本發(fā)明涉及金屬冶煉領(lǐng)域，尤其涉及直接還原煉鐵技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種熱裝氣基豎爐系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

直接還原鐵(DRI)又稱海綿鐵，是鐵礦石在低于熔化溫度下直接還原得到的含鐵產(chǎn)品。海綿鐵是一種廢鋼的代用品，是電爐煉純凈鋼、優(yōu)質(zhì)鋼不可缺少的雜質(zhì)稀釋劑，是轉(zhuǎn)爐煉鋼優(yōu)質(zhì)的冷卻劑，是發(fā)展鋼鐵冶金短流程不可或缺的原料。2015年，全世界直接還原鐵的年產(chǎn)量達(dá)7522萬噸，創(chuàng)歷史新高。我國將直接還原工藝列為鋼鐵工業(yè)發(fā)展的主要方向之一。

生產(chǎn)直接還原鐵的工藝稱為直接還原法，屬于非高爐煉鐵工藝，分為氣基法和煤基法兩大類。目前世界范圍內(nèi)，78％的直接還原鐵是通過氣基法生產(chǎn)，氣基法主要包括MIDREX工藝、HYL工藝和PERED工藝。氣基豎爐直接還原煉鐵法是世界公認(rèn)的綠色低碳煉鐵工藝。隨著2015年巴黎氣候峰會上簽訂的《巴黎協(xié)議》實施，氣基豎爐直接還原煉鐵技術(shù)將得到更廣泛的推廣應(yīng)用。氣基豎爐所處理的鐵礦石原料主要為氧化球團，氧化球團制備過程經(jīng)歷了“室溫—1200-1350℃—低于100℃的成品”的溫度變化，而氧化球團投入到氣基豎爐時，溫度還需被提高800-900℃才能被還原氣還原成直接還原鐵產(chǎn)品。過程中的降溫、再升溫過程能耗浪費大。

目前常規(guī)氣基豎爐工藝采用的鐵礦石原料主要為常溫(低于100℃)氧化球團，氧化球團投入豎爐后逐漸被爐頂氣/還原氣從常溫加熱到800-900℃。常規(guī)的氧化球團生產(chǎn)工藝為鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯—環(huán)冷機法，可分為烘干、預(yù)熱、焙燒和冷卻工序，其中焙燒工序溫度達(dá)1200-1350℃，然后被冷卻降溫至低于100℃，然后再被運送至豎爐作為原料。

常溫氧化球團生產(chǎn)—氣基豎爐還原工藝的缺點在于：1100-1300℃的氧化球團先經(jīng)降溫至低于100℃，再在氣基豎爐內(nèi)被加熱至800-900℃才能被還原成產(chǎn)品，這樣，先降溫、再升溫的工藝造成1000-2000℃的熱量浪費，顯著增加工藝的能耗。此外，氧化球團生產(chǎn)系統(tǒng)包含起冷卻作用的環(huán)冷機，增加了設(shè)備、延長了工序。最后，常規(guī)的氣基豎爐還原氣進氣口以上由還原區(qū)與預(yù)熱區(qū)組成，預(yù)熱區(qū)的存在既使顯著提高了豎爐的高度，又降低了豎爐的利用率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述問題，使得還原氣氣流分布更均勻，本發(fā)明提供一種由無預(yù)熱區(qū)但具有還原氣支管的氣基豎爐構(gòu)成的熱裝氣基豎爐系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明所述的熱裝氣基豎爐系統(tǒng)包括熱輸送裝置、熱儲罐與氣基豎爐；其中，

所述熱輸送裝置用于輸送熱氧化球團；

所述熱儲罐具有熱儲罐入口與熱儲罐出口，所述熱儲罐入口與所述熱輸送裝置相連，所述熱儲罐用于對所述熱氧化球團的儲存和保溫；

所述氣基豎爐設(shè)置有還原區(qū)和冷卻滲碳區(qū)，所述還原區(qū)設(shè)置有熱爐頂氣出口、還原氣進氣環(huán)管以及多個還原氣支管，所述還原氣進氣環(huán)管設(shè)置在所述氣基豎爐的頂部，所述多個還原氣支管與所述還原氣進氣環(huán)管連通并延伸至所述還原區(qū)下部；

