專利名稱：一體式還原煉鐵爐及一體式還原煉鐵工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熔融還原煉鐵的新工藝，具體涉及一種一體式熔融還原煉鐵工藝，屬于鐵礦石冶煉技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熔融還原煉鐵(Iron making by smelting reduction)是指非高爐煉鐵方法中那些冶煉液態(tài)熱鐵水的工藝過程。因其對環(huán)境的污染極小、投資少、流程短得到國內(nèi)外專家的關(guān)注，是目前非高爐煉鐵領(lǐng)域的一大課題。目前，最先進(jìn)的熔融還原煉鐵工藝包括C0REX、 Finex及HISmelt。COREX是奧鋼聯(lián)開發(fā)的一種用煤和球團(tuán)礦(塊礦)生產(chǎn)鐵水的新煉鐵工藝，優(yōu)點(diǎn)是可以用大部分非煉焦塊煤和天然塊礦進(jìn)行冶煉，環(huán)保排放水平有很大幅度的改善，對原燃料中的有害元素的容忍度有較大幅度的提高。缺點(diǎn)是1、天然塊狀原燃料資源量不夠大，對資源的適應(yīng)性還是受到了較大的限制。2、COREX還不能全部使用天然塊礦，仍需要一定比例的焦炭，還沒有完全擺脫高爐的弊病。3、由于豎爐會產(chǎn)生粘結(jié)等原因，COREX年作業(yè)率還低于高爐水平。Finex工藝是一種直接使用煤和粉礦的熔融還原煉鐵技術(shù)，是針對COREX必須使用塊礦或球團(tuán)作原料以保證還原豎爐透氣性的特點(diǎn)加以改進(jìn)而來的，其關(guān)鍵技術(shù)是在流化床反應(yīng)器內(nèi)將粉鐵礦還原成粉狀DRI (直接還原鐵)以及使用熔融氣化爐將DRI熔融還原為鐵水，用純氧進(jìn)行冶煉。與傳統(tǒng)的高爐煉鐵工藝相比，F(xiàn)INEX煉鐵工藝省去了煉焦和粉礦燒結(jié)的工藝過程，產(chǎn)出的鐵水質(zhì)量可以與高爐生產(chǎn)的鐵水質(zhì)量相媲美，同時，對粉礦石和粒度沒有嚴(yán)格要求。缺點(diǎn)是流化床反應(yīng)器的還原效率不如豎爐，其金屬化率僅為80%左右， 增加熔融氣化爐的還原負(fù)擔(dān)使得每噸生鐵耗用的煤量要比高爐燃料比高的多。同時，還需要龐大的制氧和自備電廠以及煤氣脫除C02循環(huán)再利用設(shè)備。上述兩種工藝均為二步法，在利用還原反應(yīng)產(chǎn)生的高溫一氧化碳熱能方面具有一定的降低生產(chǎn)成本、節(jié)約資源和能源的優(yōu)勢，但由于存在預(yù)還原反應(yīng)器，使整個流程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往需要龐大的附屬設(shè)備(如龐大的制氧和自備電廠以及煤氣脫除(X)2循環(huán)再利用設(shè)備等)。相比之下，HIsmelt熔融還原技術(shù)是目前另一極具生產(chǎn)前景的熔融還原煉鐵技術(shù)，采用的是改進(jìn)的一步法。它是一種直接使用粉礦、粉煤和1200攝氏度熱風(fēng)(不用氧氣，用22立方米/噸天然氣)的鐵浴熔融還原煉鐵法。HIsmelt的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，爐體體積和高度較小，投資成本和維修成本低，工藝無需燒結(jié)和煉焦，環(huán)保水平較高。但HISmelt法同時存在自身明顯的缺陷，如HIsmelt熔融還原為低壓操作，大量高溫含塵煤氣熱能難以回收利用， 噸鐵能耗高，高溫低熱值尾氣成為該工藝的“雞肋”，爐襯腐蝕快，一代爐齡僅12 18個月。 因此，總體上說，盡管HIsmelt在直接利用粉礦、粉煤冶煉對鋼鐵業(yè)者有著較大的吸引力， 但該工藝要想實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，在熱煤氣利用、CO 二次燃燒并將熱量有效傳遞給熔池，提高設(shè)備利用率及降低爐襯成本方面還有很長的路要走。通過以上描述可以看出，COREX、FineX、HISmelt工藝雖然都考慮了利用提高一氧化碳的二次利用率降低生產(chǎn)成本、節(jié)約資源和能源，但每個工藝都存在著明顯的缺陷，限制熔融還原煉鐵的工業(yè)化應(yīng)用。