本發明涉及金屬火法冶煉的技術領域，具體涉及一種生產鐵焦的豎爐工藝，主要用于生產鐵焦以替代高爐生產需要的部分焦炭。

背景技術：

焦炭是高爐冶煉的重要原料，在高爐內同時發揮鐵水滲碳劑、發熱劑、還原劑和料柱骨架的作用，高爐煉鐵既要保證高爐爐況穩定順行，又要盡量降低焦炭消耗。因此，高爐對焦炭質量的要求是熱強度要高，同時反應性也要高。

為了保證焦炭的質量，焦炭的生產原料采用專用的焦煤，然而焦煤的資源是十分有限的，為了降低焦炭的消耗，高爐煉鐵積極推廣了噴吹煤粉的技術，該技術已在國內外得到普遍推廣，降低焦炭的效果雖然明顯，但是目前一般高爐焦比高達每噸鐵水350-380公斤，先進的高爐焦比每噸鐵水也有300-320公斤，不僅消耗量仍然很大，而且焦煤的價格逐年升高，使得降低生產成本的壓力越來越大。

從目前全球焦煤分布和儲量來看，分布極不均衡且優質焦煤資源總儲量很有限，在每年消耗近10億噸優質焦煤的情況下，再過不到70年世界的優質焦煤資源將消耗殆盡，如何進一步降低焦煤的消耗及CO₂的排放量，已經成為十分重要的課題。

近幾年國內外積極開展了鐵焦替代焦炭的研究，所謂鐵焦，就是向非焦煤中添加一定比例的鐵礦粉，通過高溫炭化得到的含有金屬鐵的一種焦炭。由于金屬鐵對C+CO₂＝2CO反應具有催化作用，鐵焦的反應性明顯高于普通焦炭。

將鐵焦與鐵礦石混裝入爐用于煉鐵，其意義歸納起來有以下幾點：

(1)鐵焦很好地滿足高爐對焦炭的熱強度和反應性都要高的性能要求，并且鐵焦的反應性明顯高于普通焦炭，降低了熱保存區溫度，降低了能耗，提高了生產效率；

(2)鐵焦替代部分焦炭，從而降低了焦炭消耗，降低了生產成本，提高了生產率,降低了CO₂的排放；

(3)非焦煤中配加的鐵礦石在生產鐵焦的過程中已還原成金屬鐵，這樣也能夠降低焦比、提高生產效率。

鐵焦的制備方法目前主要有兩種：

一種是日本JFE公司的熱壓塊—豎爐法，這種方法是將含有少量黏結劑的鐵礦石和非焦煤的混合物加熱到一定溫度，用壓塊機制成一定形狀的團礦，然后裝入豎爐型反應器中進行干餾，最后制得形狀規整的鐵焦產品。這種方法的優點是可以多配鐵礦石(鐵礦石配比最高可達30％)，鐵焦的熱性質較好。但其缺點是工藝流程復雜、生產率低且難以大型化。

另一種方法是日本新日鐵公司的傳統室式煉焦爐法，曾在大型焦爐上做過工業性試驗。它是將破碎到合適粒度的鐵礦石添加到配合煤的運輸皮帶機上，沒有設置專門的混勻設備，而是在皮帶機的轉運過程中實現配合煤與鐵礦石的均勻混合。工業試驗結果顯示，推焦作業順利，沒有發生爐墻侵蝕現象。這種方法的優點是可以利用傳統的煉焦設備生產鐵焦，鐵焦的冷強度符合實際高爐生產的要求，產量大，工藝成熟；缺點是鐵礦石配比低，而且熱性能較差，難以達到理想的生產效果。

技術實現要素：

本發明的目的在于，提供了一種生產鐵焦的豎爐工藝，該工藝先進可靠、能夠實現鐵焦的大規模生產、產品熱強度好、反應性高、工藝過程沒有爐墻侵蝕，從而減少高爐煉鐵焦炭用量、降低高爐煉鐵生產成本、提高高爐煉鐵生產效率、減少高爐煉鐵CO₂排放等顯著優點。

本發明所采用的技術方案基于使用了如圖2所示的炭化豎爐，該炭化爐為豎爐型式，由炭化室1和燃燒室2組成，多個炭化室1布置在一個很大的燃燒室2中，炭化室通過模塊化組合而成，炭化室1從上到下分為預熱段4、炭化段5和冷卻段7，每個炭化室1和燃燒室2之間設有傳熱隔墻6，通過燃燒室2中的燃燒器3燃燒煤氣產生炭化室1所需要的熱量，各炭化室1內溫度基本一致，壓塊料從頂部加入后經過預熱段4、炭化段5和冷卻段7后，在排料裝置8的控制下按照合理流量排出。

