專利名稱：一種含鐵物料懸浮二級快速還原爐的制作方法
技術領域：
本實用新型屬鋼鐵冶金技術領域和氣固相熱交換或熱反應領域，具體的說是涉及一種粉 狀含鐵物料的快速加熱、快速還原及分離的含鐵物料還原裝置。
背景技術：
自1932年捷克工程師M.Vod-Jorgensen首次提交了旋風懸浮預熱器加熱水泥生料粉的 專利以來，使水泥窯的質量和產量大幅度提高，熱耗明顯下降，引起了各國水泥技術研究者 和設備制造商的關注。委內瑞拉的FIOR公司和奧地利的奧鋼聯工程技術有限公司于20世 紀90年代初聯合開發成功FINMET工藝，該工藝是以鐵礦粉為原料，以天然氣為還原劑生 產直接還原鐵的流化床還原工藝，與其他工藝相比，FINMET工藝由于使用低成本的礦粉做 原料，降低了生產成本。最后把還原鐵粉制成熱壓塊鐵(HBI)。 1996年澳大利亞BHP公司 在西澳里德蘭港建成第一坐FINMET工藝設備，于1999年2月生產熱壓塊鐵，產能250萬 噸/年。CIRCORED工藝(也稱碳化鐵工藝)由德國魯奇公司開發，核心設備包括循環流化 床(氣體流速為普通流化床的IO倍以上)和普通流化床各一座，用煤做還原劑。鐵精礦粉 經余熱后先在循環流化床參加反應，所得產品金屬化率可達80%，再經第二階段反應，金屬 化率可達93%以上。該工藝年產50萬噸的直接還原設備已在特拉尼達和多巴哥美國紐柯公 司所屬工廠投產，但因生產過程中出現問題較多，無法達到穩定生產，于1999年停止工業 性生產。CIRCORED工藝也由德國魯奇公司開發，屬利用天然氣為還原劑的流化床法(廠 址特立尼達)。2000年由Cliffs &Associvote公司(Cliffs、 LTV鋼公司和魯奇公司合資經營) 接管，將直接還原鐵制成熱壓塊出售，2001年出售13萬噸，但因市場原因停產。HISMELT 的CFB系統主要功能是對原料礦粉和白云石進行預熱，將混合原料經過由螺旋給料機、多 級文氏管、旋風裝置、循環流化反應器組成的預熱系統后被預熱到工藝所需溫度，然后通過 熱礦提升機送至SRV噴吹系統。
CN92113333.2公開了一種粉鐵礦石循環流化床式預還原爐，包括圓桶狀第一、二還原 爐和第一、二分離器，第一預還原爐通過形成有氣體供應口的第二循環管連接到第二預還原 爐，第二預還原爐通過形成有氣體供應口和第三循環管連接到第一旋風分離器，中/微粒鐵 礦石由于第一、二預還原爐匯合起來的還原氣體而形成高速流化床在此進行循環，通過第一 循環管使第一分離器和第一預還原爐相互連接，漏斗和第二旋風分離器連接在第一循環管 上。CN96192253.2、 CN97192306.X和95191907.5公開了還原細鐵礦石的三段流化床爐式裝 置，包括第一單流化床，在沸騰列化狀態烘干/預加熱細鐵礦石，第一旋流器，收集夾在自 第一爐氣體中的細鐵礦石，第二單流化床爐，預還原來自第一爐的細鐵礦石，第二旋流器， 收集夾在自第二爐氣體中的細鐵礦石，第三雙流化床爐，它包含分別最后還原粗顆粒和中等/細顆粒的第一反應爐和第二反應爐，第三旋流器以及第四旋流器，分別收集夾在來自第一、 第二反應爐爐氣體中的細鐵礦石顆粒。CN95191873.7公幵了三階段流化床型還原設備及其 還原范圍寬的細鐵礦石的方法。