一种逃逸炉料闪速熔炼装置及方法与流程

本发明属于冶金，具体涉及一种逃逸炉料闪速熔炼装置及方法。

背景技术：

1、闪速炼铁是冶金领域的前沿技术。闪速炼铁是将极细的铁矿粉和还原气在高温状态下瞬间混合，于数秒内完成还原反应的一种炼铁技术。相比于传统高炉等工艺，闪速炼铁具有反应效率更高、能够实现低碳甚至无碳冶炼、原料适应性广、工艺流程短的显著优势。

2、在现有闪速炼铁技术方案中，反应物多采用“顺行”方式，即矿粉与还原气体同向向下运动。相比之下，“逆行”方式（即矿粉向下、还原气体向上）在理论上能强化气固两相间的接触，显著提升反应的化学交换与热交换效率。然而，该方式存在一个致命缺陷：向上的气流会对下落的矿粉产生严重裹挟，当颗粒所受曳力超过其重力时，即被气流带离反应区，导致其无法落入熔池完成最终还原与汇集。特别是闪速炼铁所用矿粉粒径极细，该现象尤为突出，细颗粒逃逸率可高达50%，严重制约了反应效率与金属收得率。

3、因此，本发明旨在解决逆行流场闪速炼铁工艺中细颗粒矿粉易被气流裹挟逃逸这一关键技术难题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种逃逸炉料闪速熔炼装置及方法，该冶炼炉主要解决逆行流场闪速炼铁工艺中细颗粒矿粉易被还原气流裹挟逃逸、导致反应效率低和金属收得率下降的问题。其技术方案包括闪速还原区、炉料回收区和熔池区；炉料回收区用于捕获被气流带走的矿粉并回流至闪速还原区或熔池区或送往炉外设备，实现逃逸矿粉的回收。本发明通过矿粉回流设计，有效减少了矿粉逃逸，强化了气固反应接触，提高了还原效率和金属收得率。

2、本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种逃逸炉料闪速熔炼装置，包括炉体；

3、所述炉体包括闪速还原区、炉料回收区和熔池区，所述闪速还原区位于熔池区上方，所述闪速还原区上端与炉料回收区上端相连；

4、所述炉料回收区包括一段上端与闪速还原区相通的竖向通道；

5、所述熔池区的下部为铁水层，上部为渣层，炉体在铁水层高度区间设有出铁口，在渣层高度区间设有出渣口；

6、所述闪速还原区上部位置设置有矿粉入口；所述闪速还原区下部位置设置有还原剂供应单元；

7、所述还原剂供应单元用于提供反应所需的还原气体和热量；

8、所述炉料回收区下端设置有尾气出口和炉料出口，所述炉料出口与闪速还原区或熔池区或炉体外部相连。

9、本发明优选的，所述炉体包括第一炉体和墙壁；

10、所述墙壁设置在第一炉体上方空间，将第一炉体上方空间分为闪速还原区、炉料回收区，所述熔池区位于第一炉体底部；

11、所述墙壁下端位于熔池区的渣层表面以下，所述墙壁上端与第一炉体顶部之间设置有连接通道，用于连通闪速还原区和炉料回收区；

12、所述尾气出口设置在第一炉体侧壁上并与炉料回收区相通，上述结构能够减少炉体建造成本和难度。

13、本发明优选的，所述炉体包括第二炉体和第一炉料回收管道；

14、所述闪速还原区、熔池区自上往下设置在第二炉体内；

15、所述第一炉料回收管道上端与第二炉体顶部相连，所述第一炉料回收管道下端与第二炉体中下部分相连；

16、所述炉料回收区位于第一炉料回收管道内，所述尾气出口设置在第一炉料回收管道上；

17、优选的，所述尾气出口设置有第一除尘器；利用第一除尘器进一步对尾气中的逃逸矿粉进行回收；

18、优选的，所述第一炉料回收管道下端设置有u型回流管道，所述u型回流管道两端分别与第一炉料回收管道和第二炉体相连，在第二炉体外侧单独设置第一炉料回收管道，实现了对尾气中的逃逸矿粉的回收。u型回流管道主要起到隔绝两边气体的作用。若无u型方式进行液封，那么第二炉体的气体会通过第一炉料回收管道下端排出。

