本發(fā)明涉及金屬火法冶煉的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生產(chǎn)鐵焦的豎爐工藝，主要用于生產(chǎn)鐵焦以替代高爐生產(chǎn)需要的部分焦炭。

背景技術(shù)：

焦炭是高爐冶煉的重要原料，在高爐內(nèi)同時發(fā)揮鐵水滲碳劑、發(fā)熱劑、還原劑和料柱骨架的作用，高爐煉鐵既要保證高爐爐況穩(wěn)定順行，又要盡量降低焦炭消耗。因此，高爐對焦炭質(zhì)量的要求是熱強度要高，同時反應(yīng)性也要高。

為了保證焦炭的質(zhì)量，焦炭的生產(chǎn)原料采用專用的焦煤，然而焦煤的資源是十分有限的，為了降低焦炭的消耗，高爐煉鐵積極推廣了噴吹煤粉的技術(shù)，該技術(shù)已在國內(nèi)外得到普遍推廣，降低焦炭的效果雖然明顯，但是目前一般高爐焦比高達每噸鐵水350-380公斤，先進的高爐焦比每噸鐵水也有300-320公斤，不僅消耗量仍然很大，而且焦煤的價格逐年升高，使得降低生產(chǎn)成本的壓力越來越大。

從目前全球焦煤分布和儲量來看，分布極不均衡且優(yōu)質(zhì)焦煤資源總儲量很有限，在每年消耗近10億噸優(yōu)質(zhì)焦煤的情況下，再過不到70年世界的優(yōu)質(zhì)焦煤資源將消耗殆盡，如何進一步降低焦煤的消耗及CO₂的排放量，已經(jīng)成為十分重要的課題。

近幾年國內(nèi)外積極開展了鐵焦替代焦炭的研究，所謂鐵焦，就是向非焦煤中添加一定比例的鐵礦粉，通過高溫炭化得到的含有金屬鐵的一種焦炭。由于金屬鐵對C+CO₂＝2CO反應(yīng)具有催化作用，鐵焦的反應(yīng)性明顯高于普通焦炭。

將鐵焦與鐵礦石混裝入爐用于煉鐵，其意義歸納起來有以下幾點：

(1)鐵焦很好地滿足高爐對焦炭的熱強度和反應(yīng)性都要高的性能要求，并且鐵焦的反應(yīng)性明顯高于普通焦炭，降低了熱保存區(qū)溫度，降低了能耗，提高了生產(chǎn)效率；

(2)鐵焦替代部分焦炭，從而降低了焦炭消耗，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)率,降低了CO₂的排放；

(3)非焦煤中配加的鐵礦石在生產(chǎn)鐵焦的過程中已還原成金屬鐵，這樣也能夠降低焦比、提高生產(chǎn)效率。

鐵焦的制備方法目前主要有兩種：

一種是日本JFE公司的熱壓塊—豎爐法，這種方法是將含有少量黏結(jié)劑的鐵礦石和非焦煤的混合物加熱到一定溫度，用壓塊機制成一定形狀的團礦，然后裝入豎爐型反應(yīng)器中進行干餾，最后制得形狀規(guī)整的鐵焦產(chǎn)品。這種方法的優(yōu)點是可以多配鐵礦石(鐵礦石配比最高可達30％)，鐵焦的熱性質(zhì)較好。但其缺點是工藝流程復(fù)雜、生產(chǎn)率低且難以大型化。

