一种自燃还原法炼铁方法及冶炼装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金与新能源开发技术领域，特别涉及一种炼铁方法及冶炼装置。
【背景技术】
[0002]钢铁是工业的粮食，是国民经济的命脉，因此炼铁方法的发展进步对整个国家的科技与经济都具有重要的意义。
[0003]目前最为成熟的炼铁方法为高炉炼铁，其优点在于高炉的炉龄长、产能大、能耗低、操作简易。但高炉炼铁对炉料的要求十分苛刻，原料必须经过烧结，必须用焦炭做料柱。
[0004]焦炭是用焦煤炼制得到的，焦煤已经列入世界稀缺资源。焦煤储量占煤的储量的5%，具有开采价值的只有30%?40%。100多年来，特别是近50?60年来，人们进行了艰苦卓绝的努力，付出了巨大的人力和财力，来探索一种不依赖焦炭，以煤代焦的炼铁工艺技术。同时，在高炉炼铁中，烧结和炼焦这两个步骤生产线的建设投资巨大，要消耗大量的热量，且环境污染严重。
[0005]非高炉炼铁方法，可分为“直接还原法”和“熔融还原法”两大类，但直接还原法只能生产海绵铁，熔融还原法则是将直接还原法获得的不同金属化率的海绵铁进一步熔炼成金属铁，是直接还原法的继续。因此，这两类方法都不是独立、完整的炼铁方法，并且具有产能较低、能耗较大、炉龄短、对原料的含铁品位要求高等一系列的缺点。除C0REX炉实现规模生产外，其他的非高炉炼铁方法都还没有获得规模生产的技术水平。并且，现有的熔融还原法往往采用预还原一终还原的两步法实现，工序复杂，成本较高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种自燃还原法炼铁方法及冶炼装置，其属于一种低成本、低能耗的非高炉炼铁范畴的熔融还原冶炼工艺。
[0007]作为本发明的第一方面，本发明提出了一种自燃还原法炼铁方法，包含以下步骤:
(1)炉料制备:将含铁原料、煤炭、助熔剂和粘结剂，分别研磨成粉状，按比例完成配料；将配料加水搅拌，挤压成型得到炉料块；风干；
(2)干燥、预热、焙烧:将炉料块送入密封的窑室中，令高温炉气从窑室的窑尾向窑头流动；让炉料块由窑头向窑尾运动，对炉料块进行干燥、预热和焙烧；炉料块升温至开始自燃(自燃的温度为500-550°C);炉料块不经冷却，即被推送到炉中；同时，向窑室中喷吹助燃气体；
(3)熔炼:炉料块进入炉的固体炉料区，持续被上升的高温炉气加热，开始软化熔化；软化后的炉料块下落至炉的固体炉料和熔渣混合区，达到完全熔化；熔化的铁水和熔渣下落进入炉的沉淀分离区进行分离，再分别从出铁口和出渣口排出。
[0008]优选地，焙烧和熔炼是在弱还原气氛中进行的。
[0009]干燥、预热、焙烧步骤和熔炼步骤是在负压条件下进行的。
[0010]熔炼步骤中产生的高温炉气进入窑室，用于炉料块的干燥、预热和焙烧。
[0011 ] 在干燥、预热和焙烧过程中，炉料块保持形状完好。
[0012]熔炼步骤中对固体炉料和熔渣混合区进行一次风喷吹，使炉内物质发生翻滚。
[0013]熔炼步骤中对固体炉料区进行二次风喷吹，使固体炉料区的一氧化碳的燃烧率彡 95%o
[0014]一次风喷吹和/或二次风喷吹所使用的助燃气体预先经过窑内加热。
[0015]一次风喷吹和/或二次风喷吹所使用的气体是富氧气体或空气。
[0016]炉料块在干燥阶段的温度为常温~80°C ;在预热阶段的温度为80°C -600°C ;在焙烧阶段的温度为600 °C ~1200°C。
