铁矿石直接冶炼铁的生产方法和熔融还原装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种铁矿石直接冶炼铁的生产方法和熔融还原装置，属于非高炉炼铁技术领域。本发明专利技术要解决的主要技术问题是：闪速炉炼铁过程还原不彻底，对铁矿石由一定的粒度要求；HIsmelt法炼铁预还原能力弱，使得还原炉内生产效率受到影响。本发明专利技术基本技术特征为：将闪速炉反应塔与HIsmelt熔融还原炉(SRV炉)串联起来，根据闪速炉快速反应但还原不彻底的特点使用闪速炉反应塔进行预还原步骤，再使用HIsmelt熔融还原炉(SRV炉)彻底还原冶炼。从而结合两者优点互补，提高预原因能力和生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非高炉炼铁的方法和装置，还涉及一种闪速炉冶炼工艺和其装置，另外还涉及一种HIsmelt熔融还原炉即SRV炉的熔融还原工艺和其装置，特别是涉及一种分为还原气氛预还原和液态熔融终还原两个阶段来生产熔融铁的方法和装置，应用于非高炉炼铁工艺和装备

技术介绍
闪速炉冶金是有色金属行业成熟的冶炼技术，它与高炉的根本区别在于闪速炉是铁精矿粉在悬浮状态下被热还原气体还原成金属化率较高的冶炼工艺，热还原气体可以是H2，也可以是CO。闪速炉只拥有一个负微压环境的反应空间，难以制造强还原气氛进行还原反应。闪烁炉反应温度比较高，达到1000-1300℃，还原速率快，同时铁供给物料存在一定的粒度要求，所以对普通铁矿无法保证金属铁氧化物在闪速炉中完成全部还原。Hismelt法是由德国克劳克纳(Klockner)公司的OBM转炉炼钢工艺发展而来，改进了炉体设计和喷吹技术，以达到较高的二次燃烧率和二次燃烧传热效率。如国际专利申请的HIsmelt法特征是：把载气和金属供给物料和/或固体碳和/或其他固态材料通过与熔池关联的转炉侧面部分和/或从熔池上部喷入熔池中，以便使载气和固体物料穿透熔池，引起熔融金属和渣投射到熔池表面之上的空间，形成过渡区。该过渡区能有效传递二次燃烧熔池上部反应气体所产生的热能。金属供给物料在金属层中冶炼成为金属。由于HIsmelt法二次燃烧的效率很高，导致还原炉外排的气体中还原性气体含量很少，使其预还原能力不足，使含铁原料的预还原只能维持在较低的水平上，从而降低了还原炉的生产效率。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种铁矿石直接冶炼铁的生产方法和熔融还原装置，将闪速炉反应塔与HIsmelt熔融还原炉串联安装起来，根据闪速炉快速反应但还原不彻底的特点使用闪速炉反应塔进行预还原步骤，再使用HIsmelt熔融还原炉彻底还原冶炼，从而结合两者优点互补，提高预原因能力和生产效率。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用下述专利技术构思：1.结合闪速炉优缺点和HIsmelt法的缺点提出解决办法；2.闪速炼铁优点在于反应温度高、反应速率快及生产效率高；缺点是一定粒度要求，HIsmelt法问题在于预还原能力低，生产效率低；3、对Hismelt冶金存在技术问题具体解决办法是将闪速炉反应塔与HIsmelt熔融还原炉(SRV炉)结合起来，使用闪速炉反应塔进行预还原步骤，使用HIsmelt熔融还原炉(SRV炉)进一步终还原冶炼。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案：一种铁矿石直接冶炼铁的生产方法，对闪速炉进行改装，在闪速炉内，将还原气体喷射装置的还原气体喷嘴设置于供料装置的下料口的下方，使从还原气体喷射装置的还原气体喷嘴中喷射的预热还原气体射流对在闪速炉中下落矿料产生阻碍作用，延缓矿料下落速度，使矿料保持设定时间的悬浮状态，增加矿料在闪速炉中的滞留时间，使闪速炉形成铁矿石预还原反应塔；将改装后的闪速炉与HIsmelt熔融还原炉上下串联形成铁矿石直接冶炼铁工艺装置，将下方HIsmelt熔融还原炉的温度传递至闪速炉的炉腔上部的矿料预还原反应工作区域，使闪速炉反应塔进行直接炼铁的预还原步骤，而位于下方的HIsmelt熔融还原炉在闪速炉下方对经过预还原的矿料再进行直接炼铁的终还原冶炼步骤，通过闪速炉预还原和HIsmelt熔融还原炉终还原两个阶段来生产熔融铁。