一种预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的装置及方法制造方法及图纸

一种预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的装置及方法，装置包括炉体、电极和燃煤喷枪，原料输送管道插入炉体内部；上层空间设有高温烟气出口、电极和燃煤喷枪，电极底端位于渣层区内，排渣口位于渣层空间内，铁水出口与铁水层区连通；方法为：(1)将预还原铁矿石和熔剂混合输送至装置中，(2)开启电源并喷射煤粉，预还原铁矿石和熔剂熔化，形成熔体；(3)铁氧化物与煤粉反应生成铁水和炉渣，通过铁水产生电弧进一步对铁水加热；(4)进行熔炼时温度为1350～1550℃，结束后开启排渣口将炉渣排出，然后开启铁水出口将铁水排出。本发明专利技术的方法实现能耗的协同利用，极大地降低了能耗的损失，提高了能源的利用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的装置及方法
本专利技术属于冶金
，特别涉及一种预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的装置及方法。
技术介绍
目前，高炉炼铁，即采用焦炭、含铁矿石(天然富块矿、烧结矿或球团矿)和熔剂(石灰石、白云石)在竖式反应器—高炉内连续生产液态生铁，是现代炼铁的主要方法，其产量占世界生铁总产量的95％以上，这就意味着其利用焦炭生产造成的污染环境问题仍处在不断深化状态；针对这一问题，相关人员应加大非高炉炼铁技术的研究应用，从而改进我国钢铁行业发展的产业结构。非高炉炼铁与高炉炼铁不同，其在能耗方面具有一定优势；具体来说，非高炉炼铁能够大幅度降低焦煤的使用量，这就降低了球团、烧结以及焦化工序等高炉炼铁流程生成的污染物排放量；HIsmelt工艺是典型的一种非高炉炼铁方法，该方法针对预还原铁矿石采用熔融还原炉(SRV炉)进行熔融还原，得到合格铁水；但该熔融还原炉存在煤耗较大，因此，亟需研发新型低耗非高炉炼铁技术与装备。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的装置及方法，通过对预还原铁矿石采用特制的熔炼装置冶炼，同步实现铁矿石的熔融还原与矿石的熔化分层分离，协同利用电能与煤炭能源，降低生产成本。本专利技术的预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的装置包括炉体、电极和燃煤喷枪，原料输送管道插入炉体内部；炉体内部从上到下依次为上层空间、渣层区和铁水层区，上层空间设有高温烟气出口、电极和燃煤喷枪，电极底端位于渣层区内，燃煤喷枪出口和原料输送管道出口位于上层空间内，排渣口位于渣层空间内，铁水出口与铁水层区连通。本专利技术的预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的方法是采用上述装置，按以下步骤进行：1、将预还原铁矿石和熔剂混合均匀后，通过管道输送至预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的装置中，所述的预还原铁矿石的铁品位TFe≥55％，MFe质量百分比35～60％，粒度≤12mm；熔剂为石灰石和/或氧化钙，熔剂的加入量按预还原铁矿石和熔剂混合后的碱度为1.00～2.30，所述的碱度为CaO+MgO与SiO2+Al2O3的质量比值；2、开启与电极连接的三相电源，同时通过燃煤喷枪以空气为载气喷射煤粉，依靠电极加热和煤粉在装置内燃烧，使预还原铁矿石和熔剂熔化，形成熔体；3、熔体在熔炼过程中，炉渣中的铁氧化物与煤粉反应生成铁水，并形成炉渣，在重力和密度差异的作用下，铁水下沉到装置底部，熔渣浮在铁水上方；铁水形成后电极之间通过铁水产生电弧进一步对铁水和熔渣加热；4、进行熔炼时，控制预还原铁矿石从进入装置到熔化时的时间为1.5～2.5h，装置内的温度为1350～1550℃，最终使铁水充满铁水层空间；熔炼结束后开启排渣口将炉渣排出，然后开启铁水出口将铁水排出。上述方法获得的铁水的TFe≥90％。上述方法采用的煤粉中固定碳的质量含量≥60％，煤粉的粒度≤1mm。上述方法中，煤粉的喷吹量按煤比(煤粉与预还原铁矿石的质量比)＝50～300kg/t。本专利技术的原理是：在预还原铁矿石经电极加热与煤粉燃烧加热、熔化后，同步实现熔融还原与液态渣铁分层分离；物料加热形式采用独特设计的电弧加热，并辅以喷枪燃煤加热，实现能量的协同利用，极大地降低了能耗的损失，提高了能源的利用效率。附图说明图1为本专利技术的预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的装置结构示意图；图中，1、电极，2、燃煤喷枪，3、炉渣，4、铁水出口，5、铁水，6、排渣口，7、原料输送管道，8、高温烟气出口，9、炉体。具体实施方式本专利技术实施例中的预还原铁矿石为铁矿石经回转窑或隧道窑直接还原生成。本专利技术实施例中的煤粉中粒度-0.074mm的部分占煤粉总质量的40～60％。本专利技术实施例中的预还原铁矿石为球团矿，铁品位TFe≥55％，MFe35～60％，按质量百分比含SiO23～8％，Al2O33～8％，CaO0.1～1.5％，MgO1～11％，P≤0.1％，S≤0.05％。