一種氫氣氧氣加熱的熔分爐還原系統及方法與流程

本發明總地涉及一種熔分爐還原系統及方法，具體涉及一種氫氣氧氣加熱的熔分爐還原系統及方法。
背景技術：
：非高爐煉鐵是鋼鐵發展的一個方向，主要目的是為了實現低成本冶煉和難還原礦的利用，同時也是為了實現清潔化生產。近年來煤基熔融還原和直接還原+電爐熔分技術以及煤基直接還原+燃氣爐熔分技術逐步發展成為了煉鐵工藝技術之一，此工藝具有以煤代焦、還原溫度高、冶煉時間短、能耗低、環境污染小和投資省等特點，符合我國資源、能源的發展現狀，成為目前國內外鋼鐵界研究的熱點之一。熔融還原和直接還原工藝不使用焦炭，不需建焦爐和化工設施，使用塊礦和部分球團礦時可不建燒結設施，減少了較多的污染源，為實現鋼鐵廠清潔生產、節能環保創造了條件。現有技術一為COREX(用煤來煉鐵作為它的終極目標)技術。該技術的主體裝置是預還原豎爐和熔融氣化爐。通過將塊礦和球團加入到豎爐中，利用還原氣體將礦石還原到90％以上的金屬化球團，再使之進入熔融氣化爐進一步還原和熔化，最終生產出合格鐵水。該技術的缺點是無法直接利用粉料，需要先把粉料壓成球團再利用，或直接利用塊礦，該技術難以在冶煉過程中調節原料中的配炭比，無法準確控制礦石的還原效果。現有技術二為FINEX(直接用粉礦和非煉焦煤粉冶煉鐵水)技術,是在COREX技術基礎上進一步發展起來的新工藝,COREX技術使用塊礦、球團,FINEX技術全部使用粉礦。FINEX技術工藝以4級流化床的Finmet(熱壓塊直接還原鐵法)工藝取代COREX工藝中的還原豎爐，用流化床還原粉礦、壓塊成熱壓鐵塊再加入熔融氣化爐，具體為粉礦和石灰石，白云石等熔劑一起被裝進一系列流化床反應器。粉礦沿向下的方向通過四個反應器，在這一過程中被加熱，并被與之逆向流動的由煤氣化產生的還原性氣體還原成直接還原鐵。從最后一個反應器出來的熱的直接還原鐵被壓縮成熱壓鐵(HCI：hotcompactediron)，之后熱壓鐵被運到熔融氣化爐頂，裝進熔融氣化爐，被熔化。最后出來鐵水和礦渣。現有技術二的缺點為：流化床需要四級還原，結構復雜；進入熔分爐之前需要壓塊生成熱壓球再進入熔分爐。因此，為了能直接利用礦粉、煤粉、石灰粉等粉料在豎爐中完成直接還原反應，且簡化多級流化床工藝，并能控制礦粉的輸送速度和停留的時間，保證礦粉的還原效果，有必要提出一種新的熔分爐還原系統及方法。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種氫氣氧氣加熱的熔分爐還原系統及方法，使得該工藝能夠直接利用礦粉、煤粉、石灰粉等粉料在豎爐中完成直接還原反應，且簡化多級流化床工藝，并能控制礦粉的輸送速度和停留的時間，以保證礦粉的還原效果。本發明提供了一種氫氣氧氣加熱的熔分爐還原系統，所述系統包括還原豎爐、熔分爐和氫氧槍，其中，所述還原豎爐包括礦粉和熔劑入料口、下料口、煙氣入口，所述礦粉和熔劑入料口設于所述還原豎爐的上部，所述下料口和煙氣入口設于所述還原豎爐的下部；所述還原豎爐的爐膛內設有可調節傾角的擋板，所述擋板設于所述礦粉和熔劑入料口之下、所述下料口和所述煙氣入口之上；所述擋板與所述還原豎爐的內壁留有間隙，所述擋板上布置有小孔；所述擋板由穿過所述還原豎爐爐壁的轉軸支撐于所述還原豎爐上；所述熔分爐包括入料口、煙氣出口和出料口，所述入料口連通所述還原豎爐的下料口，所述煙氣出口連通所述還原豎爐的煙氣入口；所述氫氧槍的噴槍頭設于所述熔分爐內，所述氫氧槍自所述熔分爐的爐頂伸入所述熔分爐內。上述的系統，所述還原豎爐的爐膛內從上到下依次設有多個具有所述傾角的擋板，相鄰所述擋板的傾角相對所述還原豎爐的豎直中心線對稱布置。上述的系統，所述擋板與水平面的夾角可調節為30°-60°；所述擋板上的小孔直徑為10mm-30mm。