另一種方法是日本新日鐵公司的傳統(tǒng)室式煉焦?fàn)t法，曾在大型焦?fàn)t上做過工業(yè)性試驗。它是將破碎到合適粒度的鐵礦石添加到配合煤的運輸皮帶機上，沒有設(shè)置專門的混勻設(shè)備，而是在皮帶機的轉(zhuǎn)運過程中實現(xiàn)配合煤與鐵礦石的均勻混合。工業(yè)試驗結(jié)果顯示，推焦作業(yè)順利，沒有發(fā)生爐墻侵蝕現(xiàn)象。這種方法的優(yōu)點是可以利用傳統(tǒng)的煉焦設(shè)備生產(chǎn)鐵焦，鐵焦的冷強度符合實際高爐生產(chǎn)的要求，產(chǎn)量大，工藝成熟；缺點是鐵礦石配比低，而且熱性能較差，難以達到理想的生產(chǎn)效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供了一種生產(chǎn)鐵焦的豎爐工藝，該工藝先進可靠、能夠?qū)崿F(xiàn)鐵焦的大規(guī)模生產(chǎn)、產(chǎn)品熱強度好、反應(yīng)性高、工藝過程沒有爐墻侵蝕，從而減少高爐煉鐵焦炭用量、降低高爐煉鐵生產(chǎn)成本、提高高爐煉鐵生產(chǎn)效率、減少高爐煉鐵CO₂排放等顯著優(yōu)點。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案基于使用了如圖2所示的炭化豎爐，該炭化爐為豎爐型式，由炭化室1和燃燒室2組成，多個炭化室1布置在一個很大的燃燒室2中，炭化室通過模塊化組合而成，炭化室1從上到下分為預(yù)熱段4、炭化段5和冷卻段7，每個炭化室1和燃燒室2之間設(shè)有傳熱隔墻6，通過燃燒室2中的燃燒器3燃燒煤氣產(chǎn)生炭化室1所需要的熱量，各炭化室1內(nèi)溫度基本一致，壓塊料從頂部加入后經(jīng)過預(yù)熱段4、炭化段5和冷卻段7后，在排料裝置8的控制下按照合理流量排出。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種生產(chǎn)鐵焦的豎爐工藝,具體包括以下步驟：

(1)將鐵礦和煤均粉碎至粒度小于0.5mm的粉末,然后將鐵礦粉與煤粉加入粘結(jié)劑一起混勻后形成混勻料；

(2)將混勻料經(jīng)過壓塊、烘干后形成壓塊料，壓塊的粒度大小為15-75mm；

(3)壓塊料由裝料裝置裝入炭化爐中的炭化室中，壓塊料在炭化室中向下運行，先后經(jīng)過炭化室的預(yù)熱段和炭化段形成鐵焦，預(yù)熱的溫度在300-800℃，炭化溫度控制在800-1250℃，預(yù)熱和炭化總的時間為10～30h；

(4)鐵焦經(jīng)過冷卻段冷卻至50-150℃的溫度，通過排料裝置連續(xù)排出爐外。

優(yōu)選地，所述步驟一中鐵礦粉與煤粉的質(zhì)量比為20～40：60～80。

優(yōu)選地，所述步驟一中的煤為非焦煤，選自無煙煤、煙煤或褐煤中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述步驟三中壓塊料在炭化室中運行的速度控制在3-30mm/min。

所述步驟三中炭化室中預(yù)熱和炭化所需的熱量，來源于炭化室隔墻外燃燒室燃料燃燒產(chǎn)生的熱量，熱量通過隔墻傳給炭化室中的壓塊料。

所述燃燒室燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀懦鋈紵液?，通過換熱器來預(yù)熱燃燒室燃燒用助燃氣體和/或烘干壓塊。

實施本發(fā)明生產(chǎn)鐵焦的工藝，具有以下有益效果：

1)采用本發(fā)明生產(chǎn)鐵焦的豎爐工藝，不僅工藝流程簡單可靠，而且可以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，原因在于：炭化室可以通過模塊化組合來實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)需要的產(chǎn)量，另外炭化爐前后的工藝及裝備為規(guī)模化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，該工藝明顯克服了采用焦?fàn)t生產(chǎn)鐵焦這種工藝的許多缺點。