19、本发明优选的，所述炉体包括第三炉体、第二炉料回收管道和熔池；

20、所述闪速还原区、熔池区自上往下设置在第三炉体内；

21、所述第二炉料回收管道上端与第三炉体顶部相连，所述第二炉料回收管道下端与熔池相连，所述熔池与第三炉体中下部分相连；

22、所述炉料回收区位于第二炉料回收管道内，所述尾气出口设置在熔池上，所述熔池单独设置有渣、铁出口；

23、优选的，所述第二炉料回收管道上设置有还原气入口、补热气入口、还原气与补热烟气混合气入口、煤粉与氧气入口中的至少一种；通过上述结构，可对第二炉料回收管道进行补充热量，提高反应效率；

24、优选的，所述熔池上设置有电加热装置。在第三炉体外侧单独设置第二炉料回收管道，实现了对尾气中的逃逸矿粉的回收，并在第三炉体外侧设置一个熔池，铁矿粉与高温还原气体在炉料回收区反应，落入下方的熔池，还原完成的矿粉受到电加热装置的加温转变为熔融态，后通过炉料出口进入炉体熔池区。

25、本发明优选的，所述炉料回收区侧壁上设置有至少一个喉口，所述喉口为环形的挡墙结构，中间设置有物料加速通道。烟气中的高温还原气体与铁矿粉继续在炉料回收区中进行化学反应与换热，在烟气到达尾气出口前，铁矿粉与高温还原气体反应完成并转化为熔融态，经过喉口时发生碰撞凝并，体积、质量增加，与烟气实现充分分离。

26、物料加速通道处，炉腔通流面积减小，面积为炉料回收区内径面积的5%~50%；

27、物料加速通道形成喉口结构，使气流速度加快，携带细矿粉快速向下，给矿粉更大的向下的动能，增加软熔炉料颗粒的碰撞融合的几率，通过增大尾气中炉料的尺寸，使气体对炉料颗粒无法进行携带，实现气固分离的目的。

28、本发明优选的，所述第一炉料回收管道下端进入第二炉体的部位位于闪速还原区。

29、本发明优选的，所述熔池进入第三炉体的部位位于熔池区。

30、本发明优选的，所述还原剂供应单元包括还原气体入口和气体加热单元，所述还原气体入口设置在炉体侧壁上，所述还原气体入口与气体加热单元相连；

31、所述气体加热单元用于对还原气进行加热；

32、优选的，所述气体加热单元为燃烧室或等离子加热装置；

33、优选的，所述燃烧室为突出设置在炉体上的腔体，在所述燃烧室轴线方向的一端设有燃烧喷枪，另一端设置有还原气出口，所述还原气出口与炉体侧壁上的还原气进口连接；

34、所述燃烧喷枪设有燃料进口和助燃气进口；

35、在燃烧室燃烧端或/和侧壁上设有至少一个还原气喷入口，所述还原气喷入口送入的还原气体紧贴燃烧室周向侧壁流动，形成气幕；燃料与助燃气在原气体加热器的腔室内燃烧产生热量，用于对还原气体进行加热，同时利用还原气体在原气体加热器的腔室内形成气幕，起到降温的作用，对燃烧室的内壁进行保护；

36、优选的，所述还原气喷入口与所述燃烧室的轴线形成夹角，形成螺旋气幕，还原气体由还原气喷入口进入后，紧贴燃烧室侧壁呈螺旋状运动，增加了进入还原气进口前的行程，有助于提高还原气的温度；

37、或所述还原剂供应单元包括设置在炉体侧壁上的还原气体入口和补热气入口，或包括设置在炉体侧壁上的还原气体入口和补热气制气原料供应装置，所述还原气入口用于送入常温还原气或经过预热的还原气，所述补热气入口或补热气制气原料供应装置用于提供热量；

38、或所述还原剂供应单元包括设置在炉体侧壁上的含碳燃料和含氧助燃气的复合喷枪，在炉内不完全燃烧生成还原性热烟气；

39、优选的，含碳燃料为煤粉、煤气或天然气，含氧助燃气为纯氧或富氧气体。

40、本发明优选的，所述矿粉入口处设置有多点布料装置，包括多个设置在的固体还原区上方的布料单元，所述布料单元分别通过布料管依次与喷吹罐、均压罐、布料仓相连；

41、所述喷吹罐上和/或所述布料管上设置有载气入口，将炉料通过布料单元喷入闪速炉；

42、优选的，所述炉料为铁矿粉、熔剂的混合矿料；

43、优选的，所述炉料还包括碳粉或煤粉；

44、优选的，多个布料单元在炉体横截面内均匀布置；通过在矿粉入口处设置多个布料单元，通过向载气入口通入载气，从而将炉料通过布料单元均匀的喷入闪速炼铁炉内，以充分利用炉体内部空间，实现炉内均匀布料，保证炉体内腔同一横截面各处炉充分反应；

