CN1017628B - 用煤粉和铁矿粉直接冶炼铁水的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用煤粉和铁矿粉直接冶炼铁水的方法。它所采用的装置主要由卧式或立式的前炉、竖炉式后炉、与前炉后炉相接的后炉炉底小车、预热器和热交换器等组成。所用原料为含煤球团，由铁矿粉、煤粉、粘结剂和熔剂组成。球团经预热器预热后进入后炉进行预还原，接着在后炉小车进一步还原和熔化，在前炉过热、终还原，并进行炉渣——铁水分离，该方法投资少，生产率高，原料适应性广，成本低，可适用于中小型炼铁工业。

Description

本发明属于铁的冶炼。

不用焦炭，直接用非炼焦煤生产铁水的方法是目前国内外钢铁行业竞相研究的课题。在现有技术中需采用优质还原气，并用还原气在另一个分开的竖炉或流化床上预还原铁矿石，或使用一部分焦炭或型煤，或必须使用大量纯氧或电力进行炼铁，其工艺复杂，成本高。

在中国专利申请中，CN85100843A和CN85101937A提供了类似的炼铁方法。它们的主要缺点是：前一种炼铁方法尚未完全摆脱对焦炭或型煤的依赖;而后一种方法得到的是粒铁，而不是铁水，用这种粒铁生产铸件或作炼钢原料时，还要消耗较多的电能或燃料，使之熔化。

美国专利US3953196陈述了一种金属氧化物的直接还原工艺。该工艺使用含5～30%含碳物料的球团加入竖炉直接还原。该竖炉上部为预热区，中部为还原区，下部为一个能控制气氛的熔化区。在竖炉中被加热和还原的球团在熔化区生成渣、铁，并放出炉外。在燃料燃烧的火焰供热时，为了防止还原球团中的铁被再氧化，该专利采用一个隔墙将反应器炉瞠分成最终加热区（氧化区）和控制气氛区（还原区）。为此，不仅使燃料消耗成倍增加，而且要在同一反应器中，同时实现氧化（燃料完全燃烧）和还原气 氛，在理论和实践上都是难以实现的。

本发明的目的在于提供一种以铁矿粉或氧化铁皮、铁屑为原料，以非炼焦煤为燃料和还原剂，直接冶炼铁水的方法及其装置。

本发明采用冷固结含煤铁矿球团作炼铁原料，用非炼焦煤粉为燃料和还原剂直接冶炼铁水。

冷固结含煤铁矿球团的化学组成（重量%）如下：铁矿粉（或氧化铁皮、铁屑）60～70%，煤粉20～30%，粘结剂5～10%，熔剂2～5%。煤粉中烟煤占15～20%，其余为无烟煤或焦炭粉或木炭粉。粘结剂为水泥、废纸浆液、石灰、水玻璃、皂土或腐殖酸钠等中的任两种或两种以上。熔剂为石灰粉或石灰石粉，以及荧石等。

冷固结含煤铁矿球团可以用园盘造球，也可用钢模或对辊压球。生球团经低温干燥或自然干燥后即可入炉冶炼。

由球团冶炼铁水是在煤粉炼铁炉中进行。该炉由前炉和后炉等组成。一部分煤粉由一次风口喷入前炉燃烧提供热量，用于还原和熔化球团;同时，产生的高温低质还原气从火道进入后炉，与含煤铁矿球团逆流换热，实现预热预还原，随后，球团熔化进入前炉过热、终还原，实现渣-铁分离。本发明的方法系连续生产，分批上料，分批出铁出渣。

该方法具有以下几个显著特点：

1、由于铁矿粉与煤粉比表面积大，在球团内均匀分布，密切接触，故采用含煤球团比铁矿石或氧化铁球团传质速度快，反速度高，可以利用燃煤产生的高温低质煤气实现预还原。

2、燃料充分利用，含煤球团有较强的抗氧化能力。本方法中煤在前炉可以实现很高的完全燃烧率，即CO二次燃烧率达80%以上，煤气过剩量很低，这样燃料利用充分，大大提高了输入炉中的能量密度。另外燃煤产生的高温烟气在后炉与含铁矿球团逆流换热，热效率高，球团入炉后很快达到1000℃以上，在后炉下部球团的金属化率可达到0.45～0.90。

