[发明专利]一种厚渣层熔融还原炼铁的方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于冶金工业中非高炉炼铁领域，特别是涉及一种厚渣层熔融还原的方法及系统。

背景技术

传统的炼铁技术是以高炉炼铁为主的长流程工艺，由于高炉炼铁过程中，需要适用块矿和焦炭，因此，造成了高炉炼铁流程长、能耗高、投资大等缺点，因此，采用粉矿直接炼铁的技术就提了出来。

目前，已经工业化的非高炉炼铁技术有COREX和FINEX，但是，这两种工艺都是两段式炼铁工艺，即先对粉矿在预还原容器中进行预还原，然后在熔融炉里再进行熔融还原，不能一步实现铁水的还原和熔化，并且这两种工艺在生产过程中也需要一定的焦煤或焦炭，没有完全实现无焦炼铁，因工艺的过程控制的复杂性、生产率和能源的利用效率低于高炉等因素，因此，出现了非高炉炼铁工艺无法取代高炉炼铁工艺的现象；而对于采用粉矿一步法冶炼的炼铁工艺也有，如日本的DIOS、美国的AISI，澳大利亚的HIsmelt和俄罗斯的Romelt流程等，而这些流程尽管都是在一个炉内进行粉矿的还原和熔化，但有的矿粉从上部落下，有的喷入渣中，同时，所有的助燃气体都是在顶部吹入，但这些工艺在试验过程中存在耐材烧损严重、能耗高、流程工艺不顺行等问题，因此，还没有实现工业化。

总之，在目前的粉矿一步法直接冶炼的工艺中还存在一些没有解决的问题，如炉料的加入方式影响了炉料的熔化和还原速度；冶炼过程中产生的CO气体都在炉子顶部燃烧，烟气的热利用效率不高，还会产生不完全燃烧的情况；炉顶烟气的利用效率不高等问题。因此，急需一种新的熔融还原炼铁工艺来弥补目前存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现短流程粉矿直接熔融还原的方法，降低炼铁过程的能耗和冶炼成本，促进钢铁工业朝着绿色工业的方向发展。

本发明的另一个目的是提供用于实现上述方法的系统，该系统设计简单，易于实现。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种厚渣层熔融还原炼铁的方法，所用的原料为粉状的矿粉、熔剂和燃料，该方法包括如下步骤：

(1)原料输送：将加热过的“矿粉+熔剂”的混合物和高温助燃气体输入设置在熔融还原炉体1中部的上层喷枪2；将燃料和高温助燃气体输入设置在熔融还原炉体1下部的下层喷枪3；

(2)熔融还原：上层喷枪2和下层喷枪3同时将“矿粉+熔剂”的混合物、燃料以及助燃气体喷入熔融还原炉体1内，在炉内一步完成粉矿的熔化、还原、造渣等步骤，生成铁水和渣，并通过设置在熔融还原炉体1下部的铁/渣出口4排除；

(3)余热利用：熔融还原过程中产生的高温烟气经过熔融还原炉体1顶部的烟道6进入余热发电锅炉7，然后经过第一重力除尘器8进入换热流化床10与常温矿粉进行热交换；

(4)除尘降污：在换热流化床10中与常温矿粉进行热交换后的烟气，先后经过第二重力除尘器11和布袋除尘器12的除尘处理后，通过引风机13进入烟囱14，排入大气。

步骤(1)中矿粉是经第一矿粉仓9进入换热流化床10，再经第二矿粉仓15进入矿粉喷吹罐16中；熔剂是经熔剂仓17进入熔剂喷吹罐18中；然后，矿粉和熔剂按照比例分别从矿粉喷吹罐16和熔剂喷吹罐18喷入上层喷枪2中。

步骤(1)中燃料是经燃料仓19进入燃料喷吹罐20中，并喷入下层喷枪3中。

步骤(1)中助燃气体从助燃气罐5分别进入上层喷枪2和下层喷枪3中，助燃气体为空气、富氧空气或纯氧，根据气体的不同，其温度为0℃～1200℃。

所用原料为以下粒度小于100目的物料：矿粉为含铁粉状原料，熔剂为石灰石粉、白云石粉或生石灰粉，燃料为普通煤粉、烟煤或无烟煤。

步骤(2)中上层喷枪2的助燃气体压力为0.05～0.30Mpa，下层喷枪3的助燃气体压力为0.10～0.50Mpa。

矿粉、熔剂和燃料均由载气从各自喷吹罐喷出经上层喷枪2和下层喷枪3喷入熔融还原炉体1内，矿粉喷吹前先经过预热，预热后温度为300～1000℃，熔剂、燃料常温喷入，载气为空气或氮气。

步骤(3)中熔融还原炉体1内部烟气温度高于1400℃，经过余热发电锅炉7后烟气温度降低到800℃～1100℃，经过换热流化床10与常温矿粉进行热交换后，排放烟气温度为100℃～200℃。

步骤(3)中余热发电锅炉7可以由热风炉21代替，将从烟道6排入的烟气中部分没有燃烧的CO充分燃烧；余热发电锅炉7也可以由其它换热器代替。

步骤(4)中经过除尘降污排入大气的烟气温度低于200℃，且烟气中粉尘含量小于100mg/Nm3。