专利名称：一种组合式熔融还原炼铁的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于还原炼铁技术领域，涉及熔融还原炼铁的方法和装置，具体涉及一种 组合式熔融还原炼铁的方法和装置。
背景技术：
熔融还原炼铁是钢铁生产的重要组成部分，其主要特点是用非焦煤作为一次性能 源和还原剂，将铁的氧化物在熔融状态下还原，具有以煤代焦、流程短、对环境污染小，建设 投资少，生产成本低等优点，是被业内广泛看好的领域，各国的 钢铁企业竞相进行研究开 发。现有的熔融还原炼铁的方法主要有COREX法(CN1010323B)、DIOS法(CN1035136A)、 HISELT法(CN1037542A)。其中COREX法已经工业化生产，其他两种方法仍处于试验阶段。但 是所有的熔融还原炼铁工艺，由于能耗高、生产成本高等方面的原因，难与高炉工艺竞争。授权公告号为CN2697565Y的中国专利公开一种“电弧炉炼钢连续加料废钢预热 装置”，其电弧炉由炉体和电极构成，其连续加料废钢预热设备由预热通道、水冷给料槽等 组成，电弧炉内的高温烟气与预热通道内的原料直接进行热交换，可以提高进料的预热温 度，节省能源。但此方法只利用烟气中的显热，对炼钢过程中产生的CO的化学能无法利用。本申请人在申请号为200810079661. 2的发明专利申请中提供了一种熔融还原炼 铁的方法和装置，以天然矿块矿或人造块矿为原料，以还原过程产生的煤气作为还原剂和 热载体，原料经过预还原炉反应后，进入终还原炉进行终还原反应。预还原炉上部出来的析 出气体经过气体处理装置处理和高温换热装置加热后进入终还原炉。熔融还原炼铁的装置 包括有预还原炉、气体处理装置和至少一台终还原炉。该专利申请充分利用余热，节省能 源，使用两台终还原炉交替运行，生产效率高。但是该专利申请未实现多台熔融还原设备联 合生产，不利于扩大生产规模，综合利用资源。本申请人在专利申请号为200910075372. χ 的发明专利申请，介绍了一种“蓄热式电弧炉熔融炼铁装置”。该专利申请为“2 8套所述 蓄热式电弧炉熔融炼铁的装置组合安装在一起，安装形式为并排布置或环形布置；两台电 弧炉体之间贴近安装或用管路连接安装，炉体之间设有连接孔，连接孔处设有插板阀”。但 是该技术为电弧炉操作，需要耗费大量的电能，并且设备要求苛刻。本发明是在上述发明专 利申请基础上的改进。
发明内容
为使熔融还原炼铁过程的能量综合利用，减少能量消耗，同时扩大加工能力，降低 设备和生产成本，本发明提供一种组合式熔融还原炼铁的方法和装置。本发明组合式熔融还原炼铁的方法，过程为被还原物料置于还原熔炼炉中，2 20台还原熔炼炉串联在一起运行，每个还原熔炼炉进行加热、还原和熔炼过程，各台还原熔 炼炉处于不同的过程，依次循环进行。处于熔炼过程的还原熔炼炉以燃料和助燃气体不完 全燃烧加热熔化铁水并产生还原性气体，还原性气体和熔炼过程析出气体通过连接管路输 送到处于还原过程的还原熔炼炉中作还原剂进行还原，烟气和还原过程的过剩的CO通过连接管路输送至处于加热过程的还原熔炼炉中，通过两侧的蓄热器交替供风进行燃烧来加 热被还原物料。被还原物料为天然块矿或人造块矿。人造矿块为含碳包衣球团、呼吸壳、包衣柱或蜂窝状含碳或非含碳成型物。呼吸壳内含有铁的氧化物与含碳物质及催化剂，呼吸壳的包 壳为石灰石粉末、白云石粉末或硅酸盐粉末用粘合剂粘和而成。粘合剂为硅溶胶、水玻璃、 磷酸或氧化铝或上述物质的混合物。包衣柱为空心柱状体或球状体，包衣柱的横截面为圆 形、矩形或多边形，空心柱状体或球状体的空心为1 100。包衣柱内含有铁氧化物与含碳 物质及催化剂，包衣柱的包衣为石灰石粉末、白云石粉末、硅酸盐粉末，或它们的混合物加 入粘合剂制成。燃料为气体燃料、液体燃料或固体燃料，或上述三种或两种燃料的组合。固体燃料 为煤粉或焦粉。