該設備包括系列布置的帶有與其相連的第一旋風除塵器的干 燥/預熱爐，帶有與其相連的第二旋風除塵的初級預還原爐、在沸騰流態化下終還原鐵礦石 中粗粒礦石，同時轉移該礦石中的中等/細粒礦石的二級高氣體速度還原爐、終還原該中等/ 細粒礦石，形成其沸騰流化床的二級低氣體速度還原爐中內部旋風除塵器及捕獲未被內部旋 風除塵捕到的粉礦的第三旋風除塵器。CN98802717.8公幵了一種流化床制備熔融鐵的裝置 和方法，使用煤產生的還原性氣體被供入第二流化床還原爐還原鐵礦，第二流化床排除的氣 體供第一流化床還原細鐵礦石，所得還原鐵礦裝入熔化氣化爐生產鐵水。CN99122119.2公 開了一種煤氧還原煉鐵方法在預還原豎爐和終還原鐵浴爐中進行。以含鐵物料為原料，以煤 為能源和還原劑。預還原采用中等還原度，預還原的金屬化率為50-80%，終還原采用低的 二次燃燒率CO+H2+C02+H20的濃度^85%。使整個還原過程中，間接還原與直接還原的比 值接近理論最佳值7:3。 CN85104511A公開了在一個有氣化器和放置在它上面的直接還原豎 爐的裝置中，豎爐通過一個連接豎管和氣化器相連，把氣化器中取得的還原氣體直接引入， 甚至在有高含灰比時也能做到。以上公開專利由于所述設備與工藝結合的限制，存在金屬化 率低，能耗高，生產效率低，成本高等問題。
實用新型內容
鑒于上述已有技術存在的問題，本實用新型的任務是提供一種含鐵物料懸浮二級快速還 原爐，適用含鐵物料的還原工藝要求，進一步減少流體阻力損失，提高系統熱效率，提高含 鐵物料的金屬化率，為連續煉鋼熔煉爐提供金屬化率85% 97% (范圍內可控)的預還原含 鐵物料微粉，提高產量，減少投資，降低生產成本。
本實用新型是一種由五級旋風預熱、二級噴射還原、旋風分離、 一級旋風冷卻、發生煤 氣(或其他還原氣體)工序組成的含鐵物料氣體懸浮還原系統的工藝設備，系統內各換熱管 中的氣流速度為2 10米/秒，從而減少系統的流體阻力損失，并保證系統的分離特性。含 鐵物料微粉在系統中平均停留時間為300 500秒，從兩級噴射還原器出來的廢氣，經過旋 風預熱器后，系統出口的廢還原氣溫度為150 30(TC，終還原后的含鐵物料經一級CO旋風 冷卻后，溫度可降到300 70(TC，同時預熱后的CO氣體進入II級噴射還原器，提高了熱還 原效率，獲得高金屬化率的預還原含鐵物料產品。
本實用新型還提供一種懸浮還原爐，包括提升設備(l)、 I級換熱管(2)、 I級旋風
預熱器(3)、 n級換熱管(4)、 n級旋風預熱器(5)、 in級換熱管(6)、 ni級旋風預熱器(7)、
I級噴射還原爐(8)、 IV級旋風預熱器(9)、 IV級換熱管(10)、 V級旋風預熱器(11)、旋 風分離器(12)、 II級噴射還原爐(13)、冷卻管(14)、旋風冷卻器(15)、出料倉(16)、 風機(17)，除塵器(18)，廢還原氣體收集系統(19)、富氧高溫空氣管(20)、和煤氣發生 設備。
如圖1所示，懸浮還原爐的一側設有提升設備(1)與I級換熱管(2)相連，I級旋風
4預熱器G)由上而下依次與n級換熱管(4)、 n級旋風預熱器(5)、 ni級換熱管、m級旋
風預熱器(7)、 IV級旋風預熱器(9) IV級換熱管(10)相連；I級噴射還原爐(8)上方與
ni級旋風預熱器(7)的出料口和rv級旋風預熱器(9)的進料口相連，下方與v級旋風預熱