如果將一步法和二步法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，形成一種流程簡單、 輔助設(shè)備少，同時又能提高煤氣二次燃燒率的一步熔融還原煉鐵工藝將具有重大意義，也為我國的節(jié)能減排提供有力的技術(shù)支持。直接還原鐵，簡稱DRI ( Direct Reductiong Iron )，也稱海綿鐵，是用高品位鐵礦、球團(tuán)礦或鐵磷等雜質(zhì)含量低的氧化鐵在固態(tài)直接還原生產(chǎn)的冶金產(chǎn)品，不僅可作為廢鋼代用品，而且是冶煉優(yōu)質(zhì)高效鋼材必不可少的原料。同時它的成品含碳量較低、有害雜質(zhì)少、其能源不用焦炭而用不能煉焦的原煤，是一種短流程、低污染、節(jié)能降耗的鋼鐵冶金新技術(shù)。目前，公知最先進(jìn)的海綿鐵生產(chǎn)工藝應(yīng)該是轉(zhuǎn)底爐法。轉(zhuǎn)底爐工藝主要是將含鐵粉料、煤粉料、脫硫劑混勻后造球，然后將均勻混合的原料烘干并預(yù)熱后加入轉(zhuǎn)底爐中，隨著爐底的旋轉(zhuǎn)，爐料依次經(jīng)過預(yù)熱區(qū)、還原區(qū)、中性區(qū)反應(yīng)完畢后進(jìn)入熱運(yùn)輸罐內(nèi)或快速冷卻。該方法存在產(chǎn)品的含硫量不能滿足電爐煉鋼的要求、DRI的再氧化、產(chǎn)品的金屬化率較低等問題。如果能使工藝進(jìn)一步簡化并能解決其現(xiàn)有存在的問題，其應(yīng)用將更廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中一步法和二步法熔融還原煉鐵工藝存在的不足，提供了一種一體式熔融還原煉鐵工藝，該工藝流程簡單、輔助設(shè)備少、污染極小，并且能夠充分利用反應(yīng)過程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，降低了成本和能源，節(jié)約了資源。本發(fā)明還提供了一種一體式直接還原煉鐵工藝，該工藝流程簡單、污染小、可直接得到海綿鐵，并且反應(yīng)生成的可燃?xì)怏w可以作為反應(yīng)的能源，降低了成本和能源。本發(fā)明還提供了供上述兩種工藝使用的一體式還原煉鐵爐，該還原煉鐵爐封閉性好，減少環(huán)境污染，并且其結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)可燃?xì)怏w的再次利用，效果好。本發(fā)明是通過以下措施實(shí)現(xiàn)的
一種一體式還原煉鐵爐，包括封閉爐體，其特征是爐體上設(shè)有排出氣體的排氣口，爐體內(nèi)依次排列若干還原室，還原室側(cè)壁上設(shè)有至少一個出氣口，每兩個還原室之間形成半封閉空腔。進(jìn)一步的，所述還原煉鐵爐的還原室的上端設(shè)有進(jìn)料口，下端設(shè)有出料口，進(jìn)料口和出料口均位于爐體的外部。進(jìn)一步的，還原室和爐體內(nèi)均設(shè)有耐火材料。進(jìn)一步的，所述出氣口位于還原室側(cè)壁中上部，每個還原室優(yōu)選設(shè)有三個出氣口。進(jìn)一步的，所述排氣口靠近最后一個還原室，這樣前面還原室反應(yīng)產(chǎn)生的氣體向最后一個還原室方向流動，其熱能可以順便提供給后期的還原室。本發(fā)明采用自行設(shè)計(jì)的還原爐(即還原煉鐵爐，下同)進(jìn)行還原煉鐵，該還原爐設(shè)有若干個單獨(dú)的還原室，在還原室中可以根據(jù)反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間發(fā)生熔融還原反應(yīng)煉制鐵水或者直接還原反應(yīng)制得海綿鐵，該還原爐的設(shè)計(jì)主要是為了簡化生產(chǎn)步驟、充分利用反應(yīng)過程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w(主要指一氧化碳，還有少量的氫氣)。我們知道，煉鐵發(fā)生的基本原化還原反應(yīng)為:(l)Fe203+3C=2Fe+3C0 ；(2) 2C0+02=2C02。其中，反應(yīng)(1)為吸熱反應(yīng)， 反應(yīng)(2)為放熱反應(yīng)。