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专利名称 | 熔融还原炼铁方法及其装置 |
申请号 | CN94115073.9 | 申请日期 | 1994-08-27 |
法律状态 | 权利终止 | 申报国家 | 中国 |
公开/公告日 | 1995-05-10 | 公开/公告号 | CN1102440 |
优先权 | 暂无 | 优先权号 | 暂无 |
主分类号 | 暂无 | IPC分类号 | 暂无查看分类表>
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申请人 | 冶金工业部钢铁研究总院 | 申请人地址 | 北京市学院南路76号
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权利人 | 冶金工业部钢铁研究总院 | 当前权利人 | 冶金工业部钢铁研究总院 |
发明人 | 齐渊洪;周渝生;蔡爱平;于敬峰;王来久;任志国 |
代理机构 | 冶金专利事务所 | 代理人 | 成光祜 |
摘要
本发明熔融还原炼铁方法及装置属于直接还原法冶炼铁水的领域。以冷固结含碳球团为原料,以煤为能源和还原剂。预还原在竖炉中进行,终还原在立式铁浴炉中进行。竖炉与立式铁浴炉之间有中间仓相连。冷固结含碳球团的配碳量为6~20%。球团在竖炉的预还原过程中要经历干燥带、预热带、还原带和均热带四个区。进入竖炉的煤气温度1100~1300℃。终还原温度为1500~1700℃。终还原过程中,可向炉中喷吹煤粉、石灰石、氧气或空气。
1、一种熔融还原炼铁方法,以冷固结含碳球团为原料,以煤为能源和还原 剂;冷固结含碳球团先在预还原竖炉中进行预还原,接着在终还原反应器中进行 终还原,在终还原过程中,向反应器中加入煤粉和喷入氧气或空气,其特征在于:
[1]冷固结含碳球团的组成成分(重量%)为:铁精矿粉80.5~85%,煤粉12 ~17%,粘结剂1~3%;
[2]冷固结含碳球团的配碳量(重量%)为:6~20%;
[3]预还原在竖炉(3)中进行;
[4]球团在竖炉的预还原过程中,先后经历干燥带(3-1)、预热带(3-2)、还 原带(3-3)和均热带(3-4);四个带(区)的温度范围为:干燥带为室温~300℃, 预热带为300~1150℃,还原带为1150~1250℃,均热带1250~~1000℃;
[5]进入预还原竖炉(3)中的煤气温度为1100~1300℃;
[6]终还原在立式密闭铁浴炉(7)中进行;
[7]终还原温度为1500~1700℃;
[8]预还原过程所需的煤气由终还原反应器(7)中发生氧煤燃烧、氧化物还原 及煤的分解等产生的气体提供。
2、根据权利要求1所述的方法,其特征在于终还原立式密闭铁浴炉(7)输出 的煤气温度为1600~1700℃。
3、根据权利要求1所述的方法,其特征在于在终还原过程中,渣的碱变为: 1~1.2。
4、根据权利要求1所述的方法,其特征在于终还原时,炉内压力为0.5~ 1.5Kg/cm2。
5、根据权利要求1所述的方法,其特征在于预还原时竖炉各带区的温度是通 过进入竖炉(3)的煤气成分、温度和流量加以控制的。
6、一种熔融还原炼铁装置,包含预还原炉、终还原反应器、连接预还原炉 和终还原炉的煤气输送管路、除尘器及终还原炉煤粉和氧气加入装置,其特征在 于:
[1]预还原炉为竖炉(3);终还原反应器为立式密闭铁浴炉(7);
[2]预还原竖炉(3)自上而下分为干燥带(3-1)、预热带(3-2)、还原带(3-3) 和均热带(3-4)四个区;
[3]竖炉(3)与立式密闭铁浴炉(7)之间有中间仓(5)相连,中间仓(5)的上部 通过对辊排料机(4)与竖炉(3)相接,下部通过螺旋给料机(6)与立式密闭铁浴炉 (7)相接;
[4]终还原立式密闭铁浴炉(7)上有一石灰石喷枪。
7、根据权利要求6所述的装置,其特征在于竖炉(3)的炉身角α1为10~14°, 均热室(3-4)的倾角α2为8~10°。
