原室(3)的出气口与干燥室(4)的进气口连通，干燥室(4)的出气口与除尘系统连通；干燥室(4)与还原室(3)连通；干燥室(4)的进料口与还原室(3)的出料口通过链板机(5)相连，链板机(5)的两端设有主传动轴(6)，链板机(5)由主传动轴(6)带动做循环运动；两个主传动轴(6)之间设有副传动轴(8)，副传动轴(8)具有传动、支撑和纠偏的功能；干燥室(4)和还原室(3)相对密封，不与外部空气接触。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的链板机(5)的材质为耐高温合金。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的使用方法，具体步骤及参数如下：

1)将含铁物料、煤粉和膨润土按100：3～10：0.3～0.8的质量比例混合均匀后制成5～12mm的球粒；

2)筛选15～30mm的焦丁或兰炭作为铺底料；

3)通过布料机将含铁球粒和铺底料分层均匀步到链板机(5)上，铺底料在下部，球粒在上部；

4)料层随着链板机(5)的运行依次经过干燥室(4)干燥和还原室(3)还原后得到预还原含铁料，预还原含铁料经热破碎后热送至熔融还原炉(1)喷吹入炉。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的步骤1)中含铁物料为铁精粉、钢铁厂含铁锌尘泥和含铁有色冶金渣中的一种或一种以上的混合物，其中，TFe含量40wt％以上；煤粉的固定碳含量为60wt％以上，含铁物料和煤粉粒度为0～1mm。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的步骤3)中铺底料厚度为10～30mm，含铁球粒层厚度为20～50mm。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的步骤4)中干燥室(4)烟气温度为200～500℃，干燥时间8～20min，还原室(3)熔融还原炉煤气温度900～1200℃，还原时间10～25min；干燥后物料水分含量在3％以下；所述的预还原含铁料预还原度为30％～80％。

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