按照動力學(xué)理論，后一個反應(yīng)中的放熱可以促使第一個吸熱反應(yīng)發(fā)生，繼續(xù)生成狗和⑶。生成的CO進(jìn)一步與化混合，生成(X)2和放出大量的熱，進(jìn)一步促使鐵礦石的還原反應(yīng)。同時，CO也可以還原狗203。此連鎖反應(yīng)促使整個煉鐵過程不斷進(jìn)行， 而減少能源的損耗。根據(jù)這一原理，本發(fā)明設(shè)計(jì)了新型的還原爐，務(wù)求整個煉鐵過程達(dá)到能量利用的最大化，實(shí)現(xiàn)CO燃燒熱和物理熱能的循環(huán)式利用。本發(fā)明還原爐能使反應(yīng)一步完成，簡化步驟，其特點(diǎn)是反應(yīng)生成的可燃?xì)怏w(主要為一氧化碳)能作為熱源供給后續(xù)的還原反應(yīng)使用，其實(shí)現(xiàn)方式為還原爐分為一個整體的封閉爐體和位于爐體內(nèi)的若干個依次排列的還原室，還原室結(jié)構(gòu)簡單，僅為內(nèi)部設(shè)有耐火材料的腔室，與現(xiàn)有的熱爐的反應(yīng)腔室一樣，不同的是沒有噴槍，而是在還原室側(cè)壁上設(shè)有出氣口，反應(yīng)生成的一氧化碳能夠從出氣口中排出，進(jìn)入還原室外部(即兩個還原室間的空腔中)，在此空腔中用風(fēng)機(jī)等設(shè)備引入助燃?xì)怏w，一般為空氣或氧氣，考慮到成本等問題，優(yōu)選空氣，使一氧化碳充分反應(yīng)產(chǎn)生熱能。反應(yīng)生成的二氧化碳具有高溫(物理熱能)，另外， 燃燒產(chǎn)生大量的熱量(化學(xué)熱能)，這兩種熱能傳遞給相鄰的還原室，使還原室的溫度升高， 加快反應(yīng)速度。還原室的數(shù)量可以根據(jù)工業(yè)產(chǎn)量或者實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，其數(shù)量的多少對整個還原爐的影響不大，理論上來說，還原室的數(shù)量越多，一氧化碳循環(huán)利用的更充分，更利于簡化步驟。在還原爐的結(jié)構(gòu)中，兩還原室和爐體共同圍成一個空腔，該空腔處于半封閉狀態(tài)， 在還原室和爐體之間還存在空隙，反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳及其他的氣體可以通過這些空隙向排氣口處流動，最終排出爐體。從排氣口排出的氣體分兩類，一類是各還原室腔室間反應(yīng)生成的二氧化碳，另一類是最后一個還原室反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化碳。兩類氣體均帶有大量的物理熱能(高溫)，它們從排氣口排出后可以繼續(xù)加以利用。一者，可以利用它們的物理熱能來干燥簡單成型的爐料，同時爐料也可吸附部分的碳元素；二者，氣體中的一氧化碳還可以引入前面的空腔中，使其充分燃燒，提供熱源。本還原爐具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)使用含碳鐵氧化物球團(tuán)直接高溫還原，還原速度快，效果好。(2)爐內(nèi)氣氛調(diào)節(jié)靈活，可控制爐渣內(nèi)FeO的含量少，對爐內(nèi)耐材的腐蝕性小。(3)封閉性好，使得熱損耗少，與環(huán)境友好。( 4 )無噴槍設(shè)計(jì)，不會產(chǎn)生泡沫渣現(xiàn)象，爐內(nèi)結(jié)構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定，易于控制。(5) 一氧化碳的物理能和化學(xué)能能夠得到連鎖的充分利用，降低了能耗。( 6 )將二次燃燒后的一氧化碳、二氧化碳混合氣體再次用于預(yù)熱以及燃燒過程，整個流程實(shí)現(xiàn)了一氧化碳?xì)怏w的循環(huán)、充分利用，節(jié)約能耗。(7)生產(chǎn)裝置起點(diǎn)規(guī)模小，增加還原室個數(shù)，即可適當(dāng)擴(kuò)大生產(chǎn)能力。由于采用了本發(fā)明封閉式多還原室還原爐，簡化了煉鐵工藝流程，使還原反應(yīng)一步完成，簡單經(jīng)濟(jì)。—種一體式熔融還原煉鐵工藝，其特征是采用上述一體式還原煉鐵爐進(jìn)行煉鐵， 包括以下步驟
