專利名稱：一種節(jié)能環(huán)保的燈形爐煉鐵或煉鐵合金的新技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種不用焦炭、燒結(jié)塊，而用型礦、煤氧或煤電的燈形爐煉鐵或煉鐵合金的新技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前煉鐵或煉鐵合金，大多采用焦炭、燒結(jié)塊在高爐或礦熱爐內(nèi)冶煉，因而存在下列缺點(diǎn)①生產(chǎn)焦炭、燒結(jié)塊的焦化廠、燒結(jié)廠污染大；②不同顆粒的焦炭、燒結(jié)塊從爐頂裝入，使?fàn)t氣分布復(fù)雜化，爐身下段還原排出的(X)2在爐身上段與焦反應(yīng)生產(chǎn)大量C0，來(lái)不及還原反應(yīng)就排出爐外了，致使幾十年來(lái)高爐CO利用率< M%，礦熱爐CO利用率更低；③ 爐頂加料裝置，不能對(duì)爐內(nèi)冶煉的高氣壓煤氣進(jìn)行完全密封，出爐開堵爐眼，污染環(huán)境，大高爐熱風(fēng)吹不到爐心，造成爐心涼，冶煉速度慢或停滯，而爐周溫度高，散熱，造成大量熱損失；④不參加反應(yīng)的焦炭、氮?dú)庹剂藸t容的絕大部分，噸鐵排氣量大，致使近50年來(lái)高爐、 礦熱爐的爐容利用系數(shù)很少提高，噸鐵基建投資大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，而提供一種不用焦炭、燒結(jié)塊，而用型礦、煤氧或煤電，節(jié)能環(huán)保的燈形爐煉鐵或煉鐵合金的新技術(shù)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種爐缸小、爐心熱的燈形爐，燈形爐的爐頂安裝有封閉煤氣、旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)料口的加料裝置，耐壓大透氣孔管圈或環(huán)圈的型礦從爐頂裝入，煤氧或煤電從爐缸噴吹，礦燃逆流還原產(chǎn)生高溫、夾焦炭的還原氣流，使下降的型礦還原，還原后的爐氣在爐身上段，再經(jīng)噴氧燃燒，預(yù)熱下降的型礦。本發(fā)明的上述技術(shù)方案使?fàn)t內(nèi)CO利用率接近100%，節(jié)能減排效果好。用虹吸管連接引出爐缸內(nèi)的鐵水和渣水，分別送入貯鐵罐和渣場(chǎng)，避免傳統(tǒng)技術(shù)開堵爐眼而產(chǎn)生的煙塵和熱輻射污染，加上無(wú)需建立污染嚴(yán)重的焦化廠、燒結(jié)廠，因而環(huán)保意義重大。上述技術(shù)方案中，燈形爐的爐腰內(nèi)徑比爐缸內(nèi)徑大4倍以上，爐身上段的底部其內(nèi)徑比爐身下段的頂部明顯縮小。上述技術(shù)方案中，煤氧供熱的燈形爐外型像點(diǎn)支蠟燭的紙燈籠，煤電供熱的燈形爐像50年前點(diǎn)煤油帶玻璃罩的煤油燈。與高爐相比，爐缸小，爐腰內(nèi)徑比爐缸內(nèi)徑大4倍以上，在爐身上段的底部其內(nèi)徑比爐身下段的頂部明顯縮小，以供爐周設(shè)噴氧圈管噴氧，充分燃燒，上升爐氣中可燃物，以預(yù)熱下降的型礦。煤電供熱煉鐵合金時(shí)，還原后的爐氣CO含量偏高，可在氧氣圈管下面，設(shè)管提前抽取多余的煤氣預(yù)熱型礦，供發(fā)電或其他用。燈形爐各部分高度和內(nèi)徑，按冶煉時(shí)物料在該部位區(qū)域內(nèi)需要停留時(shí)間決定所需容積大小。上述技術(shù)方案中，爐頂采用本發(fā)明的封閉煤氣、旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)料口的加料裝置，該簡(jiǎn)易裝置是按現(xiàn)代流體力學(xué)原理設(shè)計(jì)，爐體內(nèi)壓力僅影響料口的小面積，只需很小動(dòng)力即可推動(dòng)料口旋轉(zhuǎn)，封閉或打開。保障爐內(nèi)高氣壓操作而提高產(chǎn)量。設(shè)備高度、重量和造價(jià)比高爐加料裝置大大降低。
