一种铁矿粉还原装置和方法制造方法及图纸

技术编号：42092636 阅读：12 留言：0更新日期：2024-07-19 17:05

本发明专利技术属于钢铁冶炼还原设备技术领域，涉及一种铁矿粉还原装置和方法，将上段还原仓、中段过渡仓、下段还原仓和进气仓依次相互连接并且相互之间密封联通，并将上段还原仓、下段还原仓通过物料输送管相连，形成相互连通的密闭的还原环境，利用进气系统提供带有显热的还原气体，依次作为固固还原反应的热源和气固还原反应的热源和流化还原气体，达到了同时利用还原气和固态还原剂直接对铁矿粉进行还原的目的。由于无需对铁矿进行烧结，并且能够直接利用氢气和/或煤气、煤炭进行铁矿粉的还原，因此从整个流程上减少了能源消耗和碳排放，降低了对还原气体气量、温度和品质的要求，适用于向纯氢冶炼发展过程中，氢气产能受限的过渡阶段对铁矿的还原。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢铁冶炼还原设备，具体而言，本专利技术涉及一种铁矿粉还原装置和方法。

技术介绍

1、目前，高炉炼铁是生产铁水的主要工艺，该工艺以造块后的烧结矿、球团矿为主要原料，以焦炭、煤粉为主要燃料，由于焦炭在高炉内的骨架作用具有不可替代性，高炉炼铁过程中co2排放量约占整个钢铁行业co2排放量的70％，是主要的碳排放行业。为实现钢铁冶金行业的源头减碳，亟需开发绿色低碳冶金新技术。氢气是一种优良的还原剂和清洁能源，探索和开发以氢代碳作为还原剂的直接还原炼铁工艺，可从源头上降低炼铁过程的二氧化碳排放，符合钢铁工业绿色低碳、清洁生产的发展趋势。

2、根据反应器类型的不同，直接还原炼铁工艺主要分为回转窑工艺、竖炉工艺和流化床工艺，回转窑工艺以固-固还原为主，能够使用固体还原剂。由于气-固反应很弱，无法适应气-固反应的氢冶金工艺。与之相反，竖炉工艺只适应气-固反应，能够适应氢冶金工艺，却无法使用固体还原剂，还存在需要球团造粒，无法直接用铁矿粉还原的缺点。流化床直接还原工艺也能适应氢冶金工艺，还具有直接利用粉矿、无需烧结或造球工序、传质、传热、还原效率高等优势，但是也无法使用固体还原剂。

3、由于绿氢的产能递增是一个渐进的过程，从采用固体燃料为主的固-固反应加气固反应，过渡到以绿氢气为主的气-固反应阶段，尚需20年以上的过渡期。过渡期内就需要一种既能适应不断增量使用绿氢，又能不限制比例地同时使用含碳固体还原剂，比如煤和/或焦碳，来对铁矿粉进行直接还原的工艺和装置。

技术实现思路</p>

1、本专利技术的目的在于解决上述问题，提供了一种铁矿粉还原装置和方法，本专利技术将上段还原仓、中段过渡仓、下段还原仓和进气仓依次相互连接并且相互之间密封联通，并将物料输送管从上段还原仓通过中段过渡仓，与下段还原仓入料口相连，利用进气系统提供还原气体作为下段还原仓的热源和上段还原仓的热源和流化还原气体，同时通过过渡仓向下段还原仓加入固体还原剂，达到了同时利用还原气和固态还原剂对铁矿粉的还原的目的。并且对还原剂中绿氢和固体还原剂的占比没有刚性约束，能够适应过渡期绿氢不断增加比例的冶金外部条件过程。

2、本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种铁矿粉还原装置，包括上段还原仓(1)、中段过渡仓(2)、下段还原仓(3)、进气仓(4)、物料输送管(5)、进气系统、出气系统、出料系统和进料系统；

