一种还原炉及生产直接还原铁的装置

摘要

本发明提供一种还原炉及生产直接还原铁的装置，包括煤气发生器，与煤气发生器相连的还原炉，与还原炉相连的烟气除尘器，还包括冷却换热器、磁选机、破碎机、筛分机，其中所述还原炉包括其上设煤气、空气喷入口和烟气出口，其内设燃烧膛，其内壁设耐火保温隔热层的炉体，其特征在于炉体燃烧膛内设置其内带空腔的密封还原罐，且密封还原罐的两端分别穿过炉体壁置于炉外，并分别在密封还原罐的两外端口设端盖，其中一端盖上设有排气孔。还原过程中物料不会造碎，故彻底解决了物料在还原过程中因造碎、易熔融、粘结而损坏炉衬，造成事故，并使还原反应速度降低，增加能耗等问题，同时还原气体可回收利用，不污染环境，又回收了资源硫，综合节能效果显著。

权利要求

1.一种直接还原铁生产装置，包括煤气发生器，与煤气发生器相连的还原炉，与还原炉相连的烟气除尘器，还包括磁选机、破碎机、筛分机，其中还原炉包括其上设煤气、空气喷入口和烟气出口，其内设燃烧膛的炉体，燃烧膛内设置其内带空腔的密封还原罐，其特征在于密封还原罐下方设冷却换热器，该冷却换热器包括带移动轮的台车，设于台车上的其上端口带盖的物料筒，设于物料筒外围的盛水冷却筒或者喷水冷却筒，其中喷水冷却筒的内壁间隔设有环形供水管，环形供水管上间隔设置喷水头。

2.根据权利要求1所述的直接还原铁生产装置，其特征在于所述还原炉燃烧膛内壁设耐火保温隔热层，燃烧膛内的密封还原罐的两端分别穿过炉体壁置于炉外，并分别在密封还原罐的两外端口设端盖，其中一端盖上设有排气孔。

3.根据权利要求1所述的直接还原铁生产装置，其特征在于所述还原炉炉体设为圆柱体，或者设为多边柱体，燃气、空气喷入口设于炉体中下部，并分别与其上带控制阀门的燃气输送管、空气输送管相连，烟气出口设于炉体上部，并与其上带控制阀门的烟气输送管相连。

4.根据权利要求1所述的直接还原铁生产装置，其特征在于所述还原炉炉体设为多个并联的炉体，每个炉体的燃气、空气喷入口分别通过其上带控制阀门的燃气分管、空气分管与对应的燃气总管、空气总管相连，烟气出口通过其上带控制阀门的烟气分管与烟气总管相连。

5.根据权利要求1所述的直接还原铁生产装置，其特征在于所述密封还原罐竖直设于炉体燃烧膛内，其上、下两端分别穿过炉体上、下壁置于炉外，并分别在密封还原罐的上、下两外端口设上、下端盖，其中上端盖上设有排气孔，并与其上带控制阀门的还原气输送管相连。

6.根据权利要求5所述的直接还原铁生产装置，其特征在于所述竖直密封还原罐设置多个，并间隔设于炉体燃烧膛内，各个竖直密封还原罐的上端盖上的排气孔通过其上带控制阀门的还原气输送分管与还原气输送总管相连。

7.根据权利要求4所述的直接还原铁生产装置，其特征在于所述空气总管的位于炉体一侧的管段置于烟气总管内，该管段上设有空气分管，空气分管穿过烟气总管向外延伸而与炉体对应的燃气、空气喷入口相连，该管段的入端穿过烟气总管向外延伸而与空气总管相连。

8.根据权利要求1所述的直接还原铁生产装置，其特征在于所述还原炉炉体上的煤气、空气喷入口通过其上带控制阀门的煤气输送管与煤气发生器相连，同时通过其上带控制阀门的空气输送管与风机相连，烟气出口通过其上带控制阀门的烟气输送管与烟气除尘器相连。