上述的系統，所述還原豎爐可為方形爐，所述擋板沿所述傾角的傾斜方向上的長度為所述還原豎爐邊長的0.5-0.95倍，相鄰所述擋板的旋轉軸在所述還原豎爐的豎直方向的距離為所述還原豎爐邊長的0.2-1.5倍。上述的系統，所述擋板的材質為耐熱不銹鋼；所述擋板與所述還原豎爐的連接處設有密封裝置；所述轉軸上設有旋轉驅動桿。上述的系統，所述熔分爐的煙氣出口通過高溫煙氣管道連通所述還原豎爐的煙氣進口，所述高溫煙氣管道內部設置有水冷煙道。上述的系統，所述還原豎爐的下料口設有雷達料位計或電容料位計；所述還原豎爐的礦粉和熔劑入料口連有調速給料機。上述的系統，所述氫氧槍的結構為套筒式水冷噴槍，所述氫氧槍的噴槍頭的材質為銅，所述氫氧槍的套筒內層為氫氣噴吹層，中間層為氧氣噴吹層，最外側為冷卻循環水層；所述氧氣噴吹層的氧氣進口連接有氧氣管道，所述氫氣噴吹層的氫氣進口連接氫氣循環管道；所述還原豎爐還包括排煙口，所述排煙口依次連接氫氣脫水儲存罐與加壓裝置，所述加壓裝置的出口連接所述氫氣循環管道。本發明提供了一種利用上述系統進行熔分爐還原的方法，所述方法包括步驟：將礦粉和熔劑送入所述還原豎爐進行還原反應，生成還原礦粉；將所述還原礦粉送入所述熔分爐，通過所述氫氧槍向所述熔分爐噴吹氫氣與氧氣并使所述氫氣與氧氣燃燒，得到還原反應后的礦液與礦渣；將所述熔分爐產生的高溫煙氣通入所述還原豎爐。上述的方法，所述方法還可包括步驟：通過調速給料機調節速度以控制所述礦粉和熔劑的送入量；通過調節所述氫氧槍的氫氣和氧氣的配比以控制氫氣的燃燒率，使得未還原的礦粉進一步反應；通過提升所述氫氧槍的加熱溫度以實現爐內礦液與礦渣分離，通過外圍撇渣器實現爐外礦液與礦渣分離；通過調節所述礦粉在所述還原豎爐內的停留時間以控制所述礦粉的還原度；通過控制高溫煙氣管道內的水量以控制煙氣進入所述還原豎爐內的溫度；通過在所述還原豎爐的下料口檢測料位后進一步控制所述礦粉的給料速度來調節礦粉的送入量，以防止所述下料口堵塞。本發明的有益效果在于，可以利用低價的礦粉替代價格較高的塊礦和球團礦；本發明可以通過調節氫氣和氧氣的配比以控制氫氣的燃燒率，以保證礦粉被徹底還原；本發明采用純氧燃燒，產生的高溫可以滿足對低品位鐵礦等難冶煉礦熔分的需要；熔分爐的高溫煙氣可以供給直接還原爐以加熱還原礦粉。本發明利用氫氣和氧氣燃燒發熱使還原礦粉熔分，取消煤粉的使用，消除了由于碳還原使碳中的有害雜質進入鐵水的可能性，降低鐵水中的S、P等有害雜質含量。此外，本發明調節手段比較多，包括給料速度調節、落料速度調節、氧氣量和煤粉量調節、未燃煤粉量調節等，多種調節手段與冶煉過程中的各種參數控制和調整相適應，保證了礦粉的還原效果。附圖說明圖1為本發明實施例的系統結構簡圖；圖2為本發明實施例的還原豎爐內部擋板正視圖結構示意圖；以及圖3為圖2中還原豎爐內部擋板的A向結構示意圖。具體實施方式以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案以及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。下面將結合附圖1對本發明的實施例作進一步的詳細描述。本實施例中氫氣氧氣加熱的熔分爐還原系統包括:1、原料料斗；2、排煙系統；3、調速給料機；4、還原豎爐；5、擋板；6、高溫煙氣管道；7、下料口；8、氫氧槍；9熔分爐；10、出鐵口；11、氧氣管道；12、氫氣主管道；13、氫氣循環管道；14、加壓裝置；15、氫氣脫水儲存罐；16、排氣口。其中，原料料斗、調速給料機、氫氣循環管道、氫氣加壓裝置、氫氣儲存脫水罐等可根據實際需要設置或更換為其它裝置。所述還原豎爐4包括礦粉和熔劑入料口、下料口7、煙氣入口，所述礦粉和熔劑入料口設于所述還原豎爐4的上部，所述下料口7和煙氣入口設于所述還原豎爐的下部；所述還原豎爐4的爐膛內設有可調節傾角的擋板5，所述擋板5設于所述礦粉和熔劑入料口之下、所述下料口和所述煙氣入口之上；所述擋板5與所述還原豎爐4的內壁留有間隙，所述擋板5上布置有小孔；所述擋板5由穿過所述還原豎爐4爐壁的轉軸51支撐于所述還原豎爐4上。