專(zhuān)利名稱(chēng)：豎爐煤基還原海綿鐵的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金工藝方法及其專(zhuān)用設(shè)備，特別涉及一種在豎爐中，以煤為還原劑生產(chǎn)海綿鐵的方法及其專(zhuān)用的煤基還原豎爐。
現(xiàn)有的生產(chǎn)海綿鐵的方法按所用還原劑可分為兩大類(lèi)一類(lèi)為煤基直接還原，在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行。此種方法存在回轉(zhuǎn)窯填充率低，爐容利用系數(shù)低的問(wèn)題，加之固體爐料和氣流各行其道，故熱效率低，由此造成回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)海綿鐵經(jīng)濟(jì)效益很低。還有一種旋轉(zhuǎn)床還原爐也可作為煤基直接還原爐使用，但目前應(yīng)用很少。另一類(lèi)為氣基直接還原，使用裂化天然氣或煤氣作為還原劑。根據(jù)流程不同，主體設(shè)備可采用豎爐、反應(yīng)罐或流態(tài)化床。氣基直接還原以豎爐應(yīng)用最為廣泛，產(chǎn)出的海綿鐵是金屬化球團(tuán)或壓塊。但此種方法必須有足夠的天然氣資源。
本發(fā)明的目的在于提供一種以煤為還原劑在豎爐中生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法及其專(zhuān)用的煤基直接還原豎爐。
本發(fā)明的方法是在專(zhuān)用的煤基還原豎爐中以煤為還原劑，使球團(tuán)礦經(jīng)過(guò)預(yù)熱或氧化焙燒、還原、冷卻三個(gè)工藝階段而最終產(chǎn)出海綿鐵。
首先，通過(guò)加料裝置使?fàn)t料進(jìn)入爐內(nèi)預(yù)熱(或氧化焙燒)段，如采用強(qiáng)度較低的冷固球團(tuán)為原料，為減少加料過(guò)程的破損，可采用斜坡式進(jìn)料。球團(tuán)礦、返煤及一部分大顆粒還原煤通過(guò)加料裝置進(jìn)入還原豎爐預(yù)熱段。經(jīng)過(guò)預(yù)熱的空氣自風(fēng)口鼓入爐內(nèi)，與上升煤氣中的CO、H2、CH4等物質(zhì)進(jìn)行燃燒反應(yīng)，放出熱量。高溫煤氣繼續(xù)上升，將熱量傳遞給爐料，最后經(jīng)煤氣出口排出爐外。出爐后的煤氣通入換熱器，預(yù)熱助燃風(fēng)。球團(tuán)礦在下降的過(guò)程中逐漸升溫，完成預(yù)熱和氧化焙燒過(guò)程，強(qiáng)度得到提高。如果使用氧化球團(tuán)或塊礦，則此段完成礦石的預(yù)熱;如果使用生球團(tuán)，則在此段完成氧化焙燒。爐料通過(guò)預(yù)熱段后繼續(xù)下降，進(jìn)入還原段。生產(chǎn)中通過(guò)螺旋給料機(jī)在還原豎爐還原段第一層篦板下加入還原煤，還原煤加入后與球團(tuán)礦混合，為保證爐內(nèi)溫度滿足還原的需要，在加煤口的下方吹入一部分預(yù)熱空氣，燒掉一部分還原煤，使溫度達(dá)到還原所需要的溫度(約900～1200℃)。在第二層和第三層篦板下方也吹入少量預(yù)熱空氣，燒掉自由空間中流化狀態(tài)下的煤粉，以保持足夠的還原溫度。如有必要(視還原煤性質(zhì)而定)可通過(guò)在這兩層篦板下加裝的油燒嘴或煤氣燒嘴噴油和助燃風(fēng)，以補(bǔ)充熱量的不足。爐料在專(zhuān)用的還原豎爐的還原段下降過(guò)程中呈“之”字形運(yùn)動(dòng)，自邊沿向中心，自中心向邊沿不斷交換位置，使料柱變疏松。在篦板下方形成一個(gè)自由空間。爐料中的粉末，特別是煤粉，通過(guò)篦板落入這個(gè)自由空間形成流化床，從而使料柱透氣性得到改善。自還原段加入的還原煤也落入篦板下的自由空間。其中的大顆粒煤在下降過(guò)程中與球團(tuán)礦混合，完成球團(tuán)礦的還原。小粒度煤則與篦板漏下的煤粉及料柱吹出的煤粉一起在流化狀態(tài)下與吹入的助燃風(fēng)進(jìn)行燃燒反應(yīng)，補(bǔ)充一部分熱量。