8、根据权利要求6所述的装置,其特征在于竖炉煤气入口(19)与水平面的夹 角α3为30~45°。
本发明属于直接还原法冶炼铁水领域。主要适用于铁矿粉和煤粉直接冶炼铁 水。\n熔融还原作为冶金领域的一项重大新工艺,其主要特点是可用非焦煤作为一 次能源和还原剂,而且是将氧化铁在熔融状态下还原,具有以煤代焦,流程短, 显著改善环境污染,降低基建投资和生产成本等优点。它是未来炼铁工业发展的 方法,也是目前各国钢铁工业竞相研究开发的重要领域。\n在现有的熔融还原冶炼铁水的方法中,主要的有COREX法(ZL87108012)、 DIOS法(CN1035136A)、HISMELT法(CN1037542A)。其中COREX法已初步形成一定规 模的生产能力,其它两种仍处于试验阶段。COREX法的主要特征是以氧化球团或 块矿作为原料,采用预还原和终还原二步法;预还原在MIDREX式竖炉(US3764123) 中进行,终还原在熔融气化炉中完成。COREX法虽然取得了突破性的成功,但仍 存在一些缺点,如生产率低,煤耗氧耗高,投资大,设备复杂等。与现有先进的 高炉相比,仍缺乏竞争力。\n申请号为93114553.8的中国专利申请提供了一种含碳球团——铁浴熔融还原 炼铁方法。它的特点是以冷固结含碳球团为原料,其方法上,采用预还原——铁 浴熔融还原二步法和铁浴熔现还原一步法两种。采用二步法时,预还原温度为 850~1250℃,终还原温度为1400~1550C;预还原在预还原炉中进行,终还原 在卧式或立式铁浴炉中进行。该专利申请虽然提出了用冷固结含碳球团为原料的 熔融还原的炼铁方法,但没有提出预还原的具体装置和能够具体实施的工艺参数, 在预还原和终还原之间没有气体和预还原球团的缓冲设备和方法,一旦某一环节 出现问题,将会影响整个过程的顺利进行,同时也无法调节,各环节协调较困难, 给实施带来一定的困难。\n本发明的目的在于提供一种投资小、成本低、生产率高,易于调节和实施的 熔融还原炼铁方法及其装置。\n根据上述目的,本发明采用了以下主要技术方案:以冷固结含碳球团为原料, 用非焦煤作为燃料和还原剂;熔融还原采用预还原和终还原二步法;预还原在分 带的竖炉中进行,终还原在密封有压力的立式铁浴炉中进行。\n本发明所述的熔融还原炼铁装置如附图1所示,即附图1为本发明熔融还原炼 铁装置的结构示意图。\n图1中,1为原料仓,2为布料器,3为竖炉,在竖炉3中,3-1为干燥带,3-2 为预热带,3-3为还原带,3-4为均热带,4为对辊排料机,5为中间仓,6为螺旋 给料器,7为立式密闭铁浴炉,8为出渣口,9为出铁口,1O为氧枪,11为煤仓, 12为石灰石喷枪,13为终还原煤气输出管,14为高温除尘器,15为竖炉燃烧室, 16为助燃空气管路,17为预还原废气输送管,18为旋风除尘器,19为竖炉煤气入 口,20为渣,21为铁水。\n预还原竖炉3和立式密封铁浴炉7之间有一中间仓5,中间仓5的上部通过对辊 排料机4与竖炉3相接,下部通过螺旋给料机6与立式密闭铁浴炉7相连。竖炉横断 面为矩形,竖炉上部干燥带3-1、预热带3-2和还原带3-3的尺寸略小于下部尺寸, 炉身角α1为10~14°均热带3-4也称均热室,其上部尺寸略大于下部尺寸,倾角 α2为8~10°,竖炉燃烧室15紧邻还原带3-3,竖护煤气入口19与水平面的夹角 α3为30~45°;水冷对辊排料机4的每个辊上有沟槽和狼牙齿,终还原反应器7 为一立式密闭铁浴炉。\n本发明熔融还原炼铁方法如下:\n1、以冷固结含碳球团为原料,用非焦煤作为燃料和还原剂。\n冷固结含碳球团的组成成分(重量%)为:铁精矿粉80.5~85%,煤粉12~17%, 粘结剂1~3%。\n冷固结含碳球团的配碳量(重量%)为:6~20%;\n冷固结含碳球团用对辊压球机压制而成。压制的生球可直接入炉或经烘干后 入炉使用。\n2、预还原\n冷固结含碳球的预还原在竖炉3中进行。该竖炉从上至下分成四区(带):干 燥带3-1、预热带3-2、还原带3-3和均热带3-4。