專利名稱：一種電弧爐熔融煉鐵的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熔融煉鐵的方法和裝置，具體說涉及一種帶有蓄熱器的電弧爐熔
融煉鐵的方法和裝置。
背景技術：
熔融還原煉鐵是鋼鐵生產的重要組成部分，其主要特點是用非焦煤作為一次性能 源和還原劑，將鐵的氧化物在熔融狀態下還原，具有以煤代焦、流程短、對環境污染小，建設 投資少，生產成本低等優點，是被業內廣泛看好的領域，各國的鋼鐵企業競相進行研究開 發。現有的熔融還原煉鐵的方法主要有C0REX法(CN1010323B) 、 DIOS法(CN1035136A)、 HISELT法(CN1037542A)。其中COREX法已經工業化生產，其他兩種方法仍處于試驗階段。但
是所有的熔融還原煉鐵工藝，由于能耗高、生產成本高等方面的原因，難與高爐工藝競爭。
授權公告號為CN2697565Y的中國專利公開一種"電弧爐煉鋼連續加料廢鋼預熱 裝置"，其電弧爐有爐體和電極構成，其連續加料廢鋼預熱設備由預熱通道、水冷給料槽等 組成，電弧爐內的高溫煙氣與預熱通道內的原料直接進行熱交換，可以提高進料的預熱溫 度，節省能源。但此方法只利用煙氣中的顯熱，對煉鋼過程中產生的CO的化學能無法利用。
本申請人在專利號為200810079321. X發明專利申請中披露了一種三步法金屬還 原的方法，該方法將金屬氧化物與一定量的碳、粘結劑、Ca0和水制成成型物，置入還原裝 置，第一步是成型物在隔絕空氣，隔絕氧氣的狀態下進行預還原；第二步是收集第一步還原 過程中產生的析出氣體，并對析出氣體進行冷卻、凈化處理和加壓。第三步是終還原爐利用 析出氣體作為還原劑或熱載體，使預還原爐出來的物料進一步還原，并且使用析出氣體與 被換熱過的空氣或富氧氣體混合燃燒，也可使析出氣體與純氧混合燃燒在終還原爐內對還 原爐產品進行終還原反應并熔化，除渣，最終產生鐵水或直接還原鋼水。本申請人在申請號 為200810079661. 2的另一項發明專利申請中提供了一種熔融還原煉鐵的方法和裝置，以 天然礦塊礦或人造塊礦為原料，以還原過程產生的煤氣作為還原劑和熱載體，原料經過預 還原爐反應后，進入終還原爐進行終還原反應。預還原爐上部出來的析出氣體經過氣體處 理裝置處理和高溫換熱裝置加熱后進入終還原爐。熔融還原煉鐵的裝置包括有預還原爐、 氣體處理裝置和至少一臺終還原爐。充分利用余熱，節省能源；使用兩臺終還原爐交替運 行，生產效率高，可連續大規模生產；生產過程節省的煤氣為其它用煤氣過程提供原料。本 發明是在上述兩項發明專利申請基礎上的改進。

發明內容
為克服上述現有技術的不足，利用還原過程中析出氣體燃燒產生的熱量加熱原料
成型物，使能量得到充分利用，本發明提供一種電弧爐熔融煉鐵的方法和裝置。 本發明提供的電弧爐熔融還原煉鐵的方法為，將原料成型物置于電弧爐中，加熱
還原成金屬鐵，成型物還原金屬化率達到40 95%后，對還原爐產品繼續進行加熱并熔
化，并進行渣鐵分離，產生鐵水或直接還原鋼。利用還原過程產生的析出氣體燃燒放出的熱量加熱蓄熱器中的蓄熱體，再由煙氣或析出氣體作熱載體將熱量從蓄熱器帶入電弧爐的爐 體內加熱成型物，使其還原。 所述成型物為①Fe203、 Fe304等鐵的氧化物與煤粉、焦粉等含碳物質混合后制成
或壓成球團，或做成其它形狀的成型物，球狀或其它形狀的成型物內部含碳量可以相同，也
可以不同；②包衣成型物，即將上述球體或其它形狀成型物加含碳物質包衣；③成型物也
可以是不含鐵的氧化物或少含鐵的氧化物的其他物質，如含碳物質、石灰或石灰石等。所述
析出氣體為鐵的氧化物還原過程中產生的氣體，其中含有大量的CO、H" 加入熔煉爐中的成型物種類、幾何尺寸等可以不同。根據工藝需要，可以在熔煉爐
中有部分區域含碳量高的成型物多，部分區域含碳量低的成型物多，即可縱向分層也可橫
向分層，使成型物中的鐵的氧化物能在過程中均勻地還原，并盡可能避免成型物中的縫隙
被變形后的成型物占滿，使煙氣和析出氣體在其縫隙中流動，整個系統在隔絕空氣和隔絕
氧氣下進行。 本發明所提供的電弧爐熔融煉鐵的裝置，包括爐體、爐蓋、電極、加料裝置和出料 裝置。所述裝置還包括至少一對加熱爐和至少一對蓄熱器；所述加熱爐與電弧爐的爐體連 接，所述蓄熱器的一端與加熱爐連接，另一端分別與氣體排放系統連接和鼓風機和/或氣 體處理裝置連接。 作為選擇所述裝置還設有備用的氣體處理裝置和兩臺備用的蓄熱器，所述氣體處 理裝置包括有循環加壓風機、凈化冷卻處理設備和儲氣罐；氣體處理裝置分別與蓄熱器和 備用的蓄熱器連接，蓄熱器和備用蓄熱器并聯連接到加熱爐，通過加熱爐連接到爐體。另一 方案為，所述裝置設有兩對加熱爐、兩對蓄熱器和氣體處理裝置；所述氣體處理裝置分別與 蓄熱器連接，通過蓄熱器、加熱爐與電弧爐爐體連接。每臺加熱爐與爐體之間可以設有兩個 或兩個以上的連接管。助燃空氣管路留有氮氣進入口，用于通入氮氣作熱載體將蓄熱器內 的熱量帶入到爐體中加熱爐體內的成型物。 所述蓄熱器中的蓄熱體為陶瓷耐火材料或金屬材料；所述蓄熱體的形狀為球狀體
或蜂窩狀多面體。所述爐體和爐蓋、電極與爐蓋之間為沙封或水冷套密封連接。所述電弧
