專利名稱：含碳球團自熱熔融還原的方法
技術領域：
本發明涉及一種生產液態鐵水的方法，尤其是以含碳球團為爐料，豎爐為反應裝置的生產液態鐵水的方法。
背景技術：
目前以含碳球團為原料的熔融還原方法為二步法，第一步是預還原，第二步是終還原。預還原反應器有轉底爐(Fastmelt法)和豎爐，終還原反應器一般采用鐵浴式反應器。
在《鋼鐵》雜志增刊(2000，Vol.35)中介紹了“生產DRI和鐵水的Fastmet和Fastmelt新工藝過程”。Fastmelt法是將生產直接還原鐵(DIR)的Fastmet法與電熔煉爐(EIF)相結合的二步熔融還原法。含碳球團經Fastmet法還原達到80％～90％的金屬化率，然后熱裝入EIF內進行終還原和渣鐵分離。Fastmet法是將燃燒著的火焰產生的高溫經爐壁通過輻射傳給料層表面的球團，部分熱量通過料層的孔隙輻射能達到表面1～2層的地方，這使得Fastmet法在爐底上只能鋪2～3層球團，厚度為20～30mm，雖然還原速度很快，停留時間只有9～11min，但是生產效率較低。
在豎爐預還原法中，有“含碳球團豎爐熔融還原煉鐵法”，專利申請號85100843。該法的缺點是在豎爐下部設制的2～3個排風口直接鼓入的熱風或冷風，使還原后的球團被再氧化。還有“含碳球團—鐵浴熔融還原煉鐵法”，專利申請號93114553.8；“一種冷固結含碳球團熔融還原煉鐵的裝置及方法”，專利申請號94107925.2；“含碳球團煤氣循環熔融還原流程”，專利號96119847.8。這些方法的共同特點是采用二步熔融還原法，將含碳球團在豎爐內進行預還原，在鐵浴爐內進行終還原和渣鐵的分離。它們的缺點是1)用終還原反應器內排出的高溫煙氣或弱還原性氣體加熱豎爐內的含碳球團、進行預還原，還原過程產生的可燃性氣體的化學能在反應器內沒有得到利用，而且煙氣量隨還原度的增加而增加；2)煤中的揮發分沒有經過燃燒隨煤氣排出爐外，其中有害氣體會對環境造成污染，另外煤焦油可能會在煤氣管道中沉積，嚴重時可能堵塞管道；3)兩個反應器之間爐料的排放，煤氣的轉換限制了煤氣物理熱的充分利用，連接方法也是一項技術難題。
在文獻《Iron and Steel》(1997，(8)，39-43)中介紹的Tecnored法將預還原豎爐“坐”在終還原熔煉爐上成為一個反應器，稱為改良豎爐，含碳球團充滿整個豎爐并直接并坐在豎爐底部，終還原的煤氣經二次燃燒后進入豎爐的上部，逆流加熱含碳球團，預還原后的球團直接進入豎爐的下部，進行終還原和渣鐵分離。該法將預還原反應器和終還原反應器結合成一個熔融還原反應器，只解決了二步熔融還原法中兩個反應器之間爐料排放、煤氣轉換等連接問題。
1995年申請的專利“鐵浴熔融還原的方法”，專利號95110139.0。該法是用并流豎爐作預還原反應器，用鐵浴作終還原和渣鐵分離器的二步熔融還原法。含碳球團在并流豎爐內進行自熱還原，既含碳球團和高溫富氧空氣從豎爐爐頂加入爐內，它們在并流下降過程中，直接燃燒球團還原過程產生的可燃性氣體(揮發份和還原產生的CO)，提供還原耗熱，將經并流豎爐預還原的含碳球團排入鐵浴中進行終還原和渣鐵分離。該法仍然存在預還原反應器和終還原反應器連接困難的問題。采用的豎爐內設置雙層排料器，結構復雜。

發明內容
本發明針對現有二步熔融還原法存在的生產效率較低；預還原反應器和終還原反應器連接困難；豎爐結構復雜；可燃性氣體的化學能利用率低；有害氣體對環境造成的污染；煤氣管道易堵塞問題提出了改進方案。
本發明的技術方案包含以下內容以冷固結含碳球團為原料，反應裝置是一個上部進行預還原、下部進行鐵浴終還原的豎爐。