[0017]在炉的固体炉料区，炉料块被高温炉气加热至1500°C，同时炉气温度由于热交换而降低。
[0018]作为本发明的第二方面，本发明还提出了一种冶炼装置，包括窑和炉，其中，窑包括窑室，窑室底部设有窑车行走轨道，装载有炉料块的窑车在轨道上运行；窑的两端设置有密封装置；在窑头设有引风机进行拉风，令高温炉气从窑尾向窑头流动；在窑尾设有高温卸料装置，与高温卸料装置相对的窑的侧壁设有开口 ；炉包括下料烟道和炉体；炉体自上而下分为固体炉料区、固体炉料和熔渣混合区、沉淀分离区；炉通过下料烟道与窑的侧壁的开口相通，炉产生的高温炉气通过下料烟道进入窑中。
[0019]优选地，所述引风机通过拉风使得隧道窑内保持负压。
[0020]窑内设置有二次风喷吹系统吹入助燃气体，促使窑中的高温炉气中剩余的C0气体完全燃烧。
[0021]在炉的固体炉料和熔渣混合区所在位置的炉壁处设置一次风喷枪，进行一次风喷吹，使炉内物质发生翻滚。
[0022]在炉的固体炉料区所在位置的炉壁处设置二次风喷枪，进行二次风喷吹，使固体炉料区的一氧化碳的燃烧率多95%。
[0023]窑内设置有热风管，所述一次风喷枪和/或二次风喷枪使用的助燃气体预先通过窑内的热风管进行加热。
[0024]所述一次风喷枪和/或二次风喷枪使用的气体是富氧或空气。
[0025]作为本发明的第三方面，本发明还提出了一种炉料的干燥、预热、焙烧方法，其特征在于，包含以下步骤:
(1)将炉料块送入密封的窑室中，令高温炉气从窑尾向窑头流动；
(2)令炉料块由窑室的窑头向窑尾运动，对炉料块进行干燥、预热和焙烧；
(3)炉料块在预热过程中升温至500-550°C时开始自燃，进而被来自熔炼炉的高温炉气焙烧，在两个热源的共同作用下，迅速完成炉料块的焙烧过程。
[0026](4)往窑室内吹入助燃气体。
[0027]优选地，还包括步骤:(5)在窑头设置引风机，使得窑内保持负压。
[0028]炉料块在干燥阶段的温度为常温~80°C ;在预热阶段的温度为80°C -600°C ;在焙烧阶段的温度为600 °C ~1200°C。
[0029]以下对本发明的原理及其技术效果作详细阐述:
本发明中，炉料制备方法区别于现有炼铁工艺的配料方法，具体来说，本发明根据物料平衡和热量平衡计算成果，将全部炉料(铁精粉、煤炭、助熔剂和粘结剂)一次称量，混合配料，均匀地固化在炉料块中。炉料块将各个组分的物料直接带入熔分炉，用不着附加喷(加)煤和喷入天然气或专门的渗碳作业，也不再添加助熔剂等。其次，各种组分的物料均匀混合，在炉料没有熔化之前，它们始终在一起，用不着在熔炼过程中进行强烈搅动，避免了高强度的搅拌作业以及由于强烈搅拌对炉衬的冲刷。
[0030]在炉料制备步骤之后，依次进行干燥、预热和焙烧步骤，这是本发明特有的工序。
[0031]第一，炉料块从常温状态被加热至800~1200°C，不经冷却直接进入熔炼炉，最大限度的减少了熔炼炉的热负荷，直接提高了熔炼炉的冶炼强度；
第二，炙热的炉料块直接进入熔炼炉，没有被冷却，也就没有发生热损失，系统的热量得到了有效利用；而现有技术中往往采用保温罐的方式，输送至熔炼炉，有一定的热损失。
[0032]第三，干燥、预热和焙烧主要是利用熔炼炉产生的炉气的余热，利用余热直接加热炉料，熔炼炉不再需要附加其他余热利用系统和设备；
第四，炉料块在干燥、预热和焙烧过程中，炉料块形状保持完好，不会发生爆裂，完全不产生粉尘，环境非常友好；
第五，隧道窑排放的废气温度为35°C?70°C，系统热损失很小，对环境基本上不产生热污染；
第六，在焙烧过程中，炉料块虽然处于氧化