说明书

一种还原炉及生产直接还原铁的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种还原炉，尤其涉及包括还原炉的煤基直接还原铁生产装置，属于直接还原铁生产设备技术领域。

背景技术

[0002] 现有直接还原铁的生产主要分为气基法和煤基法。其中采用煤基法生产直接还原铁能够使产量上规模，因此是生产直接还原铁的首先方法。煤基法直接还原铁的生产工艺和设备主要有下列几种：

[0003] 1、回转窖生产工艺：目前回转窖工艺是煤基法直接还原铁生产的主流工艺。有德国的克虏伯法(Krupp—CODIR)及鲁奇法(SL／RN)，印度的阿卡尔法(ACCAR)、西尔法(Si 11)、梯第尔法(TDR)，以及英国的戴维法(DRC)等等。其中，德国的CODIR法最为典型，在煤基法直接还原铁中占据了重要地位，其优点如下：产品出窖后经磁选能提高铁的品位，产品质量较好，成为电炉冶炼优质钢的洁净铁源之一，能够连续、稳定地进行规模化生产，设备作业率较高，在各种回转窖工艺中具有较为突出的优势，且技术日趋成熟，但其存在的缺点与不足有：炉料在随窖体转动时极易造碎，因而常会因粉末和煤灰粘连在窖体上并形成“结圈”而损坏炉衬，造成事故，使作业率下降，同时受“结圈"的影响，会造成还原温度偏低，最高温度只能达到1100℃左右，另外还会影响还原速度，而且煤质要求过高，要求煤的灰熔点必须高于1280℃，否则会继续“结圈”，影响单台设备的生产能力。我国已建成并投入使用的回转窖工艺有三种；一步法、二步法和冷固结球团法。一步法是先把细磨的铁精矿进行造球，在链篦机上干燥、预热到900℃后直接送入回转窖进行固结和还原，所有工序在一条流水线上连续完成。二步法是先把细磨的铁精矿进行造球，经1300℃的高温氧化焙烧后制成氧化球团，再送入回转窖进行还原，制成成品。冷固结球团法是在磁铁矿精粉中加入少量复合粘结剂造球，在200℃的低温下干燥固结后，再送入回转窖进行还原，省略了高温焙烧氧化固结的过程。

[0004] 2、转底炉生产工艺：转底炉由于其反应速度快，原料适应性强等诸多优点，近年来得到快速发展，转底炉主要有Fastmet、Inmeto、Comwet这三种，其中机械化、自动化程度较高的是Fastmet法，具有先进、经济、可靠的优点，由美国Midrex直接还原铁公司和日本神户制钢于60年代开发出来的直接还原铁法。其优点是：能使原料中的矿、煤粉紧密结合，在高温下只需10—20min即可快速还原，生产周期短，原料在炉底不运动，能随炉底前行，故不会造碎，对矿、煤粉球强度要求不高，能量利用率高，还原产物C0经二次然烧放出大量热能，该热能相当于总供给热量的一半(国外报道为三分二)，原料中含有的有害杂质(锌、铅、砷)在转底炉中可以部份或大部份挥发进入烟气中，有利于从烟气中得到回收，炉内为微负压系统，无烟气泄出，无工业污染水，烟气中S02排放量大大低于烧结矿，投资成本低于同等生产规模的回转窖生产工艺。其缺点是：转底炉产品含铁品位低（TFe<85％），含硫高(硫O.1～O.2％)，产品难于直接作为炼钢生产用原料，只能作为高炉炼铁的小量原料，即当加入量较小时，可提高高炉产量，降低焦比，但当加入量较大时，可能会对高炉冶炼产生影响，另外设备运转部件多，运行维护难度大，产品的质量及稳定性有待考证。总之，转底炉还原装置的应用正进一步改变我国直接还原铁生产的格局，呈现出大好的发展热潮。

