專利名稱：還原室和加熱室多層密閉間隔和熔融氣化聯(lián)合金屬冶煉法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主要應(yīng)用鐵和其它金屬氧化物還原的新技術(shù)，應(yīng)用于金屬冶煉領(lǐng)域，尤 其是鐵的冶煉。
背景技術(shù)：
目前，由鐵礦石為原料冶煉金屬鐵主要有高爐冶煉和非高爐冶煉兩類方法-1、 高爐煉鐵法高爐是一種氣固液逆流還原反應(yīng)裝置，可以直接生成熔融液態(tài)鐵，由于是氣固液逆流需 要對原料的透氣性要求比較嚴(yán)格，需要煉焦和燒結(jié)作為其原料造塊和改善冶金性能，還需要 爐渣有良好的流動(dòng)性。高爐煉鐵法是目前應(yīng)用最廣泛、單體規(guī)模最大、勞動(dòng)生產(chǎn)效率最高、 成本最低、技術(shù)最成熟的煉鐵方法，但是它也遇到了下列無法解決的問題焦?fàn)t和燒結(jié)工序 對環(huán)境污染比較嚴(yán)重導(dǎo)致運(yùn)用高爐生產(chǎn)的企業(yè)社會(huì)環(huán)保壓力不斷增大，焦煤資源不足導(dǎo)致焦 炭價(jià)格不斷攀升，優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源逐漸緊張導(dǎo)致不利于爐渣流動(dòng)性的高氧化鋁含量的礦石使 用量被迫增加，并導(dǎo)致各種經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)下降。2、 非高爐煉鐵法針對高爐存在的問題，出現(xiàn)了多種非高爐煉鐵法，這些方法均不需要煉焦和燒結(jié)，對煤 和鐵礦石原料的要求也沒有高爐嚴(yán)格，這些還原法可以分為氣基和煤基兩類。氣基法都屬于 直接還原，由于主要使用天然氣為還原劑，故只有在海灣國家和委內(nèi)瑞拉等天然氣價(jià)格極為 低廉的又缺乏煤炭資源的國家應(yīng)用才有經(jīng)濟(jì)效益。煤基法又可以分為直接還原和熔融還原兩 類，直接還原法的產(chǎn)品只能是海綿鐵，需要使用電爐才能生產(chǎn)鐵水，由于電熔煉成本較高影 響了直接還原法的成本，故直接還原一般只有直接出售海綿鐵替代廢鋼時(shí)才有較好的效益， 無法替代高爐煉鐵法。煤基直接還原的技術(shù)沒有氣基直接還原法成熟，常見的幾種方法都有 比較難解決的技術(shù)難題，比如豎窯的結(jié)瘤問題、流化床法的流態(tài)化控制的問題、回轉(zhuǎn)窯法的 結(jié)圈問題、敞焰含碳球團(tuán)還原法的難脫硫和脈石選別難的問題，以及隧道窯的產(chǎn)能低能耗偏大 間歇作業(yè)的問題。 一般煤基熔融還原法存在兩個(gè)問題，個(gè)是爐渣氧化亞鐵含量高造成鐵損大且爐襯壽命太短；二是煤單耗太大，只能通過提高煤氣二次燃燒率的方法降低煤耗。多種 耗費(fèi)巨資進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)的熔融還原法成功生產(chǎn)出鐵水，因不能很好地解決上述兩個(gè)問題造 成成本偏高無法投入工業(yè)運(yùn)用，現(xiàn)己投入工業(yè)生產(chǎn)的煤基熔融還原法只有三種1) CROEX法CROEX法由德米克斯公司和奧鋼聯(lián)聯(lián)合開發(fā)，該法以球團(tuán)和部分塊礦為含鐵原料，焦炭和 焦煤的使用量也低于高爐。