CN112941263B - 一种冶金熔融还原炉装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金熔融还原设备领域，涉及一种冶金熔融还原炉装置。本发明采用铁浴式还原工艺，冶炼时上部为渣层，下部铁水层，氧枪从炉顶渣层之上空间向渣层吹氧气，渣层上部空间围绕还原炉一周设置设若干除尘灰喷枪和两个熔剂喷枪，对称分布，向渣层喷吹除尘灰和熔剂。上部渣层围绕还原炉一周设若干煤氧喷枪和除尘灰喷枪，煤氧喷枪和除尘灰喷枪间隔布置，斜向下浸入上部渣层喷吹除尘灰和煤。下部渣层设置围绕还原炉一周设置若干喷煤枪，斜向下浸入渣层向铁水喷吹。除尘灰、煤、熔剂均采用还原性煤气输送，喷枪均为水冷结构。本发明采用泡沫渣渣、厚渣层、渣层燃烧以及溅渣传热等方式有机结合，高效处理铁浴熔融还原传热及传质问题。
Description
技术领域
本发明属于冶金熔融还原设备领域，涉及一种冶金熔融还原炉装置。
背景技术
除尘灰或矿粉中的铁氧化物在熔融状态下被C直接还原，生成铁液和CO气体，CO的二次燃烧放出的热量除满足铁氧化物还原吸热所需要的热量外还有剩余，此部分剩余热足够用来加热熔化铁氧化物，这样，可以达到冶炼最低碳耗。从热力学角度考虑，这一过程是可行的。长久以来，国内外对铁浴熔融还原已经进行了长期的研究，但铁浴熔融还原至今没有实现大规模商用运行，最核心的难点在于为实现上述理论设想，必须实现将CO二次燃烧产生的热量有效地传递给还原区，同时还必须避免还原区被氧化，然而传热和传质又是难以分开的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种冶金熔融还原炉装置，采用泡沫渣渣、厚渣层、渣层燃烧以及溅渣传热等方式有机结合，高效处理铁浴熔融还原传热及传质问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种冶金熔融还原炉装置，包括炉体，所述炉体用于冶炼铁水及位于铁水上方的渣层；所述炉体上与铁水及渣层相对应的位置上分设有出铁前炉与出渣前炉；在所述炉体的高度方向上沿逐渐靠近所述炉体的底部的方向上依次环绕设置第一喷枪层、第二喷枪层、第三喷枪层；所述第一喷枪层包括对称分布的若干除尘灰喷枪及至少两个熔剂喷枪，用于向渣层喷吹除尘灰和熔剂；所述第二喷枪层包括若干间隔布置的煤氧喷枪和除尘灰喷枪，伸入渣层喷吹除尘灰和煤；所述第三喷枪层包括若干喷煤枪，向铁水喷吹。
可选的，所述第二喷枪层的设置位置与渣层相匹配，斜向下浸入渣层布置。
可选的，所述第三喷枪层内的喷煤枪斜向下浸入渣层布置。
可选的，所述炉体顶部设有顶吹氧枪，从炉体上部向渣层射流，形成渣层凹陷及溅渣。
可选的，所述除尘灰喷枪、熔剂喷枪、煤氧喷枪及喷煤枪中喷射的除尘灰、煤熔剂均采用还原性煤气输送。
可选的，所述还原性煤气为冶金企业自身产生的高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气以及上述还原煤气加工产生的氢气、一氧化碳及甲烷。
可选的，所述喷煤枪为套筒式喷枪，中间喷吹煤粉和粒煤的混合物，最外层为水冷层。
可选的，所述煤氧喷枪为套筒式喷枪，最外层为水冷层，最内为氧气层，中间为输煤管。
可选的，所述除尘灰喷枪、熔剂喷枪、煤氧喷枪及喷煤枪中喷射的除尘灰、煤熔剂及还原性煤气提前预热。
可选的，所述炉体底部设有透气砖，所述透气砖下方设有用于向铁水喷吹除湿、预热的焦炉煤气的底吹系统。
本发明的有益效果在于：
本发明顶吹氧枪向渣层高速喷吹，氧气在渣层界面及上部空间与碳及煤气燃烧产生大量热量，温度可达1600℃～2000℃，喷吹形成大量飞溅渣滴，依据牛奶滴落液面在液面处形成王冠飞溅原理，飞溅出的渣滴被迅速加热落回渣层，再次形成小的飞溅，大大增加渣层受热表面积。
本发明在上部渣层内设置煤氧喷枪，煤枪喷枪在上部渣层内浸入式燃烧，该区域的化学反应主要是粉煤的燃烧,及从下部上升煤气的二次燃烧。反应放出的热量加热喷吹进入除尘灰，并传给熔渣，熔渣的运动将热量带到渣层下部的还原区，由于采用厚渣层操作，有助于上部渣层燃烧氧化区与下部渣层还原区分隔。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1的B-B剖视图；
图4为图1的C-C剖视图。