3、所述上段还原仓(1)、中段过渡仓(2)、下段还原仓(3)和进气仓(4)依次相互连接并且相互之间密封联通；

4、所述上段还原仓、中段过渡仓和进气仓均固定设置，所述上段还原仓位于中段过渡仓上方，所述下段还原仓为圆筒形并可转动，两端分别与中段过渡仓和进气仓密封联通，所述下段还原仓与水平成一定夹角倾斜设置，所述上段还原仓与中段过渡仓之间设置有布风板，所述物料输送管两端分别与上段还原仓、下段还原仓相连；

5、所述上段还原仓设置有出气口和进料口，所述进气仓上设置有进气口和出料口；

6、所述进气系统与进气口相连，用于提供还原气体；

7、所述出料系统与出料口相连，所述出气系统与出气口相连；

8、所述进料系统与进料口相连，所述进料系统可以包括第一料仓，用于提供包含铁矿粉在内的固态物料。

9、所述上段还原仓可以用于烘干物料、加热物料、气固还原反应，由于上段还原仓下方设置有布风板，利用中段过渡仓可能存在的燃烧器或补充气体，或直接利用下段还原仓排出的带有余热的还原气体，对上段还原仓内的铁矿粉进行流化还原和加热；

10、所述下段还原仓可以用于固固还原反应，由于下段还原仓为圆筒形，并且下段还原仓倾斜设置，下段还原仓两端可转动的设置在中段过渡仓和进气仓上，因此能够利用下段还原仓对铁矿粉实现固固还原反应和物料的运行、输送，同时兼有一定的气固反应。如果气源温度较高或在下段还原仓设置燃烧装置，也可以起到继续加热物料和加速还原反应的作用。

11、所述下段还原仓与水平成一定夹角倾斜设置，该夹角为0.5-5度；由于下段还原仓与中段过度仓相连通的一端高于与进气仓相连通的一端，下段还原仓在转动的过程中，实现固固还原反应和物料的运行，不需要额外的动力输送。

12、优选的，本专利技术利用外供高温还原气体作为热源，使例如煤或焦粒等含碳物料与铁矿粉在下段还原仓中发生碳基固-固还原反应，生成还原气，对气-固还原反应的还原气进行补充。并且对下段还原仓内部各处的加热效果更加均匀，因此，所述下段还原仓低端进口处可不设置燃烧装置，避免了火焰形成的局部过高温度条件所导致的下段还原仓内壁结圈。而利用经过下段还原仓后的高温还原气体，在上段还原仓对铁矿粉进行预热和还原反应，使进入下段还原仓的铁矿粉能够第一时间进行碳基固-固还原反应，提高了设备利用率和反应效率，降低投资。并且在上段还原仓阶段，将铁矿粉中的细颗粒实现提前还原并随高速气流被带出还原系统，减轻了后续输送物料的动力消耗，并极大缓解了下段还原仓直接还原铁矿结圈的问题。

13、本专利技术优选的，还包括隔板和第一除尘设备。

14、所述隔板设置在中段过渡仓内并位于下段还原仓高端开口上方(如图2)，将中段过渡仓分隔为上下设置的第一过渡仓和第二过渡仓，所述第一过渡仓和第二过渡仓通过第一除尘设备相互联通。高温还原气体通过下段还原仓时，会携带部分细小固体颗粒，容易堵塞布风板，而影响上段还原仓的预热和还原，因此在中段过渡仓内设置隔板，并将隔板设置在下段还原仓高端开口上方，将中段过渡仓分隔为上下设置的第一过渡仓和第二过渡仓，将第一过渡仓和第二过渡仓通过第一除尘设备相互联通，从而将气体中的固体颗粒分离排出或部分/全部反回还原系统。即排出的颗粒可以直接排出本工序系统，在下一工序利用；也可以回到上段还原仓或下段还原仓。如此避免了对布风板的堵塞和磨损。

