本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵焦生產(chǎn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

高爐煉鐵因其產(chǎn)量高、能量利用率好等優(yōu)點(diǎn)，仍然是目前鐵水生產(chǎn)的主流工藝。然而，高爐煉鐵生產(chǎn)所必須的焦煤資源逐漸匱乏，國內(nèi)肥煤和主焦煤的儲(chǔ)量?jī)H占我國煤炭?jī)?chǔ)量的9.34％，未來可預(yù)見的一段時(shí)間內(nèi)可能消耗殆盡。此外高爐煉鐵是能量消耗大戶，約占整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)能耗的65％左右，在目前鋼鐵產(chǎn)能過剩的情況下，鋼鐵企業(yè)承擔(dān)著沉重的降本增效和節(jié)能減排任務(wù)。為降低高爐煉鐵能耗，減少co2排放，人們針對(duì)焦化和煉鐵做了大量的基礎(chǔ)研究工作，對(duì)高爐爐料有了新的認(rèn)識(shí)，提出使用鐵焦技術(shù)，為企業(yè)尋找到了節(jié)能減排的新途徑。

然而，目前工業(yè)化生產(chǎn)適合高爐生產(chǎn)要求的鐵焦還存在一定的困難。如果用傳統(tǒng)焦?fàn)t生產(chǎn)鐵焦，例如將煤和鐵礦粉混合裝入焦?fàn)t或?qū)⒚杭拌F礦粉冷壓成型裝入焦?fàn)t，在一定的溫度條件下，焦?fàn)t的硅質(zhì)耐材會(huì)和鐵礦粉發(fā)生反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)的鐵橄欖石，會(huì)導(dǎo)致耐材損壞及粘結(jié)等嚴(yán)重問題。難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模安全工業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供了一種鐵焦生產(chǎn)裝置及方法，使得豎爐高溫干餾區(qū)溫度穩(wěn)定、均勻，操作簡(jiǎn)單，所生產(chǎn)鐵焦強(qiáng)度高，質(zhì)量好，高溫鐵焦被冷卻，余熱被回收，能量利用率高。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種鐵焦生產(chǎn)裝置，其特征在于，包括一個(gè)或多個(gè)豎爐，堅(jiān)爐的上方設(shè)有料罐，料罐的出口與豎爐的入口連接，豎爐外圍設(shè)有密閉燃燒室，密閉燃燒室上設(shè)有多個(gè)燒嘴，豎爐的下方依次設(shè)有過渡倉和鐵焦冷卻及余熱裝置，過渡倉的入口與豎爐的出口連接，過渡倉的出口與鐵焦冷卻及余熱裝置的入口連接；

所述的鐵焦生產(chǎn)裝置還包括煤氣處理及凈化裝置，煤氣處理及凈化裝置的入口通過煤氣管道與豎爐的氣體出口連接，煤氣處理及凈化裝置的出口通過煤氣管道與燒嘴連接。

按照上述技術(shù)方案，密閉燃燒室外墻上設(shè)有煙氣出口，所述的鐵焦生產(chǎn)裝置還包括煙氣處理及余熱回收裝置，煙氣處理及余熱回收裝置的入口通過煙氣管道與煙氣出口連接，煙氣經(jīng)煙氣處理及余熱回收裝置回收排出，煤氣處理及凈化裝置的出口通過煤氣管道經(jīng)煙氣處理及余熱回收裝置進(jìn)行熱交換，再與燒嘴連接。

按照上述技術(shù)方案，所述的豎爐爐墻的材料為熱傳導(dǎo)性好的耐火材料，密閉燃燒室的外墻的材料為絕熱性能好的耐火材料。

采用以上所述的鐵焦生產(chǎn)裝置的鐵焦生產(chǎn)方法，包括以下步驟：

1)將鐵礦粉、煤粉與粘結(jié)劑按規(guī)定比例混合均勻并壓制得到鐵焦生球；

2)鐵焦生球經(jīng)料罐進(jìn)入豎爐，在豎爐內(nèi)鐵焦生球向下運(yùn)行的過程中，被豎爐下部上升的煤氣及外部燃燒室的輻射熱所預(yù)熱，經(jīng)預(yù)熱后的鐵焦生球到達(dá)豎爐中部，鐵焦生球中的鐵礦石被還原，煤粉被干餾，形成鐵焦，生成鐵焦過程中產(chǎn)生的高溫煤氣向上運(yùn)動(dòng)，排出豎爐外；