該法的特點(diǎn)是第一步使用來自熔融氣化爐煤氣直接還原球團(tuán)和塊 礦，實(shí)質(zhì)就是德米克斯氣基還原法除去脫除二氧化碳部分，第二步再將還原生成的團(tuán)塊狀海 綿鐵和塊煤一起落入熔融氣化爐，在熔融氣化爐底部吹入純氧，通過類似高爐的氣固液逆流 換熱和部分還原產(chǎn)生鐵水，并把爐渣中的氧化亞鐵降低到一般高爐渣的水平，同時(shí)直接還原 的使用減少了熔融氣化爐對熱量的需求，純氧使用又提高了熱效率，又產(chǎn)生了適用于直接還 原的高C()濃度的煤氣，所以該法即保證了爐襯壽命，又無需進(jìn)行二次燃燒就可產(chǎn)生鐵水爐渣， 故獲得了工業(yè)應(yīng)用的成功。CROEX投入工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)二十多年了 ，但目前世界只有4座CR()EX 爐在生產(chǎn)，該法得不到廣泛應(yīng)用的原因主要有1、純氧的大量使用增加了電耗；2、 CR0EX 爐的煤耗仍然高于高爐40% 50%，但其煤氣熱值也要高于高爐煤氣很多，只有充分利用其 煤氣才能較好的消化其煤耗成本高的問題；3、設(shè)備太高、投資太大、單體爐產(chǎn)量規(guī)模低于高爐；4、專利和技術(shù)費(fèi)用太高；5、不能使用粉礦和燒結(jié)礦，只能用成本較高的塊礦和球團(tuán)；6、對煤的品質(zhì)要求比較嚴(yán)格，還得使用部分焦煤。針對CROEX不能使用低成本粉礦的問題，印度京德爾公司采用了向熔融氣化爐內(nèi)噴吹部分粉礦的方法，在一定程度上降低了成本,但粉礦率只有10%左右。2) FINEX法FINEX法是由韓國浦項(xiàng)公司在CROEX法的基礎(chǔ)上，借鑒了FINMET氣基流化床粉礦還原法'研究發(fā)展出來的一種煉鐵法。韓國浦項(xiàng)公司所處的地理位置決定粉礦是成本最低的鐵礦石' 仴該公司的CROEX爐只能使用球團(tuán)和塊礦使原料成本偏高，故韓國浦項(xiàng)公司開發(fā)FINEX法是以 使用粉礦為目的的。FINEX法的第一步是使用熔融氣化爐產(chǎn)生的煤氣通過流化床還原粉礦，再 將還原成的海綿鐵使用壓塊機(jī)熱壓成塊，通過帶保護(hù)氣的輸送帶送入熔融還原爐，第二步熔 融氣化爐內(nèi)的反應(yīng)過程和CROEX完全一樣。FINEX法雖然原料成本低于CROEX法，但CROEX法的 其它缺點(diǎn)仍然沒有解決，投資還要高于CROEX法20W左右，技術(shù)成熟度比CROEX法低。3) Hismelt法Hismelt法由力拓集團(tuán)、三菱、紐柯、首鋼共同投資開發(fā)，目前在澳大利亞已有一座爐子 投入生產(chǎn)運(yùn)行。該法的特點(diǎn)是將粉礦和破碎后的煤、造渣熔劑先流態(tài)化，然后用Hismelt煤氣 部分預(yù)還原粉礦，再將粉礦、煤和造渣熔劑通過水冷噴槍和高壓氮?dú)鈬娙際ismelt爐的鐵水中， 使用"鐵浴還原"的方法還原粉礦，粉礦還原產(chǎn)生的一氧化碳和煤中的揮發(fā)分揮發(fā)產(chǎn)生的氣 體噴涌上升形成"噴泉"現(xiàn)象，這些氣體再和Hismelt爐上部噴入的高溫富氧空氣燃燒反應(yīng)形 成極高的溫度，并將熱量傳導(dǎo)給鐵水和爐渣熔液，最后通過虹吸的方式流出鐵水和爐渣。 Hismelt法利用高速"鐵浴還原"的方法成功避開了氧化亞鐵的生成和進(jìn)入爐渣，保護(hù)了爐襯， 但利用爐鐵水熔液上部煤氣二次燃燒產(chǎn)生熱量，并通過氣液界面?zhèn)鲗?dǎo)熱量的難度較大，雖然 利用了 "噴泉"現(xiàn)象增大了接觸面積和熔液內(nèi)部的熱傳導(dǎo)速率，還需要從上鼓入了高達(dá)1200 r以上富氧熱風(fēng)，使燃燒溫度高達(dá)2000多'C，才能勉強(qiáng)滿足熔液還原和熔化熱量的需要，導(dǎo) 致爐上部必須使用強(qiáng)制水冷濺渣護(hù)爐。