上述技術(shù)方案中，爐缸小有下列優(yōu)點(diǎn)①虹吸管連續(xù)出鐵出渣，不用開堵爐眼而消除污染；②爐內(nèi)料線、渣線、鐵水線穩(wěn)定在一定水平線上，有利爐況穩(wěn)定，提高產(chǎn)量；③有利熱量集中并擴(kuò)大在爐心中軸線高尖圓錐體滴熔區(qū)或軟熔區(qū)，使?fàn)t內(nèi)料溫高反應(yīng)快。而爐周溫度低，冷卻設(shè)備和熱損失減少；④爐腹?fàn)t缸上煤氧噴咀或煤電噴咀，數(shù)量可大大減少，節(jié)省投資。上述技術(shù)方案中，型礦、煤氧煉鐵或煉鐵合金的燈形爐缸是圓桶形，爐腹中部，只需布置4-5個(gè)螺旋泵輸煤粒入腹，煤入爐后受熱變成焦炭，爐缸只需布置4-5氧咀將焦炭粒噴入爐中軸線上方與型礦反應(yīng)，形成一個(gè)較高的尖圓錐體高溫還原氣流和焦炭活躍的渣鐵滴熔區(qū)。上述技術(shù)方案中，用煤電供熱煉鐵或鐵合金的燈形爐，爐缸是下大上小呈凸瓶形， 以保護(hù)電極不受下降滴熔碰撞電極尖端而損傷。在爐缸下部頂端同一水平面上，成120度角度布置三根輸煤粉的中空石墨電極，通電后，三根電極的極心圓內(nèi)，產(chǎn)生溫度高達(dá)5000°C 的等離子夾焦粉的還原高壓還原氣流，升入爐心與型礦反應(yīng)，形成一個(gè)高尖圓錐體高溫高壓還原氣流和焦粉活躍的滴熔區(qū)。上述技術(shù)方案中，無(wú)論是煤氧或煤電熔煉，都要求用現(xiàn)代流體力學(xué)原理，指導(dǎo)噴咀設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)，能將高溫高壓還原氣流焦炭噴射到爐中軸線上方較高處，匯集形成一個(gè)細(xì)高尖圓錐體還原氣流和焦炭活躍的滴熔區(qū)，使熱量能根據(jù)反應(yīng)需要合理分布，不集中在爐腰和爐身下段而降低鐵水含Si量。要求型礦管圈或環(huán)圈透氣孔有足夠大，在焦炭活躍滴熔區(qū)內(nèi)，能將大量焦炭填充在管圈或環(huán)圈孔內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)軟熔區(qū)殼罩，軟熔區(qū)下部殼罩內(nèi)壁溫度達(dá)1400°c，而殼罩外，占爐內(nèi)絕大部分的爐料溫度在1000°c以下，使絕大部分型礦保持固體狀態(tài)，有利于直接還原供氣和排氣暢通而提高產(chǎn)量。上述技術(shù)方案中，研制形狀大小一致的耐壓型礦，以解決爐料透氣性問題。必須① 選用含量高的精鐵礦，摻適量石灰石粉和少量粘結(jié)劑壓制。②適當(dāng)使用較大壓強(qiáng)，使顆粒緊密結(jié)實(shí)，也能提高軟化溫度。③將型礦設(shè)計(jì)成耐壓，大透氣孔道形狀，如方管圈型礦或圓管圈型礦或圓環(huán)圈型礦，使型礦在爐內(nèi)高溫區(qū)相變時(shí)體積緊縮和膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力，能均勻分布在管圈或環(huán)圈周上，像圓箍一樣抱住而不易整體損壞。