铁鳞在竖炉中用焦粉还原生产洁净海绵铁

1、一种铁鳞在竖炉中用焦粉还原生产洁净海绵铁的工艺方法，其特征在于：采用粉状炉料铁鳞和焦粉。焦粉移动床作还原剂，并为铁鳞料柱和反应管4间的隔离屏。铁鳞在下降过程中被还原、固结、冷却成海绵铁。两种炉料下降过程中不掺混。生产的海绵铁由特殊卸料装置排出炉外。
2、对铁鳞进行还原的竖炉由中心部受料漏斗、中心部下料管、周边受料斗、反应管、竖炉炉体、冷却套、旋转刮刀、卸焦盘、弹性孔、对辊、密封箱、阀门、热电偶、料尺组成，其特征在于：中心部受料漏斗1和中心部下料管2可做成一个整体，也可分开做。反应管4在同一个竖炉中可设置1个或若干个，其断面可采用任意形状。对辊10具有齿和切刀。卸焦盘8上设有弹性孔9。密封箱11中设有特殊卸料装置。
3、根据权利要求1所述的铁鳞在竖炉中用焦粉还原生产洁净海绵铁，其特征在于铁鳞不用造块，并可用其他含铁粉料代替。
4、根据权利要求1所述的铁鳞在竖炉中用焦粉还原生产洁净海绵铁，其特征在于铁鳞中配入适量的炭和铁粉。
5、根据权利要求1所述的铁鳞在竖炉中用焦粉还原生产洁净海绵铁，其特征在于焦粉中加入适量石灰石。
6、根据权利要求1所述的铁鳞在竖炉中用焦粉还原生产洁净海绵铁，其特征在于：铁鳞和焦粉的垂直下降速度＞10毫米/分，焦粉的垂直下降速度略大于铁鳞的垂直下降速度。铁鳞在中心部下料管2出口的温度比铁鳞粘结温度低300℃。铁鳞离开中心部下料管2出口后的温度梯度＞40℃/厘米。
7、根据权利要求1所述的铁鳞在竖炉中用焦粉还原生成洁净海绵铁，其特征在于：通过冷却套6向冷却区通入氮气和水蒸汽。
8、根据权利要求1所述的铁鳞在竖炉中用焦粉还原生产洁净海绵铁，其特征在于开炉时采用特制的海绵铁引出夹头。

本发明属于钢铁冶金生产中直接还原生产铁的一种设备和方法。\n当前用铁鳞生产洁净海绵铁的设备和方法主要是坩埚-隧道窑法（Hoganas法）和坩埚-反射窑法。以上两种设备和方法是非高炉还原铁的古老设备和工艺。他们所用原料为铁鳞或高纯铁精矿粉，木炭或焦粉作还原剂。炉料分别装在同一坩埚内，在隧道窑或反射窑内加热、还原、冷却制出海绵铁。用这两种方法还原铁，生产还原周期长，一般在四十小时以上。由于采用人工装料、卸料，操作现场粉尘飞扬、污染环境、劳动强度大。\n用沸腾床还原铁鳞生产海绵铁，因还原温度较低，产品易燃、质量不易控制。在竖炉中用气体还原富矿生产海绵铁，因还原气体价格高、使成本大大增加。用迴转窑还原球团矿生产海绵铁，因TFe为98%以上，使生产率大幅度下降，铁的回收率降低，增加生产投资。\n本发明的目的就是为了利用含铁粉状炉料，省去造块环节，用焦粉加适量石灰石作还原剂进行直接还原生产海绵铁，以求提高生产率、减少原料消耗、提高并稳定产品质量、改善环境保护条件、减轻体力 劳动、减少占地面积、节约投资，为直接还原金属化炉料开辟了一条新途径。\n为了实现上述目的，本发明采用图1所示的还原竖炉，按本发明的工艺方法，用焦粉对铁鳞或其他含铁粉料进行直接还原。炉料在竖炉中经过予热、还原、固结制成海绵铁，经冷却、成型、切断、磁选与剩余焦粉、石灰、灰分分开。\n还原竖炉由中心部受料漏斗1、中心部下料管2、周边受料斗3、反应管4、竖炉炉体5、冷却套6、旋转刮刀7、卸焦盘8、弹性孔9、对辊10、密封箱11、阀门12和13、热电偶14和15、料尺16组成。还原竖炉外形可为圆形或其他形状。\n中心部受料漏斗1和中心部下料管2，可做成一个整体也可分开做。反应管4的断面，根据传热传质要求可以采用任意形状。在一个还原竖炉中，根据产量需要可以设置若干个反应管4。对辊10具有齿和切刀，以便将引出的海绵铁咬住、拉拔、压密成型、切断，对辊10便于更换以适应海绵铁品种的改变。热电偶14和15、料尺16控制还原过程中的主要参数。控制热电偶插入深度。\n海绵铁引出夹头详见图2。