45、所述布料单元为方向盘布料器；所述方向盘型布料器包括下料管、送风主管和送风环管；

46、所述下料管连接布料管的后端；所述送风主管通过下料管侧壁开孔进入下料管中，与下料管顺行，或送风主管设置在下料管外侧并与下料管一同顺行向下；送风环管位于送风主管的终端位置，位于下料管下部空间，所述送风环管的管壁上沿周向开设有多个喷气孔；通过设置多个在炉内横截面上均匀分布的布料点，并结合独特的配有若干喷气孔的送风管道，产生横向分量的分布气流，利用具有横向分量的气流改变矿粉下落情况，使铁矿粉具有横向位移的动能，最终使矿粉在下落过程中产生横向弥散，有效克服了传统“中心柱”式下料的弊端，实现了炉料与还原气体的高效混合与换热；送风环管的设计有效避免了现有技术在中物料只能按圆周方向向外扩散的局限性，增加了中心区域物料下落的均匀分布；同时通过分布气压力、流量的改变以及上下喷气孔的设计，强制炉料下降过程中进一步分散并改变方向，布料效果更为理想，可进一步提高冶炼炉的空间利用率，降本增效；

47、或，所述布料单元为侧风布料器；所述侧风布料器包括设置在炉体炉顶上的喷嘴，所述喷嘴开口向下并倾斜设置；

48、所述喷嘴上方设置有进料通道，所述进料通道与布料管相连；

49、所述喷嘴侧壁设置有布料风通道，所述布料风通道出口朝向喷嘴开口倾斜方向设置；通过多个喷嘴在炉顶上的合理分布，并结合独立的布料风通道，能够实现炉料在炉膛截面上的高度弥散和均匀分布，避免了局部堆积，为高效、均匀的闪速反应创造了最佳初始条件；

50、或，所述布料单元为u型布料器；所述u型布料器包括与布料管相连的u型管，u型管的末端向上弯曲形成出料口，出料口向上竖直设置或向上倾斜设置；

51、优选的，所述u型管出料口的炉料喷射路径上设置矿料挡板，所述矿料挡板固定设置在炉体内。通过设置多个在炉内横截面上均匀分布的布料点，并结合独特的“向上喷射”方式，使炉料在载气作用下以多股料流向上喷入炉膛，利用重力和碰撞作用实现自然弥散，有效克服了传统“中心柱”式下料的弊端，实现了炉料与还原气体的高效混合与换热。

52、本发明还公开了一种逃逸炉料闪速熔炼方法，采用上述的逃逸炉料闪速熔炼装置，包括以下步骤：

53、将炉料从矿粉入口送入闪速还原区，利用还原剂供应单元提供还原气体，使矿粉在下降过程中与还原气体发生还原反应；

54、闪速还原区的炉内烟气及其裹挟的逃逸炉料上升进入炉料回收区；

55、在所述炉料回收区内进行气固分离，或同时进行还原反应；

56、分离后的气体从尾气出口排出；

57、分离后的炉料从炉料出口排出，或返回炉体内部。

58、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

59、本发明的炉体包括闪速还原区、炉料回收区和熔池区，其中，闪速还原区位于熔池区上方，闪速还原区上端与炉料回收区上端相连，炉料回收区下端与闪速还原区或熔池区相连，炉料回收区下端侧壁设置有尾气出口，由于炉料回收区包括竖向通道，因此，在气固流速差的作用下，能够实现气固分离，矿粉被回收，而气体则从尾气出口排出。在不设置独立的气固分离装置的情况下，本发明基于上述炉体结构的改进，利用炉料回收区即可实现对闪速还原区逃逸出的矿粉进行回收，重新送入闪速还原区或熔池区或炉外回收利用，有效减少了矿粉逃逸，强化了气固反应接触，提高了还原效率和金属收得率。