本發明所采用的技術方案如下：

一種生產鐵焦的豎爐工藝,具體包括以下步驟：

(1)將鐵礦和煤均粉碎至粒度小于0.5mm的粉末,然后將鐵礦粉與煤粉加入粘結劑一起混勻后形成混勻料；

(2)將混勻料經過壓塊、烘干后形成壓塊料，壓塊的粒度大小為15-75mm；

(3)壓塊料由裝料裝置裝入炭化爐中的炭化室中，壓塊料在炭化室中向下運行，先后經過炭化室的預熱段和炭化段形成鐵焦，預熱的溫度在300-800℃，炭化溫度控制在800-1250℃，預熱和炭化總的時間為10～30h；

(4)鐵焦經過冷卻段冷卻至50-150℃的溫度，通過排料裝置連續排出爐外。

優選地，所述步驟一中鐵礦粉與煤粉的質量比為20～40：60～80。

優選地，所述步驟一中的煤為非焦煤，選自無煙煤、煙煤或褐煤中的一種或多種。

優選地，所述步驟三中壓塊料在炭化室中運行的速度控制在3-30mm/min。

所述步驟三中炭化室中預熱和炭化所需的熱量，來源于炭化室隔墻外燃燒室燃料燃燒產生的熱量，熱量通過隔墻傳給炭化室中的壓塊料。

所述燃燒室燃燒產生的高溫煙氣排出燃燒室后，通過換熱器來預熱燃燒室燃燒用助燃氣體和/或烘干壓塊。

實施本發明生產鐵焦的工藝，具有以下有益效果：

1)采用本發明生產鐵焦的豎爐工藝，不僅工藝流程簡單可靠，而且可以實現大規模生產，原因在于：炭化室可以通過模塊化組合來實現大規模生產需要的產量，另外炭化爐前后的工藝及裝備為規模化生產創造了條件，該工藝明顯克服了采用焦爐生產鐵焦這種工藝的許多缺點。

2)該工藝根據不同的原料條件，可通過有效的調節炭化溫度和炭化時間，來得到優質的鐵焦，鐵焦能夠達到高爐對焦炭的熱強度和反應性的性能要求，并且鐵焦的反應性明顯高于普通焦炭，降低了熱保存區溫度，這樣鐵焦能夠替代部分焦炭，從而降低焦炭消耗，降低生產成本，提高生產率,降低CO₂的排放，同時由于非焦煤中配加的鐵礦石在生產鐵焦的過程中已還原成金屬鐵，這樣也能夠降低焦比和提高了生產效率。

3)該工藝高品質的炭化室隔墻采用優質耐材，具有高導熱、低氣孔、耐高溫、耐磨損等性能，為高生產效率、降低能耗和長壽命提供了很好的條件。

4)該工藝炭化室分為預熱段、炭化段和冷卻段，可達到的效果有：壓塊料在炭化前，經過了充分的預熱，熱量得到有效利用，炭化的效率得到提高；炭化過程中采用緩慢向下的連續運動，能夠很好地避免炭化室中物料與隔墻及物料之間的粘接，不至于造成排料困難和中斷生產；炭化完畢，鐵焦在冷卻段能夠冷卻到需要的溫度。

5)該工藝炭化室和燃燒室各自獨立，各自的還原氣氛和氧化氣氛互不干涉，能夠實現溫度場均勻，能夠得到優質的鐵焦。

6)該工藝壓塊料中煤和鐵氧化物充分接觸，能夠使得鐵在炭化過程中得到很好的還原，并且由于金屬鐵對C+CO₂＝2CO反應具有催化作用，鐵焦的反應性明顯高于普通焦炭。

7)該工藝燃燒室最終排出的高溫煙氣采用高溫熱交換器進行熱量回收，用來預熱進入燃燒室用助燃空氣和壓塊料，降低了能耗，提高了能源利用效率。

8)該工藝炭化室預熱段排出的炭化性氣體返回至燃燒室再利用，可節約能源、降低能源消耗。

附圖說明

圖1為本發明生產鐵焦的豎爐工藝的流程圖；

圖2為本發明所使用的炭化豎爐的示意圖。

具體實施方式

為了使本發明技術方案更容易理解，現結合附圖采用具體實施例的方式，對本發明的技術方案進行清晰、完整的描述。應當注意，在此所述的實施例僅為本發明的部分實施例，而非本發明的全部實現方式，所述實施例只有示例性，其作用只在于為審查員及公眾提供理解本發明內容更為直觀明了的方式，而不是對本發明所述技術方案的限制。在不脫離本發明構思的前提下，所有本領域普通技術人員沒有做出創造性勞動就能想到的其它實施方式，及其它對本發明技術方案的簡單替換和各種變化，都屬于本發明的保護范圍。