所述氣基豎爐的還原區(qū)與所述熱儲罐出口相連。

進一步地，所述系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述熱儲罐和所述氣基豎爐之間的進料裝置。

進一步地，所述系統(tǒng)還包括熱氧化單元，所述熱氧化單元包括鏈簏機和回轉(zhuǎn)窯，用于制備所述熱氧化球團，生球團依次通過所述鏈簏機和回轉(zhuǎn)窯。

更進一步地，所述系統(tǒng)還包括造球室，所述造球室與所述熱氧化單元相連，用于將原料制成生球團，并傳遞給所述熱氧化單元。

本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)還原鐵的方法，所述方法包括以下步驟：

通過熱輸送裝置將熱氧化球團輸送至熱儲罐，所述熱儲罐對所述熱氧化球團進行儲存、保溫；

將所述熱儲罐中的熱氧化球團由上至下送至所述氣基豎爐的還原區(qū)，從所述還原氣進氣環(huán)管通入還原氣，所述還原氣經(jīng)還原氣支管后延伸至所述還原區(qū)下部，并由下至上與所述熱氧化球團逆向流動，發(fā)生還原反應(yīng)，得到還原鐵與熱爐頂氣；

所述還原鐵經(jīng)過冷卻滲碳區(qū)的冷卻、滲碳得到鐵，所述熱爐頂氣從所述熱爐頂氣出口排出。

進一步地，所述方法還包括以下步驟：

通過進料裝置將所述熱氧化球團從所述熱儲罐輸送至所述氣基豎爐。

更進一步地，所述方法還包括以下步驟：

將生球團通過鏈簏機烘干、預(yù)熱，傳送至回轉(zhuǎn)窯，所述回轉(zhuǎn)窯對其進行氧化焙燒，制備熱氧化球團。

更進一步地，所述方法還包括以下步驟：

將原料送入造球室，制備所述生球團。

具體地，進入所述氣基豎爐的熱氧化球團的溫度為800℃-1100℃。

具體地，所述熱還原氣的溫度為850℃-1050℃。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明所述的氣基豎爐僅設(shè)置有還原區(qū)和冷卻滲碳區(qū)，還原氣支管的設(shè)置使得還原氣更容易到達(dá)還原區(qū)下部，還原氣分布更均勻，還原氣在爐內(nèi)停留時間更長，還原氣與鐵礦石逆向接觸，進而使得還原反應(yīng)更充分，進而提高產(chǎn)品金屬化率。

同時本發(fā)明所述氣基豎爐不需要預(yù)熱區(qū)，使得氣基豎爐的高度得到降低，也提高了氣基豎爐的利用率。另外回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的氧化球團的溫度在1100-1300℃，可直接熱態(tài)運送到氣基豎爐作為原料使用，無需先降溫、再加熱工序，從而顯著節(jié)約了系統(tǒng)能耗。也正是基于上述原因，在氧化球團的生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)不需要起冷卻作用的環(huán)冷機，使得氧化球團工藝得到簡化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的熱裝氣基豎爐系統(tǒng)的示意圖。

圖2是本發(fā)明所述的還原氣進氣環(huán)管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明所述方法的流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式進行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個方面的優(yōu)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(fā)明的限制。

如圖1所示，本發(fā)明所述的熱裝氣基豎爐系統(tǒng)包括氣基豎爐1、熱儲罐2與熱輸送裝置3。所述氣基豎爐1用于還原熱氧化球團制備鐵，所述熱儲罐2用于對熱氧化球團的儲存和保溫，所述熱輸送裝置3用于輸送熱氧化球團。此時所述的熱氧化球團的溫度為1100-1300℃，其通過下文即將描述的熱氧化單元4制備。本發(fā)明所述的系統(tǒng)可直接將上述溫度的熱氧化球團以熱態(tài)運送到氣基豎爐1作為原料使用，無需先降溫、再加熱工序，顯著地節(jié)約了系統(tǒng)能耗。

如圖1所示，所述熱儲罐2具有熱儲罐入口與熱儲罐出口，所述熱儲罐入口與所述熱輸送裝置3相連，熱氧化球團經(jīng)熱輸送裝置3運送到熱儲罐2中，在熱儲罐2中進行儲存、保溫，此時熱氧化球團的溫度為950-1200℃。