(1)將鐵礦粉、原煤和溶劑混合均勻，簡單成型后成為含碳鐵氧化物球團(tuán)，烘干，作為爐料備用；
(2)保持一體式還原煉鐵爐整體溫度為1150-1200°C，還原室從一端到另一端記為第一還原室、第二還原室、……、第η還原室，爐體溫度穩(wěn)定后將爐料加入第一還原室，爐料在其中發(fā)生高溫熔融還原反應(yīng)，待反應(yīng)穩(wěn)定后，向第二還原室中加入爐料，同時向第一還原室與第二還原室之間的空腔中通入助燃?xì)怏w，使第一還原室溢出的可燃?xì)怏w燃燒放熱供第二還原室使用；
(3)第二還原室反應(yīng)穩(wěn)定后，將爐料加入第三還原室，并同時向第二還原室與第三還原室之間的空腔通助燃?xì)怏w，使第二還原室溢出的可燃?xì)怏w燃燒放熱供第三還原室使用， 依次進(jìn)行反應(yīng)直至第n-1還原室反應(yīng)穩(wěn)定后，將爐料加入第η還原室，并同時向第η-1還原室與第η還原室之間的空腔通助燃?xì)怏w，使第η-1還原室溢出的可燃?xì)怏w燃燒放熱供第η 還原室使用；
(4)每個還原室反應(yīng)后得鐵水，鐵水從出料口倒出進(jìn)行水淬得粗制生鐵和爐渣。上述熔融還原煉鐵工藝中，所述溶劑為石灰石，鐵礦粉、原煤和溶劑的質(zhì)量比為 8. 5-9. 5 0. 25-0. 35 0. 55-0. 65。上述熔融還原煉鐵工藝中，鐵礦粉、原煤和溶劑的粒度均小于15mm。上述熔融還原煉鐵工藝中，所述助燃?xì)怏w為空氣或氧氣，可燃?xì)怏w主要指一氧化碳。上述熔融還原煉鐵工藝中，反應(yīng)過程中保持第一還原室后的還原室的反應(yīng)溫度為 1350-1400°C，若可燃?xì)怏w燃燒放熱達(dá)不到此溫度，則向相應(yīng)的空腔中通入煤氣。上述熔融還原煉鐵工藝中，反應(yīng)產(chǎn)生的高溫氣體由排氣口排出，排出的氣體用于干燥爐料或者進(jìn)入還原室間的空腔燃燒放熱。一種一體式直接還原煉鐵工藝，其特征是采用上述一體式還原煉鐵爐進(jìn)行煉鐵， 包括以下步驟
(1)將鐵礦粉、原煤和溶劑混合均勻，簡單成型成為含碳鐵氧化物球團(tuán)，作為爐料備
用；
(2)保持一體式還原煉鐵爐整體溫度為800-1000°C，還原室從一端到另一端記為第一還原室、第二還原室、……、第η還原室，爐體溫度穩(wěn)定后將爐料加入第一還原室，爐料在其中發(fā)生直接還原反應(yīng)，待反應(yīng)穩(wěn)定后，向第二還原室中加入爐料，同時向第一還原室與第二還原室之間的空腔中通入助燃?xì)怏w，使第一還原室溢出的可燃?xì)怏w燃燒放熱供第二還原室使用；
(3)第二還原室反應(yīng)穩(wěn)定后，將爐料加入第三還原室，并同時向第二還原室與第三還原室之間的空腔通助燃?xì)怏w，使第二還原室溢出的可燃?xì)怏w燃燒放熱供第三還原室使用， 依次進(jìn)行反應(yīng)直至第η-1還原室反應(yīng)穩(wěn)定后，將爐料加入第η還原室，并同時向第η-1還原室與第η還原室之間的空腔通助燃?xì)怏w，使第η-1還原室溢出的可燃?xì)怏w燃燒放熱供第η 還原室使用；
(4)每個還原室反應(yīng)后得海綿鐵，從出料口倒出。上述直接還原煉鐵工藝中，所述溶劑為石灰石，鐵礦粉、原煤和溶劑的質(zhì)量比為 8. 0-9. 0 0. 15-0. 25 :0. 45-0. 55。上述直接還原煉鐵工藝中，鐵礦粉、原煤和溶劑的粒度均小于15mm。上述直接還原煉鐵工藝中，步驟(2)和(3)中，所述助燃?xì)怏w為空氣或氧氣，可燃?xì)怏w主要指一氧化碳。上述直接還原煉鐵工藝中，反應(yīng)過程中保持第一還原室后的還原室的反應(yīng)溫度為 1000-1200°C，若可燃?xì)怏w燃燒放熱達(dá)不到此溫度，則向相應(yīng)的空腔中通入煤氣。
