專利名稱：一種分段流化床及使用方法
技術領域：
本發明屬于非高爐煉鐵設備技術領域，特別是涉及一種分段流化床及使用方法， 該裝置可將不同粒度的鐵礦粉在一個流化床內進行分級后，分別進入不同的流化床進行流 態化還原，適用于以鐵礦粉為原料的煉鐵生產。
背景技術：
流化床煉鐵是冶金領域的一項重大工藝，由于流化床沒有透氣性的要求，因此可 以直接使用高爐、豎爐不能直接使用的鐵礦粉，甚至是精礦粉，不但擴大了煉鐵原料的來 源，而且降低了生產成本，提高了產品的競爭力。直接使用鐵礦粉的流化床煉鐵技術是未 來煉鐵工業發展的方向之一，也是目前各國鋼鐵工業競相研究開發的重要領域。奧地利、 韓國、澳大利亞、日本等國家經過長時間的開發研究，開發了多種流化床煉鐵的新工藝和設 備，其中較為著名且常見的有FINMET工藝、FINEX工藝、DIOS工藝和HIsmelt工藝。到目前為止，FINMET和FINEX均實現了工業化生產。FINMET由奧鋼聯開發，是唯 一投入生產的鐵礦粉直接還原技術，在委內瑞拉和澳大利亞得到了工業化生產，但是由于 技術本身以及經濟方面的種種原因限制了 FINMET技術的進一步發展。FINEX技術是奧鋼聯 和浦項聯合開發、唯一投入工業化生產的直接以鐵礦粉為原料的熔融還原工藝，目前在韓 國浦項建有年產150萬噸的工業化生產裝置。根據浦項的計劃，將在2010年年底開始建立 年產200萬噸的生產裝置，并于2012年年底投產。浦項計劃在中國、越南、印度等地推廣該 項技術，并與部分廠商就引進事宜進行了接觸。FINEX技術專利稱其可使用8mm以下的鐵礦 粉，但在實際生產中，其可用的鐵礦粉粒度范圍較專利所提小。DIOS工藝和HIsmelt工藝屬 于熔融還原煉鐵技術領域，均采用“低預還原+高二次燃燒率”的模式，流化床在其中的作 用與其說是還原反應器不如說是預熱設備，而主要的還原反應放到了鐵浴爐中，因此在流 化床煉鐵領域中并不具有代表性。
發明內容
本發明的目的在于提供一種分段流化床及使用方法。分段流化床包括鼓泡流化 床、循環流化床，以下統稱為流化床。解決了小尺度鐵礦粉的預熱和分級的問題，從而達到 能量充分利用的目的。本發明所述的流化床為煉鐵設備，包括上料系統、預熱分級系統、還原系統、排料 系統。上料系統包括儲料罐和物料噴槍；預熱分級系統包括氧氣噴槍和預熱分級流化床，氧 氣噴槍供氧使煤氣燃燒升溫，預熱分級流化床將鐵礦粉預熱并按照粒度對其進行分級；還 原系統包括3-5個還原流化床；預熱分級系統中的預熱分級流化床和還原系統中的還原流 化床采用串聯的方式連接；還原流化床用于還原小粒度、中粒度和大粒度三種粒度的鐵礦 粉，還原三種粒度的三段還原流化床間采用并聯的方式進行連接；還原大粒度鐵礦粉需設 置1-3個還原流化床，之間采用串聯方式連接；排料系統包括預熱分級流化床排料系統和 還原流化床排料系統兩部分，預熱分級流化床排料系統主要將中粒度鐵礦粉和大粒度鐵礦粉排出預熱流化床，小粒度鐵礦粉由于直接被帶出流化床，因此不需要專門的排料系統，還 原流化床排料系統將還原后的直接還原鐵排出還原流化床。本發明所述的流化床的使用方法為1、以鐵礦粉(包括精礦粉)為原料，還原煤氣為熔融還原氣化爐煤氣、煤制氣、天 然氣或焦爐煤氣中的一種或者幾種。2、鐵礦粉由儲料罐加入到預熱分級流化床中進行流態化預熱，在流態化預 熱的過程中，大粒度鐵礦粉(0. 5-8mm)在預熱分級流化床下部流態化，中粒度鐵礦粉 (0.01-0. 5mm)在預熱分級流化床中上部流態化，而小粒度鐵礦粉(< 0. Olmm)則由于氣 體速度超過其終端速度而直接被帶出預熱分級流化床。大粒度鐵礦粉、中粒度鐵礦粉分別 由設在預熱分級流化床底部和中部的物料出口排出，由此可將入爐的鐵礦粉按照粒度分為 大、中、小三個級別，分別進入不同的還原流化床。3、預熱、還原以及流態化所用的還原煤氣溫度控制在600°C -1000°C之間，首 先進入還原流化床段，利用其中的還原氣體以及熱量將鐵礦粉還原，還原度可以達到 33. 