3)高溫的鐵焦排出豎爐進(jìn)入過渡倉；

4)高溫鐵焦經(jīng)過渡倉最終落入鐵焦冷卻及余熱回收裝置。

按照上述技術(shù)方案，所述的步驟1)中，所述的鐵焦生球大小為直徑5～50mm。

按照上述技術(shù)方案，所述的步驟2)中，排出豎爐外的高溫煤氣經(jīng)過煤氣處理及凈化裝置處理和凈化后送至密閉燃燒室作為補(bǔ)充燃料或直接外供。

按照上述技術(shù)方案，所述的鐵焦生產(chǎn)裝置還包括煙氣處理及余熱回收裝置，所述的步驟2)中，密閉燃燒室產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過煙氣處理及余熱回收裝置處理后用于干燥、預(yù)熱原料或預(yù)熱助燃空氣和煤氣，提高系統(tǒng)能效。

按照上述技術(shù)方案，所述步驟1)中，鐵焦生球的原料配制比例為：鐵礦粉的質(zhì)量百分比為10％～50％，煤粉的質(zhì)量百分比為50％～90％，粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比為0％～10％。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、豎爐被密閉燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饧訜?，豎爐內(nèi)的煤粉干餾，礦粉還原，得到鐵焦；通過燒嘴布置、煤氣流量控制，易于形成有利于鐵焦質(zhì)量控制的高溫均熱帶；由豎爐排出氣體得到處理和凈化，同時(shí)可生產(chǎn)副產(chǎn)品，所述煤氣處理優(yōu)選的可進(jìn)行余熱回收；使得豎爐高溫干餾區(qū)溫度穩(wěn)定、均勻，操作簡(jiǎn)單，所生產(chǎn)鐵焦強(qiáng)度高，質(zhì)量好；高溫鐵焦被冷卻，余熱被回收；能量利用率高。

2、由密閉燃燒室產(chǎn)生的煙氣余熱得到梯級(jí)利用，能量利用率高，密閉燃燒室內(nèi)的豎爐可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)，形成模塊化組合，生產(chǎn)能力可大可小，同時(shí)通過外部加熱，設(shè)備、操作和控制簡(jiǎn)單。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中鐵焦生產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-料罐，2-燒嘴，3-煤氣管道，4-煤氣處理及凈化裝置，5-煙氣處理及余熱回收裝置，6-煙氣管道，7-密閉燃燒室，8-豎爐，9-過渡倉，10-鐵焦冷卻及余熱裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例中的鐵焦生產(chǎn)裝置，包括一個(gè)或多個(gè)豎爐8，堅(jiān)爐的上方設(shè)有料罐1，料罐1的出口與豎爐8的入口連接，豎爐8外圍設(shè)有密閉燃燒室7，密閉燃燒室7上設(shè)有多個(gè)燒嘴2，豎爐8的下方依次設(shè)有過渡倉9和鐵焦冷卻及余熱裝置10，過渡倉9的入口與豎爐8的出口連接，過渡倉9的出口與鐵焦冷卻及余熱裝置10的入口連接；

所述的鐵焦生產(chǎn)裝置還包括煤氣處理及凈化裝置4，煤氣處理及凈化裝置4的入口通過煤氣管道3與豎爐8的氣體出口連接，煤氣處理及凈化裝置4的出口通過煤氣管道3與燒嘴2連接。

豎爐8被密閉燃燒室7內(nèi)燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饧訜幔Q爐8內(nèi)的煤粉干餾，礦粉還原，得到鐵焦；通過燒嘴2布置、煤氣流量控制，易于形成有利于鐵焦質(zhì)量控制的高溫均熱帶；由豎爐8排出氣體得到處理和凈化，同時(shí)可生產(chǎn)副產(chǎn)品，所述煤氣處理優(yōu)選的可進(jìn)行余熱回收；使得豎爐8高溫干餾區(qū)溫度穩(wěn)定、均勻，操作簡(jiǎn)單，所生產(chǎn)鐵焦強(qiáng)度高，質(zhì)量好；高溫鐵焦被冷卻，余熱被回收；能量利用率高。