上述直接還原煉鐵工藝中，反應(yīng)產(chǎn)生的高溫氣體由排氣口排出，排出的氣體用于干燥爐料或者進(jìn)入還原室間的空腔燃燒放熱。采用自制還原爐可以實(shí)現(xiàn)兩種鐵的煉制，既可以通過熔融還原工藝煉制鐵水，制備粗鐵，又可以通過直接還原工藝制備海綿鐵。這兩種工藝在步驟和參數(shù)上大體相同，主要不同點(diǎn)是反應(yīng)時的溫度不同，從而使最終制得的產(chǎn)品不同。本發(fā)明工藝原料前處理簡單，所用的鐵礦石粉粒度要求不高，原料使用范圍廣，此外，可以全部用原煤作為還原劑，而不需要焦炭，原煤可采用褐煤、煙煤和無煙煤。在預(yù)處理中，只要將原料粉碎，按比例混合均勻， 然后壓合成松散的含碳鐵氧化物球團(tuán)即可，因此省去了燒結(jié)和煉焦的步驟，沒有預(yù)還原裝置，大大簡化了流程和裝置。本發(fā)明通過還原爐的設(shè)計(jì)，使反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化碳能夠充分燃燒以提供反應(yīng)所需的一部分熱能，一般，熔融還原反應(yīng)中，鐵礦石和碳的反應(yīng)溫度在1350-1400°C最佳，直接還原形成海綿鐵的溫度在1000-1200°C最佳，根據(jù)反應(yīng)能夠產(chǎn)生的一氧化碳和一氧化碳燃燒率計(jì)算出一氧化碳能提供的熱能，在保證第一還原室的還原反應(yīng)能夠發(fā)生并放出一氧化碳的情況下，確定出熔融還原時還原爐總體外加熱溫度在1150-1200°C最佳，直接還原形成海綿鐵時還原爐總體外加熱溫度在800-1000°C最佳。這樣，通過反應(yīng)生成的一氧化碳燃燒所產(chǎn)生的熱能能使后續(xù)的還原室溫度達(dá)到最佳還原溫度，從而使第一還原室以后的后續(xù)還原反應(yīng)快速、充分的反應(yīng)。還原室中的爐料并不是同時加入的，而是在前面的還原室反應(yīng)穩(wěn)定后再在其后相鄰的還原室加入爐料準(zhǔn)備反應(yīng)，還原室中爐料的加入量都相同，因此一般情況下前面還原室生成的熱量均能達(dá)到后面還原室反應(yīng)的最佳溫度，從而使整個流程順利進(jìn)行。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，外部環(huán)境或者原料的差異會使生成的可燃?xì)怏w存在一定的差異，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證還原室達(dá)到最佳反應(yīng)溫度，在反應(yīng)生成的可燃?xì)怏w放熱無法達(dá)到要求時，一般向空腔中通入一部分煤氣、天然氣等外部可燃?xì)怏w，使溫度達(dá)到最佳值補(bǔ)充熱能。上述兩種工藝的流程如圖2，基本流程是原煤和礦粉以及少量熔劑按一定比例混合后，進(jìn)行過篩和簡單成型，形成含碳鐵氧化物球團(tuán)一爐料，爐料經(jīng)過烘干后送至還原爐內(nèi)第一還原室，根據(jù)所需鐵產(chǎn)品的種類，保持還原爐整體溫度在1150-1200°C (鐵水)或 800-1000oC (海綿鐵)，第一還原室的溫度低于最佳還原溫度，因此還原反應(yīng)發(fā)生的比較緩慢，在第一還原室反應(yīng)穩(wěn)定后，就有一定的一氧化碳生成進(jìn)入第一、二還原室間的空腔中， 通過調(diào)節(jié)助燃風(fēng)機(jī)鼓入空氣的量，使一氧化碳點(diǎn)火充分燃燒，釋放其攜帶的物理能和化學(xué)能，另外根據(jù)情況通入少量的煤氣，這樣在第二還原室中加入爐料，使第二還原室的溫度迅速升至最佳溫度，爐料在第二還原室中充分反應(yīng)。反應(yīng)穩(wěn)定后再在第三還原室中加入爐料， 按照上述方法使第三還原室在最佳溫度下也快速發(fā)生還原反應(yīng)。按照以上的順序一直持續(xù)下去，直至第η還原室反應(yīng)穩(wěn)定。最后一個還原室生成的一氧化碳無法供后續(xù)還原室使用， 可以將這些氣體引出充分利用。一者，可以利用它們的物理熱能來干燥簡單成型的爐料，同時爐料也可吸附部分的碳元素；二者，一氧化碳還可以引入前面的空腔中，使其充分燃燒， 提供熱源。熔融還原生成的是鐵水，所得鐵水可以從還原室下面的出鐵料口出窯，直接進(jìn)行水淬，得到粗制生鐵和爐渣。直接還原所得的產(chǎn)物為海綿鐵(DRI)，所得的高溫海綿鐵可以從出料口直接以固體狀態(tài)高溫?zé)嵫b入電爐進(jìn)行精煉(球磨磁旋)，根據(jù)用戶需要配料，液渣分離后制到合金鋼。