外热式竖炉煤基直接还原铁生产工艺与装置

摘要

本发明公开了一种外热式竖炉煤基直接还原铁的生产工艺，包括以下过程：采用铁精粉和煤粉为原料混匀，制得C/O比为0.95～1.1的混合料；该混合料制成粒径为6～20mm的球体，干燥至水分含量≤2wt%；该混合料送入还原炉中发生还原反应；还公开相应的生产装置。可实现含碳球团的制造，通过对还原产品的球磨和选别，在保证产品品位的前提下适应各种品位铁精粉的使用，采用可模块化扩能的外热式竖炉，可保证产品的金属化率，并调整产能，降低生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体地涉及一种外热式竖炉煤基直接还原铁的生产工艺及生产装置。

背景技术

在外热式竖炉煤基直接还原铁生产工艺技术方面，关键技术除了竖炉本体结构之外，还在于外热式竖炉的形式以及使用的原料的加工工艺和竖炉产品的后加工技术。最早的外热式竖炉煤基直接还原铁生产工艺技术出现在1971年，即KINGLOR METOR流程简称 KM流程，国内也有部分研究者受该技术的影响在关键装置——外热式竖炉方面发表了相应的研究成果，如公开号 CN101832706A《外燃管式直接还原竖炉》、公开号CN201166513的发明专利《煤基直接还原铁外热式竖炉》等。

KM流程，是采用铁矿石和还原煤组成的混合料自炉顶还原室开口加入，经过竖炉预热、还原、冷却到接近常温时出炉，混合产物的后加工是通过磁选来进行简单的分离，磁性物为海绵铁，非磁性物为残煤，残煤经筛分，粗粒重新入炉使用。KM流程所使用的竖炉，由钢板外壳和耐火砖衬构成一个容器，其内布置一组竖立于容器内的还原室，一组一般为6个还原室，每个还原室之间相隔一定距离排列，每个还原室均穿过容器上部和下部，上部与供料斗相连，下部与水冷设备和出料斗相连，每个还原室横截面为宽300~600mm、长1600mm的矩形，置于容器内的还原室上部用耐热钢制成，中下部用粘土—碳化硅砖砌成。容器内的其它空间为燃烧室，内设多层煤气燃烧器。使用天然气或煤气等其它燃料，预热空气助燃，燃烧产生的热量通过还原室壁传给还原室内的物料。预热段温度和还原段温度分别控制在850和1050℃左右。

《外燃管式直接还原竖炉》，这种外燃管式直接还原竖炉包括内设有还原室和燃烧室的炉体，所述炉体内设置有至少一根两端开口的还原反应管，所述还原反应管的管内为还原室，周边为燃烧室。

《煤基直接还原铁外热式竖炉》发明，包括竖炉、冷却水圈和炉体支座。炉体支座，由承重钢梁和多个钢支柱装配成，冷却水圈固定在承重钢梁上,竖炉坐设在冷却水圈上。竖炉包括炉体和设置在炉体内的多个截面为矩形竖式设置的还原反应室，炉体由外壳体和依次砌设在外壳体内的纤维毡层、硅藻土砖层、粘土砖层构成。每一个还原反应室的两侧有多层煤气燃烧式火道,每个还原反应室的上端设有料仓，其下端穿过冷却水圈内的高铝砖墙上的还原反应室通孔后与对应的上冷却水套连接，上冷却水套与下冷却水道连接。在多层煤气燃烧式火道内装设多个煤气喷嘴和测温热电偶。在炉体上部设有烟囱。

上述已公开的技术，具有还原反应室类似管状并竖立于炉内的相同特征，为克服物料热膨胀和高温出现液相的问题，KM流程采用铁矿石和还原煤混合料入炉，还原温度控制在1050℃左右，其它方法在无其它技术配套的情况下，还原温度也难以提高，还原时间较长。由于还原产品仅采用简单破碎和磁选，为保证产品全铁品位，对原料含铁品位的要求较高，使用普通含铁63%左右的铁精粉，其产品品质较低，难以达到全铁含量大于90%。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种外热式竖炉煤基直接还原铁的生产工艺，工艺完善、还原竖炉可模块化扩能、生产成本较低；及相关的生产装置。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种外热式竖炉煤基直接还原铁的生产工艺，包括以下过程：采用铁精粉和煤粉为原料混匀，制得C/O比为0.95～1.1的混合料；该混合料制成粒径为6～20mm的球体，干燥至水分含量≤2wt%；该混合料送入还原炉中发生还原制铁反应。

