[发明专利]一种充分预热和气相预还原的煤气化协同熔融铁还原装置及方法

说明书

本发明涉及一种充分预热和气相预还原的煤气化协同熔融铁还原装置及方法，属于钢铁冶炼技术领域。该装置包括铁矿粉制备系统、煤粉制备系统、高温气化熔融段、中温炭化段、焦粉分离装置、低温多级气相还原预热段；高温气化熔融段与中温炭化段由U型结构连接，下部为公用灰斗，灰斗下设渣池和捞渣机；高温气化熔融段为立式下行床设计，液态排渣，上端为焦粉给料口，半还原铁矿粉熔融还原；中温炭化段为立式上行床设计，煤粉经过炭化过程制焦；中温炭化段上端连接焦粉分离装置，焦粉分离装置连接低温多级气相还原预热段，铁矿粉充分预热促进了预还原。最终完成铁矿粉的气相还原和熔融还原过程，实现充分预热促进预还原的短流程炼铁工艺。

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种充分预热和气相预还原的煤气化协同熔融铁还原工艺。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

中国的钢铁生产主要以焦化、烧结、球团、高炉、转炉的长流程冶炼为主。高炉炼铁是现代钢铁生产的重要环节，它是应用焦炭、含铁矿石和熔剂在高炉内连续生产液态生铁的方法。近年来，中国的高炉炼铁技术快速发展，不断向自动化、大型化、高效化前进，但高炉炼铁行业也面临着趋于饱和、经济收益低、世界市场竞争力不足等问题。随着国家提出钢铁工业要实现供给侧结构性改革以及环保限产造成炼铁能耗升高，促使现有高炉炼铁流程进行结构性改革。为了摆脱焦煤资源短缺对炼铁发展的限制，适应日益严格的环保要求，短流程炼铁技术逐渐成为钢铁行业的研究热点，但是现有的短流程炼铁工艺存在余热回收低、原料成本较高等问题。

专利CN201811303409.5一种短流程熔融还原炼铁系统及方法，铁矿粉直接还原与粉焦制备装置为底部相通的U型结构，两侧分别为低温还原段、高温还原段，底部为熔融还原段，熔融还原段的底部得到铁水，所述煤粉制备装置、铁矿粉制备装置分别与低温还原段中下部、底部连接，低温还原段与气固分离装置连接，气固分离装置分别与高温还原段的顶部燃烧装置、中部连接。但由于该装置采用两段式，只有是低温还原段和高温还原段，因此，矿粉预还原和煤粉制焦均在低温还原段进行，后续还要对焦铁进行分离，装置结构复杂。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种充分预热和气相预还原的煤气化协同熔融铁还原工艺。将煤粉进行炭化制焦，所得焦粉在纯氧条件下燃烧与气化形成还原性气氛，加入的半还原铁矿粉在还原气氛中熔融还原并实现渣铁分离，最终铁矿石还原为铁；同时，制焦过程产生的煤气多级气相还原预热，携带上一级铁矿粉进入铁矿粉分离器和预还原反应器，对铁矿粉起到预热和预还原作用，预热促进了预还原过程，充分利用了煤气热值。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种充分预热和气相预还原的煤气化协同熔融铁还原装置，包括：铁矿粉制备系统、煤粉制备系统、高温气化熔融炉、中温炭化炉、灰斗、一级铁矿粉分离器、二级铁矿粉分离器、预还原反应器；高温气化熔融炉与中温炭化炉由U型结构连接，下部为公用灰斗，高温气化熔融炉顶端设置有燃烧器，所述中温炭化炉上部与焦粉分离器的相连，所述焦粉分离器的顶部分别与二级铁矿粉分离器的底部出口和预还原反应器的侧壁上的进口相连，所述焦粉分离器的底部出口与燃烧器相连，所述预还原反应器的底部出口与高温气化熔融炉相连，所述预还原反应器的顶部出口分别与二级铁矿粉分离器侧壁的进口和一级铁矿粉分离器的底部的出口相连，所述二级铁矿粉分离器顶部的出口与所述一级铁矿粉分离器侧壁的进口相连，所述一级铁矿粉分离器与铁矿粉制备系统相连，所述中温炭化炉与煤粉制备系统相连，所述灰斗与渣池相连。

本发明提出一种煤气化协同铁还原工艺，将产生的煤气用于铁矿粉预热和预还原，采用两级铁矿粉分离器和预还原反应器，对铁矿粉的预热促进了预还原，再对预还原后的铁矿粉熔融还原，形成了一套流程短、能耗低的炼铁工艺，对短流程炼铁工艺的发展具有重要意义。