器(11)的出氣口相連；II級噴射還原爐(13)上方與v級旋風預熱器(11)的出氣口和旋 風分離器(12)的進料口相連，下方依次與旋風冷卻器(15)和出料倉(16)相連；旋風分 離器(12)上與IV級旋風預熱器(9)的出料口和n級噴射還原爐(13)相連，下與CO氣 體冷卻管(14)和旋風冷卻器(15)相連；I級旋風預熱器廢還原氣出口與風機(17)、除 塵器(18)和廢還原氣收集系統(19)相連。還原氣體發生設備與富氧高溫空氣管(20) — 起連接到I級噴射還原爐(8)和II級噴射還原爐(13)的噴燃室。
優選的，所述還原氣體發生設備包括高壓煤氣管(21)、高壓風機(22)、煤氣罐(23)、 中壓風機(24)、煤氣發生爐(25);煤氣發生爐(25)依次經中壓風機(24)、煤氣罐(23)、 高壓風機(22)和高壓煤氣管(21)與氧氣管(20) —起連接到I級噴射還原爐(8)和II 級噴射還原爐(13)的噴燃室。
優選的，旋風預熱器的換熱管橫截面成矩形或圓形，每個換熱管入料口有一個散料裝置。 優選的，懸浮還原爐的高溫廢還原氣可以用余熱鍋爐回收顯熱來發電，或預熱原材料， 或經吸附C02后的CO氣體用于旋風冷卻器。 本實用新型的優勢體現在
1) 本實用新型由于噴射還原爐中氣、固兩相向上并流，氣固兩相接觸充分，傳熱、傳 質系數大，為含鐵物料傳熱和還原提供了充分的動力學條件，使含鐵物料得以快速還原，千 燥速度快，物料顆粒在系統中平均停留時間大為縮短。
2) 來自旋風冷卻器預熱的CO氣體，由下部進入噴射還原爐提高了還原效率。
3) 旋風預熱器的換熱管橫截面成矩形或圓形，每個換熱管入料口有一個散料裝置，以 使含鐵物料分散均勻，并可降低含鐵物料下降速度，防止含鐵物料可能走捷徑直接落入下面 的旋風預熱器。
4) 由于系統總壓降降低到200 260mmH2O，系統熱效率大大提高，熱耗降低至1800 千卡/公斤還原含鐵物料以下。
5) 系統穩定性好，設備安置緊湊，占地面積小，投資費用少，生產能力高，產品金屬 化率高，在85 97%范圍內可控，質量均勻。


圖1為本實用新型實施例1的懸浮還原爐裝置的裝置圖。 圖2為本實用新型實施例2的懸浮還原爐裝置的裝置圖。
具體實施方式

以下實施例是對本實用新型的進一步說明，但本實用新型并不局限于此。 實施例1:
如圖1所示，懸浮還原爐，包括提升設備(l)、 I級換熱管(2)、 I級旋風預熱器(3)、II級換熱管(4)、 II級旋風預熱器(5)、 III級換熱管(6)、 III級旋風預熱器(7)、 I級噴射 還原爐(8)、 IV級旋風預熱器(9)、 IV級換熱管(10)、 V級旋風預熱器(11)、旋風分離器 (12)、 II級噴射還原爐(13)、冷卻管(14)、旋風冷卻器(15)、出料倉(16)、風機(17), 除塵器(18)，廢還原氣體收集系統(19)、富氧高溫空氣管(20)、和煤氣發生設備。
懸浮還原爐的一側設有提升設備(1)與I級換熱管(2)相連，I級旋風預熱器(3)
由上而下依次與n級換熱管(4)、 n級旋風預熱器(5)、 m級換熱管、m級旋風預熱器(7)、 rv級旋風預熱器(9) iv級換熱管(io)相連；i級噴射還原爐(8)上方與in級旋風預熱器
(7)的出料口和IV級旋風預熱器(9)的進料口相連，下方與V級旋風預熱器(11)的出氣 口相連；II級噴射還原爐(13)上方與V級旋風預熱器(11)的出氣口和旋風分離器(12) 的進料口相連，下方依次與旋風冷卻器(15)和出料倉(16)相連；旋風分離器(12)上與 IV級旋風預熱器(9)的出料口和II級噴射還原爐(13)相連，下與CO氣體冷卻管(14) 和旋風冷卻器(15)相連；I級旋風預熱器廢還原氣出口與風機(17)、除塵器(18)和廢 還原氣收集系統(19)相連。還原氣體發生設備與富氧高溫空氣管(20) —起連接到I級噴 射還原爐(8)和II級噴射還原爐(13)的噴燃室。