附图标记：顶吹氧枪1、熔剂喷枪2、煤氧喷枪3、喷煤枪4、出铁前炉5、底吹系统6、出渣前炉7、除尘灰喷枪8。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图4，为一种冶金熔融还原炉装置，包含用于稳定出铁水和渣的加压出铁前炉5和出渣前炉7。顶吹氧枪1从炉顶渣层之上空间向渣层吹氧气，渣层上部空间围绕还原炉一周设置四个高炉布袋灰喷枪8和两个熔剂喷枪2，对称分布，向渣层喷吹高炉布袋灰和熔剂。上部渣层围绕还原炉一周设三个煤氧喷枪3和三个高炉布袋灰喷枪8，煤氧喷枪3和布袋除尘灰喷枪8间隔布置，斜向下浸入上部渣层喷吹高炉除尘灰和煤。下部渣层设置围绕还原炉一周设置六个喷煤枪4，斜向下浸入渣层向铁水喷吹。布袋除尘灰、煤、熔剂均采用还原性煤气输送，喷枪均为水冷结构。通过还原炉底部透气砖系统6向铁水层喷吹除湿、预热的焦炉煤气，底吹的还原煤气用于还原铁氧化物及辅助搅拌熔池、燃烧。。
本发明将煤和冶金企业自身产生的煤气作为热源和还原剂，煤气化产生H2和CO，冶金企业产生的煤气通常为焦炉煤气、转炉煤气和高炉煤气，这些煤气尤其是焦炉煤气含有大量H2和甲烷，CO和甲烷在炉内重整发生：
H2O+CO＝H2+CO2
CH4+H2O＝3H2+CO
CH4+CO2＝2H2+2CO
产生H2，H2参与还原反应：
1/2F2O3+3/2H2＝Fe+3/2H2O ΔH°＝50.013KJ/molFe
而C参与还原反应：
1/2Fe2O3+3/2C＝Fe+3/2CO ΔH°＝246.940KJ/molFe
H2还原所需热量仅为C还原的五分之一左右，可大幅度减少熔池需要的传热量。由于H2还原速率远高于C及CO还原速率，可极大高反应速度，减少还原炉尺寸。
本发明顶吹氧枪1向渣层高速喷吹，氧气在渣层界面及上部空间与碳及煤气燃烧产生大量热量，温度可达1600℃～2000℃，喷吹形成大量飞溅渣滴，依据牛奶滴落液面在液面处形成王冠飞溅原理，飞溅出的渣滴被迅速加热落回渣层，再次形成小的飞溅，大大增加渣层受热表面积。
本发明在上部渣层内设置煤氧喷枪3，煤枪喷枪在上部渣层内浸入式燃烧，该区域的化学反应主要是粉煤的燃烧,及从下部上升煤气的二次燃烧。反应放出的热量加热喷吹进入除尘灰，并传给熔渣，熔渣的运动将热量带到渣层下部的还原区，由于采用厚渣层操作，有助于上部渣层燃烧氧化区与下部渣层还原区分隔。
本发明在下部渣层喷出煤，煤进入熔池首先是挥发份分解以及水分、碳反应在煤粒周围形成含CO,H2气相，通过气相中的CO,H2还原气体与渣中FeO反应，形成的CO2与H2O再与C反应，总反应为：
FeO+C＝Fe+CO
进入铁水层的C则对铁水进行渗碳。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种冶金熔融还原炉装置，其特征在于：包括炉体，所述炉体用于冶炼铁水及位于铁水上方的渣层；所述炉体上与铁水及渣层相对应的位置上分设有出铁前炉与出渣前炉；在所述炉体的高度方向上沿逐渐靠近所述炉体的底部的方向上依次环绕设置第一喷枪层、第二喷枪层、第三喷枪层；所述第一喷枪层包括对称分布的若干除尘灰喷枪及至少两个熔剂喷枪，用于向渣层喷吹除尘灰和熔剂；所述第二喷枪层包括若干间隔布置的煤氧喷枪和除尘灰喷枪，伸入渣层喷吹除尘灰和煤；所述第三喷枪层包括若干喷煤枪，向铁水喷吹；所述第二喷枪层的设置位置与渣层相匹配，斜向下浸入渣层布置；所述第三喷枪层内的喷煤枪斜向下浸入渣层布置；所述炉体顶部设有顶吹氧枪，从炉体上部向渣层射流，形成渣层凹陷及溅渣。
2.根据权利要求1所述的一种冶金熔融还原炉装置，其特征在于：所述除尘灰喷枪、熔剂喷枪、煤氧喷枪及喷煤枪中喷射的除尘灰、煤熔剂均采用还原性煤气输送。
3.根据权利要求2所述的一种冶金熔融还原炉装置，其特征在于：所述还原性煤气为冶金企业自身产生的高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气以及上述还原煤气加工产生的氢气、一氧化碳及甲烷。
4.根据权利要求1所述的一种冶金熔融还原炉装置，其特征在于：所述喷煤枪为套筒式喷枪，中间喷吹煤粉和粒煤的混合物，最外层为水冷层。
5.根据权利要求1所述的一种冶金熔融还原炉装置，其特征在于：所述煤氧喷枪为套筒式喷枪，最外层为水冷层，最内为氧气层，中间为输煤管。
6.根据权利要求2所述的一种冶金熔融还原炉装置，其特征在于：所述除尘灰喷枪、熔剂喷枪、煤氧喷枪及喷煤枪中喷射的除尘灰、煤熔剂及还原性煤气提前预热。
7.根据权利要求1所述的一种冶金熔融还原炉装置，其特征在于：所述炉体底部设有透气砖，所述透气砖下方设有用于向铁水喷吹除湿、预热的焦炉煤气的底吹系统。
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| GR01 | Patent grant | ||
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