Hismelt法還存在投資偏大，鐵水無硅含碳量低不適合 煉鋼使用，爐襯壽命太短，單體設(shè)備規(guī)模偏小，煤氣熱值太低難以利用等諸多問題。發(fā)明內(nèi)容為解決高爐面臨的焦煤和優(yōu)質(zhì)鐵礦石短缺以及各種非高爐煉鐵法存在的種種問題，本發(fā) 明提供了一種全新的金屬氧化物冶煉辦法一還原室和加熱室多層密閉間隔和熔融氣化聯(lián)合金 屬冶煉法，該法主要用于鐵的冶煉，該法不需要要焦炭和燒結(jié)球團(tuán)等污染工序，可以冶煉粉 礦和精礦，可以使用廉價(jià)的煤和其它燃料，可以使用有害元素含量高的廉價(jià)鐵礦石，生產(chǎn)成 本明顯低于目前的高爐和非高爐煉鐵法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是將金屬氧化物的冶煉分為兩步進(jìn)行，第-步是直接還原，第二步是熔融氣化，下面以鐵氧化物冶煉為例敘述一下本發(fā)明的一般技術(shù)方案。一般技術(shù)方案丄)直接還原部分用導(dǎo)熱耐火材料密閉分隔還原室和加熱室，還原室和加熱室多層間隔 排列，加熱室內(nèi)通入預(yù)熱過的燃料(一般為來自還原室和熔融氣化階段產(chǎn)生的煤氣)和空氣， 燃燒并排出廢氣，廢氣用于預(yù)熱燃料和助燃空氣，加熱室產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)給在還原室，還原 室內(nèi)裝入一定比例煤等還原劑和鐵礦石等金屬氧化物的混合物，被加熱到100(TC上下，鐵等 金屬氧化物逐漸被還原，產(chǎn)生煤氣，控制溫度不能使還原室內(nèi)的原料熔化，直至金屬化率達(dá) 到生產(chǎn)目標(biāo)后，卸出還原室內(nèi)的海綿鐵產(chǎn)品，再裝入煤等還原劑和鐵礦石等金屬氧化物的混 合物，繼續(xù)下一個(gè)周期的生產(chǎn)，多個(gè)還原室依次裝料，依次出料，加熱室一直保持高溫為還 原室提供熱量。加料和出料均便于采用機(jī)械化裝置，加料可采用類似焦?fàn)t用的裝煤機(jī)，出料 可采用類似推焦機(jī)的裝置推出，也可以采用還原室下部閘門開啟自卸的方式。2)熔融氣化部分設(shè)置一內(nèi)部附有耐火材料密閉容器，此容器名稱定為熔融氣化爐，在容器內(nèi)倒入一定量的鐵水，通過注入口往鐵水中添加直接還原產(chǎn)生的海綿鐵和煤等含碳原料， 并通入氧氣。海綿鐵加入鐵水后熔化增加了鐵水量并產(chǎn)生部分爐渣，同時(shí)造成鐵水溫度降低， 通入的氧氣與鐵水中溶解的碳部分氧化反應(yīng)生成熱量提高了鐵水溫度，并產(chǎn)生煤氣(可用于 直接還原的加熱室燃料)，同時(shí)造成鐵水中溶解的碳量下降，添加的煤等含碳原料中的碳溶解 于鐵水，保持了鐵水中的含碳量維持熔融氣化過程的進(jìn)行，就這樣熔融氣化爐保持了熱量收 支和鐵水含碳量的平衡，完成了海綿鐵熔化和渣分離及煤氣生成的任務(wù)。將增量的鐵水和爐 渣排出，留下存量的鐵水繼續(xù)進(jìn)行熔融氣化反應(yīng)。排出的鐵水可以用于煉鋼或鑄鐵，爐渣用 于出售或加工超細(xì)粉等用途。 一般情況下，耐火材料承受溫度有限，為保證耐火材料不損壞 和長壽，需要讓爐渣在較低溫度下熔化，可以與煤和海綿鐵一起向熔融氣化爐內(nèi)添加定數(shù) 量的熔劑(石灰石白云石等)。3)多余煤氣利用部分該方案兩個(gè)過程中產(chǎn)生的煤氣除用于加熱室燃料外，還有富余。 富余煤氣一般可用于加熱爐、發(fā)電、燒石灰、制氫、生產(chǎn)甲醇和氣基直接還原等用途。