高溫?zé)嵫b入爐相對于傳統(tǒng)的冷料入爐，節(jié)省了大量的物理熱和化學(xué)熱， 顯著降低了電能和還原劑的消耗，提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明設(shè)備為封閉式非焦煤冶煉過程，免去了傳統(tǒng)高爐生產(chǎn)中的煉焦工藝和燒結(jié)過程，也不存在廢水的處理問題，對環(huán)境基本沒有污染，滿足了綠色環(huán)保、清潔生產(chǎn)的要求。2、原料燃料適應(yīng)性廣，設(shè)備簡單、操作容易，生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)能力可通過調(diào)節(jié)還原室個數(shù)靈活控制。3、反應(yīng)可燃?xì)怏w能循環(huán)利用，節(jié)能環(huán)保，生產(chǎn)效率高，電能損耗低，生產(chǎn)成本低。


圖1為本發(fā)明一體式還原煉鐵爐結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明煉鐵工藝流程其中，1、爐體，2、第一還原室，3、第二還原室，4、第三還原室，5、第四還原室，6、第五還原室，7、第六還原室，8、空腔，9、進(jìn)料口，10、出料口，11、出氣口，12、排氣口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡釋，應(yīng)該明白的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并闡述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，并不對其具體內(nèi)容進(jìn)行限定。本發(fā)明工藝原料選擇性高，可適用于高品位或低品位紅土鎳礦的冶煉，也可適用于高磷鐵礦的冶煉；原煤可采用褐煤、煙煤和無煙煤。實(shí)施例1
如圖1所示的還原爐(即還原煉鐵爐，下同)，其含有封閉爐體1和位于其內(nèi)的還原室， 還原室的個數(shù)為6個，它們從左到右分別為第一還原室2、第二還原室3、第三還原室4、第四還原室5、第五還原室6、第六還原室7，當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中還原室的個數(shù)可以隨意調(diào)配， 這里僅以6個還原室的還原爐為例對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述，這六個還原室分別獨(dú)立，在爐體內(nèi)依次排列，每個還原室的側(cè)壁中上部設(shè)有一個出氣口 11，出氣口的個數(shù)可以適當(dāng)調(diào)整，優(yōu)選 3個出氣口，每兩個還原室之間形成半封閉空腔8。此外，爐體上還設(shè)有排出氣體的排氣口 12，排氣口位于靠近第六還原室的位置，還原室的上端設(shè)有進(jìn)料口 9，下端設(shè)有出料口 10， 進(jìn)料口和出料口均位于爐體的外部。為了滿足熔煉條件，在爐體和還原室的內(nèi)壁上都設(shè)有耐火材料。另外，為了滿足一氧化碳燃燒，還可在每個密閉空腔處設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，以備空氣或者煤氣進(jìn)入。本發(fā)明爐體與現(xiàn)有熱爐的主要區(qū)別就是將反應(yīng)室隔成獨(dú)立的、單個的反應(yīng)室(即還原室)，且保持各反應(yīng)室之間有一個半封閉的空腔，其他的部分，例如耐火材料，加熱方式與現(xiàn)有熱爐等相同，可以采用電加熱保持整個爐體的基礎(chǔ)溫度。下面以此還原爐為例，簡述一下爐料的加入、反應(yīng)過程 1、熔融還原反應(yīng)
(1)、取鐵礦石、原煤和石灰石溶劑均勻混合，過篩，按比例混合均勻，簡單壓合，形成含碳鐵氧化物球團(tuán)，所述球團(tuán)烘干備用；