助燃气体为氧气或空气。本发明的工艺条件为常规熔融还原炼铁工艺条件。上一次处于加热过程的还原熔 炼炉在下一周期中进行还原过程，上一次处于还原过程的炉体，下一周期进行熔炼过程，上 一次完成熔炼的还原熔炼炉下一周期中进行装料和加热过程。可以选择两台还原熔炼炉串 联连运行，其中一台还原熔炼炉进行熔炼和还原过程，另一台还原熔炼炉进行物料的加热 过程，完成后，两台还原熔炼炉工艺过程交换。为实现上述组合式熔融还原炼铁方法，本发明提供一种组合式熔融还原炼铁装 置，包括还原熔炼炉和配套的进料设备、出料设备、燃料和助燃气体供给设备以及废气排放 系统。还原熔炼炉的上部设有氧气/燃料喷嘴、进料口，进料口有进料锁，下部设有出料口， 出料口处设有出料锁。还原熔炼炉两侧与蓄热器相连接，还原熔炼炉与蓄热器之间设有气 体喷口。2 20台还原熔炼炉通过连接管路串联安装，每台还原熔炼炉的一侧设有高温阀 门，蓄热器的两端通过三通阀分别与鼓风机和废气排放系统连接。还原熔炼炉为环形布置结构或并排布置结构。氧气/燃料喷嘴为气体燃料烧嘴、 液体燃料烧嘴、固体燃料烧嘴或上述烧嘴的组合。还原熔炼炉的连接管路的外部设有保温 层。每三台或每两台还原熔炼炉设置一组的活动的共用蓄热器，活动的共用蓄热器对接安 装到处于加热过程的还原熔炼炉。每三台或每两台还原熔炼炉共用一套氧气/燃料喷嘴， 活动的共用氧气/燃料喷嘴对接安装到处于熔炼过程的还原熔炼炉。所述装置还设有气体处理设备，所述气体处理装置包括气体储罐、净化器、冷却器 和循环风机。气体处理设备能够净化和储存还原性气体，用于储存过程中多余的还原性气 体，还原气不足时向装置补充还原性气体，保持熔融还原过程持续稳定。与现有技术相比，本发明组合式熔融还原炼铁方法，多台还原熔炼炉联合运行，熔 炼过程产生的析出气体用于还原过程还原，利用熔炼和还原过程的余热和剩余可燃成份燃 烧加热原料，使熔炼过程析出气体得到充分的利用，节省能源。还原熔炼炉配有蓄热器，利 用蓄热器回收排出烟气中的余热，加热助燃空气使热量利用达到最佳化。组合式熔融还原 炼铁装置，多台还原熔炼炉联合设置，占用占地面积小，节省空间，充分利用公用工程资源， 在有限的空间扩大生产规模，提高炼铁生产能力。组合式熔融还原炼铁装置可以两台或三 台组合，也可以多台组合，根据具体场地条件还原熔炼炉可以并排布置安装或环形布置安 装，建设的灵活性好。
图1为本发明组合式熔融还原炼铁装置的流程示意图；图2为还原熔炼炉结构示意图；图3为还原熔炼炉俯视及气体流程图；图4为本发明另一方案还原熔炼炉连接状态示意图；图5为本发明9台还原熔炼炉组合式装置的流程示意图；图6为组合式熔融还原炼铁装置并排布置结构示意图；图7为包衣柱剖面图；图8为圆形包衣柱截面图；图9为矩形包衣柱截面图；图10为六边形包衣柱截面图。其中1-连接管路、2-高温阀门、3-还原熔炼炉、4-氧气/燃料喷嘴、5-进料锁、6_进 料口、7-出料锁、8-出料口、9-气体喷口、10-蓄热器、11-鼓风机、13-蓄热器出口、14 (a、 b)-三通阀、16-包衣柱、17-包衣、18-空心、19-包衣内物质、20-圆形包衣柱、21-矩形包衣 柱、22-多边形包衣柱。具体体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的说明。实施例1本发明组合式熔融还原炼铁装置如图1、图2、图3、所示，包括3台还原熔炼炉3和 配套的进料设备、出料设备、燃料和助燃气体供给设备以及废气排放系统，为环形布置。还 原熔炼炉的上部设有氧气/燃料喷嘴4、进料口 6，进料口有进料锁5，氧气燃料喷嘴为气体 燃料烧嘴。还原熔炼炉的下部设有出料口 8，出料口处设有出料锁7。每台还原熔炼炉两侧 与蓄热器10相连接，蓄热器内有蓄热体，还原熔炼炉与蓄热器之间设有气体喷口 9。