[發明專利]一種直接熔融還原爐

在審

• 申請號: 202211205633.7
• 申請日: 2022-09-29
• 公開（公告）號: CN115418428A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 閆方興;孟玉杰;蘭吉然;梅叢華;章啟夫;侯健;毛慶武
• 申請（專利權）人: 北京首鋼國際工程技術有限公司
• 主分類號: C21B13/00
• 分類號: C21B13/00
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 王普玉

1.一種直接熔融還原爐，其特征這樣，包括煙氣室(1)，富甲烷氣體噴槍(2)，富氧氣體噴槍(3)，燃氣噴槍(4)，固體粉料噴槍(5)，爐缸內襯(6)，前置爐(7)，渣口(8)，直接熔融還原爐(9)，錐段(10)，煤氣出口(11)和水冷壁(12)；直接熔融還原爐(9)下部呈圓柱形，內部砌筑有爐缸內襯(6)，并與前置爐(7)連通，直接熔融還原爐(9)上部與錐段(10)和煙氣室(1)依次連接，煙氣室(1)上設有煤氣出口(11)；直接熔融還原爐(9)爐殼內表面，爐缸內襯(6)以上，設有水冷壁(12)，直接熔融還原爐(9)爐缸上方設有渣口(8)；直接熔融還原爐(9)沿圓周方向設有固體粉料噴槍(5)，固體粉料噴槍(5)上部設有燃氣噴槍(4)；錐段(10)中部設有富氧氣體噴槍(3)，煙氣室(1)的煤氣入口段設有富甲烷氣體噴槍(2)。

2.根據權利要求1所述的直接熔融還原爐，其特征在于，所述的直接熔融還原爐(9)爐缸底部設有殘鐵口和殘渣口，用于停爐時排凈渣鐵，直接熔融還原爐(9)爐內的操作壓力為-180至160kPa，從下至上可分為液態金屬區、渣鐵混合區和二次燃燒區。

3.根據權利要求1所述的直接熔融還原爐，其特征在于，所述的固體粉料噴槍(5)位于爐缸內襯(6)側壁上方，沿圓周方向均勻分布，數量為2～8支，固體粉料噴槍(5)的中心線與垂直方向夾角ε大小為20°～80°。

4.根據權利要求1所述的直接熔融還原爐，其特征在于，所述的渣口(8)數量為1～2個，與前置爐(7)在圓周方向夾角為90°或180°。

5.根據權利要求1所述的直接熔融還原爐，其特征在于，所述的燃氣噴槍(4)沿圓周方向均勻分布，數量為1～4支，燃氣噴槍(4)的中心線與垂直方向夾角δ大小為20°～80°。

6.根據權利要求1所述的直接熔融還原爐，其特征在于，所述的富氧氣體噴槍(3)沿圓周方向均勻分布，數量為2～8支，垂直布置角度α大小為20°～80°，水平布置角度β大小為0°～90°，富氧氣體的氧氣含量為35％～99.5％。

7.根據權利要求1所述的直接熔融還原爐，其特征在于，所述的富甲烷氣體噴槍(2)沿圓周方向均勻分布，設置層數為1-4層，每層噴槍數量為2～8支，水平布置角度γ大小為0°～80°。

8.根據權利要求1所述的直接熔融還原爐，其特征在于，所述直接熔融還原爐的使用方法的具體步驟及參數如下：

1)鐵礦粉與煤粉和熔劑混合后經固體粉料噴槍(5)噴入直接熔融還原爐(9)爐缸底部的液態金屬區中，鐵礦粉還原反應主要發生在液態金屬區和渣鐵混合區，噴射入爐的含鐵物料、載氣和煤粉在熔池區域形成攪拌、噴濺和劇烈反應；

2)來自固體粉料噴槍(5)的含鐵物料與鐵水接觸后與鐵水中的溶解碳發生還原反應生產CO，煤粉則遇熱后揮發份揮發，并與鐵水發生滲碳反應，未來得及完全反應的鐵礦粉和煤粉上浮進入渣鐵混合區域繼續進行還原反應；

3)渣鐵熔池還原形成的熔池煤氣上升至二次燃燒區后，與來自富氧氣體噴槍(3)的富氧熱風再次發生氧化反應，放出大量熱量并向熔池傳遞熱量，熔池熔態渣鐵液滴的噴濺過程提高了傳熱效率；

4)直接熔融還原爐(9)內冶煉過程產生的熔渣通過渣口(8)周期性排出爐外，鐵水則通過前置爐(7)排出爐外；

5)二次燃燒反應產生的高溫煤氣在與熔池換熱后，上升進入頂部的煙氣室(1)，1500℃～1650℃的高溫煤氣在煙氣室(1)入口與富甲烷氣體噴槍(2)噴吹的含甲烷氣體混合，在煤氣粉塵中金屬鐵的催化作用下，甲烷與煤氣中的CO₂和H₂O發生重整裂解反應，反應方程式如下：

CH₄+CO₂＝2CO+2H₂

CH₄+H₂O＝2CO+3H₂；

6)降溫后的高溫煤氣通過煤氣出口(11)排出爐外，進入后續煤氣凈化和低溫余熱回收工序。