生產(chǎn)中，幾層篦板下可同時(shí)加煤，也可一層篦板下加煤，另外幾層篦板下噴油和加助燃風(fēng)。爐料經(jīng)過(guò)還原段，球團(tuán)礦的還原已基本進(jìn)行完畢，繼續(xù)下降至冷卻段。在冷卻段上部除降溫外還可完成少量的還原過(guò)程，特別是燃燒區(qū)內(nèi)形成的球團(tuán)礦再氧化表面的還原。球團(tuán)礦在冷卻段內(nèi)隨著下降過(guò)程，逐步冷卻至出爐溫度800℃以下，產(chǎn)出的海綿鐵通過(guò)水冷螺旋給料機(jī)(或?qū)佇读蠙C(jī)等)排出豎爐，進(jìn)入冷卻筒，進(jìn)一步冷卻至100℃左右。冷卻后的海綿鐵通過(guò)篩分和磁選，與殘煤和粉末分離，即為最終產(chǎn)品。
下面以實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的工藝方法

圖1是系統(tǒng)配置及工藝流程示意圖。
本實(shí)施例使用氧化球團(tuán)礦為原料，發(fā)熱值20000KJ的褐煤為燃料和還原劑。每噸海綿鐵消耗煤850kg。
褐煤根據(jù)粒度分為兩級(jí)。＜10mm的為粉煤，10～40mm為塊煤。＞40mm的部分需破碎。氧化球團(tuán)礦粒度為10～20mm。
氧化球團(tuán)及塊煤(包括返煤)自爐頂加入豎爐。在下降過(guò)程中，與上升的煤氣流接觸，溫度不斷升高。塊煤中的揮發(fā)分進(jìn)入煤氣流。預(yù)熱段下沿鼓入的熱風(fēng)與煤氣中的CO、H2和揮發(fā)分中的碳?xì)浠衔锓磻?yīng)，燃燒放熱，進(jìn)一步加熱爐料。在預(yù)熱段中，爐料溫度可加熱至900～1000℃，并進(jìn)入還原段。
在還原段上部，預(yù)熱爐料與加煤口排入的冷煤混合，溫度降低至700～800℃。加煤口下方吹入的熱風(fēng)燃燒掉一部分揮發(fā)分和粉煤，使?fàn)t料溫度重新升高。在還原段中，爐料溫度保持在950～1100℃。熱量損耗由還原段中下部鼓入的少量熱風(fēng)所引起的燃燒反應(yīng)補(bǔ)充。在還原段中，球團(tuán)礦金屬化率可達(dá)90～95%。
爐料進(jìn)一步下降，進(jìn)入冷卻段。在冷卻段的上方，球團(tuán)礦還可完成少量還原反應(yīng)，特別是經(jīng)過(guò)燃燒帶時(shí)生成的再氧化表面的還原。同時(shí)溫度降低至900～950℃，并進(jìn)入冷卻段下方。在冷卻段下方，由于爐壁的通水冷卻，爐料降溫速度加快。在冷卻段下沿，料溫可降至700～800℃。
爐料經(jīng)對(duì)輥卸料機(jī)排入冷卻筒。冷卻筒外壁噴水冷卻。爐料在冷卻筒中進(jìn)一步冷卻至100℃以下，并排出冷卻筒。
排出冷卻筒的冷爐料首先經(jīng)振動(dòng)篩篩分。＜3mm的部分可經(jīng)磁選回收磁性粉，非磁性部分拋棄。＞3mm的部分進(jìn)入磁選機(jī)。磁性物是成品海綿鐵、非磁性物作為返煤重新加入豎爐利用。
爐頂煤氣仍含有大量可燃成分。排出豎爐后首先經(jīng)過(guò)一級(jí)旋風(fēng)熱除塵。然后兌入助燃風(fēng)燒掉可燃成分，使其溫度進(jìn)一步升高，并進(jìn)入換熱器。在換熱器中，高溫煤氣(900℃)與冷風(fēng)(25℃)進(jìn)行熱交換，使風(fēng)溫提高至500～600℃，換熱器也具有一定的除塵作用。由換熱器排出的煤氣可直接(或經(jīng)進(jìn)一步清洗由排煙機(jī))進(jìn)入煙囪，排入大氣。由換熱器排出的熱風(fēng)則作為助燃風(fēng)供豎爐使用。
