[发明专利]一种气固还原竖炉及生产海绵铁的方法

说明书

本发明提供一种气固还原竖炉及生产海绵铁的方法，气固还原竖炉采用两个竖炉，两个竖炉的炉顶煤气、高温还原气、中间煤气和冷却煤气相连；生产海绵铁的方法：含铁球团或块矿与外配还原剂混合后连续加入两个竖炉，高温还原气在换向阀组切换下进入竖炉，沿气流方向，在第一竖炉和第二竖炉内同时进行并流加热和逆流蓄热，发生干馏和还原反应，生成海绵铁、兰炭和炉顶煤气；炉顶煤气经净化后，作为加热炉燃料、循环还原气和循环冷却煤气使用；通过气体传热，热效率提高，有利于加速还原进程；连通的双竖炉构造，使得煤气行程延长，炉顶煤气温度降低，煤气利用率提高；煤气流的在线切换，实现了双竖炉温度场同步与统一，解决了同步运行问题。

技术领域

本发明属于直接还原技术领域，具体涉及一种气固还原竖炉及生产海绵铁的方法。

背景技术

为了摆脱焦煤资源短缺对冶金工业发展的羁绊，适应环境保护的要求，进一步地降低炼铁工序能耗，以直接还原为主要发展方向之一的非高炉炼铁技术，日益成为了钢铁行业发展和关注的热点。

直接还原技术作为一种新的炼铁技术，有气基直接还原和煤基直接还原两种。其中气基直接还原以H2和CO组成的还原气为还原剂，在竖炉或罐式炉内将铁矿中的氧化铁在固态温度下还原成海绵铁；气基直接还原具有单位容积利用高、气体直接传热效率高、生产效率高等优点，而成为现有直接还原工艺的主流技术，典型如MIDREX法和HYL法；而煤基直接还原主要以非焦煤作为还原剂，在回转窑、转底炉或循环流化床内将铁矿石中的氧化铁在固态温度下还原成海绵铁；煤基直接还原不受天然气资源的限制，适用的煤种较多，比较适合天然气资源比较匮乏而煤资源充裕的地区；但煤基直接还原的产能规模有限，难以满足大规模化生产的需要，分析其主要原因，除了受现有煤基直接还原装置的物料运行方式影响，还在于现有煤基直接还原工艺的热效率不高，导致物料所需的还原时间较长。

为了克服现有煤基直接还原的不足，不少科技工作者提出采用气固还原相结合的方式，并借鉴于物料在竖炉中自上而下的运行特点，来进一步地提高煤基直接还原的热效率和还原效率，以期实现扩大单台套装置的产能规模。如专利CN110106303A提出的在竖炉内设置多层、若干的耐热钢管，通过喷入高温还原气，实现在煤基还原同时达到气体还原的效果，其优点是充分解决了高温还原气入炉的方式问题，不足的是炉内还原气管道较多，增加了物料自上而下的运行阻力，耐热管磨损较大且材料成本较高，单套装置大小受限，难以大型化；如专利CN110438278A和CN110453027A分别提出的从竖炉上部和竖炉中部，采取逆流或顺流的方式向竖炉内喷入载热气体，实现对高挥发分煤的干馏并产生的热解气，过程中对入炉含铁矿石进行还原，最后产品为还原铁和半焦，其优点是借鉴了气基竖炉传热特点，以高挥发固体碳素料的热解气作为还原气，实现了气固还原的有机结合，装置容易大型化；不足的是受单个竖炉内气流行程较短的影响，炉顶煤气温度较高，综合热利用效率不足，并且当载热气体从竖炉上部送入时，对入炉球团的急热性能要求较高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种气固还原竖炉及生产海绵铁的方法，通过采用两个连通的竖炉构造，利用外部的高温还原气，将炉内含铁球团或块矿与外配还原剂的混合物进行加热，过程中发生还原剂的干馏，产生的热解气与高温还原气对含铁球团或块矿同时进行还原反应，生成海绵铁、兰炭和炉顶煤气；炉顶煤气自一侧竖炉上部排出，经除尘、焦油脱除、净化和脱湿后，作为加热炉的燃料、循环还原气和循环冷却煤气使用；该发明与现有技术相比，外部还原剂干馏产生的热解气弥补了外部煤气成分不足的问题，有利于实现气基和煤基同步还原；气体直接传热效率高，有利于加速还原反应进程，提高还原效率和提升单位时间的产量；采用连通的双竖炉构造，煤气行程较长，使得煤气有效成分利用率高、高温还原气和冷却煤气的显热回收充分、综合热效率高以及炉顶煤气排放温度较低；同时煤气流的在线切换，实现了两个竖炉温度场的同步与统一，解决了双竖炉同步稳定、高效运行的问题。

本发明提供的技术方案为：

一种气固还原竖炉，包括：第一竖炉和第二竖炉，其特征在于：