(2)、采用電加熱的方式將還原爐整體溫度升至1150-1200°C，然后將爐料加入第一還原室，爐料加入量不宜過多，以還原室體積四分之三為宜。加入后的爐料在此溫度下進(jìn)行高溫熔融反應(yīng)，因溫度不是很高，所以反應(yīng)相對慢一些，反應(yīng)逐漸穩(wěn)定，并有大量一氧化碳等氣體進(jìn)入半封閉空腔中，帶第一還原室穩(wěn)定后，將同樣量的爐料加入第二還原室，同時向密閉空腔中通入空氣和少量煤氣，點(diǎn)火使一氧化碳燃燒，燃燒產(chǎn)生大量熱量，使第二反應(yīng)室的溫度迅速升高，至1350_1400°C，在此最佳溫度下，反應(yīng)室中的爐料快速完成還原反應(yīng)，按照上述操作，直至第六還原室中的爐料反應(yīng)完全，第六還原室所產(chǎn)生的一氧化碳和前面的還原室產(chǎn)生的二氧化碳等氣體可以通過排氣口排出，另作他用。(3)、反應(yīng)后，每個還原室中都形成鐵水，將鐵水經(jīng)出料口排出，直接引至水池進(jìn)行水淬，可以得到粗制生鐵和鐵渣。2、直接還原反應(yīng)
(1)、取鐵礦石、原煤和石灰石溶劑均勻混合，過篩，按比例混合均勻，簡單壓合，形成含碳鐵氧化物球團(tuán)，所述球團(tuán)烘干備用；
(2)、采用電加熱的方式將還原爐整體溫度升至800-1000°C，然后將爐料加入第一還原室，爐料加入量不宜過多，以還原室體積四分之三為宜。加入后的爐料在此溫度下進(jìn)行高溫熔融反應(yīng)，因溫度不是很高，所以反應(yīng)相對慢一些，反應(yīng)逐漸穩(wěn)定，并有大量一氧化碳等氣體進(jìn)入半封閉空腔中，帶第一還原室穩(wěn)定后，將同樣量的爐料加入第二還原室，同時向密閉空腔中通入空氣和少量煤氣，點(diǎn)火使一氧化碳燃燒，燃燒產(chǎn)生大量熱量，使第二反應(yīng)室的溫度迅速升高，至1000-1200°C，在此最佳溫度下，反應(yīng)室中的爐料快速完成還原反應(yīng)，按照上述操作，直至第六還原室中的爐料反應(yīng)完全，第六還原室所產(chǎn)生的一氧化碳和前面的還原室產(chǎn)生的二氧化碳等氣體可以通過排氣口排出，另作他用。(3)、反應(yīng)后，每個還原室中都形成海綿鐵，將海綿鐵經(jīng)出料口排出，所得海綿鐵可以固體狀態(tài)直接進(jìn)入高溫?zé)嵫b入電爐進(jìn)行精煉(例如球磨磁旋)，根據(jù)用戶需要配料，液渣分離后制得合金鋼。實(shí)施例2
采用本發(fā)明工藝冶煉高品位紅土鎳礦，其高品位鎳紅土礦的成分為
工藝步驟為
權(quán)利要求
1.一種一體式還原煉鐵爐，包括封閉爐體(1)，其特征是爐體上設(shè)有排出氣體的排氣口(12)，爐體內(nèi)依次排列若干還原室，還原室側(cè)壁上設(shè)有至少一個出氣口(11)，每兩個還原室之間形成半封閉空腔(8 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式還原煉鐵爐，其特征是還原室的上端設(shè)有進(jìn)料口 (9)，下端設(shè)有出料口(10)，進(jìn)料口和出料口均位于爐體的外部；還原室和爐體內(nèi)均設(shè)有耐火材料；所述出氣口位于還原室側(cè)壁中上部，每個還原室設(shè)有三個出氣口 ；所述排氣口位于靠近最后一個還原室的位置。
3.一種一體式熔融還原煉鐵工藝，其特征是采用權(quán)利要求1的一體式還原煉鐵爐進(jìn)行煉鐵，包括以下步驟(1)將鐵礦粉、原煤和溶劑混合均勻，簡單成型后成為含碳鐵氧化物球團(tuán)，烘干，作為爐料備用；(2)保持一體式還原煉鐵爐整體溫度為1150-1200°C，還原室從一端到另一端記為第一還原室、第二還原室、……、第η還原室，爐體溫度穩(wěn)定后將爐料加入第一還原室，爐料在其中發(fā)生高溫熔融還原反應(yīng)，待反應(yīng)穩(wěn)定后，向第二還原室中加入爐料，同時向第一還原室與第二還原室之間的空腔中通入助燃?xì)怏w，使第一還原室溢出的可燃?xì)怏w燃燒放熱供第二還原室使用；(3)第二還原室反應(yīng)穩(wěn)定后，將爐料加入第三還原室，并同時向第二還原室與第三還原室之間的空腔通助燃?xì)怏w，使第二還原室溢出的可燃?xì)怏w燃燒放熱供第三還原室使用，依次進(jìn)行反應(yīng)直至第η-1還原室反應(yīng)穩(wěn)定后，將爐料加入第η還原室，并同時向第η-1還原室與第η還原室之間的空腔通助燃?xì)怏w，使第η-1還原室溢出的可燃?xì)怏w燃燒放熱供第η還原室使用；(4)每個還原室反應(yīng)后得鐵水，鐵水從出料口倒出進(jìn)行水淬得粗制生鐵和爐渣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體式熔融還原煉鐵工藝，其特征是步驟(1)中，所述溶劑為石灰石，鐵礦粉、原煤和溶劑的質(zhì)量比為8. 