所述還原氣體發生設備包括高壓煤氣管(21)、高壓風機(22)、煤氣罐(23)、中壓 風機(24)、煤氣發生爐(25);煤氣發生爐(25)依次經中壓風機(24)、煤氣罐(23)、高 壓風機(22)和高壓煤氣管(21)與氧氣管(20) —起連接到I級噴射還原爐(8)和II級 噴射還原爐(13)的噴燃室。
旋風預熱器的換熱管橫截面均成矩形。每個換熱管入料口有一個散料裝置。
含鐵物料鐵礦微粉；還原氣體發生煤氣。
含鐵物料氣體懸浮還原系統的工藝流程如圖1所示。含鐵物料、石灰粒度范圍為l-40pm 的微粉料由提升設備1送入I級換熱管2，與來自II級旋風預熱器5的高溫還原氣體充分進 行熱交換后，進入I級旋風預熱器3;在I級旋風預熱器3中，懸浮的含鐵物料顆粒從還原 氣體中分離出來依次進入II級換熱管4，氣體經風機17，除塵器18，廢還原氣體收集系統 19收集，廢還原氣體出口溫度為150 300'C;被預熱的含鐵物料進入II級換熱管4，含鐵 物料進一步被來自III級旋風預熱器7的高溫還原氣體預熱后，并流進入II級旋風預熱器5; 在II級旋風預熱器5中，懸浮的含鐵物料顆粒與還原氣體分離，還原氣體向上進入I級換熱 管2，而含鐵物料進入III級換熱管6;在III級換熱管6中物料被來自IV級旋風預熱器9的高
溫還原氣體預熱，含鐵物料將部分被還原，然后氣固兩相并流進入in級旋風預熱器7;在in
級旋風預熱器7中懸浮的含鐵物料顆粒與還原氣體分離，被預熱并部分還原的含鐵物料進入 I級噴射還原爐中，而還原氣體則進入II級換熱管4;含鐵物料在I級噴射還原爐8中600 900。C溫度下被一次快速還原，金屬化率將達到70 80%，含鐵物料顆粒在高溫還原氣體的 作用下并流進入IV級旋風預熱器9進行分離，被分離的含鐵物料顆粒進入W級換熱管10， 高溫還原氣體進入III級換熱管6;含鐵物料在IV級換熱管10中被來自旋風分離器12的高溫
還原氣體加熱，含鐵物料將進一步被還原，然后氣固兩相并流進入V級旋風預熱器11;在V級旋風預熱器ll中，懸浮的含鐵物料顆粒與氣體分離后，進入II級噴射還原爐13中，而 高溫氣體則進入I級噴射還原爐8;在II級噴射還原爐13中700 110(TC溫度下被二次快速 還原，含鐵物料金屬化率將達到85 97%，被還原的含鐵物料顆粒在高溫還原氣體的作用下 并流進入旋風分離器12進行分離，被分離的含鐵物料顆粒進入冷卻管14，而高溫還原氣體 上升到IV級換熱管10;含鐵物料在CO氣體冷卻管14中被冷卻后經旋風冷卻器15冷卻與分 離而進入出料倉16，含鐵物料溫度可降到300 70(TC，作為連續煉鋼的原料。而被預熱的 CO氣體做為還原劑進入n級噴射還原爐13。煤氣發生爐25發生煤氣依次經中壓風機24、 煤氣罐23、高壓風機22和高壓煤氣管21與富氧高溫空氣管20中的富氧高溫空氣一起送入 I級噴射還原爐8和II級噴射還原爐13的噴燃室。 實施例2:
含鐵物料鐵礦微粉80%、含鐵冶金粉塵20%;還原氣體焦爐煤氣。
