CN204589219U - 用于还原金属化球团的熔分系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于还原金属化球团的熔分系统，所述熔分系统可包括：还原设备，用于对金属化球团进行第一次还原，以产生气体和第一次还原后的金属化球团；混气设备，接收从所述还原设备排出的气体，并将所接收的气体调制成第一温度；熔分设备，接收从所述混气设备排出的气体，并使用煤和从所述混气设备接收的气体对第一次还原后的金属化球团进行第二次还原，以产生金属、渣和煤气。本公开的熔分系统能够对第一次还原后的金属化球团进行第二次还原，并能够快速高效的对金属化球团进行充分地还原，以产生品质优良的铁水，同时，在还原过程中还能实现能源的高效利用。
Description
技术领域
本实用新型涉及冶金装备领域，特别涉及一种用于还原金属化球团的熔分系统。
背景技术
众所周知，在当下的冶金领域，由于焦炭已经成为一种日渐紧缺的资源，所以传统的高炉炼铁工艺受到了一定程度的制约，特别是高炉主要以处理高品质铁精矿石为主要原料，其原料成本日益提高已成为遏制高炉工艺长远发展的主要因素。冶金行业开始寻求可以替代高炉生产的非高炉炼铁工艺，相继开发出了以转底炉(还可使用其它直接还原设备)工艺为代表的非高炉炼铁工艺。然而，转底炉工艺主要以钢铁厂固废、有色冶炼炉渣、钒钛磁铁矿、赤泥等贫杂矿为原料，导致其成品金属化球团的品质比较低，金属化率水平普遍不高，为其后续处理带来很大的困难。
转底炉工艺产出的金属化球团主要有两个特点：1)金属化率水平一般停留在50％～70％之间，有大部分铁仍然以氧化物的形式存在，需要进行二次还原；2)金属化球团的残炭含量较低，不能满足二次还原过程所需的炭量，金属铁渗碳不足，导致其熔点较高，不利于熔分。即使采用转底炉工艺对金属化球团进行还原处理，转底炉本身的性质也决定了炉内气氛很难得到理想的还原性气氛。另外，转底炉中的碳很大一部分被燃烧掉了，目前大部分在运行的转底炉所生产出的金属化球团的金属化率仅仅能达到50～80％之间。在此背景下，迫切需要开发出一种能够快速高效的处理低品质金属化球团的一种装置，以实现其与转底炉工艺配套对接，最终得到品质优良的铁水。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够对金属化球团进行充分还原以得到品质优良的铁水的熔分系统。
本实用新型的目的还在于提供一种温度可调且气氛可控的熔分系统。
本实用新型的目的还在于提供一种能源高效利用的熔分系统。
为此，本实用新型提供了一种用于还原金属化球团的熔分系统，所述熔分系统包括：还原设备，用于对金属化球团进行第一次还原，以产生气体和第一次还原后的金属化球团；混气设备，接收从所述还原设备排出的气体，并将所接收的气体调制成第一温度；熔分设备，接收从所述混气设备排出的气体，并使用煤和从所述混气设备接收的气体对第一次还原后的金属化球团进行第二次还原，以产生金属、渣和煤气。
优选地，所述混气设备包括接收并缓冲从所述还原设备排出的气体的缓冲设备，以使从所述还原设备接收的气体具有稳定的压强和流速。
优选地，所述缓冲设备包括从所述还原设备排出的气体依次经过的一级缓冲罐和二级缓冲包。
优选地，所述混气设备还包括：热风控制器，对从所述缓冲设备排出的气体的一部分的流速进行调制；火炬气流控制器，对从所述缓冲设备排出的气体的另一部分的流速进行调制；等离子火炬，接收并电离加热经所述火炬气流控制器调制后的气体以形成具有第二温度的等离子态气体；混气炉，接收并混合经所述热风控制器调制后的气体和经所述等离子火炬电离加热的等离子态气体，以使混合后的气体具有第一温度，并将混合后的气体排放到所述熔分设备中。
优选地，所述熔分系统还包括使所述等离子火炬起弧点火的起弧系统和给所述起弧系统供电的电气整流控制系统。
优选地，所述熔分系统还包括对等离子火炬进行冷却的冷却设备。
优选地，所述熔分设备包括：熔分炉；进气口，设置在所述熔分炉的下部，用于接收从所述混气设备排出的气体；烟道，设置在所述熔分炉的顶部，用于排出煤气；排出口，设置在所述熔分炉的底部，用于排出金属和渣；下料溜槽，设置在所述熔分炉的上部，用于将第一次还原后的金属化球团和煤分层装入所述熔分炉中以形成竖直的层状料柱。
