一种用于分离预还原含铁物料的装置及其应用

摘要

本发明公开了一种用于分离预还原含铁物料的装置及其应用，采用三段式矩形熔炼炉，通过在熔炼炉的上下排风口分别喷吹煤粉与氧气、氧气，在高温条件下对预还原含铁物料与熔剂混合物在熔池内进行高效熔化分离，获得和满足炼钢需要的铁水和高温熔渣。

权利要求

1.一种用于分离预还原含铁物料的装置的应用，其特征在于，采用预还原含铁物料、熔剂、煤粉与氧气，在熔炼炉中进行，应用过程步骤具体为：步骤(1)：将预还原含铁物料和熔剂通过熔炼炉顶部的下料口(1)输送至熔炼炉内中部熔池区(5)、将煤粉与氧气通过下排风口(3)喷入中部熔池区(5)、将氧气通过上排风口(2)喷入中部熔池区(5)；

步骤(2)加热熔分：从下排风口(3)喷入的煤粉与氧气在中部熔池区(5)内发生不完全燃烧反应，形成还原性气体CO，上排风口(2)喷入的氧气在中部熔池区(5)与剩余未发生燃烧反应的煤粉进行不完全燃烧反应，形成还原性气体CO，预还原含铁物料在通过煤气聚集区(4)的过程以及进入中部熔池区(5)后完成受热还原，熔剂在通过煤气聚集区(4)的过程以及进入中部熔池区(5)后完成受热，最后与煤粉及预还原含铁物料中的脉石一起熔化形成炉渣；在中部熔池区(5)完成还原、熔化和造渣后，生成铁水和渣，同时在炉内从上到下形成上部煤气聚集区(4)、中部熔池区(5)、炉渣聚集区(6)、铁水聚集区(7)、死铁层(8)，通过设置在炉渣集聚区(6)的渣口(9)出渣、设置在铁水聚集区(7)的铁口(10)出铁；

步骤(3)熔化分离后产生的尾气由熔炼炉顶部的烟气出口(11)逸出；

所述装置为立式矩形，从炉顶到炉底分为三段，最上端为炉顶的煤气聚集区(4)，其中下料口(1)和烟气出口(11)分别与炉顶的煤气聚集区(4)相连，煤气聚集区下部为中部熔池区(5)，并且上排风口(2)和下排风口(3)均与中部熔池区(5)相连，中部熔池区(5)下部为炉渣聚集区(6)且与渣口(9)相连，炉渣聚集区(6)下部为铁水聚集区(7)，铁口(10)与铁水聚集区(7)相连，铁水聚集区(7)下部为死铁层(8)，上排风口(2)和下排风口(3)均分布于矩形炉的长边，上排风口(2)设置2-4个风口，下排风口(3)设置3-5个风口，上排风口(2)数目比下排风口(3)数目少1个，铁口(10)和渣口(9)分别设置在矩形炉的宽边，铁口(10)的水平高度低于渣口(9)的水平高度；

所述用于分离预还原含铁物料的装置应用过程中，

预还原含铁物料的温度不高于1300℃，不低于900℃；

下排风口混合喷吹氧气和煤粉，且控制煤粉中的固定碳含量与氧的摩尔比(C/O)小于

1，上排风口喷吹氧气；

上下两排风口在熔分过程中一直浸没在中部熔池区；

炉渣的二元碱度为0.9-1.2之间。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：预还原含铁物料的粒度小于8mm，煤粉粒度小于50目，氧气纯度大于99％。

说明书

一种用于分离预还原含铁物料的装置及其应用

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种用于分离预还原含铁物料的装置及其应用，属于冶金工程技术领域。背景技术：

[0002] 高炉炼铁是当今世界上最成熟、最高效的铁水生产技术。高炉铁水产量占了世界生铁产量的85％以上，但高炉炼铁存在工艺流程长、焦炭依赖度高、环境污染大等问题，为了降低传统炼铁工序的污染无排放水平，必须开发清洁、环保、不依赖焦煤的非高炉炼铁技术。

