[发明专利]含碳球团煤气循环还原熔分流程

说明书

本发明属于非焦炼铁工艺，特别涉及直接使用非焦煤生产类似传统的高炉铁水的液态金属铁。

德国人发明的、奥钢联和南非联合开发的COREX流程，其特点是将熔融气化炉产生的氧化度小于4％、1100℃至1200℃的煤气通过高温除尘，使其温度降低到850℃左右，然后利用这种煤气还原传统的球团矿、烧结矿后天然块矿至预还原度到90％左右，投入熔融气化炉气化炉进行最后的还原和熔分。这种工艺在直接使用非焦煤生产液态生铁的同时避免了其它生产液态生铁存在的非焦炼铁流程的高温、高FeO炉渣对耐火材料的侵蚀问题。但是该流程的缺点是由于熔融气化炉产生的煤气必须通过高温除尘和降温后才能供给预还原使用，因此过程热损失大，单位能耗高，此外煤气高温除尘也较困难。另一方面，由于该流程中的铁氧化物的还原绝大部分是在850℃以下以气—固反应的形式进行，因此铁矿石的预还原构成了其整个流程的限制性环节，生产效率较低。

日本开发的DIOS，美国开发的AISI，澳大利亚等开发的HIsmelt等都属于追求高二次燃烧率的“二步法”熔融还原。这些流程的共同特点是利用终还原炉(或铁浴炉)产生的氧化度为40至70％的煤气，将其温度降到800℃左右，加热还原铁矿石或铁矿粉，使之还原至FeO，然后投入终还原炉，进行终还原和渣铁分离，终还原炉内的二次燃烧率控制在40至70之间。这些工艺的特点是铁氧化物大部分在高温熔融状态下进行，因此其生产速度快。但是由于这些流程的二次燃烧热效率不理想加上逸出终还原炉的煤气物理热利用效果极差，因此单位能耗较高。另外也正因为这些流程追求高二次燃烧率，使大量的铁氧化物进入终还原炉，因此在终还原炉内产生大量的高温、高FeO熔渣，这种熔渣对耐火材料的侵蚀迄今为止还是一个无法克服的难题。

前苏联开发的Romelt流程属于典型的“一步法”熔融还原。其特点是粉状或块状的含铁原料、熔剂及煤直接投入熔融还原炉，使铁氧化物直接在熔融状态下还原，熔融还原炉内的二次燃烧率控制在50至90％之间。此外为了避免高温、高FeO熔渣对耐火材料的侵蚀，在熔融还原炉中在渣层部位采用了水冷炉壁。这种流程工艺简单，对原燃料的适应性强，生产效率高；但由于流程自身几乎无法利用逸出熔融还原炉的高温煤气中的物理热、熔融还原炉中的二次燃烧热效率较低，再加上熔融还原炉内的水冷炉壁需强冷，致使熔融还原区的大量宝贵的高温热量被带走，因此该流程的单位能耗高，单位净能耗更高。

本发明的目的在于提高流程的总热效率，大幅度地降低单位能耗。

本含碳球团煤气循环还原熔分流程(PGC)是利用煤气的氧化度≤25％的还原性煤气、中性煤气或惰性气流作为循环传热介质，在1050至1150℃下加热含碳球团，使含碳球团中的碳还原其中的铁氧化物，直到其预还原度≥90％，然后将预还原后的含碳金属化球团在高温状态下直接投入渣铁熔分炉进行进一步还原和熔化、使其渣铁分离以获取类似传统的高炉铁水的液态金属铁。在渣铁熔分炉内的二次燃烧率控制在15至25％之间。

本发明的循环传热介质(惰性气体、还原性煤气或中性煤气)是利用蓄热式热风炉由工艺自身所产生的一部分煤气或其它燃气或燃油燃烧加热。

与其它的熔融还原流程一样，PGC流程可直接利用矿粉和非焦煤生产铁水，从而取消了炼铁对焦炭的依赖。但与其它熔融还原流程相比，PGC流程除了在煤耗和氧耗方面的优越性之外还有以下优点：1.煤气在常温下除尘，避免了高温煤气除尘的困难。

与COREX流程相比，PGC流程以4,000至4,100Nm³洁净煤气兑入终还原炉产生的400至500Nm³荒煤气，这样即使终还原炉的粉尘吹出量为100kg/tHM，进入预还原竖炉的煤气中的热煤气的含尘量也不过25g/Nm³。因此PGC流程避免了高温煤气的除尘的困难，而只要对逸出竖炉的荒煤气在常温下除尘，故而PGC流程将可以利用现有高炉成熟的煤气除尘技术，大大提高了除尘效率，同时降低除尘消耗。2.避免了熔融还原流程中高温FeO对终还原炉耐火材料的侵蚀