优选地，所述混气设备通过气体分配器与所述进气口连通。
优选地，所述熔分系统还包括接收并冷却从所述熔分设备排出的煤气的换热设备。
优选地，所述换热设备包括接收从所述熔分设备排出的煤气的多管换热器、换热器腔体、鼓风机和二次风管，所述鼓风机将空气吹入所述换热器腔体中以对所述多管换热器中的煤气进行冷却，并将执行完冷却的空气通过所述二次风管吹入到所述混气设备中。
优选地，所述熔分系统还包括接收并净化冷却后的煤气的煤气净化设备，以形成净化后的煤气和煤气副产品。
优选地，所述熔分系统还包括接收净化后的煤气的煤气加压设备，以将净化后的煤气加压到一定压强。
优选地，所述还原设备包括转底炉，加压后的煤气被输送到所述转底炉。
本实用新型的用于还原金属化球团的熔分系统可实现高效的二次还原过程并提供气氛可控的高温气体，特别适用于对由还原设备第一次还原后的金属化球团的还原熔分与渣铁分离的处理。该熔分系统主要由还原设备提供一定流速及压强的热风，该热风经过一级缓冲罐和二级缓冲包缓冲后分别被供给到等离子火炬和混气设备，等离子火炬电离加热后的气体以等离子态高温气体的形式输送给混气设备，并在混气设备内充分换热混匀形成高温气体，混合后的高温气体经气体分配器分成两路进入熔分设备并与熔分设备内的层状料柱充分接触，使熔分设备内部的温度快速上升，产生高温的还原性气氛并对层状料柱中的金属化球团的第二次还原，在第二次还原之后，产生煤气、铁水和液态渣，铁水和液态渣通过重力作用而产生分层并分别通过排出口排出，煤气经过换热设备冷却、煤气净化设备净化以及煤气加压设备加压后可为还原设备提供高效能源。
根据本实用新型，该熔分系统具有以下优点：
1)能够快速高效的对金属化球团进行充分地还原，并产生品质优良的铁水；
2)混气设备能够为熔分设备提供足够多且气氛稳定的高温气体，以保证第二次还原反应的顺利进行；
3)采用煤而不是焦炭作为熔分设备的燃料，可以满足第二次还原反应过程中所需的热量和碳量，同时还减少了炼焦等工艺过程，降低了生产成本；
4)等离子火炬电离加热后的等离子态气体和从转底炉排出的气体的余热与从换热器换热后空气在混气炉中混合后，供给熔分系统作为热源，熔分系统产生的煤气经过冷却、净化、加压后供给转底炉作为能源，形成了能量的循环利用，减少了能源的浪费。
附图说明
图1是示出了根据本实用新型的熔分系统的主视图；
图2是示出了根据本实用新型的熔分系统的俯视图；
图3是示出了根据本实用新型的熔分系统的混气炉的端面示意图。
标号说明：
1：转底炉，2：一级缓冲罐，3：二级缓冲包，4：第一火炬气流控制器，5：热风控制器，6：第二火炬气流控制器，7：热风调节阀：8：电气整流控制系统，9：起弧系统，10：等离子火炬，11：冷却设备，12：二次风口，13：混气炉，14：气体分配器，15：熔分炉，16：下料溜槽，17：烟道，18：排出口，19：换热设备，20：鼓风机，21：二次风管，22：煤气净化设备，23：煤气加压设备，24：煤气管道
具体实施方式
现在对本实用新型实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本实用新型。
在下面的实施例中，仅示出熔分系统对含有大量铁氧化物的金属化球团进行还原，但是本实用新型不限于此。
图1至图3示出了根据本实用新型的用于还原金属化球团的熔分系统，该熔分系统可包括：还原设备，用于对金属化球团进行第一次还原，以产生气体和第一次还原后的金属化球团；混气设备，接收从还原设备排出的气体，并将所接收的气体调制成第一温度，例如，1400℃，在此温度下，铁和渣一般呈液态，便于通过密度不同而分离；熔分设备，接收从混气设备排出的气体，并使用煤(一般为由煤粉压制成的煤球)和从混气设备接收的气体对第一次还原后的金属化球团进行第二次还原，以产生铁水、渣和煤气。
在本实用新型的实施例中，还原设备可以是转底炉1，转底炉1可对其炉体内的金属化球团进行加热，以执行第一次还原反应。