爐裝有防爆裝置，所述防爆裝置為壓力放空閥。所述電弧爐爐體和爐蓋的外殼內襯有耐火
保溫材料，所述加熱爐、蓄熱器以及連接管路的外殼內襯有耐火保溫材料。所述電弧爐還可
以使用等離子爐、電渣爐或其它電加熱形式的加熱爐。可隨時加入備用燃料。 成型物中鐵的氧化物在熔煉爐中完成了基本還原后，后續的加熱過程有兩種方
法①第一種方法是當成型物被加熱至某個合適的溫度時，會有析出氣體產生，析出氣體
可在爐內或爐邊的加熱爐中燃燒，用于加熱物料或預熱助燃氣體。成型物被加熱到合適的
溫度及保持合適的時間后，從各類形式的鐵的氧化物中還原出金屬鐵，金屬化率達到40
95 %后，被認為完成了基本還原，將電弧爐的電極插孔打開，放入電極對已經變成還原產品
的成型物進行加熱并熔化，渣鐵分離，產生類似高爐生產的鐵水或直接還原鋼。②第二種方
法，提高熔煉爐的加熱溫度，方法可以有加大燃料和含氧氣體的流動，提高含氧氣體的含
氧量，采用高熱值的燃料等。將成型物加熱到熔化溫度，隨后將電極插孔打開，將載有助燃
氣體和燃料的噴嘴從電極插孔插入熔煉爐對接近熔融狀態的成型物進行加熱、熔化并進行
渣鐵分離，產生類似高爐生產的鐵水或直接還原鋼。 燃料在進入加熱爐前也可經過蓄熱器或換熱器預熱，使在加熱爐或熔煉爐中有更
8好的燃燒節能效果，即使排出的高溫煙氣或高溫析出氣體的一部分通過各類形式的蓄熱器 或換熱器，通過此種方式使蓄熱器或換熱器被加熱。 還可以采用加熱爐和蓄熱器一體化結構，S卩加熱式蓄熱器，所述加熱式蓄熱器的
一端設有燃燒室，另一端為蓄熱部分；所述裝置主要由電弧爐爐體及相配套設備、四臺加熱
式蓄熱器、氣體處理裝置和鼓風機組成，氣體處理裝置是循環氣體增壓機，也可以是循環氣
體增壓機與氣體冷卻凈化裝置和氣體儲罐的組合。所述加熱式蓄熱器的燃燒室與電弧爐爐
體連接，連接管路上設有閥門，每相鄰的兩臺加熱式蓄熱器的燃燒室之間相連接，用于通入
助燃空氣，連接管路上設有閥門。切換順序可以改變，元件的位置也可以改變。 如上所述的系統，使用析出氣體或其它燃料在加熱爐與空氣混合并燃燒，即可以
加熱蓄熱器，也可根據所加熱過程某一階段和成型物組成情況，直接加熱加熱爐或熔煉爐
中的成型物，控制助燃空氣的含氧量和助燃空氣的流量，使成型物在沒有過多的可逆氧化
的情況下還原，提高加熱效率。 也可以采用兩個或兩個以上這樣的系統進行組合，使一個熔煉爐中的成型物含碳 較多，而另一個或數個熔煉爐含碳成型物中不含碳或少含碳，使不含碳或少含碳成型物被 含碳較多的成型物所在的熔煉爐中產出的額外析出氣體在合適的溫度下還原，從而使變成 還原爐產品的這些不含碳或少含碳的成型物中含有較少的渣量。用不含碳或少含碳成型物 的熔煉爐產生的析出氣體作為上述兩個或兩個以上系統的燃料，加熱上述系統的蓄熱器， 使熔煉過程節能和合理。 與現有技術相比本發明的優點是不使用或少使用焦炭；由于高溫狀態下物料的 透氣性差，用電弧爐加熱可以提高加熱效率；充分利用熔融還原過程煙氣的熱量，并且利用 還原過程產生的含C0的析出氣體，加熱蓄熱器中的蓄熱體，再通過氣體循環把熱量帶入爐 體內加熱成型物，使熱量利用達到最佳化，電弧爐的爐體及爐蓋，加熱爐和蓄熱體及連接管 路裝有保溫材料，使熱損失降到最低。本發明流程合理，操作靈活，適用于熔融還原煉鐵生 產，也可用于其它金屬的冶煉過程或其它需要用炭還原的金屬氧化物的還原過程。


圖1為本發明第一方案電弧爐熔融煉鐵裝置的流程示意圖； 圖2為本發明第二案流程示意圖； 圖3為本發明第三方案流程示意圖； 圖4為本發明排放系統流程示意圖； 圖5為本發明電弧爐的爐蓋及電極分布示意圖； 圖6為本發明第四方案流程示意圖； 圖7為本發明第一方案的補充方案流程示意圖 圖8為本發明第二方案的補充方案流程示意圖
具體實施方式

實施例1 本發明所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置如圖1所示，包括爐體2、爐蓋10、加料設備 和出料設備，爐體2下部有鐵水流出口 9。如圖5所示，爐蓋10上有三個電極插孔12，分別
9插入電極l，三根電極插孔成三角形分布。爐體2外一對加熱爐5a、5b和一對蓄熱器6a、 6b，兩臺加熱爐相對位置安裝在爐體2外的兩側。加熱爐通過連接口 4與電弧爐的爐體2 連接，連接口內氣體可以來回流動。蓄熱器6a、6b的一端與加熱爐連接，另一端分別與鼓風 機8和排放系統連接。如圖4所示，排放系統包括旋風分離器15、布袋除塵器16、引風機17 和煙囪18。加熱爐設有燒嘴，助燃空氣管路和燃料管路連接到燒嘴。鼓風機8的出口分四 路，分別與兩個加熱爐和兩個蓄熱器相連接，每路裝有閥門。與加熱爐連接的燃料管路和與 蓄熱器連接的廢氣排放管路上也裝有閥門。兩臺加熱爐交替燃燒燃料和析出氣體，兩臺蓄 熱器交替蓄熱和放熱。析出氣體為金屬鐵氧化物還原過程中產生的氣體，其中含有大量的 C0、H2。 蓄熱器的蓄熱體7為陶瓷球狀體。電弧爐的爐體及爐蓋為鋼結構。所述爐體2和 爐蓋10，電極1與爐蓋10之間為水冷套密封連接。電弧爐裝有壓力防空閥11作為防爆裝置。 本發明的操作過程為，將原料置入電弧爐爐體2內，先啟動加熱爐5b，打開閥門 3b、3f，通入空氣和燃料，產生的煙氣通過蓄熱器6b加熱蓄熱體7，然后經閥門3e到排放系 統。