15、本专利技术优选的，还包括节流阀和补气管；所述进气系统与进气口之间设置有节流阀，所述进气系统通过补气管与中段过渡仓相连。

16、当下段还原仓排出的气体气量不足够，或由下段还原仓排出时温度偏低，不利于下一步上段还原仓的预热和还原反应时，则可由进气系统的气源处引出一支路作为补气管道，为上段还原仓补入高温的还原气体。如果气源温度不足，可以在补气管上设置加热装置，或引入含氧气体燃烧加热。由于上段还原仓进行流化需要足够的气量保证较高的流速，下段还原仓的内部通流面积远大于补气管的通流面积，并联关系下，气流大量通过下段还原仓，少量通过补气管。为使后续上段还原仓有足够工作气量，下段还原仓内的风速必将非常高，这会导致以下问题：1、下段还原仓内风速过高导致物料运行不畅，物料可能会被风带动逆行；2、离开下段还原仓的气体夹杂颗粒物浓度升高且颗粒大，极易堵塞布风板上的风帽，至少严重增加对其的磨损，大幅降低使用寿命，对生产带来风险。因此在设置补气管道的同时需要在下段还原仓的进气管道上设置节流阀，以控制进入下段还原仓内的气体流量。

17、本专利技术优选的，所述下段还原仓高端开口设置有独立本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种铁矿粉还原装置，其特征在于：包括上段还原仓(1)、中段过渡仓(2)、下段还原仓(3)、进气仓(4)、物料输送管(5)、进气系统、出气系统、出料系统和进料系统；

2.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：还包括隔板(7)和第一除尘设备(8)；

3.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：还包括节流阀(9)和补气管(10)；

4.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：在补气管道上设置有加热系统；所述加热系统也可以是含氧气体燃烧增热系统。

5.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：所述下段还原仓(3)高端开口设置有独立的进煤管道(31)；

6.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：所述物料输送管(5)依次穿过布风板(6)、中段过渡仓(2)与下段还原仓(3)高端开口相连。

7.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：所述中段过渡仓(2)内设置有燃烧器(11)。

8.根据权利要求7所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：所述布风板(6)设置有水冷装置

9.根据权利要求7所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：所述物料输送管(5)设置在上段还原仓(1)、中段过渡仓(2)的外侧；从外侧进入中段过渡仓(2)后，再进入下段还原仓(3)。

10.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：所述出气系统包括第二除尘设备(12)。

11.根据权利要求10所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：所述第二除尘设备(12)可以设置在上段还原仓(1)的腔内。

12.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：所述下段还原仓(3)低侧开口处设置有燃烧装置(13)。

13.根据权利要求5所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：所述第二料仓(200)中的固态物料至少包含含碳物料，所述含碳物料是煤、焦粒和/或焦粉中的一种或几种。

14.一种铁矿粉还原方法，采用权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于，包括以下步骤：

15.根据权利要求14所述的铁矿粉还原方法，其特征在于：所述还原气体为高温还原气体，包括H2和/或CO。

16.根据权利要求14所述的铁矿粉还原方法，其特征在于：所述还原气体在进入下段还原仓(3)和/或中段过渡仓(2)时，燃烧掉一部分用来给后续流程补热。

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【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：还包括隔板(7)和第一除尘设备(8)；

3.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：还包括节流阀(9)和补气管(10)；

4.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：在补气管道上设置有加热系统；所述加热系统也可以是含氧气体燃烧增热系统。

5.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：所述下段还原仓(3)高端开口设置有独立的进煤管道(31)；

6.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：所述物料输送管(5)依次穿过布风板(6)、中段过渡仓(2)与下段还原仓(3)高端开口相连。

7.根据权利要求1所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：所述中段过渡仓(2)内设置有燃烧器(11)。

8.根据权利要求7所述的铁矿粉还原装置，其特征在于：所述布风板(6)设置有水冷装置，所述水冷装置用于对布风板(6)进行水冷。

9.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚航，于国华，贾利军，郭春雷，
申请(专利权)人：山东省冶金设计院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人