[0003] 为此冶金工作者开发了基于煤基还原的两步法非高炉炼铁工艺，但采用煤基还原后产生的预还原含铁物料，大多采用电炉熔分法获得铁水，比较典型的有三相交流电弧炉和矿热炉，此方法电耗高，同时无法在系统内实现能源的循环利用。而COREX熔分炉等又需要消耗一定焦炭，无法实现非焦煤冶金，仍然无法显著降低污染物排放，同时由于炉缸形状为圆形，沿圆周方向均匀分布单排风口，冶炼过程通过风口鼓吹氧气和煤粉，虽然风口前燃烧温度高达2000℃以上，但由于鼓风速度极快，仍有少量煤粉未发生燃烧反应，并通过焦炭层孔隙逸出进入熔分炉上部空间，因此不得不在熔分炉上部空间增设一排风口，以保证煤粉完全气化，降低未燃烧煤粉量，这样容易到熔分炉上部空间内的气流分布紊乱。另外由于采用圆形炉缸，出渣出铁过程中，由于铁水的炉缸内的环流，对炉缸耐材具有严重冲刷侵蚀作用。发明内容：

[0004] 本发明旨在要解决上述技术问题之一，提出了一种用于分离预还原含铁物料的装置及应用，本发明的技术方案如下：

[0005] 一种用于分离预还原含铁物料的装置，其特征在于，所述装置为立式矩形，从炉顶到炉底分为三段，最上端为炉顶的煤气聚集区(4)，其中下料口(1)和烟气出口(11)分别与炉顶的煤气聚集区(4)相连，煤气聚集区下部为中部熔池区(5)，并且上排风口(2)和下排风口(3)均与中部熔池区(5)相连，中部熔池区(5)下部为炉渣聚集区(6)且与渣口(9)相连，炉渣聚集区(6)下部为铁水聚集区(7)，铁口(10)与铁水聚集区(7)相连，铁水聚集区(7)下部为死铁层(8)，上排风口(2)和下排风口(3)均分布于矩形炉的长边，上排风口(2)设置2-4个风口，下排风口(3)设置3-5个风口，上排风口(2)数目比下排风口(3)数目少1个，铁口(10)和渣口(9)分别设置在矩形炉的宽边，铁口(10)的水平高度低于渣口(9)的水平高度。

[0006] 进一步地，其特征在于，采用预还原含铁物料、熔剂、煤粉与氧气，在熔炼炉中进行，应用步骤具体为：

[0007] 步骤(1)：将预还原含铁物料和熔剂通过熔炼炉顶部的下料口(1)输送至熔炼炉内中部熔池区(5)、将煤粉与氧气通过下排风口(3)喷入中部熔池区(5)、将氧气通过上排风口(2)喷入中部熔池区(5)；

[0008] 步骤(2)加热熔分：从下排风口(3)喷入的煤粉与氧气在中部熔池区(5)内发生不完全燃烧反应，形成还原性气体CO，上排风口(2)喷入的氧气在中部熔池区(5)与剩余未发生燃烧反应的煤粉进行不完全燃烧反应，形成还原性气体CO，预还原含铁物料在通过煤气聚集区(4)的过程以及进入中部熔池区(5)后完成受热还原，熔剂在通过煤气聚集区(4)的过程以及进入中部熔池区(5)后完成受热，最后与煤粉及预还原含铁物料中的脉石一起熔化形成炉渣。在中部熔池区(5)完成还原、熔化和造渣后，生成铁水和渣，同时在炉内从上到下形成上部煤气聚集区(4)、中部熔池区(5)、炉渣聚集区(6)、铁水聚集区(7)、死铁层(8)，通过设置在炉渣集聚区(6)的渣口(9)出渣、设置在铁水聚集区(7)的铁口(10)出铁；