在上面的一般技術(shù)方案中，直接還原為熔融氣化爐提供海綿鐵，解決了熔融氣化爐內(nèi)產(chǎn) 生FeO的問題，熔融氣化爐產(chǎn)生煤氣解決了直接還原加熱室燃料不足的問題，直接還原和熔融 氣化為同一冶煉流程中的上下工序。但在特殊情況下，這兩個(gè)工序也可以按特殊技術(shù)方案-、 二所述分開使用。特殊技術(shù)方案一-此方案適用于一些有富余燃?xì)鈿獾钠髽I(yè)，比如有富余的焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣或天然氣化 工尾氣等。技術(shù)方案就是直接利用富余燃?xì)膺M(jìn)行直接還原的加熱室加熱，生產(chǎn)出的海綿鐵作 為產(chǎn)品出售。特殊技術(shù)方案二此方案使用于一些需要熔化廢鋼、鑄鐵塊、壓塊的企業(yè)。技術(shù)方案就是直接將廢鋼等金 屬料投入熔融氣化爐熔化，所產(chǎn)生鐵水用于煉鋼，產(chǎn)生的煤氣可按上述方法利用。 本發(fā)明的有益效果是1) 在完成金屬冶煉的同時(shí)完成了煤的氣化，且煤氣中有用組分濃度比例非常高(C0最低 80%)，充分利用了資源，成本低于德士古的水煤漿氣化法和殼牌的干煤粉氣化法。2) 熔融氣化爐中由于沒有氣固液逆流過程，對爐渣流動(dòng)性的要求比高爐來說大大降低， 可以利用價(jià)格低廉的高鋁鐵礦石，無需配加低鋁鐵礦石或硅石來降低爐渣鋁含量。3) 取消了二次燃燒，改為通入氧氣燃燒，解決了向鐵水熔池內(nèi)傳導(dǎo)熱量的難題。4) 在直接還原中密閉隔絕加熱的方法煤鐵礦石混合物的方法有效的避免了牛成的海綿鐵 二次氧化，可以獲得接近100%的初步金屬化率。5) 加熱室和還原室多層間隔結(jié)構(gòu)有效地降低了直接還原裝置的比表面積，每個(gè)加熱室和 還原室的散熱大部分進(jìn)入了其它加熱室和還原室，大大減少了表面散熱損失帶來的能源損耗， 同時(shí)多層結(jié)構(gòu)還有利于機(jī)械化的實(shí)施和生產(chǎn)節(jié)奏安排(與隧道窯相比)。6) 還原室內(nèi)的物料在整個(gè)還原過程中基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，有效的避免了類似回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈、 豎窯結(jié)瘤、流化床流態(tài)化控制難度大的問題。7) 直接還原的高金屬化率使熔融氣化爐避開了FeO這個(gè)階段，從而解決了爐襯壽命短和 爐渣帶鐵多鐵損大的問題。8) 本發(fā)明冶煉出鐵水不需要燒結(jié)、煉焦，減少了環(huán)境污染，即降低了生產(chǎn)成本，又能充 分利用非焦煤和廉價(jià)鐵礦石資源。


圖l是本發(fā)明的直接還原示意圖。 圖2是本發(fā)明的熔融氣化爐示意圖。 圖3是本發(fā)明的一般技術(shù)方案工藝流程圖。只體實(shí)施方式在圖1中，助燃空氣和煤氣等燃料的比例要保持一定的空氣過剩系數(shù)，并根據(jù)燃料的性質(zhì) 選用適當(dāng)?shù)臒欤瑹斓臄?shù)量和分布要滿足加熱室內(nèi)溫度均勻的要求。除雜質(zhì)含量較高的燃 料外，其它燃料和助燃空氣都應(yīng)該進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱的熱量來自加熱室燃燒廢氣。所有加熱室 和還原室之間的墻一般選用100 300mm的硅磚砌筑，要保證氣密性良好。