如圖2所示，焦爐煤氣經經預熱器26預熱后進入煤氣罐23。焦爐煤氣預熱器26的焦 爐煤氣代替了煤氣發生爐25的發生煤氣。旋風預熱器的換熱管橫截面均成圓形。其他同實 施例1 。 實施例3
含鐵物料鐵礦微粉10% 90%、含鐵冶金粉塵卯％ 10%;還原氣體天然氣，用天 然氣代替了實施例2中的焦爐煤氣。旋風預熱器的換熱管橫截面均成矩形。其它同實施例2。
權利要求1.一種含鐵物料懸浮還原爐，包括提升設備(1)、I級換熱管(2)、I級旋風預熱器(3)、II級換熱管(4)、II級旋風預熱器(5)、III級換熱管(6)、III級旋風預熱器(7)、I級噴射還原爐(8)、IV級旋風預熱器(9)、IV級換熱管(10)、V級旋風預熱器(11)、旋風分離器(12)、II級噴射還原爐(13)、冷卻管(14)、旋風冷卻器(15)、出料倉(16)、風機(17)，除塵器(18)，廢還原氣體收集系統(19)、富氧高溫空氣管(20)、和煤氣發生設備；其特征是，懸浮還原爐的一側設有提升設備(1)與I級換熱管(2)相連，I級旋風預熱器(3)由上而下依次與II級換熱管(4)、II級旋風預熱器(5)、III級換熱管、III級旋風預熱器(7)、IV級旋風預熱器(9)IV級換熱管(10)相連；I級噴射還原爐(8)上方與III級旋風預熱器(7)的出料口和IV級旋風預熱器(9)的進料口相連，下方與V級旋風預熱器(11)的出氣口相連；II級噴射還原爐(13)上方與V級旋風預熱器(11)的出氣口和旋風分離器(12)的進料口相連，下方依次與旋風冷卻器(15)和出料倉(16)相連；旋風分離器(12)上與IV級旋風預熱器(9)的出料口和II級噴射還原爐(13)相連，下與CO氣體冷卻管(14)和旋風冷卻器(15)相連；I級旋風預熱器廢還原氣出口與風機(17)、除塵器(18)和廢還原氣收集系統(19)相連。還原氣體發生設備與富氧高溫空氣管(20)一起連接到I級噴射還原爐(8)和II級噴射還原爐(13)的噴燃室。
2. 如權利要求1所述的懸浮還原爐，其特征是，所述還原氣體發生設備包括高壓煤 氣管(21)、高壓風機(22)、煤氣罐(23)、中壓風機(24)、煤氣發生爐(25);煤氣發生 爐(25)依次經中壓風機(24)、煤氣罐(23)、高壓風機(22)和高壓煤氣管(21)與氧氣 管(20) —起連接到I級噴射還原爐(8)和II級噴射還原爐(13)的噴燃室。
3. 如權利要求1所述的懸浮還原爐，其特征是，旋風預熱器的換熱管橫截面成矩形或 圓形，每個換熱管入料口有一個散料裝置。
專利摘要本實用新型屬鋼鐵冶金技術領域和氣固相熱交換或熱反應領域，涉及一種含鐵物料的二級懸浮還原爐裝置。本實用新型的噴射還原爐中氣、固兩相向上并流，氣固兩相接觸充分，傳熱、傳質系數大，使含鐵物料得以快速還原，干燥速度快，物料顆粒在系統中平均停留時間大為縮短。系統熱效率大大提高，熱耗降低至1800千卡/公斤還原含鐵物料以下。系統穩定性好，設備安置緊湊，占地面積小，投資費用少，生產能力高，產品金屬化率高，在85～97％范圍內可控，質量均勻。
文檔編號C21B13/14GK201381333SQ200820233050
公開日2010年1月13日 申請日期2008年12月29日 優先權日2008年12月29日
發明者暉 曾, 李豐功, 博 王, 王學斌, 杰 董 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司