[0009] 步骤(3)熔化分离后产生的尾气由熔炼炉顶部的烟气出口(11)逸出。

[0010] 进一步地，其特征在于：预还原含铁物料的粒度小于8mm，煤粉粒度小于50目，氧气纯度大于99％。

[0011] 进一步地，其特征在于：预还原含铁物料的温度不高于1300℃，不低于900℃。

[0012] 进一步地，其特征在于：下排风口混合喷吹氧气和煤粉，且控制煤粉中的固定碳含量与氧气的摩尔比(C/O)小于1，上排风口喷吹氧气。

[0013] 进一步地，其特征在于，上下两排风口在熔分过程中一直浸没在中部熔池区。

[0014] 进一步地，其特征在于，炉渣的二元碱度为0.9-1.2之间。附图说明：

[0015] 图1是本发明的工艺流程图；

[0016] 图2是本发明三段式矩形熔炼炉的结构示意图；

[0017] 图3是本发明三段式矩形熔炼炉的侧面风口布置图；

[0018] 其中，1下料口，2上排风口，3下排风口，4煤气聚集区，5中部熔池区，6炉渣聚集区，7铁水聚集区，8死铁层，9渣口，10铁口，11烟气出口。

[0019] 实施例1

[0020] 一种用于分离预还原含铁物料的装置及其应用，采用预还原含铁物料、熔剂、煤粉与氧气，在熔炼炉中进行，熔炼炉具有如下特征：从炉顶到炉底分为三段，最上端为炉顶的煤气聚集区(4)，其中下料口(1)和烟气出口(11)分别与炉顶的煤气聚集区(4)相连，煤气聚集区下部为中部熔池区(5)，并且上排风口(2)和下排风口(3)均与中部熔池区(5)相连，中部熔池区(5)下部为炉渣聚集区(6)且与渣口(9)相连，炉渣聚集区(6)下部为铁水聚集区(7)，铁口(10)与铁水聚集区(7)相连，铁水聚集区(7)下部为死铁层(8)，上排风口(2)和下排风口(3)均分布于矩形炉的长边，上排风口(2)设置2个风口，下排风口(3)设置3个风口，上排风口(2)数目比下排风口(3)数目少1个，上排风口(2)中心均与下排相邻两个风口中心连线的中点位于同一条线上，铁口(10)和渣口(9)分别设置在矩形炉的宽边，铁口(10)的水平高度低于渣口(9)的水平高度。

[0021] 应用步骤如下：

[0022] 步骤(1)：将预还原含铁物料和熔剂、煤粉与氧气、氧气分别流体连接至熔炼炉顶部的下料口(1)、上排风口(2)和下排风口(3)。

[0023] 步骤(2)加热熔分：从下排风口(3)喷入的煤粉与氧气在中部熔池区(5)内发生不完全燃烧反应，形成还原性气体CO，上排风口(2)喷入的氧气在中部熔池区(5)与剩余未发生燃烧反应的煤粉进行不完全燃烧反应，形成还原性气体CO，预还原含铁物料在通过煤气聚集区(4)的过程以及进入中部熔池区(5)后完成受热还原，熔剂在通过煤气聚集区(4)的过程以及进入中部熔池区(5)后完成受热，最后与煤粉及预还原含铁物料中的脉石一起熔化形成炉渣。在中部熔池区(5)完成还原、熔化和造渣后，生成铁水和渣，同时在炉内从上到下形成上部煤气聚集区(4)、中部熔池区(5)、炉渣聚集区(6)、铁水聚集区(7)、死铁层(8)，通过设置在炉渣集聚区(6)的渣口(9)出渣、设置在铁水聚集区(7)的铁口(10)出铁。

[0024] (3)熔化分离后产生的尾气由熔炼炉顶部的烟气出口(11)逸出。

[0025] 其中，预还原含铁物料的粒度小于5mm，煤粉粒度小于50目，氧气纯度大于99％；预还原含铁物料的温度1200℃；下排风口混合喷吹氧气和煤粉，且控制煤粉中的固定碳含量与氧气的摩尔比(C/O)小于1，，上排风口喷吹氧气。上下两排风口在熔分过程中一直浸没在中部熔池区。

[0026] 通过控制预还原炉料的金属化率在70％，入炉温度1100℃，喷煤量在400-800kg之间，炉渣碱度1.05，可以获得温度为1500℃的满足炼钢要求的铁水。

[0027] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。