[发明专利]一种多层渣熔融还原炼铁的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于炼铁领域，特别是涉及一种熔融还原炼铁的方法及其装置。

背景技术

冶金工业中的炼铁技术长期以来是以高炉冶炼的长流程为主，即矿粉先要经过烧结或造球成块，具有一定强度后才能进入高炉，同时，高炉冶炼过程中的燃料主要是焦炭，这就决定了高炉炼铁流程长、能耗高、污染大、投资大等缺点。

针对传统高炉的问题，一直以来广大冶金工作者都在寻求一种能够短流程、少焦炭或无焦炭的非高炉炼铁工艺，出现了如COREX、FINEX等已经实现工业化的工艺，但是，COREX是将原有的高炉工艺分成了还原和熔融两段进行，虽然降低了焦炭消耗，但增加了煤耗，整体能耗高于高炉；而FINEX工艺也是采用多级还原和熔融两段进行，其中，还原后的矿粉还需要压块才能进入熔融气化炉，冶炼过程中也需要少量的焦炭或焦煤。而仅处于试验阶段的一步熔融还原法还有日本的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，在目前的非高炉工艺中，一步冶炼法还有许多没有解决的问题，如冶炼过程中产生的CO气体利用效率不高，都在炉子顶部燃烧，或不完全燃烧。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多层渣熔融还原炼铁的方法，能够实现采用粉矿一步冶炼铁水的目的，本工艺能够提高粉矿利用效率，降低冶炼能耗，进而促进炼铁工业朝着低能耗、短流程方向发展。

本发明的另一个目的是提供一种使用上述多层渣熔融还原炼铁方法的装置，结构简单，易于实现。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种多层渣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，在竖式熔炼炉中进行，该方法包括如下步骤：

(1)原料准备：将助燃气体，矿粉+熔剂的混合物和助燃气体以及燃料和助燃气体分别流体连接至设置在竖式熔炼炉的上、中、下部的上层喷枪1、中层喷枪2和下层喷枪3；

(2)一步法冶炼：上层喷枪1、中层喷枪2和下层喷枪3同时将准备好的物料喷入竖式熔炼炉内，在炉内一步完成了粉矿的熔化、还原、造渣步骤，生成铁水和渣，并在炉内自上而下分别形成熔化渣层6、还原渣层7、静置渣层8、铁水层9和死铁层10；

其中，矿粉和熔剂由中层喷枪2喷入熔化渣层6，煤粉由下层喷枪3喷入还原渣层7；

(3)出铁/渣：通过设置在炉体下部铁水层9处的铁/渣出口4，出铁或渣；

所述竖式熔炼炉，顶部设有烟囱5，炉体的上、中、下部分别设置有上层喷枪1、中层喷枪2和下层喷枪3，炉体下部设置有铁/渣出口4。

步骤(1)中助燃气体为空气、富氧空气或纯氧。

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1的助燃气体压力小于0.10Mpa，温度为0℃～1200℃。

步骤(2)中中层喷枪2的助燃气体压力为0.05～0.30Mpa，温度为0℃～1200℃。

步骤(2)中下层喷枪3的助燃气体压力为0.10～0.50Mpa，温度为0℃～1200℃。

步骤(2)中熔炼炉内烟气温度为1400℃～1700℃。

本方法中CO主要在熔化渣层中燃烧。

一种应用上述多层渣熔融还原炼铁方法的装置，包括竖式熔炼炉、烟囱5和铁/渣出口4，竖式熔炼炉的上、中、下部分别设置有上层喷枪1、中层喷枪2和下层喷枪3。

竖式熔炼炉可以是圆形炉也可以是方形炉。

上层喷枪1设置在熔化渣层6上方的净空区，中层喷枪2和下层喷枪3分别设置在熔化渣层6和还原渣层7，各层喷枪均匀分布在炉体墙体上，或设置在相对的炉体墙体上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)一步法短流程冶炼，即本发明仅通过一步法就可以实现原始矿粉熔炼和还原的全过程，省略了传统高炉炼铁过程中原料烧结等前段工序，简化了熔炼还原过程。

(2)矿粉直接冶炼，即矿粉无需前处理，直接以粉状形式加入炉内冶炼，降低了原料准备的成本。

(3)无焦冶炼，即本发明中的燃料仅为煤粉，并对煤粉没有特别要求，消除了传统冶炼过程中必须使用焦炭的缺点。