進(jìn)一步地，豎爐8上部設(shè)置氣體入口，所述豎爐8外圍的密閉燃燒室7將豎爐8包圍在其中，并且將熱量傳遞到豎爐8內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述過渡倉9可為單個(gè)豎爐8設(shè)置，也可多個(gè)豎爐共用。

進(jìn)一步地，鐵焦冷卻及余熱裝置10優(yōu)選使用氮?dú)庾鳛橛酂峄厥战橘|(zhì)。

進(jìn)一步地，密閉燃燒室7外墻上設(shè)有煙氣出口，所述的鐵焦生產(chǎn)裝置還包括煙氣處理及余熱回收裝置5，煙氣處理及余熱回收裝置5的入口通過煙氣管道6與煙氣出口連接，煙氣經(jīng)煙氣處理及余熱回收裝置5回收排出，煤氣處理及凈化裝置4的出口通過煤氣管道3經(jīng)煙氣處理及余熱回收裝置5進(jìn)行熱交換，再與燒嘴2連接；由密閉燃燒室7產(chǎn)生的煙氣余熱得到梯級(jí)利用，能量利用率高，密閉燃燒室7內(nèi)的豎爐8可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)，形成模塊化組合，生產(chǎn)能力可大可小，同時(shí)通過外部加熱，設(shè)備、操作和控制簡(jiǎn)單。

進(jìn)一步地，煙氣處理及余熱回收裝置5優(yōu)選的將煙氣用于與煤氣換熱或用于物料干燥。

進(jìn)一步地，所述的豎爐8爐墻的材料為熱傳導(dǎo)性好的耐火材料，密閉燃燒室7的外墻的材料為絕熱性能好的耐火材料。

進(jìn)一步地，所述密閉燃燒室7的外墻采用任何公知的具有良好絕熱效果的耐火材料砌筑，所述密閉燃燒區(qū)外墻上設(shè)置有燒嘴2，燒嘴2數(shù)量根據(jù)豎爐8的溫度控制需求布置，密閉燃燒室7外墻設(shè)置煙氣出口。

采用以上所述的鐵焦生產(chǎn)裝置的鐵焦生產(chǎn)方法，包括以下步驟：

1)將鐵礦粉、煤粉與粘結(jié)劑按規(guī)定比例混合均勻并壓制得到鐵焦生球；

2)鐵焦生球經(jīng)料罐1進(jìn)入豎爐8，在豎爐8內(nèi)鐵焦生球向下運(yùn)行的過程中，被豎爐8下部上升的煤氣及外部燃燒室的輻射熱所預(yù)熱，經(jīng)預(yù)熱后的鐵焦生球到達(dá)豎爐8中部，鐵焦生球中的鐵礦石被還原，煤粉被干餾，形成鐵焦，生成鐵焦過程中產(chǎn)生的高溫煤氣向上運(yùn)動(dòng)，排出豎爐8外；

3)高溫的鐵焦排出豎爐8進(jìn)入過渡倉9；

4)高溫鐵焦經(jīng)過渡倉9最終落入鐵焦冷卻及余熱回收裝置，優(yōu)選的余熱回收介質(zhì)為氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w。

所生產(chǎn)鐵焦強(qiáng)度高，質(zhì)量好；鐵焦生產(chǎn)操作和控制簡(jiǎn)單，通過燒嘴2布置、煤氣流量控制，易于形成有利于鐵焦質(zhì)量控制的高溫均熱帶；由豎爐8排出氣體得到處理和凈化，同時(shí)可生產(chǎn)副產(chǎn)品，所述煤氣處理優(yōu)選的可進(jìn)行余熱回收；由密閉燃燒室7產(chǎn)生的煙氣余熱得到梯級(jí)利用，能量利用率高；高溫鐵焦被冷卻，余熱被回收。

進(jìn)一步地，所述的步驟1)中，所述的鐵焦生球大小為直徑5～50mm，所述鐵礦粉、煤粉和粘結(jié)劑可為熱態(tài)或冷態(tài)。

進(jìn)一步地，所述的鐵焦生產(chǎn)裝置還包括煤氣處理及凈化裝置4和煙氣處理及余熱回收裝置5，所述的步驟2)中，排出豎爐8外的高溫煤氣經(jīng)過煤氣處理及凈化裝置4處理和凈化后送至密閉燃燒室7作為補(bǔ)充燃料或直接外供，密閉燃燒室7產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過煙氣處理及余熱回收裝置5處理后用于干燥、預(yù)熱原料或預(yù)熱助燃空氣和煤氣，提高系統(tǒng)能效。