擋板5的具體結構如圖2的還原豎爐4內的正視圖及圖3的A向視圖。所述熔分爐9包括入料口、煙氣出口和出料口，所述入料口連通所述還原豎爐4的下料口7，所述煙氣出口連通所述還原豎爐4的煙氣入口。所述氫氧槍8的噴槍頭設于所述熔分爐9內，所述氫氧槍8自所述熔分爐9的爐頂伸入所述熔分爐9內。所述還原豎爐4的爐膛內從上到下依次設有多個具有所述傾角的擋板5，相鄰所述擋板5的傾角相對所述還原豎爐4的豎直中心線對稱布置。本發明利用低價的礦粉替代了價格較高的塊礦和球團礦。原料料斗1中的礦粉和熔劑可按照一定比例通過調速給料機3送入直接還原豎爐4，調速給料機3可設計為螺旋調速給料機，在給料的同時保證直接還原豎爐4和原料料斗1之間的密封。調速給料機3的給料速度取決于熔分爐的反應速度，具體指標可以通過熔分爐產生的CO還原氣的流量及出口還原氣體中的CO2的含量確定。還原氣體流量大，CO2含量小，則增加給料量，反之，降低給料量。一般情況下，直接還原爐出口處檢測到的水蒸氣體積含量在10-20％之間，H2體積含量在60％-70％之間，N2等其他氣體含量在10％左右。豎爐內設置可調節傾角的擋板5，礦粉進入直接還原豎爐4后，順著擋板5向下流動，調節擋板的設計原則是物料路徑最長原則，同時又要保證對直接還原豎爐4內的煙氣阻力不能太大。根據以上原則，同時根據擋板5和礦粉的摩擦系數，對于正方形的還原豎爐，設計擋板5沿所述傾角的傾斜方向上的長度為還原豎爐邊長的0.5-0.95倍，優選為0.75倍左右。相鄰擋板的旋轉軸之間的高度差為還原豎爐邊長的0.2-1.5倍，優選為0.5倍左右。擋板5與水平面的夾角的調節范圍確定為30°-60°。具體實例的結構與尺寸見圖2和圖3所示。圖中的具體結構與尺寸只是示例性說明。當然還原豎爐還可是別的形狀如圓形。當還原豎爐是別的形狀時，也是按照物料路徑最長原則及考慮對直接還原豎爐4內的煙氣阻力不能太大，來設計擋板的結構與布置形式。當擋板5與水平面的夾角為36°時，料流的總路程為還原豎爐4高度的2.1倍左右。由于摩擦力和碰撞的影響，物料下落由自由落體運動變成了低速往復下滑運動，與全程為自由下落的情況(未設置擋板)相比，礦粉下落時間是自由下落時間的5-12倍。以上具體參數可根據還原豎爐4內的風速和礦粉粒度范圍做適當調整。擋板5的材質為耐熱不銹鋼。擋板布置有直徑10mm-30mm的小孔，還原性氣體由還原豎爐4的下方流過小孔及還原豎爐與擋板5之間的間隙向上流動，以保證礦粉和還原性氣體的接觸。擋板5具有可使擋板活動的轉軸51以及與還原豎爐之間的密封裝置。可在擋板5上設加強筋52以保障擋板5的強度與剛度。擋板5的轉動可手工轉動也可機器帶動，在擋板5上可設計有旋轉驅動桿53。礦粉和豎爐內還原性氣體逆向流動，礦粉在高溫還原性氣體的條件下還原成直接還原鐵粉，通過下料口7進入熔分爐9。熔分爐9的高溫煙氣出口經過高溫煙氣管道6后進入直接還原豎爐4，高溫煙氣管道6內部設置水冷煙道，通過控制水量以控制煙氣進入直接還原豎爐4的溫度。相關溫度根據礦石種類的不同而不同，一般范圍在750℃到1100℃之間。經過直接還原豎爐4后，煙氣經過和礦粉熱交換，溫度降到520℃到750℃之間。直接還原豎爐4的下料口7通過設置雷達料位計或電容料位計等設施感應下料情況，防止下料口7堵塞。如果發現下料口7集料太多，通過控制上部的給料速度來減少下料量，防止堵塞。氫氣氧氣槍結構為套筒式水冷噴槍，其中，中間噴吹氫氣，外圍為氧氣，最外側為冷卻循環水，氫氧槍8的頭部材質為銅制噴槍頭。還原豎爐4的排煙口依次連接氫氣脫水儲存罐15與加壓裝置14，所述加壓裝置14的出口連接所述氫氣循環管道13。礦粉在從直接還原豎爐4上部到下部下落的過程中，逐步分級還原，通過調節礦粉在直接還原豎爐內的停留時間以控制其還原度，還原豎爐出口處礦粉金屬化率可達到80％左右。