[發明專利]一種氣固還原豎爐及生產海綿鐵的方法

有效

• 申請號: 202010531769.1
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111575428B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 汪朋;周強;李森蓉;李建濤;唐恩;付邦豪;陳泉鋒
• 申請（專利權）人: 武漢科思瑞迪科技有限公司
• 主分類號: C21B13/02
• 分類號: C21B13/02
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 唐正玉

本發明提供一種氣固還原豎爐及生產海綿鐵的方法，氣固還原豎爐采用兩個豎爐，兩個豎爐的爐頂煤氣、高溫還原氣、中間煤氣和冷卻煤氣相連；生產海綿鐵的方法：含鐵球團或塊礦與外配還原劑混合后連續加入兩個豎爐，高溫還原氣在換向閥組切換下進入豎爐，沿氣流方向，在第一豎爐和第二豎爐內同時進行并流加熱和逆流蓄熱，發生干餾和還原反應，生成海綿鐵、蘭炭和爐頂煤氣；爐頂煤氣經凈化后，作為加熱爐燃料、循環還原氣和循環冷卻煤氣使用；通過氣體傳熱，熱效率提高，有利于加速還原進程；連通的雙豎爐構造，使得煤氣行程延長，爐頂煤氣溫度降低，煤氣利用率提高；煤氣流的在線切換，實現了雙豎爐溫度場同步與統一，解決了同步運行問題。

技術領域

本發明屬于直接還原技術領域，具體涉及一種氣固還原豎爐及生產海綿鐵的方法。

背景技術

為了擺脫焦煤資源短缺對冶金工業發展的羈絆，適應環境保護的要求，進一步地降低煉鐵工序能耗，以直接還原為主要發展方向之一的非高爐煉鐵技術，日益成為了鋼鐵行業發展和關注的熱點。

直接還原技術作為一種新的煉鐵技術，有氣基直接還原和煤基直接還原兩種。其中氣基直接還原以H2和CO組成的還原氣為還原劑，在豎爐或罐式爐內將鐵礦中的氧化鐵在固態溫度下還原成海綿鐵；氣基直接還原具有單位容積利用高、氣體直接傳熱效率高、生產效率高等優點，而成為現有直接還原工藝的主流技術，典型如MIDREX法和HYL法；而煤基直接還原主要以非焦煤作為還原劑，在回轉窯、轉底爐或循環流化床內將鐵礦石中的氧化鐵在固態溫度下還原成海綿鐵；煤基直接還原不受天然氣資源的限制，適用的煤種較多，比較適合天然氣資源比較匱乏而煤資源充裕的地區；但煤基直接還原的產能規模有限，難以滿足大規模化生產的需要，分析其主要原因，除了受現有煤基直接還原裝置的物料運行方式影響，還在于現有煤基直接還原工藝的熱效率不高，導致物料所需的還原時間較長。

為了克服現有煤基直接還原的不足，不少科技工作者提出采用氣固還原相結合的方式，并借鑒于物料在豎爐中自上而下的運行特點，來進一步地提高煤基直接還原的熱效率和還原效率，以期實現擴大單臺套裝置的產能規模。如專利CN110106303A提出的在豎爐內設置多層、若干的耐熱鋼管，通過噴入高溫還原氣，實現在煤基還原同時達到氣體還原的效果，其優點是充分解決了高溫還原氣入爐的方式問題，不足的是爐內還原氣管道較多，增加了物料自上而下的運行阻力，耐熱管磨損較大且材料成本較高，單套裝置大小受限，難以大型化；如專利CN110438278A和CN110453027A分別提出的從豎爐上部和豎爐中部，采取逆流或順流的方式向豎爐內噴入載熱氣體，實現對高揮發分煤的干餾并產生的熱解氣，過程中對入爐含鐵礦石進行還原，最后產品為還原鐵和半焦，其優點是借鑒了氣基豎爐傳熱特點，以高揮發固體碳素料的熱解氣作為還原氣，實現了氣固還原的有機結合，裝置容易大型化；不足的是受單個豎爐內氣流行程較短的影響，爐頂煤氣溫度較高，綜合熱利用效率不足，并且當載熱氣體從豎爐上部送入時，對入爐球團的急熱性能要求較高。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提出了一種氣固還原豎爐及生產海綿鐵的方法，通過采用兩個連通的豎爐構造，利用外部的高溫還原氣，將爐內含鐵球團或塊礦與外配還原劑的混合物進行加熱，過程中發生還原劑的干餾，產生的熱解氣與高溫還原氣對含鐵球團或塊礦同時進行還原反應，生成海綿鐵、蘭炭和爐頂煤氣；爐頂煤氣自一側豎爐上部排出，經除塵、焦油脫除、凈化和脫濕后，作為加熱爐的燃料、循環還原氣和循環冷卻煤氣使用；該發明與現有技術相比，外部還原劑干餾產生的熱解氣彌補了外部煤氣成分不足的問題，有利于實現氣基和煤基同步還原；氣體直接傳熱效率高，有利于加速還原反應進程，提高還原效率和提升單位時間的產量；采用連通的雙豎爐構造，煤氣行程較長，使得煤氣有效成分利用率高、高溫還原氣和冷卻煤氣的顯熱回收充分、綜合熱效率高以及爐頂煤氣排放溫度較低；同時煤氣流的在線切換，實現了兩個豎爐溫度場的同步與統一，解決了雙豎爐同步穩定、高效運行的問題。

本發明提供的技術方案為：

一種氣固還原豎爐，包括：第一豎爐和第二豎爐，其特征在于：