3% _98%。從還原流化床段溢出的還原煤氣溫度降至200°C -600°C，通入氧氣進行燃燒 后再進入預熱分級流化床，其目的有二，即能提升煤氣的溫度，便于后續預熱使用；又能使 煤氣中的還原性氣體完全消耗完，充分利用了煤氣中的化學熱。從預熱分級流化床頂部排 出的爐頂煤氣可以再次送入預熱分級流化床，進行鐵礦粉的預熱和分級，從而達到能量充 分利用的目的。由于設備的氣路是依次通過還原流化床和預熱分級流化床，因此其流量是一定 的。為了達到不同粒度鐵礦粉能夠在不同的流化床分別流態化還原的目的，需要對流化床 的尺寸進行區別設計。根據流態化理論，顆粒的臨界流態化速度和終端速度，計算得到流化 床內所使用的氣體速度，再結合還原動力學達到目標還原度對時間的要求以及使用的流量 值計算得到流化床的直徑、高度，并最終確定流化床的具體尺寸。小粒度和中粒度的鐵礦粉 由于粒度小、還原動力學條件好，因此分別只設置一個還原流化床；而大粒度鐵礦粉的還原 動力學較差，達到目標還原度用時較長，因此設置1-3個還原流化床，采用串聯方式連接。 不同粒度鐵礦粉的還原流化床則采用并聯的方式連接。還原得到直接還原鐵，經過壓塊后 可用于熔融還原和高爐生產，亦可直接外售。本發明的優點在于1、利用了流化床設備，與傳統高爐煉鐵工藝相比，可以直接使用鐵礦粉和粒度更 小的鐵精礦粉；2、可省略燒結、球團等環節，降低了原料成本、提高產品的競爭力；3、可以采用熔融還原爐產生的煤氣、煤制氣、焦爐煤氣諸多氣源，煤氣來源范圍 廣，為生產提供了便利；4、采用補噴氧氣來燃燒煤氣，充分利用煤氣中的物理熱和化學熱，節約了能源。
圖1是分段流化床設備的示意圖。其中，儲料罐1、預熱分級流化床2、第四還原流 化床3、第三還原流化床4、第二還原流化床5、第一還原流化床6、小粒度鐵礦粉7、中粒度鐵 礦粉8、大粒度鐵礦粉9、直接還原鐵10、還原煤氣11、爐頂煤氣12、氧氣噴槍13。
具體實施例方式實施例本發明流化床包括上料系統、預熱分級系統、還原系統、排料系統。上料系統包括 儲料罐1和物料噴槍；預熱分級系統包括氧氣噴槍13和預熱分級流化床2，還原系統包括4 個還原流化床；預熱分級系統中的預熱分級流化床2和還原系統中的還原流化床采用串聯 的方式連接；還原流化床可以還原三種粒度的鐵礦粉，用來還原小粒度、中粒度和大粒度鐵 礦粉的三段還原流化床間采用并聯的方式進行連接；還原大粒度鐵礦粉9設置2個還原流 化床，之間采用串聯方式連接；排料系統包括預熱分級流化床排料系統和還原流化床排料 系統兩部分，預熱分級流化床排料系統主要將中粒度鐵礦粉8和大粒度鐵礦粉9排出預熱 流化床，小粒度鐵礦粉由于直接被帶出流化床，因此不需要專門的排料系統，還原流化床排 料系統將還原后的直接還原鐵排出還原流化床。本發明所述的流化床的使用方法為1、以鐵礦粉為原料，還原煤氣為熔融還原氣化爐煤氣。2、鐵礦粉由儲料罐1加入到預熱分級流化床2中進行流態化預熱，并通過流態化 對鐵礦粉按照粒度進行分級，小于0. Olmm的小粒度鐵礦粉7被帶出預熱分級流化床2，從其 頂部排出，進入到第四還原流化床3中進行還原反應；0. 01-0. 5mm的中粒度鐵礦粉8從預 熱分級流化床2的中部排出，進入到第三還原流化床4中進行還原反應；0. 5-8mm的大粒度 鐵礦粉9從預熱分級流化床2的底部排出后依次進入第二還原流化床5和第一還原流化床 6中進行還原反應。三種粒度的鐵礦粉在各自的還原流化床內最終生成不同粒度的直接還 原鐵10。3、所用還原煤氣11的溫度控制在800°C，運動方向與鐵礦粉的運動方向相反，首 先進入第一還原流化床6，然后依次通過第二還原流化床5、第三還原流化床4、第四還原流 化床3，參與鐵礦粉的還原反應，獲得還原度達到93%的直接還原鐵10。還原煤氣11完成還 原任務后，在第四還原流化床3的頂部溫度在350°C，在進入預熱流化床(2)之前通過氧氣 噴槍(13)噴吹氧氣進行燃燒來提高煤氣的溫度，將其升至850°C，同時消耗煤氣中殘余的 CO和H2,充分利用氣體的物理熱和化學熱。從預熱分級流化床2頂部排出的爐頂煤氣12可 以再次送入預熱分級流化床2，進行鐵礦粉的預熱和分級，從而達到能量充分利用的目的。