进一步地，还包括对还原炉产物进行球磨和选别，得磁性成分。

进一步地，该磁性成分中铁含量大于90%。

进一步地，该还原炉为外热式竖炉。

一种外热式竖炉煤基直接还原铁的生产装置，该生产装置为炉体，该炉体内设有相互隔离的燃烧室和还原室；该燃烧室底端设有煤气烧嘴；该还原室的顶端设有物料入口，底端设有水冷下料斗。

进一步地，该还原室设有N个，该物料入口由料仓和料流分配器构成，料仓经料流分配器与还原室连通。

进一步地，该燃烧室设有N+1个，N个还原室间隔地设在该N+1个燃烧室之间。

进一步地，燃烧室与还原室之间采用碳化硅砖分隔开。

进一步地，还原室的高度与炉体高度相同。

进一步地，该燃烧室沿竖直方向用高铝砖隔成烟气通道，该高铝砖上设有上下贯通的孔。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：生产工艺可以实现完备的配料，通过配料达到生球含碳改善还原反应动力学条件的目的，通过水冷螺旋出料进入水封池达到还原产物不被氧化而降低金属还原率的目的，通过球磨选别工序达到降低铁精粉原料品位的条件下而保证产品含铁品位不降低的目的，通过还原尾气直接进入还原竖炉燃烧室燃烧达到余热和能源充分利用的目的。

附图说明

图1为本发明的生产工艺流程图；

图2为本发明生产装置的结构示意图；

图3为图2中A-A向视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1所示的一种外热式竖炉煤基直接还原铁的生产工艺，包括以下过程：采用铁精粉和煤粉为原料混匀，制得C/O比为0.95～1.1的混合料；该混合料制成粒径为6～20mm的球体，干燥至水分含量≤2wt%；该混合料送入还原炉中发生还原反应；对还原炉产物进行球磨和选别，得磁性成分。该磁性成分中铁含量大于90%。

本发明生产工艺完善、还原竖炉可模块化扩能、生产成本较低的直接还原铁的生产方法与系统。

具体操作方法：铁精粉与作为还原剂的煤粉及粘接剂等通过配料系统实现合理的配料，配料后的混合料中C/O比为0.95～1.1，通过强混机混料，然后造球。经筛分后的合格生球（粒径范围为6～20mm）经干燥（水分含量≤2%）进入缓冲仓。根据需要向还原炉加料。物料在外热式还原竖炉内经还原、冷却后，进入水封池强冷。冷却后的物料进入球磨选别系统进行选别，经过球磨选别系统选别后的磁性物经干燥后通过压块机压块，得到容重大于4t/m³的可作为炼钢原料的直接还原铁产品。经过球磨选别系统选别后的非磁性物经过脱水后堆存，可作为水泥生产的添加料或作为加气块砌体的主原料予以利用。外热式还原竖炉的加热介质为还原竖炉还原室出来的还原尾气，不足部分的煤气由发生炉煤气提供。

图1中各步操作详细解释如下：

所述原料处理包括铁精粉堆存及干燥施、还原煤堆存及破碎和干燥、脱硫剂堆存、还包括所有原料的输送及处理过程中扬尘的除尘。其主要设施由堆场、圆筒烘干机、破碎机、布袋收尘器、皮带机等组成。

