專利名稱：直接還原法罐式爐裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鋼鐵冶金工業(yè)爐窯，特別涉及一種氧化鎳礦作原料、用直接
還原技術(shù)生產(chǎn)鎳鐵的直接還原法罐式爐裝置。
背景技術(shù)：
鎳是冶煉不銹鋼、耐熱鋼等合金鋼種必不可少的合金添加劑。根據(jù)礦石種類、品位 和用戶要求不同，鎳冶金產(chǎn)品通常有純鎳類的電鎳、鎳丸、鎳塊、鎳錠、鎳粉等，和非純鎳類 的燒結(jié)氧化鎳、鎳鐵。 鎳的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是，鎳礦首先在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)預(yù)熱脫水，送入礦熱電爐，加焦炭或硅 鐵進(jìn)行還原熔煉，得到附3 25%的粗鎳鐵；然后在鐵水包內(nèi)加蘇打脫硫，再裝入轉(zhuǎn)爐吹氧 精煉，得到Ni > 25%的鎳鐵。如果生產(chǎn)純鎳，需要將鎳含量大于90%的鎳鐵鑄成陽(yáng)極進(jìn)行 電解。 由于合金鋼需求越來(lái)越大，而鎳礦資源有限，且品位低、成分復(fù)雜、提煉困難，金屬 鎳生產(chǎn)工藝流程廠、成本高，價(jià)格高昂，鎳合金產(chǎn)品越來(lái)越成為影響優(yōu)特鋼生產(chǎn)質(zhì)量、產(chǎn)量、 品種、效益的重要因素。 其實(shí)大部分鎳鉻合金鋼都是含少量或微量鎳，不一定用純鎳制品。隨著冶金技術(shù) 提高和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，許多鋼廠為了降低成本，大量采用鎳含量8%左右、甚至更低的鎳鐵 直接入爐，通過(guò)爐外精煉等措施調(diào)整成分，生產(chǎn)合金鋼。

實(shí)用新型內(nèi)容根據(jù)上述需求，本實(shí)用新型提供一種以氧化鎳礦為原料，非煉焦煤或煤氣、天然氣 作能源直接還原生產(chǎn)鎳鐵的直接還原法罐式爐裝置。 本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，包括由耐火磚砌筑、金屬結(jié)構(gòu)圍護(hù)并具有各 種操作平臺(tái)的爐體、爐頂料斗、反應(yīng)罐預(yù)熱段、反應(yīng)罐還原段、火道、水冷下料漏斗、排料閘 閥、水槽、出料機(jī)、出爐料輸送機(jī)、外供煤氣燃燒系統(tǒng)、返回煤氣燃燒系統(tǒng)、熱工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、煙 道、提升機(jī)、布料機(jī)、冷卻水管路、電器及控制系統(tǒng)，爐頂料斗、反應(yīng)罐預(yù)熱段、反應(yīng)罐還原段 和水冷下料漏斗在爐體內(nèi)從上而下依次排列，并互相連接，火道連接反應(yīng)罐預(yù)熱段和反應(yīng) 罐還原段，排料閘閥設(shè)在水冷下料漏斗底部，水槽、出料機(jī)和出爐料輸送機(jī)安裝在爐體下 方，提升機(jī)、布料機(jī)安裝在爐體上方，外供煤氣燃燒系統(tǒng)、返回煤氣燃燒系統(tǒng)和煙道連接火 道，熱工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、冷卻水管路和電器及控制系統(tǒng)安裝在爐體外壁上。 本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，其中所述反應(yīng)罐預(yù)熱段是①250 350耐熱 鋼排管或長(zhǎng)方形耐熱鋼、耐火材料構(gòu)筑的豎罐。
本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，其中所述反應(yīng)罐還原段是用碳化硅或其他
耐火磚砌筑的寬300 500mm、長(zhǎng)寬比大于3、高6 12米高的長(zhǎng)方形豎罐。 本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，其中所述水冷下料漏斗是水冷雙層鋼板漏
斗，其下端裝有排料閘閥。
3[0011] 本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，其中所述火道為6 12層水平迷宮式火道。
本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，其中不同材料、結(jié)構(gòu)組成的所述反應(yīng)罐預(yù)熱 段、反應(yīng)罐還原段、水冷下料漏斗、排料閘閥緊密聯(lián)接、保持密封，組成一組反應(yīng)豎罐。
本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，其中所述罐式爐裝置包括1組以上的反應(yīng) 豎罐，多于1組的反應(yīng)豎罐并列構(gòu)筑。
本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，爐體固定不動(dòng)，爐料用機(jī)械提升到頂部料斗
后靠自重下落、通過(guò)控制排料速度，控制爐料在反應(yīng)室的物理化學(xué)變化過(guò)程。
精心設(shè)計(jì)的6 12層水平迷宮式火道迫使高溫?zé)煔忭樦竭\(yùn)行，到一端后再