3、投资少，设备较简单，炉内无运动部件，生产率高，生产费用低，可以适用广大地区因地制宜地发展中小型炼铁工业。

附图说明：

附图1为用煤粉和铁矿粉直接冶炼铁水的工艺流程图。

附图2为煤粉炼铁炉装置的结构示意图。

附图1中，1、2、3、4分别为煤粉、铁矿粉、熔剂和粘结剂的储罐，5为配料和混料器，6为辗压、混捏工序，7为成型，8为干燥固结，9为过筛，10为煤粉炼铁炉冶炼铁水。

附图2中，11为鼓风机，12为煤粉储罐，13为一次风管道，14为热风输送管道，15为前炉，16为后炉炉底小车，17为后炉（竖炉），18为预热器，19为烟道换热器，20为上料机，21为一 次风口，22为二次风口，23、24分别为前炉的出铁水口和出渣口。

前炉15为卧式或立式园柱形结构，其长度或高度与直径之比为（3～4）∶1;后炉是断面为园形的竖炉，其高度与直径之比为（5～10）∶1。

前炉15既作为煤粉空气旋风燃烧室，产生炼铁所需的热量，又作为熔池，炉渣-铁水在此分离、过热。分别出渣出铁水。后炉17对球团进行预热和熔化。后炉炉底小车16分别与前炉15和后炉17相连接，该小车是活动的，为插接式结构，并安放在轨道上，可以拉出，与前炉15和后炉17分开，便于更换和检修炉底。为了提高前炉15的热效率，可在一次风口处安装旋风悬浮式或蜗壳式或侧壁切线送粉式的煤粉燃烧装置。

根据附图1，含煤铁矿球团所需原料铁矿粉、煤粉、粘结剂和熔剂按确定的配比配料后，混合均匀，进行辗压或混捏成型，随之在低温（100～200℃）下或自然条件下干燥固结，制成含煤铁矿生球团。生球团经过筛后可进入煤粉炼铁炉进行冶炼。

该含煤铁矿球团经自然干燥后，平均抗压强度大于6MPa或≥290N/个球，1.8米落下强度≥0.8;球团经200℃烘干后，平均抗压强度≥7MPa或≥340N/个球，1.8米落下强度≥0.95。

根据附图2，用含煤铁矿球团冶炼铁水的过程如下：

鼓风机11供给的一次风经管道13将煤粉储罐口中的煤粉送入 前炉15进行燃烧，在烟道换热器19与烟道废气换热后的热风经管道14进入前炉15助燃，热风温度可达100～500℃;冷固结含煤铁矿球团经上料机20进入后炉顶部预热器18，利用后炉17排出的热废气进行预热;预热后的球团进入后炉17;前炉燃烧产生的高温低质还原气体经小车16进入后炉17，与从后炉上部逐渐下降的含煤球团逆流换热，进行预还原;后炉温度可达1000～1400℃;经预还原后的球团在后炉炉底小车16内熔化和进一步还原;熔化后的炉料流入前炉15实现过热和终还原，并进行炉渣-铁水分离。每间隔一段时间分别由出渣口24和出铁口23排渣和出铁水。生产的铁水温度达1350～1500℃。在前炉15内向铁水、炉渣喷入一定的粉剂，可以调整铁水和炉渣的成分。

本发明的产品铁水含碳量可达1.0～4.5%，如它成分可以调整。

本发明在前炉使用的燃料也可用气态或液态燃料，如天然气或燃料油，但燃烧装置需作相应改变。一次风为燃料用煤粉的载气，二次风为助燃热风或氧气。作为燃料用煤粉的发热值必须在6000千卡/公斤以上，通过改变总风量与所载煤粉量之比，可以调节前炉15内煤粉燃烧的空气过剩系数，以便根据工艺需要调节炉内温度和高温烟气成分，该系数控制在0.6～1.05之间较合适。