含碳球團與經換熱器出來的1100～1200℃、氧氣含量＞21％的高溫富氧空氣從豎爐頂部輸入，它們在豎爐上部并流下降過程中，通過直接燃燒球團還原過程中產生的可燃性氣體提供還原耗熱，進行預還原，預還原時間10～20min，預還原度＞60～80％。預還原后的球團下降到豎爐下部，此時，在豎爐下部吹入氧氣，再燃燒預還原產生的、進入豎爐下部的高溫煤氣，提供終還原和渣鐵分離的耗熱，完成終還原和渣鐵分離，渣鐵從豎爐底部排出。從豎爐下部排出的高溫廢氣，經除塵器除塵、換熱器換熱后排出。
本發明與現有技術比較，產生的有益效果是1)快速預還原使預還原設備大幅度縮小；2)較高的預還原度可以減輕終還原負荷，降低能耗，減輕高FeO渣對耐火材料的侵蝕等問題；
3)采用的豎爐反應器，不僅具有二步熔融還原法的優點，還避免了二步熔融還原法中，在兩個反應器之間排放爐料、轉換煤氣等；4)還原產生的可燃性氣體在反應器內可直接利用，熱效率高；5)煤中的碳氫化合物在反應器內燃燒，能夠減少環境污染。


圖1是含碳球團自熱熔融還原的工藝流程及裝置簡圖。
具體實施例方式
以非焦煤作為能源和還原劑制取冷固結含碳球團，含碳球團的強度應滿足運輸和在豎爐內運行的要求。含碳球團中煤種的選擇和配煤比應滿足其作為能源和還原劑的要求。
如圖1所示，含碳球團1和高溫富氧空氣15分別從豎爐頂部的裝料管2和氣體噴入口16輸入豎爐。高溫富氧空氣溫度1100～1200℃，氧氣含量＞21％。它們在豎爐上部3并流下降過程中，含碳球團先被高溫富氧空氣加熱，含碳球團中的氧化鐵開始還原，然后通過直接燃燒球團還原過程中產生的可燃性氣體提供還原耗熱，進行預還原。預還原球團下降到豎爐下部4，此時，在豎爐下部通過吹氧口6吹入氧氣5，再燃燒預還原產生的進入豎爐下部4的高溫煤氣，提供終還原和渣鐵分離耗熱，完成終還原和渣鐵分離，渣鐵7從出渣鐵口8排出。
從豎爐下部高溫廢氣出口9排出的高溫廢氣10，經除塵器11除塵、換熱器12換熱降溫，成為低溫廢氣13后排出。
富氧空氣14經換熱器12加熱成為高溫富氧空氣15，從豎爐頂部的氣體噴入口16鼓入豎爐。
權利要求
1.一種含碳球團自熱熔融還原的方法，其特征在于該方法包含以下內容以冷固結含碳球團為原料，反應裝置是一個上部進行預還原、下部進行鐵浴終還原的豎爐；含碳球團與經換熱器出來的1100～1200℃、氧氣含量＞21％的高溫富氧空氣從豎爐頂部輸入，它們在豎爐上部并流下降過程中，通過直接燃燒球團還原過程中產生的可燃性氣體提供還原耗熱，進行預還原，預還原時間10～20min，預還原度＞60～80％，預還原后的球團下降到豎爐下部，此時，在豎爐下部吹入氧氣，再燃燒預還原產生的、進入豎爐下部的高溫煤氣，提供終還原和渣鐵分離的耗熱，完成終還原和渣鐵分離，渣鐵從豎爐底部排出，從豎爐下部排出的高溫廢氣，經除塵器除塵、換熱器換熱后排出。
全文摘要
本發明公開了一種含碳球團自熱熔融還原的方法，解決了現有二步熔融還原法存在的生產效率較低；預還原反應器和終還原反應器連接困難；豎爐結構復雜；可燃性氣體的化學能利用率低；有害氣體對環境造成的污染；煤氣管道易堵塞問題。該方法包含的主要內容是以冷固結含碳球團為原料，反應裝置是一個上部進行預還原、下部進行鐵浴終還原的豎爐。本發明優點是預還原設備大幅度縮??；熱效率高、能耗低；耐火材料侵蝕少；避免了在兩個反應器之間排放爐料、轉換煤氣；減少環境污染。本發明在含碳球團自熱熔融還原領域具有廣泛的應用前景。
文檔編號C21B11/00GK1502705SQ02144629
公開日2004年6月9日 申請日期2002年11月27日 優先權日2002年11月27日
發明者汪琦, 李文忠, 汪 琦 申請人:鞍山科技大學