剩余未還原的礦粉在熔分爐9內進行深度還原。熔分爐9利用氫氣-氧氣噴吹燃燒產生的熱量使金屬礦粉熔化。礦渣和熔劑在反應中形成泡沫渣。泡沫渣負責捕捉進入的直接還原鐵粉，同時氫氣-氧氣噴槍浸入泡沫渣內，使氧氣、氫氣在泡沫渣內燃燒反應，用于提供熱量。通過控制氫氣和氧氣的比例可控制氫氣的燃燒率。通過提高氫氣的比例產生一部分未燃氫氣。未燃氫氣進入泡沫渣內進一步參與還原反應，使礦粉最終被徹底還原。鐵水和熔渣從出鐵口10排除，經過外圍撇渣器實現爐外渣鐵分離。同時泡沫渣通過使氫氧槍8的加熱溫度升高，最終實現爐內鐵渣分離。本發明可以通過調節氫氣和氧氣的配比控制氫氣的燃燒率，使礦粉以保證礦粉被徹底還原。本發明采用純氧燃燒，產生的高溫可以滿足對低品位鐵礦等難冶煉礦熔分的需要。熔分爐9的高溫煙氣可以供給直接還原豎爐4以加熱還原礦粉，從而實現廢氣的再利用。本發明利用氫氣和氧氣燃燒發熱使還原礦粉熔分，取消了煤粉的使用，因而消除了由于碳還原使碳中的有害雜質進入鐵水的可能性，進而降低了鐵水中的S、P等有害雜質的含量。另外，現有技術中還原鐵須被壓縮成熱壓鐵，是為了防止粉被氣流吹走，并使冶煉爐有一定的透氣性；本發明利用了熔分爐中生成泡沫渣解決了以上問題。因為可利用泡沫渣捕捉粉料，利用泡沫渣的大比表面積作為反映載體并解決了物料的透氣性。本發明的調節手段比較多，包括給料速度調節、落料速度調節、氧氣量和氫氣量調節、未燃氫氣量調節等，多種調節手段適應了冶煉過程的各種參數控制和調整，保證了還原效果。實施例礦粉和少量的熔劑石灰粉放入原料料斗1，通過原料料斗1下部的調速給料機3送入直接還原豎爐4，礦粉落到傾斜的擋板5上面逐步滑動下落。從熔分爐9出來的高溫CO氣體通過高溫煙氣管道6進入直接還原豎爐4。高溫CO氣體和礦粉反應，礦粉生成直接還原鐵粉，鐵粉經過下料口7進入熔分爐9。氫氧槍8在爐內燃燒提供熱量和反應需要的溫度。氫氣通過管道12進入噴槍，氫氣氧氣在爐內燃燒提供熱量和反應需要的溫度。反應完成后通過出鐵口10間歇性排出。豎爐內反應完的氣體通過排煙管道2排除，進入氫氣脫水儲存罐15，經過脫水后，一部分經過加壓裝置14進入氫氣循環管道13，剩余其它氣體通過排氣口16進入下道處理工序。以下分步驟進行具體說明。將粒徑0-1mm左右的鐵礦、石灰粉按照10:1的重量比例放入料斗。礦粉的成分如下表：表1元素FeSiO2Al2O3CaOMgOSP含量％62.85.20.80.90.50.010.05原料料斗1下的調速給料機3按照2噸/小時的速度把礦粉送入直接還原豎爐。調節豎爐內的擋板5，將其角度控制到40°-60°之間。熔分爐9內出來的高溫煙氣通過水冷煙道將溫度控制到1050℃左右，然后進入直接還原豎爐4和礦粉混合。礦粉和煙氣中的CO+H2反應還原成鐵粉，通過下料口7進入熔分爐9，直接還原鐵粉的成分如下表：表2元素FeSiO2Al2O3CaOMgOSP含量％857.11.11.20.80.020.18氫氣和純氧通過氫氧槍噴入熔分爐9。部分氫氣對沒有徹底還原的氧化鐵進行進一步還原；控制氧量和氫氣量，保證熔分爐9內溫度為1750℃。根據爐內反應情況適時打開出鐵口出鐵出渣。鐵水成分如下表：表3FeCSiMnPS鐵水溫度95.294.110.350.210.0180.01～1500渣的成分如下表：表4CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOCaO/SiO243.4437.788.29.30.540.431.15由上述實施例可見，本發明的技術方案能有效將低品位礦粉還原為含鐵量較高的鐵水。同時利用氫氣還原生產低硫鐵，保證了鐵水的質量。最后應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。當前第1頁1 2 3