[发明专利]一种纯氧两段式预热还原炼铁设备

说明书

本发明涉及一种纯氧两段式预热还原炼铁设备，设有排烟段、预热段、还原段和炉缸段；炉体从上到下设旋风式矿粉喷枪、三次燃烧氧喷枪、二次燃烧氧喷枪、氧枪、煤枪、出铁口和出渣口。本设备矿粉、煤粉以气体为动力介质喷入炉，矿粉及氧气旋风式喷入预热段，强化氧气和矿粉混合使可燃物燃烬，且保证矿粉贴预热段炉壁旋落至还原段强化预热。煤粉喷入金属熔池并溶解到熔池中与矿粉中氧化亚铁反应生成CO与铁水；CO与炉气和煤挥发物上升带动液态金属和渣形成“涌泉”，及与通入的O₂燃烧发热传给涌起的渣和金属液滴，液滴回落将热传给熔池、搅拌熔池及进行还原反应。本设备以煤粉和矿粉进行熔融还原炼铁，实现无焦炭、低排放和低能耗炼铁。

技术领域

本发明涉及一种熔融还原炼铁设备，具体地说是涉及一种纯氧两段式预热还原炼铁设备，属于非高炉炼铁技术领域。

背景技术

目前，使用焦炭的高炉炼铁技术和工艺装备已有400余年历史，是迄今为止最成熟的炼铁装备和工艺。在过去的100多年里，尽管人们对高炉设备进行了许多改进，完善了操作，但高炉的基本原理仍未改变。毫无疑问，高炉是第一和第二次工业革命的基石之一。但是，由于人类文化的外延和技术的进步，高炉仍有明显的不足，主要体现在四个方面：配料中使用高比例焦煤；与焦化和烧结相关联的环境排放问题；不能直接使用粉矿入炉；无法脱磷等。尤其在强调保护环境、绿色发展的背景下，钢铁工业必须不断开发高效、低成本、洁净的冶炼技术，以适应当今环境保护、绿色发展的要求。未来炼铁技术也必须向高效低消耗、节能减排、绿色低碳清洁和智能集约等方面发展。

世界上一些地区已有针对高炉存在的不足而研究了新的非高炉炼铁技术，且已取得一些成功，如含碳球团的回转窑、隧道窑、转底炉技术。现有的回转窑炉，其冶炼温度在1100～1200℃，冶炼温度低，Zn和Pb的收得率低，产品金属化率低，提高冶炼温度虽然可以提高Zn、Pb的收得率和产品的金属化率，但存在炉窑“结圈”等问题，严重影响作业率，这也是制约回转窑发展的主要原因。

转底炉技术在进行冶金粉尘综合处理时，具有还原反应速度快，资源利用效率高的特点，为钢铁企业固体废弃物的利用提供了一种高效的设备。目前国内已建成多条转底炉生产线，生产实践表明，转底炉及其工艺在处理含锌冶金尘泥方面的技术是成熟的，但存在工艺燃料消耗大，生产成本高，且金属化球团属于半成品，使其利用受到限制。

由德国的科夫(KORF)公司和奥地利的奥钢联联合开发的Corex技术，综合了较成熟的竖炉和煤气化两种工艺,在竖炉内进行含铁料预还原,用煤炭流化床作熔炼容器进行终还原及煤气化。Corex是最早实现商业化和工业化的熔融还原炼铁技术，但该技术对原燃料要求苛刻、设备复杂、寿命较高炉低，不利于该技术的推广。由韩国POSCO公司基于Corex技术开发的商业化Finex技术也已实现工业化生产，但是Finex技术投资成本巨大，生产成本也高于传统高炉，且仍然依赖焦炭，对原料要求较高。

由澳大利亚力拓公司主导的HIsmelt技术是目前最可能实现产业化的一项技术，其基本工艺路线类似于Finex技术，但比其更具吸引力的是，HIsmelt技术在冶炼矿种，如在可以直接冶炼高磷矿等所取得的工艺参数方面，比Finex技术更具应用前景。

HIsmelt熔融还原炉(SRV)的主体设备外壳由上部水冷炉壳和下部砌筑耐材的炉缸组成，用下倾斜式水冷喷枪将煤和部分矿粉高速喷入熔池，喷入的矿粉与富碳铁水接触后还原熔炼；由顶部喷枪鼓入1200℃富氧热风,与熔池上部煤气(主要成分CO)混合并在上部氧化区燃烧，维持炉内热平衡所需热量。但该工艺也存在一些不足，从炉顶排出的炉气为低热值的煤气，温度高达1400℃左右，热能利用率低；还有产能较小，耐火材料侵蚀、破损严重，工序能耗及生产成本优势不明显，真正在大生产中推广应用的时间相对较短。

发明内容