進(jìn)一步地，所述步驟1)中，鐵焦生球的原料配制比例為：鐵礦粉的質(zhì)量百分比為10％～50％，煤粉的質(zhì)量百分比為50％～90％，粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比為0％～10％。

圖1說明了本發(fā)明鐵焦生產(chǎn)裝置和方法的特征和運(yùn)行。在典型的運(yùn)行中，先將煤、礦粉、粘結(jié)劑壓制成鐵焦生球，然后通過料罐1被裝入豎爐8內(nèi)。鐵焦生球在豎爐8內(nèi)至上而下運(yùn)行，被密閉燃燒室7燃燒生成的高溫?zé)煔忸A(yù)熱，進(jìn)入下部高溫恒溫干餾區(qū)，含鐵礦粉被還原，煤粉被干餾，生成鐵焦，鐵焦進(jìn)入過渡倉9后，落入鐵焦冷卻及余熱回收裝置10，冷卻后的鐵焦排出，豎爐8內(nèi)生成的煤氣通過煤氣管道3排出，經(jīng)過煤氣處理及凈化裝置4處理得到凈煤氣和副產(chǎn)品，凈化后的煤氣送密閉燃燒室7作為補(bǔ)充燃料或直接外供，燃料及助燃空氣經(jīng)過密閉燃燒室7內(nèi)布置的燒嘴2，在密閉燃燒室7內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量，通過輻射傳熱和傳導(dǎo)傳熱加熱豎爐8內(nèi)的生球，使生球得到預(yù)熱、干餾并生成鐵焦。煙氣在密閉燃燒室7內(nèi)自下而上運(yùn)動(dòng)，形成梯級(jí)利用，能量利用率高。最后煙氣從密閉燃燒室7排出，余熱可用于加熱煤氣和助燃空氣，也可作爐料干燥氣，得到的高溫鐵焦落入過渡倉9，最終進(jìn)入鐵焦冷卻及余熱回收裝置，凈處理后，排出鐵焦。

影響鐵焦質(zhì)量的重要因素包括：豎爐8的尺寸、傳熱方式及熱均勻性，密閉燃燒室7燒嘴2的設(shè)置、煤氣流量的控制等等?？刂埔陨弦蛩厥沟秘Q爐8內(nèi)形成穩(wěn)定的高溫均熱帶，本發(fā)明豎爐8外圍的密閉燃燒室7燒嘴2的數(shù)量設(shè)置方便，燒嘴2燃燒煤氣流量容易控制，因此更容易實(shí)現(xiàn)對(duì)豎爐8溫度的控制，溫度控制更均勻，同時(shí)，優(yōu)選的，可以采用智能控制手段控制燒嘴2煤氣流量，這樣，即使在豎爐8下部鐵礦石發(fā)生還原，需要大量補(bǔ)熱時(shí)，也能快速實(shí)現(xiàn)。

實(shí)施例1

將冷態(tài)的鐵礦粉16％(wt)、煤粉80％(wt)與粘結(jié)劑4％(wt)按比例混合均勻并壓制成直徑25mm的鐵焦生球；鐵焦生球經(jīng)料罐1進(jìn)入豎爐8，在豎爐8內(nèi)生球被豎爐8下部上升的煤氣及外部燃燒室的輻射熱所預(yù)熱并向下運(yùn)行，到達(dá)豎爐8中部，鐵礦石被還原，煤粉被干餾，過程產(chǎn)生的高溫煤氣向上運(yùn)動(dòng)，排出爐外，處理和凈化后送至密閉燃燒室7作為補(bǔ)充燃料；密閉燃燒室7產(chǎn)生的煙氣預(yù)熱助燃空氣和煤氣至200℃；生產(chǎn)得到的高溫鐵焦排出豎爐8進(jìn)入過渡倉9，最終落入鐵焦冷卻及余熱回收裝置，被氮?dú)饫鋮s后回收余熱。