在本发明中，如果采用炉外预热装置（如使用煤粉燃烧装置） 将球团加热到1200℃，并保温半小时，则球团金属化率可达到80%以上，本装置的生产率将提高一倍。

实施例

按照本发明的工艺流程和工艺参数，在生产率为每小时1吨的煤粉炼铁炉中进行两次用含煤铁矿球团和煤粉直接冶炼铁水的试验。

含煤铁矿球团的成分配比和所用燃料煤粉的成分分别列入表1和表2。

表1    含煤铁矿球团的化学组成（重量%）

组份    铁矿粉    煤粉    粘结剂    熔剂

炉号    无烟煤    烟煤

1    70

（含铁65%）    16    4    7    3

2    69

（含铁60%）    18    4    7    2

表2    燃料煤粉成分（重量%）

炉号    煤种    固定碳    灰分    挥发分    发热值    千卡/公斤

1    无烟煤    80    11    6    7400

烟煤    48    18    33    6400

2    无烟煤    72    18    7    6900

烟煤    44    21    33    6070

两次试验的冶炼过程如下：

开炉时，前炉15点火后，分别用烟煤和冷空气燃烧烘炉100分钟和80分钟，使前后炉炉底温度均达到1500℃左右后，开始从后炉炉顶连续上料，每批料重100公斤，并外加少量石灰块和萤石等。投料后半小时放第一次渣。以后每隔10分钟放一次渣，每出两次渣后出一次铁水。

两次试验中所用的含煤铁矿球团量、出铁水量、每吨铁水耗煤量（包括球团中含煤量和前炉燃烧用煤），每吨铁水耗矿量、炉渣碱度等均列入表3。

表3    两次试验中球团耗量、煤耗量、出铁水量等指标

炉    球团量    铁水量    每吨铁水    每吨铁水    炉渣    铁水温度    铁收

耗煤量    耗矿量    得率

号    公斤    公斤    公斤    公斤    碱度    ℃    %

1    2300    900    825    1790    0.5    1350～1430    84.5

2    2100    800    810    1810    0.6    1350～1430    92

两次试验中，铁水含碳量分别2.4%和2.5%，铁水含硫量分别为0.32%和0.14%。

Claims (8)

1、一种以含煤铁矿球团为原料，以煤粉为燃料的直接冶炼铁水的方法，含煤铁矿球团从后炉炉顶进入后炉(17)，燃料燃烧产生的热量及还原气体由前炉(15)进入后炉(17)，与从后炉(17)上部逐渐下降的含煤铁矿球团逆流换热，使铁矿球团逐渐被还原，在前炉(15)实现炉渣-铁水分离，其特征在于：

含煤铁矿球团首先经后炉炉顶预热器(18)预热后，进入后炉(17)预还原；

前炉(15)燃煤供热是以一次风载送的煤粉为燃料，并以在烟道换热器(19)换热后的热风(二次风)进行助燃，煤粉燃烧的空气过剩系数应控制在0.6～1.05之间；

经预还原的球团在后炉炉底小车(16)内熔化和进一步还原，熔化后炉料进入前炉(15)实现过热和终还原；

含煤铁矿球团的化学组成(重量%)为：铁矿粉60～70%，煤粉20～30%，粘结剂5～10%，熔剂2～5%。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于粘结剂由水泥、废纸浆液、石灰、水玻璃、皂土和腐殖酸钠中的任两种或两种以上组成。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于煤粉中烟煤占15～20%，其余为无烟煤或焦炭粉或木炭粉。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于铁矿粉可由氧化铁皮或铁屑取代一部分。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于前炉使用的燃料可用气态或液态燃料。

6、根据权利要求5所述的工艺，其特征在于气态或液态燃料可为天燃气、燃料油。

7、一种以含煤铁矿球团为原料，以煤粉为燃料的直接冶炼铁水的装置，包括前炉（15）和后炉（17），其特征在于：

该装置由前炉（15）、后炉（17）、后炉炉底小车（16）、预热器（18）、烟道换热器（19）、上料机（20）、鼓风机（11）和煤粉储罐（12）组成;

前炉（15）为卧式或立式园柱形结构，其长度或高度与直径之比为（3～4）∶1，后炉（17）是断面为园形的竖炉，其高度与直径之比为（5～10）∶1;

后炉炉底小车（16）是活动的，为插接式结构，分别与前炉（15）和后炉（17）相接;

前炉（15）分别开有渣口（24）和出铁水口（23）。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于后炉炉底小车（16）安放在轨道上，可以拉出、更换。

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