混气设备可包括接收并缓冲从还原设备排出的气体的缓冲设备，以使从还原设备接收的气体具有稳定的压强和流速。具体地，缓冲设备可包括从还原设备排出的气体依次经过的立式的一级缓冲罐2和卧式的二级缓冲包3，经过两次缓冲后的气体具有更加稳定的压强和流速，从而为后续的设备提供稳定且足够的气源，保证熔分和还原过程的顺利进行。
另外，混气设备还可包括安装在二级缓冲包3上的热风控制器5和火炬气流控制器4和6、卧式的混气炉13和设置在混气炉13的端面上的等离子火炬10，热风控制器5用于对从缓冲设备排出的气体的一部分的流速进行调制，经热风控制器5调制后的气体可通过热风调节阀7进入混气炉13中，火炬气流控制器4和6用于对从缓冲设备排出的气体的另一部分的流速进行调制，经火炬气流控制器4和6调制后的气体可被等离子火炬10接收并电离加热以形成具有第二温度(第二温度高于第一温度)的等离子态气体，并进入混气炉13中。经热风控制器5调制后的气体和经等离子火炬10电离加热的等离子态气体在混气炉13中混合，以形成具有第一温度的气体，然后将混合后的气体排放到熔分设备中以供第一还原后的金属化球团的第二次还原反应使用。在图3中示出的本实用新型的实施例中，示出两个等离子火炬10水平地布置在混气炉13的靠近二级缓冲包3的端面的两侧(即，左侧和右侧)上，但是等离子火炬的数量和布置方式不限于此。
在本实用新型的实施例中，从混气设备供给到熔分设备的气体气氛可控且温度可调。等离子火炬10可瞬间起弧燃烧达到4000℃左右，而且在整个燃烧过程几乎不产生复杂的烟气成分，进而保证了混合气体的气氛可控。同时，可通过热风调节阀7的打开程度来调节混气炉中的混合气体的温度，进而实现混合气体的温度可调。但是本实用新型不限于此，还可通过调节等离子火炬10的等离子火焰的温度来实现温度可调。
熔分设备可包括：立式的熔分炉15，用于对第一次还原后的金属化球团进行第二次还原，与混气炉13相互独立的布置并通过管道连通，使得可在混气炉13中单独对熔分炉15所需的气体单独进行混合；进气口，设置在熔分炉15的下部，用于接收从混气设备排出的气体，例如，进气口可通过气体分配器14与混气炉13连通；烟道17，设置在熔分炉15的顶部，用于排出煤气；排出口18，设置在熔分炉15的底部，用于排出金属和渣；下料溜槽16，设置在熔分炉15的上部，用于将第一次还原后的金属化球团和煤分层装入熔分炉15中以形成竖直的层状料柱(未示出)。从混气设备接收的气体可从熔分炉15的下部进入，并从下至上经过该层状料柱，此时，层状料柱中的煤在欠氧高温下燃烧产生还原性气氛，然后对第一次还原后的金属化球团进行第二次还原，这加快了还原反应的速率。在第二次还原的过程中铁和渣达到熔点后开始熔化，熔化后的铁水与液态渣由于自身密度不同而在重力的作用下实现渣铁分离，在熔分炉15底部形成铁水熔池，最终通过排出口18排出。
此外，熔分系统还可包括接收并冷却从熔分设备排出的煤气的换热设备19，以回收煤气中的热量。具体地，换热设备19可包括接收从熔分炉15排出的煤气的多管换热器、包围在多管换热器外部的换热器腔体、将外界空气吹入换热器腔体中的鼓风机20以及连通换热器腔体与混气炉13的二次风管21。在对煤气进行换热时，鼓风机20将外界常温空气吹入换热器腔体中以与多管换热器中的高温煤气进行换热，并将执行完换热过程的温度有所升高的空气通过二次风管21吹入到混气炉13的二次风口12中，然后这些空气会与经热风控制器5调制后的气体和经等离子火炬10电离加热的等离子态气体混合，从而形成具有第一温度的混合气体。在图3中示出的本实用新型的实施例中，示出两个二次风口12竖直地布置在混气炉13的靠近二级缓冲包3的端面的上侧和下侧上，但是二次风口12的数量和布置方式不限于此。
在本实用新型的实施例中，熔分系统还可包括煤气净化设备22和煤气加压设备23，煤气净化设备22接收并净化经换热设备19冷却后的煤气，以形成净化后的煤气和煤气副产品，煤气加压设备23接收净化后的煤气并将净化后的煤气加压到一定压强，加压后的煤气可经由煤气管道24而被输送到转底炉1(例如，其燃烧器等)中，以为转底炉1内进行的第一次还原反应提供还原性气氛并为转底炉1提供高效的热源。