2)該工藝根據(jù)不同的原料條件，可通過有效的調(diào)節(jié)炭化溫度和炭化時間，來得到優(yōu)質(zhì)的鐵焦，鐵焦能夠達到高爐對焦炭的熱強度和反應(yīng)性的性能要求，并且鐵焦的反應(yīng)性明顯高于普通焦炭，降低了熱保存區(qū)溫度，這樣鐵焦能夠替代部分焦炭，從而降低焦炭消耗，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率,降低CO₂的排放，同時由于非焦煤中配加的鐵礦石在生產(chǎn)鐵焦的過程中已還原成金屬鐵，這樣也能夠降低焦比和提高了生產(chǎn)效率。

3)該工藝高品質(zhì)的炭化室隔墻采用優(yōu)質(zhì)耐材，具有高導(dǎo)熱、低氣孔、耐高溫、耐磨損等性能，為高生產(chǎn)效率、降低能耗和長壽命提供了很好的條件。

4)該工藝炭化室分為預(yù)熱段、炭化段和冷卻段，可達到的效果有：壓塊料在炭化前，經(jīng)過了充分的預(yù)熱，熱量得到有效利用，炭化的效率得到提高；炭化過程中采用緩慢向下的連續(xù)運動，能夠很好地避免炭化室中物料與隔墻及物料之間的粘接，不至于造成排料困難和中斷生產(chǎn)；炭化完畢，鐵焦在冷卻段能夠冷卻到需要的溫度。

5)該工藝炭化室和燃燒室各自獨立，各自的還原氣氛和氧化氣氛互不干涉，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度場均勻，能夠得到優(yōu)質(zhì)的鐵焦。

6)該工藝壓塊料中煤和鐵氧化物充分接觸，能夠使得鐵在炭化過程中得到很好的還原，并且由于金屬鐵對C+CO₂＝2CO反應(yīng)具有催化作用，鐵焦的反應(yīng)性明顯高于普通焦炭。

7)該工藝燃燒室最終排出的高溫?zé)煔獠捎酶邷責(zé)峤粨Q器進行熱量回收，用來預(yù)熱進入燃燒室用助燃空氣和壓塊料，降低了能耗，提高了能源利用效率。

8)該工藝炭化室預(yù)熱段排出的炭化性氣體返回至燃燒室再利用，可節(jié)約能源、降低能源消耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明生產(chǎn)鐵焦的豎爐工藝的流程圖；

圖2為本發(fā)明所使用的炭化豎爐的示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明技術(shù)方案更容易理解，現(xiàn)結(jié)合附圖采用具體實施例的方式，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清晰、完整的描述。應(yīng)當(dāng)注意，在此所述的實施例僅為本發(fā)明的部分實施例，而非本發(fā)明的全部實現(xiàn)方式，所述實施例只有示例性，其作用只在于為審查員及公眾提供理解本發(fā)明內(nèi)容更為直觀明了的方式，而不是對本發(fā)明所述技術(shù)方案的限制。在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，所有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員沒有做出創(chuàng)造性勞動就能想到的其它實施方式，及其它對本發(fā)明技術(shù)方案的簡單替換和各種變化，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)鐵焦的豎爐工藝，用于生產(chǎn)替代高爐部分焦炭的鐵焦，其主要生產(chǎn)步驟包括：

1)粉粹后達到合格粒度的鐵礦粉(0.3mm)和煤粉與粘結(jié)劑一起混勻，混勻后進行壓塊，壓塊的粒度大小為20-50mm，然后進行烘干；

2)烘干后的壓塊料由裝料裝置從炭化室頂部進料，炭化室被壓塊料全部填充，料面高出炭化爐本體一定高度；

3)壓塊料在炭化室中靠重力向下運行，經(jīng)過預(yù)熱段、炭化段后完成炭化過程，炭化室內(nèi)溫度1100℃，炭化室中進行預(yù)熱和炭化所需的熱量，來源于炭化室隔墻外燃燒室燃燒產(chǎn)生的熱量，熱量通過隔墻傳給炭化室中的壓塊料；