實施例1

如圖1所示，本發明提供了一種生產鐵焦的豎爐工藝，用于生產替代高爐部分焦炭的鐵焦，其主要生產步驟包括：

1)粉粹后達到合格粒度的鐵礦粉(0.3mm)和煤粉與粘結劑一起混勻，混勻后進行壓塊，壓塊的粒度大小為20-50mm，然后進行烘干；

2)烘干后的壓塊料由裝料裝置從炭化室頂部進料，炭化室被壓塊料全部填充，料面高出炭化爐本體一定高度；

3)壓塊料在炭化室中靠重力向下運行，經過預熱段、炭化段后完成炭化過程，炭化室內溫度1100℃，炭化室中進行預熱和炭化所需的熱量，來源于炭化室隔墻外燃燒室燃燒產生的熱量，熱量通過隔墻傳給炭化室中的壓塊料；

4)燃燒室位于炭化室四周或兩側，燃燒室內設置若干個燒嘴，燃料和助燃氣體燃燒會產生1100～1400℃的高溫煙氣，高溫煙氣的熱量整體均勻通過隔墻加熱炭化室隔墻內的壓塊料；燃料為煤制煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣、天然氣、石油液化氣或頁巖氣等的至少一種；

5)壓塊料在炭化室內進行充分的炭化反應；根據原料條件和工藝需要，炭化室內的溫度和炭化反應的時間均能實現可調、可控；

6)燃燒室排出的煙氣溫度較高，約900～1200℃，排出后的高溫煙氣通過換熱器進行熱量回收，預熱進入燃燒室的助燃氣體，助燃氣體可預熱至500～700℃，換熱后的煙氣溫度降低至400～600℃，還可用于烘干原料等，烘干后的100～150℃的煙氣通過煙囪外排；

7)各個炭化室內部被炭化物料在反應過程中，產生的氣體，如CO、H₂等，在炭化室頂部空間返回至燃燒室作為補充燃料；

8)經過炭化段后生產的鐵焦最后經過冷卻段，根據需要的溫度可以達到50-150℃，通過排料裝置連續排出爐外，得到的冷態鐵焦與高爐原燃料配料后加入高爐。

本發明工藝具有以下優點：

1)該工藝對鐵礦石的品位要求不高，低品位鐵礦石也可以使用；

2)該工藝的能源利用充分，能源浪費很少，并且資源都得到循環利用；

3)該工藝中的炭化爐由炭化室和燃燒室組成，炭化室的數量根據產量要求進行模塊化的組合，燃燒室的大小和數量根據炭化室的多少進行調整。

實施例2

本發明生產鐵焦的工藝包括以下步驟：

1)將粉粹后含鐵品位53％的鐵礦粉和褐煤與粘結劑充分混勻，鐵礦粉與褐煤的質量比例為30：70，混勻后壓塊，壓塊后的粒度大小約30mm，經過烘干機烘干處理后運至槽下料倉；

2)將以上得到的烘干塊料由爐頂裝置從炭化爐頂部裝入炭化室，壓塊料將炭化室全部裝滿，并高出炭化爐頂面一定高度；

3)炭化室的預熱段和炭化段為長方形，其寬度為300～800mm，長度為1000～1800mm，高度10000～18000mm；

4)通過管道向燃燒器供應的煤氣和預熱后達到600℃的助燃空氣在燃燒室內燃燒，燃燒產生1350℃的高溫煙氣，混合料在炭化室內進行炭化反應；炭化室內的溫度控制在1100℃，預熱和炭化反應時間控制在15-18h；

5)燃燒室出來的煙氣溫度約1000℃，排出后的高溫煙氣通過熱交換器進行熱量回收，將進入燃燒室助燃空氣預熱至600℃，再經過換熱器將壓塊料烘干，排出的煙氣溫度降低至100～150℃，最后通過煙囪外排；

6)各炭化室混合料反應完畢后，1050～1100℃鐵焦經過冷卻段后溫度達到100℃以下后從排料裝置排出，得到合格鐵焦。

該工藝生產效率明顯提高，焦比和生產成本明顯降低，每天鐵焦產量為約300噸以上，年產量可達100萬噸以上。

上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但本發明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發明的保護之內。