另外，熔分系统还可包括使等离子火炬10迅速起弧点火的起弧系统9和给起弧系统9供电的电气整流控制系统8。
在本实用新型的实施例中，熔分系统还可包括对等离子火炬10进行冷却的冷却设备11，以防止由等离子火炬10电离气体产生的高温的等离子态气体使其阴极和阳极被迅速地氧化。具体地，冷却设备11可包括水池、水泵、水管分配器、四路进水管、四路回水管及冷却塔，四路进水管和四路回水管分别与设置在每个等离子火炬10上的两个进水口和两个出水口中的相应的一个流体连通。水泵从水池中抽出冷却水并通过水管分配器使抽出的冷却水流入四路进水管并经四路回水管回流，从四路回水管回流的冷却水(变热后的)可进入冷却塔进行冷却，以使回流的冷却水的温度降低(例如，降低至40℃左右)后再返回到水池中循环使用。另外，水泵的进水端及出水端均采用了多层过滤器结构去除水中杂质，以满足等离子火炬对水质的要求。
下面说明采用上述的熔分系统对金属化球团进行还原的主要工作过程：
(1)在高温和高压下对转底炉1中的金属化球团进行第一次还原处理，产生第一次还原后的金属化球团和气体，气体的压强约为0.7MPa，流速约为300m3/h，温度小于800℃；
(2)从转底炉1中排出的气体经管路进入一级缓冲罐2进行第一次缓冲，然后进入二级缓冲包2进行第二次缓冲，第一次缓冲后的气体压强约为0.7MPa，第二次缓冲后的气体的流速约为4m3/h，压强约为0.3MPa，此时，流速和压强都基本上达到稳定的状态；
(3)从二级缓冲包2排出的气体中的一部分进入热风控制器5，经过热风控制器5调制后的气体的流速为大于260m3/h；另一部分大致平分地进入两个火炬气流控制器4和6，经过火炬气流控制器4和6调制后的气体流速约为4m3/h，并且分别被供给到两支等离子火炬10；
(4)电气整流控制系统8将380V的动力电源调节为起弧系统9所需的电源，并且被供电后的起弧系统9使等离子火炬10起弧点燃为4000℃左右的等离子态火焰，经过等离子火炬10的气体被电离加热后形成4000℃左右的等离子态气体；
(5)经过热风控制器5调制后的气体通过热风调节阀7进入混气炉13中，经过等离子火炬10电离加热后的高温等离子态气体以及通过二次风口12和二次风管21的空气也进入到混气炉13中，这些气体在混气炉13的炉膛内充分换热混匀，最终形成1400℃左右的气体；
(6)将第一次还原后的金属化球团和煤球一起经熔分炉15的下料溜槽16分层放入熔分炉15的炉膛中，形成竖直的层状料柱；
(7)从混气炉13中排出的气体经过气体分配器14的两个出气口进入到熔分炉15的中下段，高温气体逆流(从下向上流动)经过层状料柱，并对第一次还原后的金属化球团和煤球进行加热，煤球在高温气体的作用下欠氧燃烧产生少量的CO而产生高温还原性气氛，最终在高温还原性气氛下对第一次还原后的金属化球团进行第二次还原；
(8)在第二次还原之后，产生了含有杂质的煤气、铁水和渣，其中，含有杂质的煤气从熔分炉15的烟道17排出，其主要成分为CO、CO2、N2、H2、H2S、NH3、CH4、焦油、苯、萘等，温度大约为1000℃，铁水和渣由于密度(重力)不同而从排出口18分离并排出；
(9)从烟道17排出的煤气进入多管换热器中进行换热，鼓风机20将外界的常温的空气(20℃左右)送入到换热器腔体中，这些空气与经过多管换热器的煤气进行热交换，换热后的煤气温度大约为500℃，空气大约为200～400℃，变热后的空气通过二次风管21和二次风口12进入到混气炉13中进行气体混合；
(10)冷却后的煤气进入煤气净化设备22进行净化，对煤气中的H2S、NH3、N2、CO2等气体进行脱除，并对煤气中焦油类、苯、萘类等进行脱除和回收，以形成煤气副产品和纯净的煤气；
(11)纯净的煤气经煤气加压设备23加压后形成气压约为6Kpa的煤气，然后再经煤气管道24输送至转底炉1(例如，其燃烧器等)中，从而为转底炉1提供高效的能源和还原性气氛。
通过上面对本实用新型的描述可以看出，本实用新型的用于还原金属化球团的熔分系统可对金属化球团进行充分地还原，与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1)通过使用等离子火炬和热风调节阀，使得从混气设备供应到熔分设备的气体气氛可控且温度可调，达到熔分设备所需要的气体温度和稳定的气体；