④要求在軟熔區(qū)溫度管圈或環(huán)圈仍具有大透氣孔圈，孔內(nèi)能填充足夠焦炭，以提高型礦型鐵軟化溫度，使?fàn)t氣能暢通到軟熔區(qū)殼罩外圈。上述技術(shù)方案中，用炭作還原劑煉鐵或煉鐵合金，冶金原理是一樣的，只是冶煉時(shí)需要供給的熱量、還原難度、還原后排放氣體CO含量濃度有些差別而已。例如煉含少量有用元素Mn、V、Cr、Nb、Ti的鐵礦，可用高爐煉成鐵水，然后從鐵水煉鋼過程從渣中回收有用元素。含大量上述有用元素的貧鐵礦，可直接用礦熱爐煉成鐵合金。傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)論是用高爐或礦熱爐，煉鐵或煉鐵合金，都需要焦炭作還原劑，大多數(shù)還用燒結(jié)礦，造成污染嚴(yán)重，能耗增高，而本發(fā)明直接用煤作還原劑和型礦在燈形爐內(nèi)熔煉，達(dá)到節(jié)能減排環(huán)保，解決了上述難題。傳統(tǒng)技術(shù)高爐與本發(fā)明燈形爐比較傳統(tǒng)高爐1、需焦化廠，燒結(jié)廠，出爐時(shí)開堵爐眼，造成污染嚴(yán)重，能耗增多。2、不同顆粒礦、焦都從爐頂裝入，爐缸鼓風(fēng)、礦焦同流還原，使?fàn)t氣分布復(fù)雜化，預(yù)還原后排出的(X)2在爐內(nèi)與C反應(yīng)生成大量CO被排出爐外，使?fàn)t內(nèi)的CO利用率很難超過 M%，而焦耗高。加上焦化、燒結(jié)，噸鐵標(biāo)煤耗約600Kg。3、大高爐熱風(fēng)吹不到爐心，造成爐殼熱，冷卻散熱時(shí)熱損失大，而爐心溫度低，成為死料區(qū)、冶煉速度慢，加上不參與反應(yīng)的焦炭和氮?dú)飧髡紦?jù)大量容積，加上爐內(nèi)不能采用較高壓力冶煉，近50年來(lái)爐容利用系數(shù)停留在2. 5T/M3天左右。4、工序復(fù)雜設(shè)備多，廠房占地多，員工多，噸鐵投資大。本發(fā)明的燈形爐1、不需焦化廠、燒結(jié)廠、出爐不需開堵爐眼，污染輕，能耗省。2、礦從爐頂裝，煤氧或煤電爐缸底噴，礦燃逆流還原，終還原排出的高CO濃度爐氣，供爐身中段無(wú)炭情況下預(yù)還原，預(yù)還原后的爐氣約含15% CO,在爐身上段再后燃供預(yù)熱型礦和石灰石分解與脫水。使?fàn)t內(nèi)CO利用率接近100%，當(dāng)預(yù)還原率達(dá)50%以上時(shí)，煤耗和排氣量降至最低點(diǎn)。煤電熔煉，標(biāo)煤耗< 270Kg，電耗1000度，氧耗< 25NM3，排氣量 < 320NM3，煤氧熔煉，標(biāo)煤煉耗< 400，氧耗< 320NM3，排氣量< 640NM3。3、爐內(nèi)焦少，無(wú)氮占據(jù)容積，爐心熱、料溫高，冶煉快。煤電熔煉排氣量?jī)H高爐的 1/4，煤氧熔煉排氣量?jī)H高爐的1/2。爐內(nèi)可采用較高氣壓操作，以提高產(chǎn)量，使燈形爐爐容利用系數(shù)比高爐提高10倍以上。燈形爐煤氧煉鐵能取代高爐煉鐵，道理與氧氣轉(zhuǎn)爐取代平爐煉鋼一樣。4、工序簡(jiǎn)化設(shè)備少，廠房占地少，員工少，噸鐵投資不到高爐法1/5。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明為解決煉鐵或鐵合金冶煉時(shí)爐料透氣性問題，設(shè)計(jì)管圈或環(huán)圈三種型礦，能在高爐料柱壓力下抗壓不易壓碎，型礦在高溫時(shí)體積收縮或膨脹時(shí)受到的應(yīng)力向圓圈周長(zhǎng)均勻分布，像圓箍一樣箍住不散而保持型礦良好透氣性。