如圖1和圖2所示，所述氣基豎爐1設(shè)置有上部的還原區(qū)101和下部的冷卻滲碳區(qū)102，其中，所述還原區(qū)101設(shè)置有熱爐頂氣出口、還原氣進氣環(huán)管以及多個還原氣支管，所述還原氣進氣環(huán)管設(shè)置在所述氣基豎爐1的頂部，所述多個還原氣支管與所述還原氣進氣環(huán)管連通并延伸至所述還原區(qū)101下部；所述氣基豎爐1的還原區(qū)101與所述熱儲罐出口相連。

如圖1和圖2所示，還原氣支管延伸至所述還原區(qū)101下部，即所述氣基豎爐1的中部，還原氣進氣環(huán)管設(shè)置在所述氣基豎爐1的頂部，其與所述多個還原氣支管連通，熱還原氣從所述還原氣進氣環(huán)管進入所述多個還原氣支管，到達(dá)還原區(qū)101下部，然后還原氣體會緩慢上升。從熱儲罐2放出的熱氧化球團由上至下進入氣基豎爐1，通過與還原氣換熱后，以及被逆向流動的熱還原氣還原，再往下運動到冷卻滲碳區(qū)102經(jīng)冷卻、滲碳成優(yōu)質(zhì)海綿鐵產(chǎn)品后，從氣基豎爐1底部排出。這樣還原氣更易達(dá)到豎爐的中部，氣流分布更均勻，有利于提高還原氣的溫度、提高還原段溫度，進而提高產(chǎn)品最終金屬化率。在還原過程中，熱氧化球團溫度為800-1100℃，所述氣基豎爐1內(nèi)的熱還原氣的溫度為850-1050℃，該溫度為還原鐵工藝中最合適的溫度。所述還原氣通常為H₂和CO的混合氣，其比例可根據(jù)實際需要進行調(diào)整，通常H2/CO＝1.0～2。

如圖1所示，還原反應(yīng)過程中，會有氣體生成，其可定義為熱爐頂氣，一般地，熱爐頂氣溫度為750-1050℃，熱爐頂氣從氣基豎爐1的上部側(cè)面的熱爐頂氣出口排出，排出后可通過換熱回收、顯熱處理等處理后進一步利用，例如可以將熱量回收，用于為系統(tǒng)其他需要熱量的裝置或設(shè)備加熱等。

另外，所述系統(tǒng)還可包括設(shè)置在所述熱儲罐和所述氣基豎爐之間的進料裝置6。進料裝置6將熱氧化球團從熱儲罐2導(dǎo)入氣基豎爐1，進料裝置6可根據(jù)實際需要調(diào)整進料速度。

如圖1所示，所述系統(tǒng)還包括熱氧化單元4，所述熱氧化單元4包括鏈簏機401和回轉(zhuǎn)窯402，用于制備所述熱氧化球團，生球團依次通過所述鏈簏機401和回轉(zhuǎn)窯402，經(jīng)由鏈篦機401的烘干、預(yù)熱和回轉(zhuǎn)窯402的氧化焙燒生產(chǎn)出熱氧化球團。將鏈篦機401-回轉(zhuǎn)窯402生產(chǎn)的熱氧化球團通過熱輸送裝置3送進氣基豎爐1，在氣基豎爐1內(nèi)逐漸被還原成優(yōu)質(zhì)海綿鐵。

如圖1所示，所述系統(tǒng)還可包括造球室5，所述造球室5與所述熱氧化單元4相連，用于將原料制成生球團，并傳遞給所述熱氧化單元4，其中原料通常為鐵礦石。

根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)，在氧化球團的生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)不需要起冷卻作用的環(huán)冷機，使得氧化球團工藝得到簡化。