还原熔 炼炉之间通过连接管路1串联安装，每台还原熔炼炉的一侧设有高温阀门2。蓄热器的两端 出口 13通过三通阀14a、14b与鼓风机11和废气排放系统连接。还原熔炼炉的炉体和连接 管路的外部设有保温层。组合式熔融还原炼铁装置的运行方式为，利用进料设备通过进料口 6将铁矿石装 入已卸出铁水的还原熔炼炉3中。如图3所示，用前面处于还原过程的还原熔炼炉的烟气 和还原气中剩余的CO加热铁矿石原料，加热燃烧过程产生烟气经气体喷口 9进入上侧的蓄 热器10预热蓄热器中的蓄热体，经三通阀14a到排放系统排放。然后换向，鼓风机产生的 助燃空气经三通阀14a到上侧蓄热器，蓄热器中的蓄热体放出热量预热助燃空气，预热后 的空气进入还原熔炼炉3中助燃，产生的烟气经下侧蓄热器，三通阀14b到排放系统排放， 预热下侧蓄热其中的蓄热体，利用三通阀的动作进行换向操作，两侧蓄热器交替运行，自动 化进行。将物料加热升温至750V 800°C后进入还原过程，此时前面还原熔炼炉处于熔炼 过程。利用熔炼过程不完全燃烧产生的CO对铁矿石原料进行还原，含有剩余CO的烟气经 连接管路1到下一个处于加热过程还原熔炼炉中加热铁矿石。还原完成后进入熔炼过程。 在熔炼过程，氧气和燃料气混合后从氧气/燃料喷嘴4喷入还原熔炼炉中不完全燃烧加热， 使还原后的铁熔化和渣铁分离，铁水从出料口 8流出进入出料设备。在熔炼过程中，该还原熔炼炉至处于加热过程的还原熔炼炉之间的高温阀门2关闭，避免还原性气体直接进入处 于加热状态的还原熔炼炉中。产生的气体经连接管路1到处于还原过程的还原熔炼炉中 还原物料，按照这种方式，上一周期处于加热过程的还原熔炼炉下一周期中进行还原过程， 上一次处于还原过程的还原熔炼炉下一周期进行熔炼过程，完成熔炼的还原熔炼炉放出铁 水，重新装入被还原物料进行下一周期的加热过程，此过程连续循环进行。实施例2本发明另一实施方案如图4所示，由两台还原熔炼炉和相配套的设备和系统组 成。两台还原熔炼炉串联连运行，其中一台还原熔炼炉3进行熔炼和还原过程，另一台还原 熔炼炉进行物料的加热过程，完成后，两台还原熔炼炉过程交换。本实施例16被还原物料 为包衣柱，如图7、图8所示，包衣柱为空心柱状体结构，包衣柱的包衣17由石灰石粉末用粘 合剂粘和而成，粘合剂为硅溶胶。包衣内物质19为铁矿粉压球而成、包衣柱的空心18便于 气体流通加热。利用进料设备通过进料口6将包衣柱装入左侧还原熔炼炉3中。右侧的还 原熔炼炉处于还原熔炼过程，左侧的还原熔炼炉进行原料加热过程。右侧还原熔炼炉熔炼 过程中不完全燃烧加热，产生的烟气和还原性气体经过连接管路1进入左侧的还原熔炼炉 中进行加热。加热过程利用鼓风机，通过蓄热器将烟气的余热传给助燃空气，空气和从右侧 还原熔炼炉过来的气体中的可燃性气体混合燃烧加热包衣柱物料，加热至7 50°C 800°C。 关闭鼓风机，停止蓄热器的工作，左侧还原熔炼炉进入还原熔炼过程，此时右侧完成熔化过 程从出料口 8放出铁水装上被还原物料进行加热过程。左侧还原熔炼炉由从氧气/燃料喷 嘴4喷入燃料和助燃空气，燃料为煤粉，进行不完全燃烧加热，使还原后的铁熔化。由左侧 熔炼过程过来的烟气和可燃性气体为右侧还原熔炼炉中的包衣柱物料提供热量和燃料。还 原性气体不足时，从气体处理设备补充还原性气体，实现被还原物料的完全还原。右侧的还 原熔炼炉通过蓄热器供入热风，燃烧烟气中的可燃成分加热物料。左侧的还原熔炼炉中物 料完全熔化后进行渣铁分离，从出料口 8放出铁水到出料设备，再装入新的原料进行加热 过程。右侧的还原熔炼炉完成加热后进入还原熔炼过程。
权利要求
一种组合式熔融还原炼铁的方法，过程为被还原物料置于还原熔炼炉(3)中，其特征是2～20台还原熔炼炉串联在一起运行，每个还原熔炼炉进行加热、还原和熔炼过程，各台还原熔炼炉处于不同的过程，依次循环进行；处于熔炼过程的还原熔炼炉以燃料和助燃气体不完全燃烧加热熔化铁水并产生还原性气体，还原性气体和熔炼过程析出气体通过连接管路(1)输送到处于还原过程的还原熔炼炉中作还原剂进行还原，烟气和还原过程的过剩的CO通过连接管路输送至处于加热过程的还原熔炼炉中通过两侧的蓄热器(10)交替供风燃烧加热被还原物料。