蓄熱器6b煙氣出口達到設定溫度時進行換向，空氣經閥門3a、蓄熱器6b進入加熱爐 5b，蓄熱器中的蓄熱體放出熱量加熱助燃空氣。此時打開閥門3a、3f、3c、3j，關閉閥門3d、 3g、3b、3e。加熱爐5b燃燒燃料，產生的煙氣通過連接口 4進入電弧爐爐體2內，加熱電弧 爐中的成型物，并且進行還原反應，產生的析出氣體連同煙氣一起經過對面的連接口進入 加熱爐5a，在加熱爐5a中與經過閥門3c過來的空氣混合后燃燒，煙氣進入蓄熱器6a把熱 量傳給蓄熱體7，經閥門3 j到排放系統。反過來加熱爐5a燃燒燃料，加熱爐5b燃燒析出氣 體，此時關閉閥門3a、3f、3c、3j，打開閥門3d、3g、3b、3e，助燃風經過閥門3d進入蓄熱器6a 預熱助燃空氣，然后進入加熱爐5a，與經閥門3g進來的燃料混合后燃燒。同樣煙氣經右側 的連接口 4進入電弧爐爐體2，再經左側連接口進入加熱爐5b，在加熱爐5b含有大量C0的 析出氣體與經過閥門3b過來的空氣混合后燃燒，然后煙氣進入蓄熱器6b，把熱量傳給蓄熱 體后經閥門3e到排放系統。通過設定蓄熱器煙氣出口溫度來控制兩臺加熱爐5a、5b和兩 臺蓄熱器6a、6b的換向操作，當蓄熱器出口煙氣到達設定溫度后自動轉換氣流方向，該側 的加熱爐由燃燒C0變為燃燒燃料。蓄熱器設定溫度為70 150°C ，具體溫度根據工藝要求 設定。整個過程自動控制，通過開關各個閥門來實現換向操作。 電弧爐熔融煉鐵裝置的操作過程為，先通過上述過程加熱電弧爐爐體中的成型 物，當爐體中成型物的金屬化率達到80 90%時，繼續進行加熱熔化，并進行渣鐵分離。產 生鐵水或直接還原鋼，鐵水從鐵水流出口 9流出。
實施例2 作為選擇方案，如圖2所示，在實施例1的基礎上裝置還設有備用的氣體處理裝置 21和備用的蓄熱器6e、6f。所述氣體處理裝置包括有循環加壓風機、凈化冷卻處理設備和 儲氣罐；氣體處理裝置21從兩頭分別通過三通閥連接到蓄熱器6a、6b、6e、6f，蓄熱器6b、6f 的一端與加熱爐5b連接，蓄熱器6a、6e的一端與加熱爐5a連接。蓄熱器6a、6b另一端分 為三路， 一路與鼓風機8連接， 一路分別通過三通閥20b或20c與氣體處理裝置21連接，一 路分別通過三通閥20a或20d與排放系統連接。蓄熱器6e、6f的另一端分為兩路， 一路分 別通過三通閥20b或20c與氣體處理裝置21連接， 一路分別通過三通閥20a或20d與排放系統連接。本實施方案利用氣體處理裝置中儲氣罐儲存過剩的析出氣體，作為電弧爐初始 升溫時加熱爐的燃料(低溫時析出氣體少)，蓄熱器6e、6f用于預熱進入加熱爐的析出氣 體，以循環的析出氣體為載體氣將熱量從蓄熱器帶入爐體加熱成型物，在每一側兩臺蓄熱
器6a、6e或6b、6f交替蓄熱或放熱，分別為助燃空氣和循環析出氣體預熱。本實施方案是 對實施例1的一種節能優化操作。
實施例3 本發明另一實施方案如圖3所示，包括電弧爐及相配套的設備、4臺加熱爐(5a、 5b、5c、5d)、4臺蓄熱器(6a、6b、6c、6d)和氣體處理裝置21。加熱爐和蓄熱器安裝在爐體2 的兩側，每側兩臺加熱爐和兩臺蓄熱器，按上下位置安裝。爐體、加熱器的連接方式與實施 例1相同。每臺蓄熱器的一端分別與加熱爐連接，另一端兩個出口分別與兩個三通閥20a、 20b和20c、20d)連接，三通閥20b、20c的另外一端分別和氣體處理裝置21連接，三通閥 20a、20d的另外一端分別與排放系統連接。蓄熱器6c、6d通過三通閥20b與氣體處理裝置 連接，通過20a與排放系統連接；蓄熱器6a、6b通過三通閥20c與氣體處理裝置連接，通過 20d與排放系統連接。 本實施方案以成型物還原過程中產生的析出氣體為燃料燃燒加熱蓄熱器中的蓄 熱體，以循環的析出氣體為載體氣將熱量從蓄熱器帶入爐體加熱成型物。通過設定蓄熱器 煙氣出口溫度來控制析出氣體的循環方向，當蓄熱器出口煙氣達到設定溫度后自動轉換析 出氣體流動方向，運行初始先用燃料加熱蓄熱器，待爐體中產生析出氣體后停止燃料，使用 析出氣體燃燒。操作過程為①點燃加熱爐5c，通過燃料噴嘴噴入燃料和助燃空氣進行燃 燒，煙氣經蓄熱器6c、三通閥20a到排放系統，此時蓄熱器6c蓄熱。②析出氣體經氣體處 理裝置21、蓄熱器6c、加熱爐5c進入爐體2加熱成型物，蓄熱器6c放出熱量，然后經連接 口一路進入加熱爐5a，經蓄熱器6a、三通閥20c、氣體處理裝置21維持析出氣體循環；一路 進入加熱爐5b，析出氣體與助燃空氣在加熱爐5b中混合并燃燒，煙氣加熱蓄熱器6b，經三 通閥20d到排放系統，蓄熱器6b蓄熱；這時蓄熱器6d、加熱器5d處于等待狀態。③當蓄熱 器6b出口煙氣溫度達到設定溫度后自動轉換氣體流動方向，析出氣體經氣體處理裝置21、 三通閥20c、蓄熱器6b、加熱爐5b進入爐體2加熱成型物，蓄熱器6b放出熱量， 一路經過加 熱爐5c、蓄熱器6c、三通閥20b到氣體處理裝置21維持析出氣體循環， 一路通過連接口進 入加熱爐5d，與助燃空氣混合并燃燒，加熱蓄熱器6d，煙氣經三通閥20a到排放系統，蓄熱 器6d蓄熱，這時當蓄熱器6b出口的析出氣體溫度降低到一定值時，析出氣體經蓄熱器6a、 加熱爐5a進入爐體2加熱成型物。 