如圖3所示，本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)還原鐵的方法，所述方法包括以下步驟：

通過熱輸送裝置3將溫度為1100-1300℃的熱氧化球團輸送至熱儲罐2，所述熱儲罐2對所述熱氧化球團進行儲存、保溫，此時熱氧化球團的溫度為950-1200℃；

將所述熱儲罐2中的熱氧化球團由上至下送至所述氣基豎爐1的還原區(qū)101，從所述還原氣進氣環(huán)管通入還原氣，所述還原氣經(jīng)還原氣支管后延伸至所述還原區(qū)101下部，并由下至上與所述熱氧化球團逆向流動，進入所述氣基豎爐1的熱氧化球團的溫度為800℃-1100℃，此時發(fā)生還原反應(yīng)，得到還原鐵與熱爐頂氣；

所述熱還原氣的溫度為850℃-1050℃，所述還原氣與所述熱氧化球團逆向接觸，進行還原反應(yīng)，得到還原鐵與熱爐頂氣，一般地，熱爐頂氣溫度為750-1050℃。

所述還原鐵經(jīng)過冷卻滲碳區(qū)102的冷卻、滲碳得到鐵，所述熱爐頂氣從所述熱爐頂氣出口排出，該熱量可回收，用于為系統(tǒng)其他需要熱量的裝置或設(shè)備加熱等。

如圖3所示，進一步地，所述方法還包括以下步驟：

通過進料裝置6將所述熱氧化球團從所述熱儲罐2輸送至所述氣基豎爐1。

如圖3所示，更進一步地，所述方法還包括以下步驟：

將生球團通過鏈簏機401烘干、預(yù)熱，傳送至回轉(zhuǎn)窯402，所述回轉(zhuǎn)窯402對其進行氧化焙燒，制備熱氧化球團。

如圖3所示，更進一步地，所述方法還包括以下步驟：

將原料送入造球室5，制備所述生球團，其中原料通常為鐵礦石。

實施例1

鐵礦石造球室生產(chǎn)的生球團，經(jīng)由鏈篦機烘干、預(yù)熱和回轉(zhuǎn)窯氧化焙燒生產(chǎn)出1200℃的全鐵為67％的熱鐵精礦氧化球團，熱氧化球團經(jīng)熱輸送裝置運送到熱儲罐，氧化球團入爐溫度為1050℃，在熱儲罐中進行儲存、保溫，從熱儲罐放出約950℃的熱氧化球團經(jīng)進料裝置進入氣基豎爐。約880℃、H2/CO＝1.8的熱還原氣從氣基豎爐頂部的還原氣進氣環(huán)管進入氣基豎爐，再通過多個向下的還原氣支管通入到氣基豎爐中部，設(shè)置12個還原氣支管在氣基豎爐頂部呈環(huán)管狀分布。熱氧化球團與逆向運動的熱還原氣換熱接觸，然后進行還原反應(yīng)，再往下運動到冷卻滲碳區(qū)經(jīng)冷卻、滲碳成金屬化率95％、含碳2.1％的優(yōu)質(zhì)海綿鐵產(chǎn)品，經(jīng)與氧化球團反應(yīng)后生成約880℃的熱爐頂氣從豎爐頂部排出。

實施例2：

鐵礦石造球室生產(chǎn)的生球團，經(jīng)由鏈篦機烘干、預(yù)熱和回轉(zhuǎn)窯氧化焙燒生產(chǎn)出1280℃的全鐵為57％的熱鐵精礦氧化球團，熱氧化球團經(jīng)熱輸送裝置運送到熱儲罐，氧化球團入爐溫度為1110℃，在熱儲罐中進行儲存、保溫，從熱儲罐放出約1000℃的熱氧化球團經(jīng)進料裝置進入氣基豎爐。約900℃、H2/CO＝1.5的熱還原氣從氣基豎爐頂部的還原氣進氣環(huán)管進入氣基豎爐，再通過多個向下的還原氣支管通入到氣基豎爐中部，設(shè)置12個還原氣支管在氣基豎爐頂部呈環(huán)管狀分布。熱氧化球團與逆向運動的熱還原氣換熱接觸，然后進行還原反應(yīng)，再往下運動到冷卻滲碳區(qū)經(jīng)冷卻、滲碳成金屬化率91％、含碳1.0％的優(yōu)質(zhì)海綿鐵產(chǎn)品，經(jīng)與氧化球團反應(yīng)后生成約945℃的熱爐頂氣從豎爐頂部排出。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。