本专利技术实施例中的铁水按质量百分比含Fe93～96％，C3.5～4.2％，P≤0.04％，S≤0.02％，Si≤0.5％，Al≤0.05％。本专利技术实施例中采用的煤粉按重量百分比含固定碳60～78％，粒度-0.074mm的部分占总重量的40～60％。本专利技术实施例中球团矿的金属化率70～85％。以下为本专利技术优选实施例。实施例1预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的装置结构如图1所示，包括炉体9、电极1和燃煤喷枪2；原料输送管道7插入炉体内部；炉体9内部从上到下依次为上层空间、渣层区和铁水层区，上层空间设有高温烟气出口8、电极1和燃煤喷枪2，电极1底端位于渣层区内，燃煤喷枪2的出口和原料输送管道7的出口位于上层空间内，排渣口6位于渣层空间内，铁水出口4与铁水层区连通；采用某预还原铁矿石的球团矿，按重量百分比含TFe55.62％，MFe38.93％，SiO23.01％，Al2O37.28％，CaO0.10％，MgO10.2％，P0.08％，S0.03％，粒度≤12mm；采用的还原剂煤粉按重量百分比含固定碳60％，粒度-0.074mm的部分占总重量的40％；将预还原铁矿石和熔剂混合均匀后，通过管道输送至预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的装置中，熔剂为石灰石和/或氧化钙，熔剂的加入量按预还原铁矿石和熔剂混合后的碱度为1.00；开启与电极连接的三相电源，同时通过燃煤喷枪以空气为载气喷射煤粉，依靠电极加热和煤粉在装置内燃烧，使预还原铁矿石和熔剂熔化，形成熔体；煤粉的喷吹量按煤比＝100kg/t熔体在熔炼过程中，炉渣中的铁氧化物与煤粉反应生成铁水，同时其余部分形成炉渣，在重力和密度差异的作用下，铁水下沉到装置底部，熔渣浮在铁水上方；铁水形成后电极之间通过铁水产生电弧进一步对铁水和炉渣加热；进行熔炼时，控制预还原铁矿石从进入装置到熔化时的时间为2.5h，装置内的温度为1350℃，最终使铁水充满铁水层空间；熔炼结束后开启排渣口将炉渣排出，然后开启铁水出口将铁水排出；获得的铁水按质量百分比含Fe93％，C3.5％，P0.04％，S0.02％，Si0.5％，Al0.05％。实施例2某预还原粉状铁矿石的球团矿，按重量百分比含TFe57.73％，MFe46.18％，SiO27.55％，Al2O33.42％，CaO1.32％，MgO2.36％，P0.09％，S0.04％，粒度≤12mm；还原剂煤粉按重量百分比含固定碳78％，粒度-0.074mm的部分占总重量的40％；装置结构同实施例1；方法同实施例1，不同点在于：(1)熔剂的加入量按预还原铁矿石和熔剂混合后的碱度为1.80；(2)煤粉的喷吹量按煤比＝200kg/t；(3)控制预还原铁矿石从进入装置到熔化时的时间为1.5h，装置内的温度为1550℃；获得的铁水按质量百分比含Fe93％，C4.2％，P0.03％，S0.01％，Si0.4％，Al0.04％。实施例3采用某预还原粉状铁矿石的球团矿，按重量百分比含TFe62.83％，MFe50.55％，SiO23.53％，Al2O37.81％，CaO0.10％，MgO1.22％，P0.09％，S0.04％采用的还原剂煤粉按重量百分比含固定碳63％，粒度-0.074mm占60％；装置结构同实施例1；方法同实施例1，不同点在于：(1)熔剂的加入量按预还原铁矿石和熔剂混合后的碱度为2.30本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的装置，其特征在于包括炉体、电极和燃煤喷枪，原料输送管道插入炉体内部；炉体内部从上到下依次为上层空间、渣层区和铁水层区，上层空间设有高温烟气出口、电极和燃煤喷枪，电极底端位于渣层区内，燃煤喷枪出口和原料输送管道出口位于上层空间内，排渣口位于渣层空间内，铁水出口与铁水层区连通。

【技术特征摘要】
1.一种预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的装置，其特征在于包括炉体、电极和燃煤喷枪，原料输送管道插入炉体内部；炉体内部从上到下依次为上层空间、渣层区和铁水层区，上层空间设有高温烟气出口、电极和燃煤喷枪，电极底端位于渣层区内，燃煤喷枪出口和原料输送管道出口位于上层空间内，排渣口位于渣层空间内，铁水出口与铁水层区连通。2.一种预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的方法，其特征在于采用权利要求1所述的装置，按以下步骤进行：(1)将预还原铁矿石和熔剂混合均匀后，通过管道输送至预还原铁矿石高温熔炼生产铁水的装置中，所述的预还原铁矿石的铁品位TFe≥55％，MFe质量百分比35～60％，粒度≤12mm；熔剂为石灰石和/或氧化钙，熔剂的加入量按预还原铁矿石和熔剂混合后的碱度为1.00～2.30，所述的碱度为CaO+MgO与SiO2+Al2O3的质量比值；(2)开启与电极连接的三相电源，同时通过燃煤喷枪以空气为载气喷射煤粉，依靠电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳军，韩跃新，余建文，高鹏，孙永升，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21