升到上一層繼續(xù)前進(jìn)，直至排出罐外進(jìn)入煙道。這種火道結(jié)構(gòu)便于熱能充分利用，并且豎罐
內(nèi)溫度均勻，還能起到加強(qiáng)罐壁強(qiáng)度的作用。 本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置是一種內(nèi)外混合加熱、煤氣循環(huán)利用的豎爐， 豎罐內(nèi)還原氣氛、罐外火道氧化氣氛，罐內(nèi)爐料邊下降邊還原，高溫爐氣則邊上升邊對(duì)爐料 加熱、還原，到喉部借負(fù)壓引出、在燒嘴中與空氣混合噴入火道燃燒，提供罐內(nèi)直接還原鐵 過(guò)程需要補(bǔ)充的熱量，不足部分由焦?fàn)t或發(fā)生爐煤氣系統(tǒng)提供。煤干餾或由外部壓入煤氣 在上升過(guò)程中與下降爐料一起被加熱、發(fā)生氧化還原反應(yīng)。上升到反應(yīng)室上部后C0和H2分 壓降低，還原性減弱，利用其顯熱對(duì)爐料預(yù)熱，然后再引入罐外火道燃燒發(fā)熱供給反應(yīng)罐。 熱煙氣在罐外火道也是由下至上，加熱反應(yīng)罐之后又加熱預(yù)熱段，出爐后又用來(lái)加熱助燃 空氣或爐料，煤氣的化學(xué)能和熱能都能得到充分利用，而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，工程投資少、生產(chǎn) 成本低。 與焦?fàn)t反應(yīng)室相似，每個(gè)反應(yīng)罐都是一個(gè)獨(dú)立的生產(chǎn)單元，若干組豎罐并列組成 任意規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)爐窯，技術(shù)簡(jiǎn)單、可靠，規(guī)模起點(diǎn)低，又可像搭積木一樣大規(guī)模生產(chǎn)，設(shè) 計(jì)和組織生產(chǎn)方便、靈活，適合中國(guó)和發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)技術(shù)情況。 本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，使用Ni > 0. 5%、 Crl 4%、 TFe20 50% 的氧化鎳礦為原料，800 IOO(TC直接還原，使Ni大部分被還原，Cr、 Fe部分被還原，然后 細(xì)磨精選，將鎳鐵粉壓塊，送礦熱爐或高爐熔分，得到Ni3 25 %的鎳鐵，作為冶煉鎳鉻系 不銹鋼的原料，送電弧爐或轉(zhuǎn)爐精煉，生產(chǎn)不銹鋼等合金鋼材料。 本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，可以通過(guò)控制還原劑配入煤種、方式、比例， 出料速度，準(zhǔn)確、靈活地控制反應(yīng)罐內(nèi)還原氣氛、還原溫度、還原時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)選擇性還 原，將Ni或某種金屬盡可能多地還原，其他金屬部分還原，盡量提高鐵合金中鎳金屬的含 本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，爐料在豎罐內(nèi)緩慢下降過(guò)程中穩(wěn)定受熱、還 原，反應(yīng)室內(nèi)氣氛和溫度適合DRI反應(yīng)、便于傳熱和化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行；罐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)和煤干餾 產(chǎn)生的熱煤氣的能量、燃燒廢氣和排出爐料余熱都能得到充分利用。因而熱效率、設(shè)備壽 命、金屬化率、設(shè)備利用系數(shù)和作業(yè)率都比較高、能耗較低，又能防止過(guò)燒，發(fā)生質(zhì)量和設(shè)備事故。 本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，生產(chǎn)鎳鐵合金過(guò)程中磁選和熔化分離出的以 Si、Al、Mg、Ca的氧化物為主的雜質(zhì)，根據(jù)各種元素的含量，可作為制水泥和壓磚等產(chǎn)業(yè)的基 料，按循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則發(fā)展建材等其他產(chǎn)業(yè)。 本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，最顯著的特征是應(yīng)用直接還原技術(shù)、不必像高爐煉鎳鐵那樣消耗大量焦炭，又克服回轉(zhuǎn)窯熔煉鎳鐵投資大、成本高的缺點(diǎn)，有利于鋼 鐵工業(yè)持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)，也為在缺少焦炭資源的地方利用紅土礦生產(chǎn)鎳鐵找到一條先 進(jìn)、可靠的工藝路線。

圖1是本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置的側(cè)視圖； 圖2是本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置的俯視圖。