[0005] 3、隧道窖生产工艺：国内除采用回转窖生产直接还原铁外，还采用隧道窖生产直接还原铁，计划建设100多座回转窖，年产量达400万吨，现己建成70座，还原铁产量为30万吨。隧道窖工艺采用铁矿粉和还原煤间接加热的方式来还原，其缺点是：热效率低、能耗高，每吨直接还原铁要消耗500—650Kg的还原用煤，还要消耗450—550Kg的加热用煤，生产周期长(48—76h)，污染严重(还原煤灰、废还原罐等固体废弃物多，粉尘多)，产品质量不稳定、单机生产能力难于扩大，因此，隧道窖工艺不是我国今后直接还原铁发展的方向。

发明内容

[0006] 针对上述现有技术存在的种种不足，本发明提供一种铁转化率高，煤耗低的还原炉。

[0007] 本发明的另一个目的在于提供一种包括还原炉的清洁式直接还原铁生产装置。

[0008] 本发明提供的是这样一种还原炉，包括其上设燃气、空气喷入口、烟气出口，其内设燃烧膛，其内壁设耐火保温隔热层的炉体，其特征在于炉体燃烧膛内设置其内带空腔的密封还原罐，且密封还原罐的两端分别穿过炉体壁置于炉外，并分别在密封还原罐的两外端口设端盖，其中一端盖上设有排气孔，以便将待还原的物料及还原剂放入密封还原罐的空腔内，并盖上两端盖后，将燃气经喷口喷入炉体内的燃烧膛内燃烧，同时补充助燃空气，以对密封还原罐内的物料进行加热还原。

[0009] 所述炉体设为圆柱体，或者设为多边柱体，燃气、空气喷入口设于炉体中下部，并分别与其上带控制阀门的燃气输送管、空气输送管相连，烟气出口设于炉体上部，并与其上带控制阀门的烟气输送管相连，以向炉内输送燃气、助燃空气，并将燃烧产生的烟气送出。

[0010] 所述炉体设为多个并联的炉体，每个炉体的燃气、空气喷入口分别通过其上带控制阀门的燃气分管、空气分管与对应的燃气总管、空气总管相连，烟气出口通过其上带控制阀门的烟气分管与烟气总管相连，以通过对应的燃气总管、空气总管向各个炉体内输送燃气、助燃空气，并将各个炉体内燃烧产生的烟气经烟气总管送出。

[0011] 所述密封还原罐竖直设于炉体燃烧膛内，其上、下两端分别穿过炉体上、下壁置于炉外，并分别在密封还原罐的上、下两外端口设上、下端盖，其中上端盖上设有排气孔，并与其上带控制阀门的还原气输送管相连，以便回收利用还原气。

[0012] 所述竖直密封还原罐设置多个，并间隔设于炉体燃烧膛内，其上端盖上的排气孔，通过其上带控制阀门的还原气输送分管与还原气输送总管相连，以将各个密封还原罐产生的还原气经各自的还原气输送分管汇集到总管中，以方便回收利用。

[0013] 所述空气总管的位于炉体一侧的管段置于烟气总管内，该管段上设有空气分管，空气分管穿过烟气总管向外延伸而与炉体对应的燃气、空气喷入口相连，该管段的入端穿过烟气总管向外延伸而与空气总管相连，以利用烟气余热加热空气后，再送入炉内助然，同时保持炉内温度不变，防止因降温而带来的能耗增加，以及对还原反应的影响。

[0014] 本发明提供的是这样一种包括还原炉的直接还原铁生产装置，包括煤气发生器，与煤气发生器相连的还原炉，与还原炉相连的烟气除尘器，还包括冷却换热器、磁选机、破碎机、筛分机，其中所述还原炉包括其上设煤气、空气喷入口和烟气出口，其内设燃烧膛，其内壁设耐火保温隔热层的炉体，其特征在于炉体燃烧膛内设置其内带空腔的密封还原罐，且密封还原罐的两端分别穿过炉体壁置于炉外，并分别在密封还原罐的两外端口设端盖，其中一端盖上设有排气孔，以便将待还原的物料及还原剂放入密封还原罐的空腔内，并盖上两端盖后，将煤气发生器产生的煤气与空气混合后经燃气、空气喷入口喷入炉体内的燃烧膛内燃烧，以对密封还原罐内的物料进行加热还原，密封还原罐内产生的还原气经端盖上的排气孔排出，炉体燃烧膛内产生的烟气经出口送烟气除尘器处理后排空，同时回收烟气中的硫，密封还原罐内的物料还原后，经端口排出后送冷却换热器冷却，同时回收热能，冷却后的物料经破碎机破碎后，再经磁选机磁选出还原铁，磁选后的物料经筛分机筛分，得筛上的粗焦粉回用，而筛下的杂质送废料场。