4)燃燒室位于炭化室四周或兩側(cè)，燃燒室內(nèi)設(shè)置若干個燒嘴，燃料和助燃氣體燃燒會產(chǎn)生1100～1400℃的高溫?zé)煔猓邷責(zé)煔獾臒崃空w均勻通過隔墻加熱炭化室隔墻內(nèi)的壓塊料；燃料為煤制煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、天然氣、石油液化氣或頁巖氣等的至少一種；

5)壓塊料在炭化室內(nèi)進行充分的炭化反應(yīng)；根據(jù)原料條件和工藝需要，炭化室內(nèi)的溫度和炭化反應(yīng)的時間均能實現(xiàn)可調(diào)、可控；

6)燃燒室排出的煙氣溫度較高，約900～1200℃，排出后的高溫?zé)煔馔ㄟ^換熱器進行熱量回收，預(yù)熱進入燃燒室的助燃氣體，助燃氣體可預(yù)熱至500～700℃，換熱后的煙氣溫度降低至400～600℃，還可用于烘干原料等，烘干后的100～150℃的煙氣通過煙囪外排；

7)各個炭化室內(nèi)部被炭化物料在反應(yīng)過程中，產(chǎn)生的氣體，如CO、H₂等，在炭化室頂部空間返回至燃燒室作為補充燃料；

8)經(jīng)過炭化段后生產(chǎn)的鐵焦最后經(jīng)過冷卻段，根據(jù)需要的溫度可以達到50-150℃，通過排料裝置連續(xù)排出爐外，得到的冷態(tài)鐵焦與高爐原燃料配料后加入高爐。

本發(fā)明工藝具有以下優(yōu)點：

1)該工藝對鐵礦石的品位要求不高，低品位鐵礦石也可以使用；

2)該工藝的能源利用充分，能源浪費很少，并且資源都得到循環(huán)利用；

3)該工藝中的炭化爐由炭化室和燃燒室組成，炭化室的數(shù)量根據(jù)產(chǎn)量要求進行模塊化的組合，燃燒室的大小和數(shù)量根據(jù)炭化室的多少進行調(diào)整。

實施例2

本發(fā)明生產(chǎn)鐵焦的工藝包括以下步驟：

1)將粉粹后含鐵品位53％的鐵礦粉和褐煤與粘結(jié)劑充分混勻，鐵礦粉與褐煤的質(zhì)量比例為30：70，混勻后壓塊，壓塊后的粒度大小約30mm，經(jīng)過烘干機烘干處理后運至槽下料倉；

2)將以上得到的烘干塊料由爐頂裝置從炭化爐頂部裝入炭化室，壓塊料將炭化室全部裝滿，并高出炭化爐頂面一定高度；

3)炭化室的預(yù)熱段和炭化段為長方形，其寬度為300～800mm，長度為1000～1800mm，高度10000～18000mm；

4)通過管道向燃燒器供應(yīng)的煤氣和預(yù)熱后達到600℃的助燃空氣在燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒產(chǎn)生1350℃的高溫?zé)煔猓旌狭显谔炕覂?nèi)進行炭化反應(yīng)；炭化室內(nèi)的溫度控制在1100℃，預(yù)熱和炭化反應(yīng)時間控制在15-18h；

5)燃燒室出來的煙氣溫度約1000℃，排出后的高溫?zé)煔馔ㄟ^熱交換器進行熱量回收，將進入燃燒室助燃空氣預(yù)熱至600℃，再經(jīng)過換熱器將壓塊料烘干，排出的煙氣溫度降低至100～150℃，最后通過煙囪外排；

6)各炭化室混合料反應(yīng)完畢后，1050～1100℃鐵焦經(jīng)過冷卻段后溫度達到100℃以下后從排料裝置排出，得到合格鐵焦。

該工藝生產(chǎn)效率明顯提高，焦比和生產(chǎn)成本明顯降低，每天鐵焦產(chǎn)量為約300噸以上，年產(chǎn)量可達100萬噸以上。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。