所述称量包括各种原料的缓冲存贮、称量、输送和除尘，其主要设施由料仓、称量设备、皮带机等组成。

所述混合为原料包括原料的输送和混合，主要设施为强混机。

所述造球包括混合料的造球、生球筛分、筛下料返回混合流程3，主要设施为圆盘造球机、辊筛、皮带机等。

所述生球干燥包括生球的干燥、输送、烟气的除尘、排放，其主要设施为链板式干燥机、除尘器、烟囱。

所述生球输送包括缓冲存储、输送，其主要设施为缓冲料仓、提升机等。

所述还原包括物料的布料、还原竖炉的加热、还原物料的出料、冷却、还原尾气的导出；其主要设施由炉顶料罐、料流分配器、外热式竖炉、水冷螺旋出料机、水封池、刮板机、煤气安全阀等组成。

所述供水及处理包括整个生产系统的供水、冷却水的循环处理供应。其主要设施由净水冷却池、清水泵、浊环水池、渣浆泵等组成。

所述球磨选别包括磁性物的中破、细破、选别。其主要设施为球磨机、磁选机等。

所述干燥压块包括流程11送来的磁性物的干燥、输送、压块、成品堆存、烟气除尘和排放。其主要设施由圆筒烘干机、液压压块机、皮带机、除尘器、烟囱等组成。

所述非磁性物处理包括流程11送来的非磁性物的沉淀、脱水、堆存。其主要设施由沉淀池、抓渣机、过滤机等组成。

所述发生炉煤气包括煤气的制备、清洁、输送。其主要设施为煤气发生炉及相应设施。

所述余热利用包括燃烧尾气的换热、助燃空气的供应、低温烟气的输送、烟气除尘和排放。其主要设施为风机、换热器。

所述还原中的外热式还原竖炉、水冷螺旋出料机为本发明实施方式中的非标准设施，其余设备均为标准设备。

对还原产物进行球磨选别，在保证直接还原铁产品质量的情况下，放宽了原料配比变化、铁精粉的全铁品位变化的要求，可大幅度降低原料采购成本，使资源得到充分利用。

如图2和3所示的一种外热式竖炉煤基直接还原铁的生产装置，为外热式还原竖炉，由炉顶料仓1、料流分配器2、炉顶燃烧室尾气换热器3、燃烧室4、还原室12、煤气烧嘴7、水冷下料斗8、水冷螺旋出料机10等组成。炉体四周除料流、气流通道外，均用钢板6围护，钢板6与燃烧室之间用多层耐火砌体5隔热。燃烧室4与还原室12用碳化硅砖17隔开。

所述燃烧室4沿高度方向用高铝砖16隔成若干烟气气流通道。烟气气流通过上下通道间的连接孔11相连，最后经过炉顶燃烧室尾气换热器3后进入余热利用流程。

所述还原室12与上部料流分配器2连接，与下部水冷下料斗8连接。炉顶料仓1通过料流分配器2可向多个还原室供料。

所述用钢板6围护的炉体，通过炉底钢柱9支撑。

所述还原室12出来的还原尾气，通过还原尾气通道13与煤气总管15相连，并与来自空气总管14的空气在烧嘴7前汇合，通过烧嘴7燃烧向燃烧室4供热。

图2所示还原竖炉，高6～20米，长（沿燃烧室气流方向）4～12米，宽度可根据产能要求布置2～30个还原室单元，每个还原室单元宽度200～360mm。

本发明外热式还原竖炉，通过碳化硅砖将燃烧室和还原室隔开并联系起来，燃烧室的热量通过碳化硅砖传给还原室中的物料完成还原反应。还原室出来的还原尾气出炉后直接供给燃烧室燃烧，燃烧温度控制在1100～1250℃，在此温度条件下，还原尾气中的碳氢化合物被分解烧掉，余热直接利用，燃烧尾气氮氧化物含量也较低，气体尾气对环境的影响降到最低。

其中，还原室长度与炉体接近；还原室仅通过碳化硅砖与两侧的燃烧室分隔为相对封闭的空间；还原室内物料处于还原性气氛下进行还原反应。

还原终了的物料通过水冷下料斗8、水冷螺旋出料机10初步冷却，直接进入水冷螺旋出料机10下部的水封池，避免了还原产物的氧化。

炉体下部的水冷螺旋出料机10为可调速出料机，物料在还原室内的还原时间可根据设定的物料金属化率进行调节。