本發(fā)明的方法其填充率可達(dá)80-90%，且具有利用系數(shù)高、設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，在豎爐中實(shí)現(xiàn)了以煤為還原劑生產(chǎn)海綿鐵等優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的專(zhuān)用設(shè)備為煤基直接還原豎爐。本發(fā)明方法專(zhuān)用的煤基直接還原豎爐包括加料裝置、爐體、篦板、出料裝置等四部分。圖2為煤基直接還原豎爐的結(jié)構(gòu)示意圖?！?〕加料裝置，〔2〕爐體，〔3〕篦板，〔4〕出料裝置。圖3為圖2的A向剖面圖，加料裝置〔1〕可安裝在爐體〔2〕的側(cè)上方，整個(gè)爐體可分為上、中、下三段，上面為預(yù)熱或氧化焙燒段，在此段爐壁上部開(kāi)有排氣口，下部爐身的四個(gè)面上對(duì)稱(chēng)分布著助燃風(fēng)口;爐體中部為還原段，還原段的爐壁上開(kāi)有還原劑加入口和風(fēng)口，在還原段爐體的內(nèi)壁上裝有數(shù)層篦板〔3〕，豎爐還原段內(nèi)壁上加裝篦板的主要作用是為了改善料柱的透氣性及還原的均勻性。裝篦板的層數(shù)視豎爐的高度而定，一般為2-5層，每層篦板最少分為2排，上、下交替安裝，篦板安裝的角度視爐料自然堆角和流動(dòng)性而定，一般可選30°～60°，篦板的材質(zhì)可選用碳化硅、耐熱鋼或其它耐高溫、耐氧化的材料。篦長(zhǎng)的確定主要考慮滿足透氣性及對(duì)篦下空間的要求，并且要有足夠的強(qiáng)度。一般可使篦板遠(yuǎn)離爐墻的一端處于豎爐中心線附近。如篦板過(guò)長(zhǎng)，可分成兩段或多段安裝，篦板靠爐墻端置于爐墻的支承磚上，其余則放在水冷支承梁上。爐體的下部為冷卻段，冷卻段上部的爐壁結(jié)構(gòu)與前兩段一樣，爐殼采用鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯耐火磚;而冷卻段的下部不襯耐火磚，且采用水冷。煤基直接還原豎爐的加料裝置〔1〕采用兩段式密封，一段為料封，另一段為料鐘。煤基直接還原豎爐的出料裝置〔4〕采用螺旋給料機(jī)或?qū)佇读蠙C(jī)等。下面是煤基直接還原豎爐的一個(gè)實(shí)施例。
圖4為年產(chǎn)3萬(wàn)噸海綿鐵的豎爐本體結(jié)構(gòu)。其中〔3〕是篦板〔5〕是雙料鐘式加料設(shè)備。氧化球團(tuán)礦、返煤和＞10mm的塊煤自該設(shè)備加入爐內(nèi)?！?〕是豎爐預(yù)熱段。〔7〕是煤氣排出口。〔8〕是螺旋給料機(jī)，＜10mm的粉煤通過(guò)它加入爐內(nèi)?！?〕是熱風(fēng)入口?！?0〕是豎爐還原段?！?1〕是豎爐冷卻段?！?2〕是對(duì)輥卸料機(jī)，還原完畢的球團(tuán)礦連同返煤通過(guò)它排出豎爐進(jìn)入冷卻筒。〔13〕是冷卻筒。
豎爐橫截面為2.5×2.5米。預(yù)熱段自大鐘處于下降位置的下沿起，至第一層熱風(fēng)入口止，全高2.5米。還原段自第一層熱風(fēng)入口起，至最下面一層篦板下沿止，共高6米。冷卻段自最下面一層篦板下沿起，至對(duì)輥卸料機(jī)止，共高4米。上面2米爐墻砌筑磚襯，能起到少量的還原作用。下面2米不砌磚襯，鋼殼采用雙層，并通水冷卻。橫截面逐漸縮小，與對(duì)輥卸料機(jī)相連結(jié)。
B-B截面圖示出了第一層熱風(fēng)入口的布置，每面爐墻裝設(shè)2支熱風(fēng)管。熱風(fēng)管處于同一水平面。
C-C截面圖示出了螺旋給料機(jī)加煤口的布置。該布局與篦板的裝設(shè)相對(duì)應(yīng)。本豎爐設(shè)四排篦板。其中兩排靠爐墻裝設(shè)，在這兩面爐墻上，每面在第一層篦板下方同一水平面處設(shè)兩個(gè)加煤口。另兩排篦板呈人字形裝于中間，兩端與爐墻接觸。在第一層篦板與爐墻的兩個(gè)接觸點(diǎn)的下方各設(shè)一個(gè)加煤口。這樣的布局是為了使加入的粉煤恰好落入篦板下的自由空間。加煤口直徑為200mm。在每個(gè)加煤口下方150mm處各設(shè)一熱風(fēng)管。目的是燒掉一部分粉煤，使?fàn)t料溫度盡快地升至預(yù)定水平。熱風(fēng)管直徑為30mm。
D-D截面圖示出了在第二層篦板下方與第一層相應(yīng)的位置裝設(shè)熱風(fēng)管。目的是鼓入少量空氣，燒掉少量煤粉，補(bǔ)充熱量。
第三層篦板下的裝置與第二層相同。
各熱風(fēng)管的熱風(fēng)流量可根據(jù)需要，分別進(jìn)行控制。一般講，第三層篦板下的熱風(fēng)可不用。