在圖2中，熔劑和金屬料可以從鐵水上方投入，煤粉一般應(yīng)吹入鐵水內(nèi)部，氧氣必須吹入 鐵水內(nèi)部，頂吹、底吹、側(cè)吹或多種方式復(fù)合吹入均可，熔融氣化爐上部為密閉結(jié)構(gòu)用于回 收煤氣，爐身主體一般采用固定結(jié)構(gòu)，無需轉(zhuǎn)動(dòng)，其出鐵出渣方式一般采用虹洗或溢流的方 法，整個(gè)熔融還原爐的爐型、噴槍、加料口的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能降低煤氣上升的速度，抑制爐塵 的吹出量，同時(shí)也要兼顧鐵水成分的均勻分布?？梢钥紤]使用生成煤氣對加入料進(jìn)行預(yù)熱。在圖3為一個(gè)典型的應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行鐵礦石冶煉為鐵水的工藝流程示意圖，其中煤氣處理 需處理直接還原裝置和熔融氣化爐產(chǎn)生的兩種煤氣，其煤氣處理裝置可以并非一套和同樣性 質(zhì)的煤氣處理裝置。
權(quán)利要求
1. 一種金屬還原冶煉的方法，名稱為“還原室和加熱室多層密閉間隔和熔融氣化聯(lián)合金屬冶煉法”，用于生產(chǎn)金屬熔液和煤氣，其特征在于首先將煤等還原劑和鐵礦石等金屬氧化物按一定配比混合后加入直接還原裝置的還原室，來自熔融氣化爐和還原室的煤氣和助燃空氣在加熱室燃燒，熱量通過傳導(dǎo)進(jìn)入還原室，還原室內(nèi)金屬氧化物在高溫作用下被煤等還原劑還原成海綿鐵，再將海綿鐵加入熔融氣化爐在鐵水中熔化，同時(shí)加入煤等含碳物質(zhì)和吹入氧氣，碳溶解于鐵水，氧氣和鐵水中溶解的碳發(fā)生部分氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱量維持鐵水溫度，并產(chǎn)生煤氣供直接還原使用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接還原裝置，其特征是使用導(dǎo)熱材料密閉分隔發(fā)熱室或還原室， 發(fā)熱室通過燃料燃燒或其它方式產(chǎn)生熱量并通過導(dǎo)熱材料傳熱密閉加熱還原室內(nèi)的煤等還原 劑與金屬氧化物混合物還原金屬，還原室和加熱室均為層狀，按加熱室一還原室一加熱室一 還原室一……的形式多層間隔排列，從而達(dá)到降低熱量損失和能源消耗、提高產(chǎn)量、平衡生 產(chǎn)節(jié)奏的目的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熔融還原爐，其特征是熔融還原爐是一個(gè)密閉容器，以鐵水為媒 介，熔化海綿鐵、鐵壓塊、廢鋼等含鐵物質(zhì)，并在鐵水中吹入氧氣，通過鐵水中溶解的碳和吹入氧氣部分氧化反應(yīng)(2C+02=2CO)發(fā)熱保持鐵水溫度，再通過添加煤等含碳物質(zhì)補(bǔ)充 鐵水中溶解的碳，不用依賴煤氣的二次燃燒就可以生產(chǎn)出新增鐵水和煤氣。
全文摘要
為解決高爐面臨的焦煤和優(yōu)質(zhì)鐵礦石短缺以及各種非高爐煉鐵法存在的種種問題，本發(fā)明提供了一種全新的金屬氧化物冶煉辦法—還原室和加熱室多層密閉間隔和熔融氣化聯(lián)合金屬冶煉法，該法主要用于鐵的冶煉，該法不需要要焦炭和燒結(jié)球團(tuán)等污染工序，可以冶煉粉礦和精礦，可以使用廉價(jià)的煤和其它燃料，可以使用有害元素含量高的廉價(jià)鐵礦石，生產(chǎn)成本明顯低于目前的高爐和非高爐煉鐵法。該法對金屬氧化物的冶煉分為兩步進(jìn)行，第一步是直接還原，第二步是熔融氣化。
文檔編號(hào)C21B13/14GK101215614SQ20071000415
公開日2008年7月9日 申請日期2007年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月6日
發(fā)明者明 鄒 申請人:明 鄒