[發(fā)明專利]一種流固耦合的鐵礦粉還原裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710380941.6
• 申請(qǐng)日: 2017-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN107299177B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王習(xí)東;陳軍偉;黃歐;劉麗麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): C21B13/14
• 分類號(hào): C21B13/14
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

本發(fā)明涉及鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種流固耦合的鐵礦粉還原裝置及方法。該裝置包括流態(tài)化床型還原爐和豎爐，所述流態(tài)化床型還原爐與所述豎爐之間通過(guò)傾斜連接管相連，其中所述傾斜連接管為上口小、下口大的收縮型噴管，所述傾斜連接管的上口與所述流態(tài)化床型還原爐相連，所述傾斜連接管的下口與所述豎爐相連。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)鐵礦粉還原中的流化床技術(shù)和固定床技術(shù)耦合，從而兼顧流態(tài)化技術(shù)的反應(yīng)高效快速及無(wú)需造塊的優(yōu)點(diǎn)和豎爐技術(shù)的反應(yīng)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，解決現(xiàn)有冶金行業(yè)鐵礦粉還原的流態(tài)化技術(shù)因粘結(jié)失穩(wěn)導(dǎo)致的鐵礦粉還原不充分的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了鐵礦粉的高效穩(wěn)定還原。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種流固耦合的鐵礦粉還原裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著近年來(lái)我國(guó)鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，特別是高爐噴煤技術(shù)和富氧大噴煤技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)煉鐵技術(shù)的主體高爐流程已經(jīng)發(fā)展到鼎盛時(shí)期。高爐流程具有技術(shù)成熟、生產(chǎn)能力大、效率高的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在著必須使用焦炭、流程長(zhǎng)、環(huán)境污染嚴(yán)重的缺點(diǎn)。

鐵礦石直接還原技術(shù)作為典型的非高爐煉鐵工藝，是實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)短流程，即廢鋼/海綿鐵—電爐流程的重要環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)的高爐流程相比，直接還原煉鐵流程具有流程相對(duì)較短、不用煉焦煤、節(jié)能減排效果明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是鋼鐵工業(yè)擺脫焦煤資源羈絆，降低能耗，減少CO₂排放，改善鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)綠色冶金的重要發(fā)展方向。

目前，鐵礦石直接還原技術(shù)還是以固定床還原為主，即在回轉(zhuǎn)窯、隧道窯、轉(zhuǎn)底爐、豎爐等設(shè)備內(nèi)將固相鐵礦石中的氧化鐵還原。其中回轉(zhuǎn)窯、隧道窯、轉(zhuǎn)底爐等設(shè)備中采用煤作為還原劑，豎爐是用H₂和CO氣體作為還原劑，都是將塊狀或球團(tuán)的鐵礦石進(jìn)行還原，雖然反應(yīng)穩(wěn)定性好，但其不可避免的具有反應(yīng)速度慢、生產(chǎn)率低、熱效率低、能耗高、產(chǎn)品雜質(zhì)較多等缺點(diǎn)，因此發(fā)展較為緩慢。

近年來(lái)以綠色環(huán)保著稱的流化床預(yù)還原工藝冶煉國(guó)內(nèi)鐵礦資源具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，正受到國(guó)內(nèi)鋼鐵業(yè)的高度重視。流態(tài)化技術(shù)于冶金行業(yè)的應(yīng)用最大優(yōu)勢(shì)主要有：1、可直接利用粉礦而且不需要焦炭煉鐵，省去粉礦造塊、煉焦等高污染、高耗能工序，不僅減少了對(duì)焦煤資源的消耗，還因礦有較大的比表面積，床層有良好的混合，強(qiáng)化了顆粒與氣體間的傳熱、傳質(zhì)和還原過(guò)程，還原反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件大幅度改善，生產(chǎn)效率得以提高；2、可處理復(fù)雜的共生礦，有利于資源的綜合利用。我國(guó)要解決鐵礦資源供給安全問(wèn)題，必須立足于國(guó)內(nèi)低品位、復(fù)合共生礦資源的利用，以減少對(duì)外礦的依賴，這也是解決我國(guó)鐵礦石資源安全穩(wěn)定供給的根本。只有這樣，當(dāng)國(guó)際形勢(shì)較好且進(jìn)口礦價(jià)格合理時(shí)，可以大量充分利用外礦，這既有利于節(jié)約國(guó)內(nèi)資源，又有利于環(huán)境保護(hù)；3、物料呈流體狀態(tài)，易于大量處理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。故流態(tài)化法在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上有可能比豎爐、回轉(zhuǎn)窯優(yōu)越，在還原機(jī)理上是氣基法中最合理的工藝方法，在直接還原開發(fā)和發(fā)展的過(guò)程倍受關(guān)注。

流態(tài)化技術(shù)用于冶金行業(yè)也出現(xiàn)了一些至今沒(méi)有解決的問(wèn)題。流化床是全混床，產(chǎn)品的還原程度不均勻。此外，鐵礦粉在高溫流化還原過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)的“失流”及粘結(jié)問(wèn)題，導(dǎo)致流化床生產(chǎn)穩(wěn)定等問(wèn)題至今未得到有效的解決，制約著流化床技術(shù)在冶金行業(yè)的推廣應(yīng)用。為避免粘結(jié),常采用低溫、高氣速、低還原率等條件操作,后果是降低了反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件、反應(yīng)速率大大減慢、生產(chǎn)效率不高、氣體利用率低，致使全流程煤耗升高。

因此，如何設(shè)計(jì)出一種新的鐵礦粉還原方法，能兼顧鐵礦粉還原中的流化床技術(shù)與固定床技術(shù)兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，是鋼鐵冶金技術(shù)中的難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明提供一種流固耦合的鐵礦粉還原裝置及方法，能夠兼顧流態(tài)化技術(shù)中鐵礦粉無(wú)需造塊、細(xì)粒礦粉還原速度較快的優(yōu)點(diǎn)以及豎爐技術(shù)中反應(yīng)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)鐵礦粉的高效穩(wěn)定還原。

(二)技術(shù)方案