2.根据权利要求1所述组合式熔融还原炼铁的方法，其特征是所述被还原物料为天 然块矿和人造块矿，所述人造矿块为含碳包衣球团、呼吸壳、包衣柱，或蜂窝状含碳或非含 碳成型物；所述呼吸壳内含有铁的氧化物与含碳物质及催化剂，呼吸壳的包壳为石灰石粉 末、白云石粉末或硅酸盐粉末用粘合剂粘和而成，所述粘合剂为硅溶胶、水玻璃、磷酸或氧 化铝或上述物质的混合物；所述包衣柱为空心柱状体或球状体，所述包衣柱的横截面为圆 形、矩形或多边形，所述空心柱状体或球状体的空心为1 100个；包衣柱内含有铁氧化物 与含碳物质及催化剂，包衣柱的包衣为石灰石粉末、白云石粉末或硅酸盐粉末，或它们的混 合物加入粘合剂制成。
3.根据权利要求1所述组合式熔融还原炼铁的方法，其特征是所述燃料为气体燃料、 液体燃料或固体燃料，或上述两种或三种燃料的组合；所述固体燃料为煤粉或焦粉，所述助 燃气体为氧气或空气。
4.根据权利要求1所述组合式熔融还原炼铁的方法，其特征是两台还原熔炼炉串联 连运行，其中一台还原熔炼炉(3)进行熔炼和还原过程，另一台还原熔炼炉进行物料的加 热过程，完成后，两台还原熔炼炉过程交换。
5.一种实现权利要求1所述组合式熔融还原炼铁方法的装置，包括还原熔炼炉(3)和 配套的进料设备、出料设备、燃料和助燃气体供给设备以及废气排放系统，所述还原熔炼炉 的上部设有氧气/燃料喷嘴(4)、进料口(6)，进料口有进料锁(5)，下部设有出料口(8)，出 料口处设有出料锁；还原熔炼炉两侧与蓄热器(10)相连接，还原熔炼炉与蓄热器之间设有 气体喷口(9)，其特征是2 20台还原熔炼炉通过连接管路(1)串联安装，每台还原熔炼 炉的一侧设有高温阀门(2)，所述蓄热器的另一端通过三通阀(14)分别与鼓风机(11)和废 气排放系统连接。
6.根据权利要求5所述组合式熔融还原炼铁的装置，其特征是所述还原熔炼炉为环 形布置结构或并排布置结构。
7.根据权利要求5所述组合式熔融还原炼铁的装置，其特征是所述还原熔炼炉和连 接管路的外部设有保温层。
8.根据权利要求5所述组合式熔融还原炼铁的装置，其特征是每三台或每两台还原 熔炼炉设置一组的活动的共用蓄热器，所述活动的共用蓄热器对接安装到处于加热过程的 还原熔炼炉。
9.根据权利要求5所述组合式熔融还原炼铁的装置，其特征是每三台或每两台还原 熔炼炉设置一套活动的共用氧气/燃料喷嘴，所述活动的共用氧气/燃料喷嘴对接安装到 处于熔炼过程的还原熔炼炉。
10.根据权利要求5所述组合式熔融还原炼铁的装置，其特征是所述装置还设有气体处理设备，所述气体处理装置包括气体储罐、净化器、冷却器和循环风机。
全文摘要
本发明提供一种组合式熔融还原炼铁的方法和装置，包括还原熔炼炉和配套的设备，还原熔炼炉两侧与蓄热器相连接。2～20台还原熔炼炉串联安装，并排布置或环形布置。生产时每台还原熔炼炉依次进行加热、还原和熔炼过程。熔炼过程不完全燃烧加热熔化并产生还原性气体，还原性气体和熔炼过程的析出气体作还原过程的还原剂，烟气和过剩的CO到处于加热过程的还原熔炼炉中燃烧加热被还原物料。本发明充分利用熔炼过程产生的析出气体用于还原过程还原，利用熔炼和还原过程的余热和剩余可燃成份燃烧加热原料，使熔炼过程析出气体得到充分的利用，节省能源，减少装置占地空间，提高炼铁生产能力。
文档编号C21B13/00GK101864505SQ20101022448
公开日2010年10月20日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者贾会平 申请人:贾会平