當蓄熱器6d出口煙氣溫度達到設定溫度后自動轉換 氣體流動方向，析出氣體經氣體處理裝置21、三通閥20b、蓄熱器6d、加熱爐5d進入爐體2 加熱成型物，蓄熱器6d放出熱量， 一路經過加熱爐5b、蓄熱器6b、三通閥20c到氣體處理裝 置21維持析出氣體循環， 一路通過連接口進入加熱爐5a，與助燃空氣混合并燃燒，加熱蓄 熱器6a，煙氣經三通閥20d到排放系統，蓄熱器6a蓄熱，這時當蓄熱器6d出口的析出氣體 溫度降低到一定值時，析出氣體經蓄熱器6c、加熱爐5c進入爐體2加熱成型物。⑤當蓄熱 器6a出口煙氣溫度達到設定溫度后自動轉換氣體流動方向，析出氣體經氣體處理裝置21、 蓄熱器6a、加熱爐5a進入爐體2加熱成型物，蓄熱器6a放出熱量，然后經連接口一路進入 加熱爐5d，經蓄熱器6d、三通閥20b、氣體處理裝置21維持析出氣體循環；一路進入加熱爐 5c，析出氣體與助燃空氣在加熱爐5c中混合并燃燒，加熱蓄熱器6c，經三通閥20a到排放系統，蓄熱器6c蓄熱；這時當蓄熱器6a出口的析出氣體溫度降低到一定值時，析出氣體經蓄 熱器6b、加熱爐5b進入爐體2加熱成型物。按上述相同的原理，整個過程自動化控制，根據 被加熱的蓄熱器出口端煙氣的設定溫度控制換向操作，當到達設定溫度自動切換。切換順 序可以改變，元件的位置也可以改變。在空氣管道中也可以加入圖8中類似的蓄熱器，使助 燃空氣也能被蓄熱器蓄熱(參見實施例5) 成型物物料被加熱到一定的時間后，從各類形式的鐵的氧化物中還原出金屬鐵， 金屬化率達到70 85%后，將電弧爐的電極插孔打開，插入電極對成型物進行加熱并熔 化，渣鐵分離，產生類似高爐生產的鐵水或直接還原鋼。
實施例4 如圖6所示，加熱爐和蓄熱器選用一體化結構，即加熱式蓄熱器。加熱式蓄熱器的 一端設有燃燒室，另一端為蓄熱部分。所述裝置主要由電弧爐爐體及相配套設備、四臺加熱 式蓄熱器(25a、25b、25c、25d)、氣體處理裝置21和鼓風機8組成，氣體處理裝置包括循環氣 體增壓機、氣體冷卻凈化裝置、氣體儲罐。加熱式蓄熱器的燃燒室與電弧爐爐體連接，連接 管路上設有閥門3p、3q、3r、3s ;每相鄰的兩臺加熱式蓄熱器的燃燒室之間相連接，連接管 路上設有閥門3m、3n、3x、3y。加熱式蓄熱器的蓄熱端分三路，其中兩路分別通過三通閥與氣 體處理裝置21， 一路通過三通閥與鼓風機8和排放系統連接。三通閥20m、20n及所對應的 管路為析出氣體循環常用管路，三通閥20u、20v及所對應的管路作為析出氣體在同一側流 動時的循環管路。開始時先將電弧爐爐體2內加入成型物，利用外部燃料或氣體儲罐中的 析出氣體將加熱式蓄熱器25c加熱，煙氣經三通20p到排放系統。然后開啟氣體處理裝置 21的循環氣體增壓機，通過氣體儲罐中析出氣體的循環把加熱式蓄熱器25c的熱量帶到爐 體2內為還原反應提供熱量，還原反應開始進行，使循環氣體經過加熱式蓄熱器25c-爐體 2_加熱式蓄熱器25a-三通閥20n-氣體處理裝置21-閥門20m_加熱式蓄熱器25c進行循 環。隨反應的進行，系統內部的氣體不斷增加，增加到一定程度有析出氣體逸出，逸出的析 出氣體進入加熱式蓄熱器25d，此時關閉閥門3s，打開閥門3n，空氣通過加熱式蓄熱器25b、 閥門3n、進入加熱式蓄熱器25d，與析出氣體混合后燃燒，加熱加熱式蓄熱器25d，煙氣經三 通閥20r到排放系統。當加熱式蓄熱器25d的出口煙氣到達設定溫度時進行換向。循環氣 體按照加熱式蓄熱體25d-爐體2-加熱式蓄熱體25c-三通閥20m-氣體處理裝置21-三通 閥20u-加熱式蓄熱體25d的路線進行循環，同時析出氣體進入加熱式蓄熱器25b，此時關閉 閥門3q，打開閥門3y，空氣經鼓風機8、加熱式蓄熱器25a、閥門3y進入加熱式蓄熱器25b與 析出氣體進行混合燃燒，加熱蓄熱器25b，煙氣經三通閥20s到排放系統。當加熱式蓄熱器 25b的出口煙氣到達設定溫度時，循環氣體進行換向。循環氣體按照加熱式蓄熱體25b-爐 體2-加熱式蓄熱體25d-三通閥20n-氣體處理裝置21-三通閥20m_加熱式蓄熱體25b的 路線進行循環。同時析出氣體進入加熱式蓄熱器25a，關閉閥門3p，打開閥門3m，空氣經鼓 風機8、加熱式蓄熱器25c、閥門3m進入加熱式蓄熱器25a與析出氣體進行混合燃燒，加熱 蓄熱器25a，煙氣經三通閥20q到排放系統。當加熱式蓄熱器25a的出口煙氣到達設定溫度 時，循環氣體進行換向。循環氣體按照加熱式蓄熱體25a-爐體2-加熱式蓄熱體25b-三通 閥20n-氣體處理裝置21-三通閥20v-加熱式蓄熱體25a的路線進行循環。同時析出氣體 進入加熱式蓄熱器25c，關閉閥門3r，打開閥門3x，空氣經鼓風機-加熱式蓄熱器25d、閥門 3x進入加熱式蓄熱器25c與析出氣體進行混合燃燒，加熱蓄熱器25c，煙氣經三通閥20p到排放系統。當加熱式蓄熱器25c的出口煙氣到達設定溫度時，循環氣體進行換向。四臺加 熱式蓄熱器的運行過程為①25c放熱、25a通過、25b加熱空氣、25d燃燒，②25d放熱、25c 通過、25a加熱空氣、25b燃燒，③25b放熱、25d通過、25c加熱空氣、25a燃燒， 25a放熱、 25b通過、25d加熱空氣、25c燃燒。