[0015] 所述炉体上的煤气、空气喷入口通过其上带控制阀门的煤气输送管与煤气发生器相连，同时通过其上带控制阀门的空气输送管与风机相连，烟气出口通过其上带控制阀门的烟气输送管与烟气除尘器相连，以将煤气发生器产生的煤气经输送管送至炉体煤气、空气喷入口并与空气输送管送来的空气混合后喷入炉内燃烧，并将炉内燃烧产生的烟气经输送管送至烟气除尘器除尘后排空，同时回收烟气中的硫。

[0016] 所述冷却换热器位于密封还原罐下方，该冷却换热器包括带移动轮的台车，设于台车上的其上端口带盖的物料筒，设于物料筒外围的盛水冷却筒或者喷水冷却筒，其中喷水冷却筒的内壁间隔设有环形供水管，环形供水管上间隔设置喷水头，以便移动台车至还原完成后的密封还原罐下方，打开密封还原罐下方的下端盖及物料筒上端口的盖，使还原物料落入物料筒后盖上盖，通过对物料筒外壁进行的水冷使物料筒内的还原热料冷却，同时防止还原物料被氧化。

[0017] 所述烟气除尘器、磁选机、破碎机、筛分机均为常规设备。

[0018] 本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：采用上述方案，使密封还原罐内的物料不会造碎，并彻底解决了物料在还原过程中因造碎、易熔融、粘结而损坏炉衬，造成事故，并使还原反应速度降低，增加能耗等问题，通过从密封还原罐外部进行加热，使直接还原反应能够顺利进行，所得还原铁的转化率达98％以上，且每吨还原铁平均耗标煤只为480Kg，并能有效控制还原铁中碳含量在O.1～0.25％范围内，同时还原气体可回收利用，烟气经除尘后再排空，并同步回收烟气中的硫，既有利于清洁生产，不污染环境，同时又回收了资源硫，综合节能效果显著。

附图说明

[0019] 图1为本发明还原炉结构示意图；

[0020] 图2为图1的俯视断面图；

[0021] 图3为图1的左视断面图；

[0022] 图4为本发明直接还原铁生产装置结构示意图；

[0023] 图5为图4中冷却换热器A向图。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图对本发明做进一步描述。

[0025] 本发明提供的还原炉包括其上设燃气、空气喷入口6、烟气出口7，其内设燃烧膛17，其内壁设耐火保温隔热层2的炉体1，其中炉体1燃烧膛17内设置其内带空腔19的密封还原罐16，且密封还原罐16的两端分别穿过炉体1壁置于炉外，并分别在密封还原罐16的两外端口设端盖15、18，其中的端盖15上设有排气孔14；所述炉体1设为多个并联的长方柱体，燃气、空气喷入口6设于炉体1的中下部，燃气、空气喷入口6通过其上带控制阀门的燃气分管4与燃气总管3相连，燃气总管3输入端与燃气炉相连，同时燃气、空气喷入口6还通过其上带控制阀门的空气分管5与空气总管11的管段10相连，以通过燃气总管3、空气总管11及管段10向各个炉体1内输送燃气、助燃空气，烟气出口7设于炉体1的上部，并通过其上带控制阀门或者不带控制阀门的烟气分管8与烟气总管9相连，以将各个炉体1内燃烧产生的烟气经烟气总管9送出；所述密封还原罐16设置多个，并间隔地竖直设于炉体1燃烧膛17内，各密封还原罐16的上、下两端分别穿过炉体1上、下壁置于炉外，并分别在各密封还原罐16的上、下两外端口设上端盖15、下端盖18，其中上端盖15上设有排气孔
14，各排气孔14通过其上带控制阀门的还原气输送分管13与还原气输送总管12相连，以通过还原气输送总管12回收利用还原气；所述空气总管11的位于炉体一侧的管段10置于烟气总管9内，该管段10上设有空气分管5，空气分管5穿过烟气总管9向外延伸而与炉体
1对应的燃气、空气喷入口6相连，该管段10的入端穿过烟气总管9向外延伸而与空气总管
11相连，空气总管11输入端与风机20相连，以利用烟气余热加热空气后，再送入炉内助然，同时保持炉内温度不变，防止因降温而带来的能耗增加，以及对还原反应的影响，如图1、图
2、图3。