爐墻結(jié)構(gòu)和篦板安裝方式見(jiàn)圖5。其中〔14〕是水冷支承梁，〔3〕是篦板，〔15〕是支承磚，〔16〕是鋼殼，〔17〕是珍珠巖絕熱層，〔18〕是加煤口，〔19〕是熱風(fēng)管，〔20〕是粘土磚。
使用煤基直接還原豎爐的專(zhuān)用設(shè)備生產(chǎn)海綿鐵如以上方法所述的過(guò)程。
本發(fā)明的專(zhuān)用設(shè)備煤基直接還原豎爐其主要效果實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期以來(lái)在豎爐中不能以煤為還原劑生產(chǎn)海綿鐵，使海綿鐵的生產(chǎn)在以煤為還原劑的前提下不僅在回轉(zhuǎn)窯中能夠進(jìn)行，且在豎爐中也能進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種包括預(yù)熱或氧化焙燒、還原、冷卻過(guò)程在內(nèi)的豎爐還原生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于該方法是在專(zhuān)用的煤基直接還原豎爐中，以煤為還原劑，在900～1200℃的溫度條件下對(duì)球團(tuán)礦進(jìn)行直接還原。
2.如權(quán)利要求1所述的豎爐還原生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于該方法的還原過(guò)程是通過(guò)螺旋給料機(jī)在煤基還原豎爐還原段的第一層篦板下加入還原煤與球團(tuán)礦混合，在加煤口的下方吹入一部分預(yù)熱空氣，燒掉一部分還原煤，在第二層和第三層篦板下方也吹入少量預(yù)熱空氣，燒掉自由空間中流化狀態(tài)下的粉煤。
3.如權(quán)利要求1、2所述的豎爐還原生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于為保證還原溫度，還可在第二、三層篦板下通過(guò)加裝的油燒嘴或煤氣燒嘴噴入油或煤氣及鼓入助燃風(fēng)進(jìn)行燃燒反應(yīng)。
4.如權(quán)利要求1所述的豎爐還原生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于還原過(guò)程中可向幾層篦板下同時(shí)加煤，也可向一層篦板下加煤，另外幾層篦板下噴油和加助燃風(fēng)。
5.一種包括有加料裝置、爐體、出料裝置的生產(chǎn)海綿鐵的豎爐，其特征在于該豎爐還原段的內(nèi)壁上還裝有篦板。
6.如權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)海綿鐵的豎爐，其特征在于該豎爐還原段內(nèi)壁上的篦板有數(shù)層，每層篦板最少為2排，上、下交替安裝。
7.如權(quán)利要求5、6所述的生產(chǎn)海綿鐵的豎爐，其特征在于該豎爐還原段內(nèi)壁上篦板安裝的角度取決于爐料的自然堆角和流動(dòng)性，一般為30°-60°。
8.如權(quán)利要求5、7所述的生產(chǎn)海綿鐵的豎爐，其特征在于該豎爐還原段內(nèi)壁上裝的篦板長(zhǎng)度取決于對(duì)料柱透氣性及對(duì)篦板下空間的要求，而且要保證篦板具有足夠的強(qiáng)度，一般使篦板遠(yuǎn)離爐墻的一端處于豎爐中心線附近，當(dāng)篦板過(guò)長(zhǎng)時(shí)，可分成兩段或多段安裝。
9.如權(quán)利要求8所述的生產(chǎn)海綿鐵的豎爐，其特征在于該豎爐還原段內(nèi)壁上的篦板靠爐墻端是置于爐墻的支承磚上，其余則放在水冷支承梁上。
全文摘要
豎爐煤基直接還原海綿鐵的方法及設(shè)備，屬于鋼鐵冶金工藝方法及其專(zhuān)用設(shè)備。
文檔編號(hào)C21B13/02GK1080961SQ9211386
公開(kāi)日1994年1月19日 申請(qǐng)日期1992年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月23日
發(fā)明者李殷泰, 方覺(jué), 董文獻(xiàn) 申請(qǐng)人:東北工學(xué)院