按上述工作原理，閥門適當的開啟和關閉，使每一臺加熱 式蓄熱器都經過放熱、通過、加熱空氣和燃燒四個步驟，整個過程循環進行。根據被加熱的 加熱式蓄熱器出口煙氣的溫度來控制四臺加熱式蓄熱器的換向操作，當出口煙氣溫度達到 設定溫度時，循環氣體進行換向，通過閥門動作自動切換。也可根據循環析出氣體通過加熱 式蓄熱器的出口溫度來控制加熱式蓄熱器的換向，或者根據被加熱的加熱式換熱器和循環 通過的加熱式蓄熱器二者出口氣體溫度較高者來設定溫度控制換向。切換順序可以改變， 元件的位置也可以改變。循環過程中多余的析出氣體經過氣體處理裝置21中氣體冷卻凈 化裝置進入氣體儲罐，為下一次反應提供燃料或為其它的生產過程提供原料或燃料。
實施例5 本發明的第五實施方案如圖7、圖8所示，為第一、第二實施方案的補充方案，目的 是利用蓄熱器為助燃空氣預熱，進一步節省能源。所述裝置在圖1、圖2所示裝置的基礎上 還設有蓄熱器6g、6h，所述蓄熱器6g、6h的一端與加熱爐連接，另一端分別與鼓風機8和排 放系統連接。鼓風機8通過蓄熱器6a、6h或6b、6g連接到加熱爐5a或5b，用高溫煙氣預 熱助燃空氣。如圖7所示，其運行方式為空氣通過蓄熱器6b與燃料在加熱爐5b和熔煉爐 內燃燒，煙氣進入爐體2加熱成型物，成型物中鐵的氧化物被還原成金屬鐵并產生析出氣 體，煙氣和析出氣體進入對面的加熱爐5a中，與經蓄熱器6h進入的助燃空氣混合并燃燒， 加熱蓄熱器6a中的蓄熱體7使其蓄熱，煙氣經三通閥20e到排放系統。當被加熱的蓄熱器 6a煙氣出口溫度達到設定溫度時自動換向，空氣經蓄熱器6a進入加熱爐5a，與燃料在加熱 爐5a中混合并燃燒，煙氣與析出氣體一起進入加熱爐5b，與經蓄熱器6g進入的助燃空氣 混合后燃燒，加熱蓄熱器6b的蓄熱體7，煙氣經三通閥20f到排放系統。然后空氣經6b進 入5b與燃料混合并燃燒，煙氣進入爐體加熱成型物，煙氣和析出氣體一起進入加熱爐5a， 與經蓄熱器6a進入的助燃空氣混合并燃燒，煙氣經蓄熱器6h、三通閥20e到排放系統。蓄 熱器6h出口煙氣溫度達到設定溫度時換向，空氣經6h進入加熱爐5a加熱燃料，煙氣進入 爐體2加熱成型物，煙氣和析出氣體一起進入加熱爐5b，與經蓄熱器6b進入的助燃空氣混 合并燃燒，煙氣經蓄熱器6g、三通閥20f到排放系統。按如此方式循環，每臺蓄熱器都經過 蓄熱、放熱、再放熱過程，分別為燃料和析出氣體燃燒的助燃空氣預熱。根據被加熱時的蓄 熱器煙氣出口溫度控制蓄熱器的切換操作。圖8是在圖2的基礎上的增加了蓄熱器6g、6h， 蓄熱器6e、6f用于預熱循環的析出氣體，蓄熱器6g、6h用于預熱助燃空氣，其運行方式也按 上述原理進行。
1權利要求
一種電弧爐熔融煉鐵的方法，將原料成型物置于電弧爐中，加熱還原成金屬鐵，成型物還原金屬化率達到40～95％后，對還原爐產品繼續進行加熱并熔化，并進行渣鐵分離，產生鐵水或直接還原鋼；也可用于其它金屬的冶煉過程或其它需要用炭還原的金屬氧化物的還原過程。其特征是利用還原過程產生的析出氣體燃燒放出的熱量加熱蓄熱器中的蓄熱體，再由煙氣或析出氣體作熱載體將熱量從蓄熱器帶入電弧爐爐體內加熱成型物，使其還原。
2. 根據權利要求1所述的電弧爐熔融煉鐵的方法，其特征是所述成型物為 Fe203、 Fe304等鐵的氧化物與煤粉、焦粉等含碳物質混合后制成或壓成球團，或做成其它形狀的成 型物，球狀或其它形狀的成型物內部含碳量可以相同，也可以不同；②包衣成型物，即將上 述球體或其它形狀成型物加含碳物質包衣；③成型物也可以是不含鐵的氧化物或少含鐵的 氧化物的其他物質，如含碳物質、石灰或石灰石等。
3. 根據權利要求1所述的電弧爐熔融煉鐵的方法，其特征是加入熔煉爐中的成型物 種類、幾何尺寸等可以不同。根據工藝需要，可以在熔煉爐中有部分區域含碳量高的成型物 多，部分區域含碳量低的成型物多，即可縱向分層也可橫向分層，使成型物中的鐵的氧化物 能在過程中均勻地還原，并盡可能避免成型物中的縫隙被變形后的成型物占滿，使煙氣和 析出氣體在其縫隙中流動。
4. 根據權利要求1所述的電弧爐熔融煉鐵的方法，其特征是成型物中鐵的氧化物在 熔煉爐中完成了基本還原后，所述繼續進行加熱有兩種方法①第一種方法是當作為物 料的成型物被加熱至某個合適的溫度時，會有析出氣體產生，析出氣體可在爐內或爐邊的 加熱裝置中燃燒，用于物料的加熱或預熱助燃空氣或燃料。成型物被加熱到合適的溫度及 保持合適的時間后，從各類形式的鐵的氧化物中還原出金屬鐵，金屬化率達到40 95% 后，被認為完成了基本還原，將電弧爐的電極插孔(12)打開，放入電極(1)對已經變成還原 爐產品的成型物進行加熱并熔化，渣鐵分離，產生類似高爐生產的鐵水或直接還原鋼。②第二種方法，提高熔煉爐的加熱溫度，方法可以有加大燃料和含氧氣體的流動，提高含氧氣 體的含氧量，采用高熱值的燃料等。將成型物加熱到熔化溫度，隨后將電極插孔(12)打開，將載有助燃氣體和燃料的噴嘴從電極插孔(12)插入熔煉爐對接近熔融狀態的成型物進行 加熱、熔化并進行渣鐵分離，產生類似高爐生產的鐵水或直接還原鋼。