具體請(qǐng)參考丁公權(quán)的專利號(hào) 02113982. 2，專利名稱“高爐型礦煤塊熱風(fēng)或氧無(wú)焦低氮煉鐵法”。本發(fā)明能煉鐵又能煉錳鐵合金的煤氧熔煉，是利用現(xiàn)有高爐技術(shù)和建材條件下， 建造比高爐爐容利用系數(shù)提高10倍以上的燈形爐。采用礦燃逆流還原熔煉。爐缸爐腹產(chǎn)氣，爐腰終還原熔化成鐵水，爐身中段利用終還原排出的CO高含量爐氣，在無(wú)炭情況下預(yù)還原型礦，預(yù)還原率達(dá)50 %，預(yù)還原后排出的爐氣約含有15%的⑶，在爐身上段再噴氧燃燒預(yù)熱爐頂下降的型礦，使?fàn)t內(nèi)CO利用率接近100%而達(dá)到節(jié)能減排。本發(fā)明設(shè)計(jì)的小爐缸是參考了我國(guó)古代煉鐵爐是小爐缸，有利①熱量集中在爐心、減少爐殼冷卻損失，②爐心熱，料溫高，冶煉快。③設(shè)備簡(jiǎn)化，只需4-5個(gè)煤咀和氧咀。④ 用虹吸管連續(xù)出渣出鐵，使?fàn)t內(nèi)料線、渣線。鐵水線穩(wěn)定在一定水平線上，有利自動(dòng)控制而提高產(chǎn)量。參考上世紀(jì)裝三根石墨電極電高爐煉鐵，或裝三根中空石墨電極輸煤粉，通電后產(chǎn)生高溫等離子焦粉和還原氣流煉鐵或煉鐵合金的供熱方式。應(yīng)用在本發(fā)明的燈形爐上，使?fàn)t內(nèi)CO利用率和爐容利用系數(shù)，比電高爐，礦熱爐等大幅提高，而達(dá)到節(jié)能減排的目的。
本發(fā)明用流體力學(xué)參考航天太空艙對(duì)接技術(shù)，設(shè)計(jì)爐內(nèi)高氣壓僅在加料口小面積內(nèi)承受，只需很小動(dòng)力，就能旋轉(zhuǎn)打開或關(guān)閉滑動(dòng)料口，簡(jiǎn)易可靠，可耐爐內(nèi)高氣壓下冶煉
而提高產(chǎn)量。
附圖標(biāo)注說(shuō)明
1—-爐體 2——Fe2O3型礦3——Fe2O3型礦預(yù)熱區(qū)
4——-Fe2O3型礦內(nèi)石灰石分解區(qū)5——后燃噴氧
6——-Fe2O3型礦還原Fii3O4型礦區(qū)7——Fe3O4型礦預(yù)還原成!^exO型礦區(qū)
8——-FexO型礦終還原成鐵區(qū)9——-FexO型礦型鐵夾焦炭軟熔區(qū)
10—一輸煤粒螺旋泵 11——-鐵水12——連續(xù)出鐵虹吸管
13—一連續(xù)出渣虹吸管 14——-爐缸焦堆15——爐腹焦堆
16—一活潑焦炭+渣鐵滴熔區(qū)17——受料漏斗
18—一上旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)料口板19——-料倉(cāng)20——下旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)料口板
21—一調(diào)氣壓閥 22——-煤粒23——煤倉(cāng)
24—一貯鐵罐 25——真空度調(diào)節(jié)閥26——定期出鐵真空虹吸管