2)通过采用混气设备与熔分设备相互独立的布置形式，使等离子火炬产生的高温气体能够在独立的空间与热风控制器调制后的气体以及还原设备排出的热风进行换热混匀，为熔分设备提供足够的高温气体；
3)采用煤球作为熔分设备的燃料，可以保证足够的热量供应及第二次还原过程所需的碳量；
4)由于采用煤球代替了焦炭，煤球燃烧产生了煤气，所以整个熔分系统在进行金属化球团还原的过程中不再需要额外的煤气供应以及紧缺的焦炭资源；
5)等离子火炬电离加热后的等离子态气体和从还原设备排出的气体的余热与从换热设备换热后空气经混气设备混合后，供给熔分设备作为热源，熔分设备产生的煤气经过净化后供给还原设备作为燃料并提供还原性气氛，形成了能量的循环利用。
虽然已表示和描述了本实用新型的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。
Claims (13)
1.一种用于还原金属化球团的熔分系统，其特征在于，包括：
还原设备，用于对金属化球团进行第一次还原，以产生气体和第一次还原后的金属化球团；
混气设备，接收从所述还原设备排出的气体，并将所接收的气体调制成第一温度；
熔分设备，接收从所述混气设备排出的气体，并使用煤和从所述混气设备接收的气体对第一次还原后的金属化球团进行第二次还原，以产生金属、渣和煤气。
2.根据权利要求1所述的熔分系统，其特征在于，所述混气设备包括接收并缓冲从所述还原设备排出的气体的缓冲设备，以使从所述还原设备接收的气体具有稳定的压强和流速。
3.根据权利要求2所述的熔分系统，其特征在于，所述缓冲设备包括从所述还原设备排出的气体依次经过的一级缓冲罐和二级缓冲包。
4.根据权利要求2所述的熔分系统，其特征在于，所述混气设备还包括：
热风控制器，对从所述缓冲设备排出的气体的一部分的流速进行调制；
火炬气流控制器，对从所述缓冲设备排出的气体的另一部分的流速进行调制；
等离子火炬，接收并电离加热经所述火炬气流控制器调制后的气体以形成具有第二温度的等离子态气体；
混气炉，接收并混合经所述热风控制器调制后的气体和经所述等离子火炬电离加热的等离子态气体，以使混合后的气体具有第一温度，并将混合后的气体排放到所述熔分设备中。
5.根据权利要求4所述的熔分系统，其特征在于，所述熔分系统还包括使所述等离子火炬起弧点火的起弧系统和给所述起弧系统供电的电气整流控制系统。
6.根据权利要求4所述的熔分系统，其特征在于，所述熔分系统还包括对等离子火炬进行冷却的冷却设备。
7.根据权利要求1所述的熔分系统，其特征在于，所述熔分设备包括：熔分炉；进气口，设置在所述熔分炉的下部，用于接收从所述混气设备排出的气体；烟道，设置在所述熔分炉的顶部，用于排出煤气；排出口，设置在所述熔分炉的底部，用于排出金属和渣；下料溜槽，设置在所述熔分炉的上部，用于将第一次还原后的金属化球团和煤分层装入所述熔分炉中以形成竖直的层状料柱。
8.根据权利要求7所述的熔分系统，其特征在于，所述混气设备通过气体分配器与所述进气口连通。
9.根据权利要求1所述的熔分系统，其特征在于，所述熔分系统还包括接收并冷却从所述熔分设备排出的煤气的换热设备。
10.根据权利要求9所述的熔分系统，其特征在于，所述换热设备包括接收从所述熔分设备排出的煤气的多管换热器、换热器腔体、鼓风机和二次风管，所述鼓风机将空气吹入所述换热器腔体中以对所述多管换热器中的煤气进行冷却，并将执行完冷却的空气通过所述二次风管吹入到所述混气设备中。
11.根据权利要求9所述的熔分系统，其特征在于，所述熔分系统还包括接收并净化冷却后的煤气的煤气净化设备，以形成净化后的煤气和煤气副产品。
12.根据权利要求11所述的熔分系统，其特征在于，所述熔分系统还包括接收净化后的煤气的煤气加压设备，以将净化后的煤气加压到一定压强。
13.根据权利要求12所述的熔分系统，其特征在于，所述还原设备包括转底炉，加压后的煤气被输送到所述转底炉。
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