5. 根據權利要求1所述的電弧爐熔融煉鐵的方法，其特征是燃料在進入加熱爐前也 可經過蓄熱器或換熱器預熱，使在加熱爐和熔煉爐中有更好的燃燒節能效果，即使排出的 高溫煙氣的一部分通過各類形式的蓄熱器或換熱器，通過此種方式使燃料在進入蓄熱器或 換熱器時被預熱。
6. —種電弧爐熔融煉鐵的裝置，包括爐體(2)、爐蓋(10)、電極(1)、加料裝置和出料裝 置，其特征是所述裝置還包括至少一對加熱爐和至少一對蓄熱器；所述加熱爐與電弧爐 爐體(2)連接；所述蓄熱器的一端與加熱爐連接，另一端分別和排放系統連接和鼓風機(8) 和/或氣體處理裝置(21)。
7. 根據權利要求6所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是所述爐體(2)和爐蓋 (IO)，電極(1)與爐蓋(10)之間為沙封或水冷套密封連接，整個系統在隔絕空氣和隔絕氧 氣下進行。所述電弧爐裝有防爆裝置，所述防爆裝置為壓力放空閥(11);所述電弧爐爐體 (2)和爐蓋(10)的外殼內襯有耐火保溫材料，所述加熱爐、蓄熱器以及連接管路的外殼內襯有耐火保溫材料。
8. 根據權利要求6或7所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是可采用固體燃料、液 體燃料、氣體燃料或它們之間的組合燃料，對裝入爐體中的成型物進行加熱。如圖l所示， 利用蓄熱器(6a、6b)蓄熱，采用交替換向的方式，使所用的燃料燃燒后加熱熔煉爐中的成 型物物料。含氧氣體通過蓄熱器6b與燃料在加熱爐5b和熔煉爐內燃燒，使熔煉爐中的成 型物加熱到800 160(TC之間的某個合適溫度，成型物中鐵的氧化物被還原成金屬鐵并產 生析出氣體，煙氣和析出氣體等氣體進入對面的加熱爐(5a)中，含氧氣體與析出氣體中的 可燃物混合并燃燒，加熱蓄熱器(6a)中的蓄熱體(7)使其蓄熱，降溫后的煙氣通過旋風分 離器(15)，布袋除塵器(16)，通過煙囪(18)排出，排出的煙氣中只有很少部分的可燃氣體。 此后，將含氧氣體經蓄熱器(6a)進入加熱爐(5a)，與燃料在加熱爐中燃燒，對熔煉爐的成 型物物料進行加熱，產生的煙氣與析出氣體一起進入加熱爐(5b)，與含氧氣體混合并燃燒， 加熱蓄熱器(6b)的蓄熱體(7)使其蓄熱，被冷卻的煙氣進入旋風分離器(15)，布袋除塵器 (16)，并從煙囪(18)中排出。依次循環，其進入加熱爐中的含氧氣體始終是高溫氣體，提高 系統的熱效率。
9. 根據權利要求6或7所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是如圖2所示，在圖1 所述裝置的基礎上還設有備用的氣體處理裝置(21)和備用的蓄熱器(6e、6f)。氣體處理 裝置(21)從兩頭分別通過三通閥連接到蓄熱器(6a、6b、6e、6f)，蓄熱器(6b、6f)的一端與 加熱爐(5b)連接，蓄熱器(6a、6e)的一端與加熱爐(5a)連接。蓄熱器(6a、6b)另一端分 為三路，一路與鼓風機8連接，一路分別通過三通閥(20b或20c)與氣體處理裝置(21)連 接，一路分別通過三通閥(20a或20d)與排放系統連接。蓄熱器(6e、6f)的另一端分為兩 路，一路分別通過三通閥(20b或20c)與氣體處理裝置(21)連接，另一路分別通過三通閥 (20a或20d)與排放系統連接。本實施方案利用氣體處理裝置中氣體儲罐儲存過剩的析出 氣體或其它燃料，作為電弧爐中成型物初始升溫時加熱爐的燃料(低溫時析出氣體少)，蓄 熱器(6e、6f)用于預熱進入加熱爐的析出氣體，或以循環的析出氣體為載體氣將熱量從蓄 熱器帶入爐體加熱成型物，是一種節能優化操作。
10. 根據權利要求6或7所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是如圖3所示，包括電 弧爐及相配套的設備、4臺加熱爐(5a、5b、5c、5d)、4臺蓄熱器(6a、6b、6c、6d)、氣體處理裝 置(21)和鼓風機(8)。加熱爐和蓄熱器安裝在爐體(2)的兩側，每側兩臺加熱爐和兩臺蓄 熱器，按上下位置安裝。每臺蓄熱器的一端分別與加熱爐連接，另一端兩個出口分別與兩個 三通閥(20a、20b或20c、20d)連接。蓄熱器(6c、6d)通過三通閥(20b)與氣體處理裝置連 接，通過(20a)與排放系統連接；蓄熱器(6a、6b)通過三通閥(20c)與氣體處理裝置連接， 通過(20d)與排放系統連接。以成型物還原過程中產生的析出氣體為燃料燃燒加熱蓄熱器 中的蓄熱體，以循環析出氣體為載體氣將熱量從蓄熱器帶入爐體加熱成型物。運行初始先 用燃料或氣體處理裝置中氣體儲罐中的析出氣體加熱蓄熱器中的蓄熱體，待爐體中產生析 出氣體后停止燃料，使用析出氣體燃燒。運行按通過_燃燒_放熱_等待四個過程循環進 行。