27—一鐵水包28——排氣管。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能環(huán)保的燈形爐煉鐵或煉鐵合金的新技術(shù)，其特征在于設(shè)計(jì)一種爐缸小、 爐心熱的燈形爐，燈形爐的爐頂安裝有封閉煤氣、旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)料口的加料裝置，耐壓大透氣孔管圈或環(huán)圈的型礦從爐頂裝入，煤氧或煤電從爐缸噴吹，礦燃逆流還原產(chǎn)生高溫、夾焦炭的還原氣流，使下降的型礦還原，還原后的爐氣在爐身上段，再經(jīng)噴氧燃燒，預(yù)熱下降的型礦。 本發(fā)明的上述技術(shù)方案使?fàn)t內(nèi)CO利用率接近100%，節(jié)能減排效果好。用虹吸管連接引出爐缸內(nèi)的鐵水和渣水，分別送入貯鐵罐和渣場(chǎng)，避免傳統(tǒng)技術(shù)開堵爐眼而產(chǎn)生的煙塵和熱輻射污染，加上無(wú)需建立污染嚴(yán)重的焦化廠、燒結(jié)廠，因而環(huán)保意義重大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能環(huán)保的燈形爐煉鐵或煉鐵合金的新技術(shù)，其特征在于 燈形爐的爐腰內(nèi)徑比爐缸內(nèi)徑大4倍以上，爐身上段的底部其內(nèi)徑比爐身下段的頂部明顯縮小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能環(huán)保的燈形爐煉鐵或煉鐵合金的新技術(shù)，其特征在于 型礦、煤氧煉鐵或煉鐵合金的燈形爐爐缸是圓桶形，爐腹中部，只需布置4 5個(gè)螺旋泵輸煤粒入腹，煤入爐內(nèi)后受熱變成焦粒，爐缸上只需相應(yīng)布置4-5氧咀，將焦粒噴入爐中軸線上方與型礦反應(yīng)，形成一個(gè)較高的尖圓錐體高溫還原氣流和焦炭活躍的渣鐵滴熔區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述節(jié)能環(huán)保的燈形爐煉鐵或煉鐵合金的新技術(shù)，其特征在于用煤電供熱煉鐵或鐵合金的燈形爐，爐缸下大上小呈凸瓶形，在爐缸下部頂端同一水平面上， 成120度角度布置三根輸煤粉的中空石墨電極，通電后，三根電極端的極心圓內(nèi)，產(chǎn)生溫度高達(dá)5000°C的等離子夾焦粉的高壓還原氣流，升入爐心與型礦反應(yīng)，形成一個(gè)高尖圓錐體高溫高壓還原氣流和焦炭活躍的滴熔區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述節(jié)能環(huán)保的燈形爐煉鐵或煉鐵合金的新技術(shù)，其特征在于用煤氧或煤電熔煉，噴咀設(shè)備將高溫高壓還原氣流，噴射到爐中軸線上方較高處，匯集形成一個(gè)細(xì)高尖圓錐體還原氣流和焦炭活躍的滴熔區(qū)。
全文摘要
一種節(jié)能環(huán)保的燈形爐煉鐵或煉鐵合金的新方法，采用爐缸小、爐心熱的燈形爐，研制大透氣孔耐壓型礦從爐頂裝入，煤氧或煤電從爐缸噴吹，產(chǎn)生高溫還原氣上升還原型礦，還原后的爐氣再燃燒預(yù)熱下降型礦，使?fàn)t內(nèi)CO利用率接近100％，因爐內(nèi)焦少，無(wú)氮，排氣量少，料溫高，冶煉快，爐容利用系數(shù)比高爐提高10倍以上。噸鐵耗標(biāo)煤＜400kg，氧＜320NM3或煤＜270kg，電耗＜1000度，氧＜25NM3。燈爐噸鐵建廠占地、投資、員工不到高爐法的1/5。煤電爐炭還原的鐵合金，能耗也大幅降低，適用現(xiàn)有大中高爐或礦熱爐節(jié)能減排技術(shù)更新領(lǐng)先。
文檔編號(hào)C21B13/00GK102234698SQ201010163318
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者丁公權(quán), 丁小軍, 丁小波 申請(qǐng)人:丁公權(quán), 丁小軍, 丁小波