冷固结含碳球团在竖炉3中的预 还原过程实际上是含碳球团与热煤气的逆流热交换过程。冷固结含碳球团在竖炉 3中由上向下运行,热煤气通过煤气入口19进入竖炉3,并由下往上运行。现将冷 固结含碳球团在竖炉3中的预还原过程分述如下:\n[1]含碳球团在干燥带\n冷固结含碳球团由原料仓1经竖炉3入口处的布料器2均匀地分布在竖炉3的干 燥带3-1。由于热煤气上升带来的热量,干燥带3-1的温度范围为室温~300℃, 使含碳球团的残余水份被蒸发,达到干燥目的。\n[2]含碳球团经干燥带3-1干燥后进入预热带3-2,球团从300℃左右被加热至 1150℃,即预热带3-2的温度范围为300~1150℃。在这一过程中,将发生高价铁 氧化物被煤气中CO和H2还原成低价铁氧化物的反应,与此同时,球团中的煤发生 分解反应,还发生部分碳的直接还原反应及铁橄榄石的生成反应。上述反应式如 下:\n 3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2\n 3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O\n 3Fe3O4+CO=3FeO+CO2\n Fe3O4+H2=3FeO+H2O\n[3]含碳球团进入还原带3-3\n还原带3-3的温度范围为1150~1250℃。在还原带主要发生低价铁氧化物被 球团中的C直接还原为金属铁的反应。即:\n Fe3O4+4C=3Fe+4CO\n FeO+CO=Fe+CO\n在这区域,金属化率可达到70%。\n[4]球团进入均热带\n球团进入均热带3-4,还原球团的温度为1250℃~1000℃以下,FeO继续被碳 还原为金属铁。球团在整个预还原过程中,其金属化率可达80%,即球团在竖炉 3出口处的金属化率可达80%。\n预还原过程所需的煤气由终还原反应器7中发生氧煤燃烧、氧化物还原及煤 的分解等产生的气体提供。终还原产生的煤气经煤气输出管13进入高温除尘器14, 经高温除尘后进入竖炉燃烧室15,利用由助燃空气管路16输入燃烧室15的空气进 行助燃。终还原反应器7输出的煤气温度达1600~1700℃,高于预还原所需温度, 为此,利用温度较低的预还原竖炉3顶部输出的预还原废气经旋风除尘器18除尘 后输入燃烧室15中,调节煤气温度,使进入预还原竖炉3中的煤气温度保持在 1100~1300℃范围内。同时,在燃烧室15内,还可以通过改变煤气的燃烧程度, 来调节进入预还原竖炉3中的预还原气体的温度和成分,使预还原操作稳定,并 能保证满足预还原过程的热平衡所需的热量。\n3、终还原\n球团的终还原在立式密闭铁浴炉7中进行。\n在预还原竖炉3的出口处,已预还原的球团经对辊排料机4排入中间仓5中, 再用高温螺旋给料器6将球团加入立式密闭铁浴炉7中。已被预还原的球团在立式 密闭铁浴炉7内的下降过程中,由于球团内部还3~5%的残存碳,故不会被氧化。 而且球团进入终还原立式密闭铁浴炉7后还会继续发生自还原反应,达到更高的 金属化率;减少炉渣的氧化性。\n在立式密闭铁浴炉7内主要进行终还原、熔化、渗碳及渣铁分离等反应。其 反应式如下:\n FeO+C=Fe+CO\n 3Fe+C=Fe3C\n C+1/2O2=CO\n CO+1/2O2=CO2\n H2+1/2O2=H2O\n终还原温度为1500~1700℃,终还原熔化过程中所需的还原剂和热量,除球 团中的残存碳外,主要由加入立式密闭铁浴炉7中的煤供给。煤粉或煤块由煤仓 11输入。终还原过程中通过氧枪10,向立式铁浴炉7吹入氧气或空气,降低能耗。 由于氧气或空气的输入,将产生二次燃烧,二次燃烧产生的热量经渣层传入熔池, 也可以通过石灰石喷枪12输入的石灰石作为热载体将热量带入熔池,二次燃烧热 效率可达到80%以上。加入石灰石的目的,是为了控制渣的碱度1.1~1.2范围内。 终还原时,炉内压力为0.5~1.5Kg/cm2。\n本发明在整个工艺过程中所产生的煤气除满足本发明工艺要求外,剩余部分 还可供其它用途使用。