11. 根據權利要求6或7所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是如圖6所示，加熱 爐和蓄熱器選用一體化結構，即加熱式蓄熱器，所述加熱式蓄熱器的一端設有燃燒室，另一 端為蓄熱部分。所述裝置主要由電弧爐爐體及相配套設備、四臺加熱式蓄熱器(25a、25b、25c、25d)、氣體處理裝置(21)和鼓風機8組成，氣體處理裝置包括循環氣體增壓機、氣體 冷卻凈化裝置、氣體儲罐。加熱式蓄熱器的燃燒室與電弧爐爐體連接，連接管路上設有閥 門(3p、3q、3r、3s);每相鄰的兩臺加熱式蓄熱器的燃燒室之間相連接，連接管路上設有閥 門(3m、3n、3x、3y)。(閥門3p、3q、3r、3s為常開閥，3m、3n、3x、3y為常閉閥，只有在一臺蓄 熱器為另一臺換熱器供風時才關閉或打開相應的閥門)。加熱式蓄熱器的蓄熱端分三路， 其中兩路分別通過三通閥與氣體處理裝置(21)連接，一路通過三通閥與鼓風機(8)和排 放系統連接。三通閥(20m、20n)及所對應的管路為析出氣體循環常用管路，三通閥(20u、 20v)及所對應的管路作為析出氣體在同一側流動時的循環管路。開始時先將電弧爐爐體 2內加入成型物，利用外部燃料或氣體儲罐中的析出氣體將加熱式蓄熱器(25c)加熱，煙氣 經三通(20p)到排放系統，然后開啟氣體處理裝置(21)的循環氣體增壓機，通過氣體儲罐 中析出氣體的循環把加熱式蓄熱器(25c)的熱量帶到爐體(2)內為還原反應提供熱量，還 原反應開始進行，使循環氣體經過加熱式蓄熱器(25c)_爐體(2)-加熱式蓄熱器(25a)_三 通閥20n-氣體處理裝置(21)-閥門20m-加熱式蓄熱器(25c)進行循環。隨著反應的進 行，系統內部的氣體不斷增加，增加到一定程度有析出氣體逸出，逸出的析出氣體進入加熱 式蓄熱器(25d)，此時關閉閥門(3s)，打開閥門(3n)，空氣通過加熱式蓄熱器(25b)、閥門 (3n)、進入加熱式蓄熱器(25d)，與析出氣體混合后燃燒，加熱加熱式蓄熱器(25d)，煙氣經 三通閥(20r)到排放系統，當加熱式蓄熱器(25d)的出口煙氣到達設定溫度時進行換向； 循環氣體按照加熱式蓄熱體(25d)-爐體(2)-加熱式蓄熱體(25c)-三通閥20m-氣體處理 裝置(21)-三通閥20u-加熱式蓄熱體(25d)的路線進行循環，同時析出氣體進入加熱式蓄 熱器(25b)，此時關閉閥門(3q)，打開閥門(3y)，空氣加熱式蓄熱器(25a)、閥門(3y)進入 加熱式蓄熱器(25b)與析出氣體進行混合燃燒，加熱蓄熱器(25b)，煙氣經三通閥(20s)到 排放系統，當加熱式蓄熱器(25b)的出口煙氣到達設定溫度時，循環氣體進行換向；循環氣 體按照加熱式蓄熱體(25b)-爐體(2)-加熱式蓄熱體(25d)-三通閥20m-氣體處理裝置 (21)-三通閥20n-加熱式蓄熱體(25b)的路線進行循環，同時析出氣體進入加熱式蓄熱器 (25a)，關閉閥門(3p)，打開閥門(3m)，空氣經加熱式蓄熱器(25c)、閥門(3m)進入加熱式 蓄熱器(25a)與析出氣體進行混合燃燒，加熱蓄熱器(25a)，煙氣經三通閥(20q)到排放系 統，當加熱式蓄熱器(25a)的出口煙氣到達設定溫度時，循環氣體進行換向；循環氣體按照 加熱式蓄熱體(25a)_爐體(2)-加熱式蓄熱體(25b)-三通閥20n-氣體處理裝置(21)-三 通閥20v-加熱式蓄熱體(25a)的路線進行循環，同時析出氣體進入加熱式蓄熱器(25c)，關 閉閥門(3r)，打開閥門(3x)，空氣經鼓風機-加熱式蓄熱器(25d)、閥門(3x)進入加熱式 蓄熱器(25c)與析出氣體進行混合燃燒，加熱蓄熱器(25c)，煙氣經三通閥(20p)到排放系 統，當加熱式蓄熱器(25c)的出口煙氣到達設定溫度時，循環氣體進行換向。四臺加熱式蓄 熱器的運行過程為①25c放熱、25a通過、25b加熱空氣、25d燃燒，②25d放熱、25c通過、 25a加熱空氣、25b燃燒，③25b放熱、25d通過、25c加熱空氣、25a燃燒， 25a放熱、25b通 過、25d加熱空氣、25c燃燒。按上述工作原理，閥門適當的開啟和關閉，使每一臺加熱式蓄 熱器都經過放熱、通過、加熱空氣和燃燒四個步驟，整個過程循環進行。根據被加熱的加熱 式蓄熱器出口煙氣的溫度來控制四臺加熱式蓄熱器的換向操作，當出口煙氣溫度達到設定 溫度時，循環氣體進行換向，通過閥門動作自動切換。也可根據循環析出氣體通過加熱式蓄 熱器的出口溫度來控制加熱式蓄熱器的換向，或者根據被加熱的加熱式蓄熱器和循環通過的加熱式蓄熱器二者出口氣體溫度較高者來設定溫度控制換向。循環過程中多余的析出氣 體經過氣體處理裝置(21)中氣體冷卻凈化裝置進入氣體儲罐，為下一次反應提供燃料或 為其它的生產過程提供原料或燃料。