作为本专利技术优选的技术方案，收集在HIsmelt熔融还原炉中进行直接炼铁的终还原生成的尾气，利用尾气通过热交换对还原气体预热至设置温度，然后通过还原气体喷射装置将预热后的还原气体向闪速炉内输送，并将尾气再经过处理、净化，回收利用其中的还原气体，向闪速炉内补充输送。作为上述方案的进一步优选的技术方案，向铁矿石预还原反应塔供应的还原气体采用氢气，一氧化碳和甲烷中的任意一种气体或任意几种气体混合的还原气体；并维持铁矿石预还原反应塔内还原气体的温度接近900℃。一种铁矿石直接冶炼铁的熔融还原装置，由上部反应体和下部还原炉组成，通过反应塔预还原和下部还原炉终还原两个阶段来生产熔融铁，具体为：上部反应体主要包括循环气喷嘴、反应塔、供料装置、还原气体喷嘴，上部反应体采用闪速炉形式的预还原反应器作为反应塔，使反应塔直接安装在下部还原炉的顶部，还原气体喷嘴和循环气喷嘴皆设置于供料装置的送料口下方，从还原气体喷嘴中喷射的预热还原气体射流对在反应塔中下落矿料产生阻碍作用，延缓矿料下落速度，使矿料保持设定时间的悬浮状态，增加矿料在反应塔中的滞留时间，使矿料在反应塔中进行直接炼铁的预还原反应；下部还原炉主要由炉身装置、氧枪、固体喷射装置和尾气排出通道组成，形成HIsmelt熔融还原炉形式的终还原反应器，其中炉身装置由侧炉壁、炉顶部、炉基座、排渣装置和排出铁水装置组成，反应塔的底部与炉顶部固定连接，侧炉壁围成的炉身的还原反应腔室的径向尺寸大于反应塔内预还原反应腔室的径向尺寸，炉基座的内部形成炉缸，用于容纳具有金属层和在金属层上的熔渣层的熔融金属熔池，在炉缸上方由侧炉壁围成的炉身的反应腔室形成熔渣之上的还原气体空间，排渣装置安装高于排出铁水装置的位置进行设置，氧枪和固体喷射装置皆延伸入下部还原炉内，使氧枪的喷口处于固体喷射装置的喷口的上方，固体喷射装置用于炉缸内供给含碳材料，并激起炉缸内熔池熔体的飞溅，氧枪将氧气喷射到熔渣之上的还原气体空间和/或熔体渣层中，形成富氧喷吹区域，使下部还原炉中上升的燃气进行燃烧，产生尾气，尾气排出通道设置在炉顶部上，使得在下部还原炉中还原反应后尾气离开熔渣之上的还原气体空间，尾气排出通道收集在下部还原炉中进行直接炼铁的终还原生成的尾气，再将尾气再经过炉外的处理和净化装置后，回收利用尾气的还原气体，再通过循环气喷嘴向反应塔内补充输送，下部还原炉的温度能传递至反应塔内的铁矿石预还原反应工作区域，使反应塔内进行直接炼铁的预还原步骤，矿料在反应塔中完成预还原反应，落入下方的下部还原炉的熔池熔体中，经过预还原的矿料再进行直接炼铁的终还原冶炼步骤，铁矿石在熔池中彻底完成还原过程。作为本专利技术熔融还原装置的优选的技术方案，尾气排出通道收集尾气通过热交换器对还原气体预热至设置温度，然后通过还原气体喷射装置的循环气喷嘴将预热后的还原气体向反应塔内输送，并将尾气再经过处理和净化装置，回收利用尾气的还原气体，向反应塔内补充输送。作为上述方案的进一步优选的技术方案，在反应塔的炉壁上，一系列还原气体喷嘴和一系列循环气喷嘴分别按照周向以设定的间隔进行均匀分布设置。作为上述方案的进一步优选的技术方案，在下部还原炉的侧炉壁上，一系列氧枪和一系列固体喷射装置分别按照周向以设定的间隔进行均匀分布设置。作为上述方案的进一步优选的技术方案，反应塔通过塔连接部固定安装在下部还原炉的炉顶部的中央位置处。作为上述方案的一种进一步优选的技术方案，还原气体喷嘴安装在反应塔下半部，并斜向上伸入反应塔内。优选相应的循环气喷嘴对应设置于还原气体喷嘴的上方。作为上述方案的另一种进一步优选的技术方案，供料装置采用精矿喷嘴装置，供料装置的喷嘴采用水平排布在反应塔上部，此时还原气体喷嘴设置于供料装置的喷嘴下方，还原气体喷嘴的气体射流方向与供料装置的喷嘴的矿料喷射方向相同。作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁矿石直接冶炼铁的生产方法，其特征在于：对闪速炉进行改装，在闪速炉内，将还原气体喷射装置的还原气体喷嘴设置于供料装置的下料口的下方，使从还原气体喷射装置的还原气体喷嘴中喷射的预热还原气体射流对在闪速炉中下落矿料产生阻碍作用，延缓矿料下落速度，使矿料保持设定时间的悬浮状态，增加矿料在闪速炉中的滞留时间，使闪速炉形成铁矿石预还原反应塔；将改装后的闪速炉与HIsmelt熔融还原炉上下串联形成铁矿石直接冶炼铁工艺装置，将下方HIsmelt熔融还原炉的温度传递至闪速炉的炉腔上部的矿料预还原反应工作区域，使闪速炉反应塔进行直接炼铁的预还原步骤，而位于下方的HIsmelt熔融还原炉在闪速炉下方对经过预还原的矿料再进行直接炼铁的终还原冶炼步骤，通过闪速炉预还原和HIsmelt熔融还原炉终还原两个阶段来生产熔融铁。