權利要求
1.一種分段流化床，分段流化床包括上料系統、預熱分級系統、還原系統、排料系統，其 特征在于，上料系統包括儲料罐(1)和物料噴槍；預熱分級系統包括氧氣噴槍(13)和預熱 分級流化床(2)；還原系統包括3-5個還原流化床；預熱分級系統中的預熱分級流化床(2) 和還原系統中的還原流化床采用串聯的方式連接；排料系統包括預熱分級流化床排料系統 和還原流化床排料系統兩部分，預熱分級流化床排料系統主要將中粒度鐵礦粉(8)和大粒 度鐵礦粉(9)排出預熱流化床，還原流化床排料系統將還原后的直接還原鐵(10)排出還原 流化床。
2.根據權利要求1所述的流化床，其特征在于，所述的預熱分級系統中氧氣噴槍供氧 使煤氣燃燒升溫，預熱分級流化床將鐵礦粉預熱并按照粒度對其進行分級。
3.根據權利要求1所述的流化床，其特征在于，所述的還原流化床用于還原小粒度、中 粒度和大粒度三種粒度的鐵礦粉，還原三種粒度的三段還原流化床間采用并聯的方式進行 連接；還原大粒度鐵礦粉(9)需設置1-3個還原流化床，之間采用串聯方式連接。
4.一種權利要求1所述的分段流化床的使用方法，其特征在于，具體步驟為a、以鐵礦粉為原料，還原煤氣(11)為熔融還原氣化爐煤氣、煤制氣、天然氣或焦爐煤 氣中的一種或者幾種；b、鐵礦粉由儲料罐(1)加入到預熱分級流化床(2)中進行流態化預熱，在流態化預熱 的過程中，大粒度鐵礦粉(9)在預熱分級流化床下部流態化，中粒度鐵礦粉(8)在預熱分級 流化床中上部流態化，而小粒度鐵礦粉(7)則直接被帶出預熱分級流化床(2)，大粒度鐵礦 粉(9)和中粒度鐵礦粉(8)分別由設在預熱分級流化床底部和中部的物料出口排出，進入 還原流化床；C、還原煤氣(11)溫度控制在600°C-1000°C之間，首先進入還原流化床段，將鐵礦粉還 原；從還原流化床段溢出的還原煤氣(11)溫度降至300°C-600°C，通入氧氣，再進入預熱分 級流化床(2)，從預熱分級流化床(2)頂部排出的爐頂煤氣(12)可以再次送入預熱分級流 化床(2)，進行鐵礦粉的預熱和分級。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步驟b中的大粒度鐵礦粉(9)粒徑 為0. 5-8mm ；所述的中粒度鐵礦粉(8)粒徑為0. 01-0. 5mm ；所述的小粒度鐵礦粉(7)粒徑為 < 0. Olmm0
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步驟c中將鐵礦粉還原，還原度可 達到 33. 3% -98%o
全文摘要
一種分段流化床及使用方法，屬于非高爐煉鐵設備技術領域。分段流化床包括上料系統、預熱分級系統、還原系統、排料系統。上料系統包括儲料罐和物料噴槍；預熱分級系統包括氧氣噴槍和預熱分級流化床；還原系統包括3-5個還原流化床；預熱分級系統中的預熱分級流化床和還原系統中的還原流化床采用串聯的方式連接；排料系統包括預熱分級流化床排料系統和還原流化床排料系統兩部分，預熱分級流化床排料系統主要將中粒度鐵礦粉和大粒度鐵礦粉排出預熱流化床，還原流化床排料系統將還原后的直接還原鐵排出還原流化床。優點在于可以直接使用鐵礦粉和粒度更小的鐵精礦粉；且達到能量充分利用的目的。
文檔編號C21B11/00GK102108427SQ20101060221
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月13日 優先權日2010年12月13日
發明者劉文運, 周繼良, 孫健, 張殿偉, 李國瑋, 馬澤軍 申請人:首鋼總公司