12. 根據權利要求8或9所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是如圖7所示，所述 裝置還包括換熱器或蓄熱器(6g、6h)，所述蓄熱器(6g、6h)的一端與加熱爐連接，另一端分 別與鼓風機(8)和排放系統連接。鼓風機(8)通過蓄熱器(6a、6h或6b、6g)連接到加熱爐 (5a或5b)，用高溫煙氣預熱助燃空氣。其運行方式為，空氣通過蓄熱器(6b)與燃料在加熱 爐(5b)和熔煉爐內燃燒，煙氣進入爐體(2)加熱成型物，成型物中鐵的氧化物被還原成金 屬鐵并產生析出氣體，煙氣和析出氣體等氣體進入對面的加熱爐(5a)中，含氧氣體經蓄熱 器(6h)進入對此氣體中的可燃物進行混合并燃燒，加熱蓄熱器(6a)中的蓄熱體(7)使其 蓄熱，煙氣經三通閥(20e)到排放系統。當被加熱的蓄熱器(6a)煙氣出口溫度達到設定溫 度時自動換向，空氣經蓄熱器(6a)進入加熱爐(5a)，與燃料在加熱爐(5a)中燃燒，煙氣與 析出氣體一起進入加熱爐(5b)，空氣經蓄熱器6g進入混合后燃燒，加熱蓄熱器(6b)的蓄熱 體(7)，煙氣經三通閥(20f)到排放系統。然后空氣經(6b)進入(5b)與燃料混合并燃燒， 煙氣進入爐體加熱成型物，煙氣和析出氣體一起進入加熱爐(5a)，空氣經蓄熱器(6a)進入 加熱爐(5a)與析出氣體混合并燃燒。煙氣經蓄熱器(6h)、三通閥(20e)到排放系統。蓄熱 器(6h)出口煙氣溫度達到設定溫度時換向，空氣經(6h)進入加熱爐(5a)加熱燃料，煙氣 進入爐體(2)加熱成型物，煙氣和析出氣體一起進入加熱爐(5b)，空氣經蓄熱器(6b)進入 加熱爐(5b)，為析出氣體燃燒助燃，煙氣經蓄熱器(6g)、三通閥(20f)到排放系統。按此方 式循環，每臺蓄熱器都經過蓄熱、放熱、再放熱過程，分別為燃料和析出氣體燃燒的助燃空 氣預熱。根據被加熱時的蓄熱器煙氣出口溫度控制蓄熱器的切換操作。圖8是在圖2的基 礎上的增加了蓄熱器6g、6h，蓄熱器6e、6f用于預熱循環的析出氣體，蓄熱器6g、6h用于預 熱助燃空氣，其運行方式也按上述原理運行。
13. 根據權利要求6 12中任一項所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是所述蓄 熱器中的蓄熱體(7)為陶瓷耐火材料或金屬材料所述蓄熱體的形狀為球狀體或蜂窩狀多 面體。
14. 根據權利要求6 12中任一項所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是所述電 弧爐還可以使用等離子爐、電渣爐或其它電加熱形式的加熱爐。
15. 根據權利要求6 12中任一項所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是如上所 述的系統，使用析出氣體或其它燃料在加熱爐與空氣混合并燃燒，即可以加熱蓄熱器，也可 根據所加熱過程某一階段和成型物組成情況，可以隨時切換成直接加熱加熱爐或熔煉爐中 的成型物，控制助燃空氣的含氧量和助燃空氣的流量，使成型物已還原或部分還原的金屬 鐵或金屬氧化物在沒有過多的可逆氧化的情況下還原，提高加熱效率。
16. 根據權利要求6 15中任一項所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是也可以 采用兩個或兩個以上這樣的系統進行組合，使一個熔煉爐中的成型物含碳較多，而另一個 或數個熔煉爐含碳成型物中不含碳或少含碳，使不含碳或少含碳成型物被含碳較多的成型 物所在的熔煉爐中產出的額外析出氣體在合適的溫度下還原，從而使變成還原爐產品的這 些不含碳或少含碳的成型物中含有較少的渣量。用不含碳或少含碳成型物的熔煉爐排出的 析出氣體作為上述兩個或兩個以上系統的燃料，加熱上述系統的蓄熱器，使熔煉過程節能和合理。
17. 根據權利要求6 16中任一項所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是所述氣 體處理裝置是循環氣體增壓機，也可以是循環氣體增壓機與氣體冷卻凈化裝置和氣體儲罐 的組合。
18. 根據權利要求6 17所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是所述加熱爐可隨 時加入備用燃料，所述每臺加熱爐與爐體(2)之間可以設有兩個或兩個以上的連接管(4)。
19. 根據權利要求6 17所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是切換順序可以改 變，元件的位置也可以改變。
20. 根據權利要求6 17所述的電弧爐熔融煉鐵的裝置，其特征是所述助燃空氣管 路留有氮氣進入口，用于通入氮氣作熱載體將蓄熱器內的熱量帶入到爐體(2)中加熱爐體 內的成型物。
全文摘要
本發明提供一種電弧爐熔融煉鐵的方法和裝置，熔煉爐部分包括有爐體、爐蓋、電極、加料設備和出料設備。所述裝置還包括至少一對加熱爐和至少一對蓄熱器；加熱爐通過連接口與電弧爐的爐體連接；蓄熱器的一端與加熱爐連接，另一端分別與排放系統、風機和氣體處理裝置連接。本發明充分利用熔融還原過程產生的析出氣體，使析出氣體燃燒加熱蓄熱器中的蓄熱體，再通過氣體循環把熱量從蓄熱器帶入爐體內，使熱量利用達到最佳化。裝置流程合理，操作靈活，適用于熔融還原煉鐵生產，也可用于其它金屬的冶煉過程或其它需要用碳還原的金屬氧化物的還原過程。
文檔編號C21B11/00GK101748233SQ200810079930
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月4日 優先權日2008年12月4日
發明者賈會平 申請人:賈會平