【技术特征摘要】
1.一种铁矿石直接冶炼铁的生产方法，其特征在于：对闪速炉进行改装，在闪速炉内，将还原气体喷射装置的还原气体喷嘴设置于供料装置的下料口的下方，使从还原气体喷射装置的还原气体喷嘴中喷射的预热还原气体射流对在闪速炉中下落矿料产生阻碍作用，延缓矿料下落速度，使矿料保持设定时间的悬浮状态，增加矿料在闪速炉中的滞留时间，使闪速炉形成铁矿石预还原反应塔；将改装后的闪速炉与HIsmelt熔融还原炉上下串联形成铁矿石直接冶炼铁工艺装置，将下方HIsmelt熔融还原炉的温度传递至闪速炉的炉腔上部的矿料预还原反应工作区域，使闪速炉反应塔进行直接炼铁的预还原步骤，而位于下方的HIsmelt熔融还原炉在闪速炉下方对经过预还原的矿料再进行直接炼铁的终还原冶炼步骤，通过闪速炉预还原和HIsmelt熔融还原炉终还原两个阶段来生产熔融铁。2.根据权利要求1所述铁矿石直接冶炼铁的生产方法，其特征在于：收集在HIsmelt熔融还原炉中进行直接炼铁的终还原生成的尾气，利用尾气通过热交换对还原气体预热至设置温度，然后通过还原气体喷射装置将预热后的还原气体向闪速炉内输送，并将尾气再经过处理、净化，回收利用其中的还原气体，向闪速炉内补充输送。3.根据权利要求1或2所述铁矿石直接冶炼铁的生产方法，其特征在于：向铁矿石预还原反应塔供应的还原气体采用氢气，一氧化碳和甲烷中的任意一种气体或任意几种气体混合的还原气体；并维持铁矿石预还原反应塔内还原气体的温度接近900℃。4.一种铁矿石直接冶炼铁的熔融还原装置，其特征在于，由上部反应体(1)和下部还原炉(2)组成，通过反应塔(4)预还原和下部还原炉(2)终还原两个阶段来生产熔融铁，具体为：所述上部反应体(1)主要包括循环气喷嘴(3)、反应塔(4)、供料装置(5)、还原气体喷嘴(6)，所述上部反应体(1)采用闪速炉形式的预还原反应器作为反应塔(4)，使反应塔(4)直接安装在下部还原炉(2)的顶部，所述还原气体喷嘴(6)和循环气喷嘴(3)皆设置于所述供料装置(5)的送料口下方，从还原气体喷嘴(6)中喷射的预热还原气体射流对在反应塔(4)中下落矿料产生阻碍作用，延缓矿料下落速度，使矿料保持设定时间的悬浮状态，增加矿料在反应塔(4)中的滞留时间，使矿料在反应塔(4)中进行直接炼铁的预还原反应；所述下部还原炉(2)主要由炉身装置、氧枪(10)、固体喷射装置(11)和尾气排出通道(7)组成，形成HIsmelt熔融还原炉形式的终还原反应器，其中炉身装置由侧炉壁(8)、炉顶部(9)、炉基座(12)、排渣装置(13)和排出铁水装置(14)组成，所述反应塔(4)的底部与炉顶部(9)固定连接，所述侧炉壁(8)围成的炉身的还原反应腔室的径向尺寸大于反应塔(4)内预还原反应腔室的径向尺寸，所述炉基座(12)的内部形成炉缸，用于容纳具有金属层和在金属层上的熔渣层的熔融金属熔池，在炉缸上方由侧炉壁(8)围成的炉身的反应腔室形成熔渣之上的还原气体空间，所述排渣装置(13)安装高于排出铁水装置(14)的位置进行设置，所述氧枪(10)和固体喷射装置(11)皆延伸入下部还原炉(2)内，使所述氧枪(10)的喷口处于固体喷射装置(11)的喷口的上方，所述固体喷射装置(11)用于炉缸内供给含碳材料，并激起炉缸内熔池熔体的飞溅，所述氧枪(10)将氧气喷射到熔渣之上的还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：于要伟，杨宇男，张捷宇，吴广新，魏涵，李映，邹秀晶，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31