\n在终还原过程中,由终还原煤气输出管13输出的煤气温度为1600~1700℃。\n在终还原过程中,还需控制如下参数:\n煤的二次燃烧率为5~20%,由煤仓加入的煤粒度为3-25mm,煤粉可由石灰 石喷枪12或氧枪10喷入铁浴中,铁水温度为1450~1500℃。竖炉输出煤气温度为 200~300℃。\n与现有技术相比,本发明具有如下特点:\n[1]由于铁矿粉和煤粉比表面积大,在球团内部分布均匀,接触条件好,传 热、传质速度快,反应速度高。可以利用高温低质煤气实现快速自还原。因此, 有很高的生产率(大约可达6-10t/m3.d)。\n[2]由于预还原球团内部有一定的残碳量,在进入终还原反应器时具有一定 的抗氧化能力,并能继续进行自还原反应,提高球团金属化率,降低炉渣氧化性, 可延长炉衬寿命。\n[3]终还原时二次燃烧率不高,可获得较高的燃烧热效率,操作控制容易。\n[4]由于球团的预还原度较高,渣中FeO含量少,炉衬侵蚀速度慢,生产成本 低,设备作业率高。\n[5]预还原竖炉两侧各有一燃烧室,可以通过控制煤气的燃烧程度,来调节 预还原气体的温度和成份,使预还原操作稳定,并保证满足预还原过程的热平衡 需要的热量。\n[6]由于预还原的排料装置的特殊结构,可以消除预还原发生粘结对操作顺 行的不良影响。\n[7]投资少、成本低、设备简单、生产率高、适应性广、灵活性强。\n[8]有一定数量的热值剩余煤气输出,可供车间煤气平衡使用。\n实施例\n采用本发明所述的熔融还原炼铁方法和装置,进行了8次利用铁矿粉和煤粉 直接冶炼铁水的试验。所采用的冷固结含碳球团的成分配比如表1所示,所用煤 粉的成分如表2所示。\n预还原在小型竖炉中进行。首先将用煤气发生炉制备的煤气(CO87%H213%)通入竖炉燃烧室,并通入助燃空气燃烧,并用冷煤气调节其煤气成分和温度, 然后引入竖炉中。冷固结含球团从竖炉炉顶加入。球团与热煤气在竖炉中形成逆 流。球团自上而下,经历四个带(区),各个带的温度如表3所示。\n终还原在100Kg感应炉中进行。首先将一定量的生铁熔化,形成铁浴熔池, 然后断电。接着开始向熔池吹氧和喷吹煤粉、石灰石,形成一定渣后连续向炉内 加入经预还原的球团,并开始测定加入的球团量、喷吹氧气量、煤气量和石灰石 量。每隔十分钟由渣口放一次渣、每出两次渣后出一次铁,连续进行终还原。终 还原温度列入表3,试验的吨铁消耗和指标如表4所示。最终各试验所得铁水成 分如表5所示。\n表1实施冷固结含碳球团的组成成分(重量%)\n表2实施例所用煤粉的组成成分(重量%) 固定碳 挥发份(16%) 灰份(12%) C(%) H N S O H2O SiO CaO Al2O3 MgO 72 41.1 6.3 3.6 39.8 9.26 45.7 6.55 34.2 3.5\n表3实施例预还原和终还原温度参数\n表4 实施例的吨消耗及指标\n表5 实施例最终铁水成分(重量%)
法律信息
- 2001-10-17
专利权的终止未缴年费专利权终止
专利权的终止未缴年费专利权终止
- 1997-10-08
- 1995-05-10
- 1995-04-19
引用专利(该专利引用了哪些专利)
序号 | 公开(公告)号 | 公开(公告)日 | 申请日 | 专利名称 | 申请人 |
1
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1994-05-25
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1993-11-16
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被引用专利(该专利被哪些专利引用)
序号 | 公开(公告)号 | 公开(公告)日 | 申请日 | 专利名称 | 申请人 | 1 | | 2002-02-28 | 2002-02-28 | | |
2 | | 2006-01-25 | 2006-01-25 | | |