實(shí)施例2

將的鐵礦粉25％(wt)、煤粉75％(wt)按比例混合均勻并加熱，將熱態(tài)的混合料壓制成直徑30mm的鐵焦生球；鐵焦生球經(jīng)料罐1進(jìn)入豎爐8，在豎爐8內(nèi)生球被豎爐8下部上升的煤氣及外部燃燒室的輻射熱所加熱并向下運(yùn)行，到達(dá)豎爐8中部，鐵礦石被還原，煤粉被干餾，過程產(chǎn)生的高溫煤氣向上運(yùn)動(dòng)，排出爐外，處理和凈化后外供；密閉燃燒室7產(chǎn)生的煙氣用于預(yù)熱和干燥原料；生產(chǎn)得到的高溫鐵焦排出豎爐8進(jìn)入過渡倉9，最終落入鐵焦冷卻及余熱回收裝置，被冷卻后回收余熱。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的研發(fā)原理：

此外，除了傳統(tǒng)焦?fàn)t生產(chǎn)鐵焦的方法，還有連續(xù)式成型焦炭法。連續(xù)式成型焦炭工藝，采用干餾爐裝置，不是由耐火磚而是黏土耐火磚構(gòu)成的立式爐，通過冷成型將煤和礦粉壓制成型后裝入豎爐8。通過使用循環(huán)載熱氣體加熱來對(duì)成型的煤粉和礦粉進(jìn)行干餾，制造鐵焦。已知公開的專利有cn102471693a、cn102822315a、cn102471632a，他們的特征是將干餾爐頂煤氣作為下部鐵焦的冷卻用氣，換熱后的熱煤氣通過引射裝置引出，通過立式爐不同位置設(shè)置的風(fēng)口，送入爐內(nèi)加熱鐵焦；或是將干餾爐爐頂煤氣作為加熱用氣，在送入干餾爐前加熱至不同的溫度(通常為500-1000℃之間)，在干餾爐上設(shè)置不同的入口，送入干餾爐內(nèi)加熱并干餾焦炭；然而這種方法的問題在于設(shè)備和工藝控制非常復(fù)雜，將焦?fàn)t煤氣加熱至1000℃存在能耗較高和析碳等問題，同時(shí)也存在安全隱患。

申請(qǐng)人設(shè)計(jì)了新的鐵焦生產(chǎn)方法。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)1)如專利cn102471693a中的生產(chǎn)鐵焦用豎爐8，從設(shè)置于立式豎爐8本體中途的、用于抽出冷卻氣體的排出口將氣體抽出，因此需要使用噴射器等，從而使設(shè)備變得復(fù)雜。另外，會(huì)使從排出口排出的冷卻氣體與從位于排出口上部的風(fēng)口向高溫干餾室供給的高溫干餾用介質(zhì)氣體的氣體平衡、流量控制等操作條件變得復(fù)雜。另外，通過將高溫氣體從風(fēng)口導(dǎo)入至低溫干餾室而進(jìn)行再利用，過程中存在熱損失不利于節(jié)能；2)如專利cn102822315a在專利文獻(xiàn)2基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，其特征在于為在爐子長(zhǎng)度方向的中心位置形成規(guī)定長(zhǎng)度的高溫均熱帶，在爐子長(zhǎng)度方向上設(shè)置兩個(gè)以上的高溫氣體入口。優(yōu)選的低溫氣體為400-700℃，優(yōu)選高溫氣體為800-1000℃，低溫氣體和高溫氣體入爐前分別采用低溫氣體加熱裝置和高溫氣體加熱裝置加熱。然而，生產(chǎn)鐵焦所得到的焦?fàn)t煤氣較普通焦?fàn)t煤氣co含量高，煤氣屬于易燃有毒氣體，煤氣加熱設(shè)備必須具備安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、投資小、成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)才具備工業(yè)應(yīng)用的可能，目前，可用的煤氣加熱方式主要有：熱風(fēng)爐、管式換熱器、氣化爐、卵石換熱器，但都存在不同的問題，如熱風(fēng)爐煤氣加熱至1000℃可能存在析碳的問題，影響煤氣加熱效率，采用管式加熱器可能會(huì)堵塞管路，而氣化爐能耗和投資成本均較高。此外采用高溫氣體干餾的方式，為保持較長(zhǎng)一段溫度的均勻性存在困難，勢(shì)必要在爐殼上開較多的氣體入口，不利于爐子的保溫，加大了熱損失，不利于節(jié)能。

以上的僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的等效變化，仍屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。