[0026] 本发明提供的直接还原铁生产装置，包括常规煤气发生器21，通过煤气输送总管3与煤气发生器21相连的还原炉1，与还原炉1相连的常规烟气除尘器22，还包括冷却换热器26、常规的破碎机27、磁选机28和筛分机29，其中所述还原炉1包括其上设煤气、空气喷入口6和烟气出口7，其内设燃烧膛17，其内壁设耐火保温隔热层2的炉体1，炉体1燃烧膛
17内设置其内带空腔19的密封还原罐16，且密封还原罐16的两端分别穿过炉体1壁置于炉外，并分别在密封还原罐16的两外端口设端盖15、18，其中的端盖15上设有排气孔14；
所述炉体1上的各个煤气、空气喷入口6分别通过其上带控制阀门的煤气分管4、煤气总管
3与煤气发生器21相连，同时通过其上带控制阀门的空气分管5、管段10、空气总管11与风机20相连，烟气出口7通过其上带控制阀门的烟气分管8、烟气总管9与烟气除尘器22相连，烟气除尘器22的排烟口通过烟道与烟囱23相连，以将除尘达标后的烟气排空，烟气除尘器22的排尘口通过管道与酸碱中和池24相连，酸碱中和池24与固、液分离池25相连，以将烟气中的硫转化为硫酸送入中和池24中与碱中和后送入固、液分离池25中，沉降后回收硫；所述冷却换热器26位于密封还原罐16下方，该冷却换热器26包括带移动轮261的台车262，设于台车262上的其上端口带盖267的物料筒266，设于物料筒266外围的喷水冷却筒265，其中喷水冷却筒265的内壁间隔设有环形供水管264，环形供水管264上间隔设置喷水头263，以便移动台车262至还原完成后的密封还原罐16下方，打开密封还原罐16下方的下端盖18及物料筒266上端口的盖267，使还原物料落入物料筒266后盖上盖267，通过对物料筒266外壁进行的水冷使物料筒266内的还原热料冷却，同时防止还原物料被氧化，如图1、图2、图3、图4、图5。

[0027] 工作过程是：待还原的物料及还原剂放入密封还原罐16的空腔19内，并盖上两端盖15、18后，将煤气发生器21产生的煤气与空气混合后经燃气、空气喷入口6喷入炉体1内的燃烧膛17内燃烧，以对密封还原罐16内的物料进行加热还原，密封还原罐16内产生的还原气经端盖15上的排气孔14、还原气输送分管13、还原气总管12送至后序工艺设备，以回收利用还原气，炉体1燃烧膛17内产生的烟气经烟气出口7、烟气分管8、烟气总管9送烟气除尘器22处理后排空，同时回收烟气中的硫，同时通过烟气总管9内设置的空气总管11的管段10，对空气加热后再与煤气混合而喷入炉体1内，以充分利用烟气余热，最大限度降低能耗，密封还原罐16内的物料还原后，打开下端盖18而落入密封还原罐16下方的冷却换热器26中冷却，之后经破碎机27破碎后，再经磁选机28磁选出还原铁，磁选后的物料经筛分机29筛分，得筛上的粗焦粉回用，而筛下的杂质送废料场。