具體實(shí)施方式為進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，下面結(jié)合實(shí)施例作更詳盡的說(shuō) 明。 首先按照上述說(shuō)明和本企業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)狀況、產(chǎn)量需要，建造一座相當(dāng)規(guī)模、技術(shù)裝 備的罐式還原爐，具體可見(jiàn)圖1所示的側(cè)視圖和圖2所示的俯視圖。 本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，包括由耐火磚砌筑、金屬結(jié)構(gòu)圍護(hù)并具有各 種操作平臺(tái)的爐體1、爐頂料斗2、反應(yīng)罐預(yù)熱段3、反應(yīng)罐還原段4、火道5、水冷下料漏斗 6、排料閘閥7、水槽8、出料機(jī)9、出爐料輸送機(jī)10、外供煤氣燃燒系統(tǒng)11、返回煤氣燃燒系統(tǒng) 12、熱工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)13、煙道14、提升機(jī)15、布料機(jī)16、冷卻水管路、電器及控制系統(tǒng)等組成， 爐頂料斗2、反應(yīng)罐預(yù)熱段3、反應(yīng)罐還原段4和水冷下料漏斗6在爐體1內(nèi)從上而下依次 排列，并互相連接，火道5連接反應(yīng)罐預(yù)熱段3和反應(yīng)罐還原段4，排料閘閥7設(shè)在水冷下料 漏斗6底部，水槽8、出料機(jī)9和出爐料輸送機(jī)10安裝在爐體1下方，提升機(jī)15、布料機(jī)16 安裝在爐體1上方，外供煤氣燃燒系統(tǒng)11、返回煤氣燃燒系統(tǒng)12和煙道14連接火道5，熱 工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)13、冷卻水管路和電器及控制系統(tǒng)安裝在爐體1外壁上。 反應(yīng)罐預(yù)熱段3是O250 350耐熱鋼排管或長(zhǎng)方形耐熱鋼、耐火材料構(gòu)筑的豎罐。 反應(yīng)罐還原段4是用碳化硅或其他耐火磚砌筑的寬300 500mm、長(zhǎng)寬比大于3、 高6 12米高的長(zhǎng)方形豎罐。 水冷下料漏斗6是水冷雙層鋼板漏斗，其下端裝有排料閘閥7。 火道5為6 12層水平迷宮式火道。 不同材料、結(jié)構(gòu)組成的所述反應(yīng)罐預(yù)熱段3、反應(yīng)罐還原段4、水冷下料漏斗6、排 料閘閥7緊密聯(lián)接、保持密封，組成一組反應(yīng)豎罐。 工業(yè)化生產(chǎn)的罐式爐裝置一般包括1組以上的反應(yīng)豎罐，多于1組的反應(yīng)豎罐并 列構(gòu)筑，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模而定。 本實(shí)用新型直接還原法罐式爐裝置，具體操作技術(shù)是，使用Ni > 0. 5%、 Cr 1 4%、TFe20 50%的氧化鎳礦作原料，在原料準(zhǔn)備工序?qū)⑵淦扑楹Y分。然后，5 35mm粒礦 與同樣粒度的無(wú)煙煤、石灰石，按照10 : 2 7 : 0. 1 0.3混合或分層裝爐；小于5mm粉
礦、粉煤、粉石灰與粘結(jié)劑按照io : 2 7 : o. i o.3 : o.05 o. i的比例攪拌均勻、制
球、烘干，可以單獨(dú)，也可與粒礦混合裝爐。這些爐料在爐頂料斗內(nèi)就受到預(yù)熱，在進(jìn)入反應(yīng) 罐后，隨著爐底排料逐步下落過(guò)程中，受到罐內(nèi)上升爐氣和罐外煙氣混合加熱，在預(yù)熱段溫
度上升到還原溫度直接還原，使Ni大部分被還原，Cr、 Fe部分被還原。Si、 Al、 Mg、 Ca等需要分離的雜質(zhì)仍以氧化物形態(tài)存在，沒(méi)有磁性。這些產(chǎn)物排入水中，變脆并冷卻到IO(TC以 下，然后用輸送機(jī)輸出，經(jīng)粉碎機(jī)破碎、制粉，經(jīng)過(guò)三道磁選，將鎳鐵與其他雜質(zhì)分離，得到 Ni > 3%鎳鐵粉，壓塊作為電爐冶煉鎳、鉻合金鋼的合金添加劑；或送礦熱爐或高爐熔分， 得到鎳品位更高的鎳鐵水，熱送電弧爐冶煉合金鋼。分離出的以Si、Al、Mg、Ca的氧化物為 主的雜質(zhì)，根據(jù)各種元素的含量，可作為制水泥和壓磚等產(chǎn)業(yè)的原輔料。 這種裝置可以通過(guò)控制還原劑配入煤種、方式、比例和出料速度，準(zhǔn)確、靈活地控 制反應(yīng)罐內(nèi)還原氣氛、還原溫度、還原時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)選擇性還原，將Ni或某種金屬盡可能 多地還原，其他金屬部分還原，或不還原，從而提高鐵合金中鎳金屬的含量，不用焦炭作能 源，而回收率比較高。 爐料在豎罐內(nèi)緩慢下降過(guò)程中穩(wěn)定受熱、還原，反應(yīng)室內(nèi)氣氛和溫度適合DRI反 應(yīng)、便于傳熱和化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行；罐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)和煤干餾產(chǎn)生的熱煤氣的能量、燃燒廢氣和排 出爐料余熱都能得到充分利用。因而熱效率、設(shè)備壽命、金屬化率、設(shè)備利用系數(shù)和作業(yè)率 都比較高、能耗較低，又能防止過(guò)燒，發(fā)生質(zhì)量和設(shè)備事故，設(shè)備作業(yè)率較高。
