[发明专利]用煤粉和铁矿粉直接冶炼铁水的方法及装置

说明书

本发明属于铁的冶炼。

不用焦炭，直接用非炼焦煤生产铁水的方法是目前国内外钢铁行业竞相研究的课题。在现有技术中需采用优质还原气，并用还原气在另一个分开的竖炉或流化床上预还原铁矿石，或使用一部分焦炭或型煤，或必须使用大量纯氧或电力进行炼铁，其工艺复杂，成本高。

在中国专利申请中，CN85100843A和CN85101937A提供了类似的炼铁方法。它们的主要缺点是：前一种炼铁方法尚未完全摆脱对焦炭或型煤的依赖;而后一种方法得到的是粒铁，而不是铁水，用这种粒铁生产铸件或作炼钢原料时，还要消耗较多的电能或燃料，使之熔化。

美国专利US3953196陈述了一种金属氧化物的直接还原工艺。该工艺使用含5～30%含碳物料的球团加入竖炉直接还原。该竖炉上部为预热区，中部为还原区，下部为一个能控制气氛的熔化区。在竖炉中被加热和还原的球团在熔化区生成渣、铁，并放出炉外。在燃料燃烧的火焰供热时，为了防止还原球团中的铁被再氧化，该专利采用一个隔墙将反应器炉瞠分成最终加热区（氧化区）和控制气氛区（还原区）。为此，不仅使燃料消耗成倍增加，而且要在同一反应器中，同时实现氧化（燃料完全燃烧）和还原气氛，在理论和实践上都是难以实现的。

本发明的目的在于提供一种以铁矿粉或氧化铁皮、铁屑为原料，以非炼焦煤为燃料和还原剂，直接冶炼铁水的方法及其装置。

本发明采用冷固结含煤铁矿球团作炼铁原料，用非炼焦煤粉为燃料和还原剂直接冶炼铁水。

冷固结含煤铁矿球团的化学组成（重量%）如下：铁矿粉（或氧化铁皮、铁屑）60～70%，煤粉20～30%，粘结剂5～10%，熔剂2～5%。煤粉中烟煤占15～20%，其余为无烟煤或焦炭粉或木炭粉。粘结剂为水泥、废纸浆液、石灰、水玻璃、皂土或腐殖酸钠等中的任两种或两种以上。熔剂为石灰粉或石灰石粉，以及荧石等。

冷固结含煤铁矿球团可以用园盘造球，也可用钢模或对辊压球。生球团经低温干燥或自然干燥后即可入炉冶炼。

由球团冶炼铁水是在煤粉炼铁炉中进行。该炉由前炉和后炉等组成。一部分煤粉由一次风口喷入前炉燃烧提供热量，用于还原和熔化球团;同时，产生的高温低质还原气从火道进入后炉，与含煤铁矿球团逆流换热，实现预热预还原，随后，球团熔化进入前炉过热、终还原，实现渣-铁分离。本发明的方法系连续生产，分批上料，分批出铁出渣。

该方法具有以下几个显著特点：

1、由于铁矿粉与煤粉比表面积大，在球团内均匀分布，密切接触，故采用含煤球团比铁矿石或氧化铁球团传质速度快，反速度高，可以利用燃煤产生的高温低质煤气实现预还原。

2、燃料充分利用，含煤球团有较强的抗氧化能力。本方法中煤在前炉可以实现很高的完全燃烧率，即CO二次燃烧率达80%以上，煤气过剩量很低，这样燃料利用充分，大大提高了输入炉中的能量密度。另外燃煤产生的高温烟气在后炉与含铁矿球团逆流换热，热效率高，球团入炉后很快达到1000℃以上，在后炉下部球团的金属化率可达到0.45～0.90。

3、投资少，设备较简单，炉内无运动部件，生产率高，生产费用低，可以适用广大地区因地制宜地发展中小型炼铁工业。

附图说明：

附图1为用煤粉和铁矿粉直接冶炼铁水的工艺流程图。

附图2为煤粉炼铁炉装置的结构示意图。

附图1中，1、2、3、4分别为煤粉、铁矿粉、熔剂和粘结剂的储罐，5为配料和混料器，6为辗压、混捏工序，7为成型，8为干燥固结，9为过筛，10为煤粉炼铁炉冶炼铁水。

附图2中，11为鼓风机，12为煤粉储罐，13为一次风管道，14为热风输送管道，15为前炉，16为后炉炉底小车，17为后炉（竖炉），18为预热器，19为烟道换热器，20为上料机，21为一次风口，22为二次风口，23、24分别为前炉的出铁水口和出渣口。

前炉15为卧式或立式园柱形结构，其长度或高度与直径之比为（3～4）∶1;后炉是断面为园形的竖炉，其高度与直径之比为（5～10）∶1。

前炉15既作为煤粉空气旋风燃烧室，产生炼铁所需的热量，又作为熔池，炉渣-铁水在此分离、过热。分别出渣出铁水。后炉17对球团进行预热和熔化。后炉炉底小车16分别与前炉15和后炉17相连接，该小车是活动的，为插接式结构，并安放在轨道上，可以拉出，与前炉15和后炉17分开，便于更换和检修炉底。为了提高前炉15的热效率，可在一次风口处安装旋风悬浮式或蜗壳式或侧壁切线送粉式的煤粉燃烧装置。