\n本发明的工艺方法是：首先测定铁鳞或其他含铁粉料及焦粉灰分的软化性能;测定铁鳞或其他含铁粉料的还原呆滞温度;作炉料运行轨迹冷态的测定。然后将铁鳞或其他含铁粉料从中心部受料漏斗1加 入到中心部下料管2，焦粉及适量的石灰石从周边受料斗3加入到反应管4。反应管4安在竖炉炉体5中，靠燃烧煤气或煤粉供热。铁鳞或其他含铁粉料在下降过程中与焦粉相遇，在高温作用下发生结晶、还原、固结。焦粉及其气化生成的一氧化碳气作还原剂，同时焦粉还防止铁鳞或其他含铁粉料在还原过程中粘结反应管4的管壁而成移动隔离屏。焦粉靠本身有效重下降。铁鳞或其他含铁粉料及还原出的海绵铁除靠本身自重外，还靠下部对辊10的拉拔下降。铁鳞或其他含铁粉料的结晶及海绵铁的固结，保证了对辊10拉拔作用力的传递。海绵铁经过冷却段的冷却套6，穿过卸焦盘8中心的弹性孔9，经过清刷、拉拔、压密成型并切断。剩余的焦粉、石灰靠旋转刮刀7刮出卸焦盘8。卸焦盘8及弹性孔9自锁既保住焦粉不淌，又保证海绵铁顺利穿过。卸下的物料通过阀门12和13排出密封箱11，经过磁选取出海绵铁。\n本发明的技术特点是：还原竖炉设备新颖、机械化自动化程度高，减少了人工劳动和环境污染。还原工艺过程中采用焦粉或焦粉加适量石灰石对铁鳞或其他含铁粉料进行直接还原，省去造块环节，降低投资和能耗。该设备和还原工艺方法保证炉料顺利下降，缩短还原周期，由过去的四十小时以上缩短到十六小时以下，与坩埚-隧道窑法和坩埚-反射窑法相比，还原每吨海绵铁可使生产成本降低30～50%。本发明制造出的海绵铁TFe＞98%。\n图1为还原竖炉整体剖面主视图。\n图2为海绵铁引出夹头示意图。\n下面结合附图以还原铁鳞为例进一步描述本发明的实施情况：\n按图1的条件将中心部受料漏斗1、中心部下料管2、周边受料斗3，反应管4、竖炉炉体5、冷却套6、旋转刮刀7、卸焦盘8、弹性孔9、对辊10、密封箱11、阀门12和13、热电偶14和15、料尺16组装成还原竖炉。并设计制成海绵铁引出夹头。对辊10具有齿和切刀并便于更换。\n开炉前首先测定铁鳞及焦粉灰分的软化性能;测定铁鳞的还原呆滞温度，确定正确的还原温度;作炉料运行轨迹冷态的测定，确定从中心部下料管2出口处到卸焦盘8之间料管的高度H。然后将炉料进行磁选和烘干（正常料可以不烘干）。铁鳞和焦粉的粒度小于5毫米。\n开炉时，将铁鳞从中心部受料漏斗1加入到中心部下料管2。中心部下料管2出口处的温度控制在比铁鳞粘结温度低300℃的温度范围，保证铁鳞不粘结中心部下料管管壁引起卡料。控制铁鳞在中心部下料管2出口后的温度梯度大于40℃/厘米的范围。炉料在还原过程中，为防止铁鳞粘结反应管4的管壁，铁鳞外围用焦粉移动床隔离。为防止两种粉状炉料在下降过程中掺混，炉料垂直下降速度必须控制在不得大于10毫米/分的范围，焦粉的垂直下降速度应略高于铁鳞的垂直下降速度。中心部下料管2出口与卸焦盘8之间应保证一定高 度，本发明模试设备的高度与反应管4水利学半径比为10。海绵铁引出夹头将海绵铁引导到对辊上（咬入对辊）后，进入正常运行操作。停炉时，焦粉料面应高于铁鳞料面，保证顺利卸料、停炉。\n还原竖炉还采用了特殊卸料装置，卸料装置安装在密封箱11中。密封箱11的箱体上设有防爆孔及事故处理孔，还设有两个阀门12和13交替启开放出炉料。\n本发明为提高还原速度还采取以下措施：在铁鳞中配入适量炭和铁粉（可利用返回铁粉），控制还原煤气在铁鳞中沉积炭，避开还原呆滞温度区，选用合适的还原温度;采用焦粉移动床操作，有利于C-FeO反应表面的更新，加速还原反应;通过冷却套6设置的特殊装置通氮气和适量水蒸汽，强化冷却、改善还原动力学扩散条件，防止一氧化碳气体倒流，减少产品中的含碳量;焦粉中配入适量石灰石，进行脱硫并提高焦粉的反应性，加速还原反应。\n本发明不仅适用铁鳞的还原，也适用于冶金粉尘和铁精矿粉的还原。生产的海绵铁，可供炼铁、炼钢、铸造和粉末冶金使用。