權(quán)利要求一種直接還原法罐式爐裝置，其特征在于所述罐式爐裝置包括由耐火磚砌筑、金屬結(jié)構(gòu)圍護(hù)并具有各種操作平臺(tái)的爐體(1)、爐頂料斗(2)、反應(yīng)罐預(yù)熱段(3)、反應(yīng)罐還原段(4)、火道(5)、水冷下料漏斗(6)、排料閘閥(7)、水槽(8)、出料機(jī)(9)、出爐料輸送機(jī)(10)、外供煤氣燃燒系統(tǒng)(11)、返回煤氣燃燒系統(tǒng)(12)、熱工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(13)、煙道(14)、提升機(jī)(15)、布料機(jī)(16)、冷卻水管路、電器及控制系統(tǒng)，爐頂料斗(2)、反應(yīng)罐預(yù)熱段(3)、反應(yīng)罐還原段(4)和水冷下料漏斗(6)在爐體(1)內(nèi)從上而下依次排列，并互相連接，火道(5)連接反應(yīng)罐預(yù)熱段(3)和反應(yīng)罐還原段(4)，排料閘閥(7)設(shè)在水冷下料漏斗(6)底部，水槽(8)、出料機(jī)(9)和出爐料輸送機(jī)(10)安裝在爐體(1)下方，提升機(jī)(15)、布料機(jī)(16)安裝在爐體(1)上方，外供煤氣燃燒系統(tǒng)(11)、返回煤氣燃燒系統(tǒng)(12)和煙道(14)連接火道(5)，熱工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(13)、冷卻水管路和電器及控制系統(tǒng)安裝在爐體(1)外壁上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直接還原法罐式爐裝置，其特征在于所述反應(yīng)罐預(yù)熱段(3) 是①250 350耐熱鋼排管或長(zhǎng)方形耐熱鋼、耐火材料構(gòu)筑的豎罐。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直接還原法罐式爐裝置，其特征在于所述反應(yīng)罐還原段(4) 是用碳化硅或其他耐火磚砌筑的寬300 500mm、長(zhǎng)寬比大于3、高6 12米高的長(zhǎng)方形豎 罐。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的直接還原法罐式爐裝置，其特征在于所述水冷下料漏斗(6) 是水冷雙層鋼板漏斗，其下端裝有排料閘閥(7)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的直接還原法罐式爐裝置，其特征在于所述火道(5)為6 12層水平迷宮式火道。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的直接還原法罐式爐裝置，其特征在于不同材料、結(jié)構(gòu)組成的 所述反應(yīng)罐預(yù)熱段(3)、反應(yīng)罐還原段(4)、水冷下料漏斗(6)、排料閘閥(7)緊密聯(lián)接、保持 密封，組成一組反應(yīng)豎罐。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的直接還原法罐式爐裝置，其特征在于所述罐式爐裝置包括l 組以上的反應(yīng)豎罐，多于1組的反應(yīng)豎罐并列構(gòu)筑。
專利摘要一種直接還原法罐式爐裝置，包括爐體、爐頂料斗、反應(yīng)罐預(yù)熱段、反應(yīng)罐還原段、火道、水冷下料漏斗、排料閘閥、水槽、出料機(jī)、出爐料輸送機(jī)、外供煤氣燃燒系統(tǒng)、返回煤氣燃燒系統(tǒng)、熱工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、煙道、提升機(jī)、布料機(jī)、冷卻水管路、電器及控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型采用直接還原技術(shù)、不必消耗大量焦炭，提高了鐵合金中鎳金屬的含量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，技術(shù)簡(jiǎn)單、可靠，規(guī)模起點(diǎn)低，又可像搭積木一樣大規(guī)模生產(chǎn)，工程投資少、生產(chǎn)成本低。有利于鋼鐵工業(yè)持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)，也為在缺少焦炭資源的地方利用紅土礦生產(chǎn)鎳鐵找到一條先進(jìn)、可靠的工藝路線，適合中國(guó)和發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)技術(shù)情況。
文檔編號(hào)C21B13/04GK201520775SQ20092015392
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者董書(shū)通, 趙平 申請(qǐng)人:鄭州永通特鋼有限公司