5-9. 5 0. 25-0. 35 :0. 55-0. 65，鐵礦粉、原煤和溶劑的粒度均小于15mm ；步驟(2)和(3)中，所述助燃?xì)怏w為空氣或氧氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體式熔融還原煉鐵工藝，其特征是反應(yīng)過程中保持第一還原室后的還原室的反應(yīng)溫度為1350-1400°C，若可燃?xì)怏w燃燒放熱達(dá)不到此溫度，則向相應(yīng)的空腔中通入煤氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體式熔融還原煉鐵工藝，其特征是反應(yīng)產(chǎn)生的高溫氣體由排氣口排出，排出的氣體用于干燥爐料或者進(jìn)入還原室間的空腔燃燒放熱。
7.—種一體式直接還原煉鐵工藝，其特征是采用權(quán)利要求1的一體式還原煉鐵爐進(jìn)行煉鐵，包括以下步驟(1)將鐵礦粉、原煤和溶劑混合均勻，簡單成型后成為含碳鐵氧化物球團(tuán)，作為爐料備用；(2)保持一體式還原煉鐵爐整體溫度為800-1000°C，還原室從一端到另一端記為第一還原室、第二還原室、……、第η還原室，爐體溫度穩(wěn)定后將爐料加入第一還原室，爐料在其中發(fā)生直接還原反應(yīng)，待反應(yīng)穩(wěn)定后，向第二還原室中加入爐料，同時向第一還原室與第二還原室之間的空腔中通入助燃?xì)怏w，使第一還原室溢出的可燃?xì)怏w燃燒放熱供第二還原室使用；(3)第二還原室反應(yīng)穩(wěn)定后，將爐料加入第三還原室，并同時向第二還原室與第三還原室之間的空腔通助燃?xì)怏w，使第二還原室溢出的可燃?xì)怏w燃燒放熱供第三還原室使用，依次進(jìn)行反應(yīng)直至第n-1還原室反應(yīng)穩(wěn)定后，將爐料加入第η還原室，并同時向第η-1還原室與第η還原室之間的空腔通助燃?xì)怏w，使第η-1還原室溢出的可燃?xì)怏w燃燒放熱供第η還原室使用；(4 )每個還原室反應(yīng)后得海綿鐵，從出料口倒出。
8.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其特征是步驟(1)中，所述溶劑為石灰石，鐵礦粉、原煤和溶劑的質(zhì)量比為8. 0-9. 0 0. 15-0. 25 :0. 45-0. 55，鐵礦粉、原煤和溶劑的粒度均小于 15mm;步驟(2)和(3)中，所述助燃?xì)怏w為空氣或氧氣。
9.根據(jù)權(quán)利要5所述的一體式熔融還原煉鐵工藝，其特征是反應(yīng)過程中保持第一還原室后的還原室的反應(yīng)溫度為1000-1200°C，若可燃?xì)怏w燃燒放熱達(dá)不到此溫度，則向相應(yīng)的空腔中通入煤氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體式熔融還原煉鐵工藝，其特征是反應(yīng)產(chǎn)生的高溫氣體由排氣口排出，排出的氣體用于干燥爐料或者進(jìn)入還原室間的空腔燃燒放熱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種一體式還原煉鐵爐及一體式還原煉鐵工藝，該煉鐵爐包括封閉爐體，爐體上設(shè)有排出氣體的排氣口，爐體內(nèi)依次排列若干還原室，還原室側(cè)壁上設(shè)有至少一個出氣口，每兩個還原室之間形成半封閉空腔。煉鐵工藝包括原料簡單成型制成爐料的步驟，爐料在煉鐵爐中反應(yīng)并且反應(yīng)生成的可燃?xì)怏w二次燃燒的步驟，反應(yīng)生成物出爐的步驟。本發(fā)明煉鐵爐封閉性好，使得熱損耗少，與環(huán)境友好，整個反應(yīng)過程為封閉式非焦煤冶煉過程，免去了傳統(tǒng)高爐生產(chǎn)中的煉焦工藝和燒結(jié)過程，滿足了綠色環(huán)保、清潔生產(chǎn)的要求，并且反應(yīng)可燃?xì)怏w能循環(huán)利用，節(jié)能環(huán)保，生產(chǎn)效率高，電能損耗低，生產(chǎn)成本低。
文檔編號C21B13/00GK102409126SQ20111036591
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者胡麗娜 申請人:胡麗娜