含碳球团自热熔融还原的方法 技术领域本发明涉及一种生产液态铁水的方法，尤其是以含碳球团为炉料，竖炉为反应装置的生产液态铁水的方法。
背景技术 目前以含碳球团为原料的熔融还原方法为二步法，第一步是预还原，第二步是终还原。预还原反应器有转底炉(Fastmelt法)和竖炉，终还原反应器一般采用铁浴式反应器。
在《钢铁》杂志增刊(2000，Vol.35)中介绍了“生产DRI和铁水的Fastmet和Fastmelt新工艺过程”。Fastmelt法是将生产直接还原铁(DIR)的Fastmet法与电熔炼炉(EIF)相结合的二步熔融还原法。含碳球团经Fastmet法还原达到80％～90％的金属化率，然后热装入EIF内进行终还原和渣铁分离。Fastmet法是将燃烧着的火焰产生的高温经炉壁通过辐射传给料层表面的球团，部分热量通过料层的孔隙辐射能达到表面1～2层的地方，这使得Fastmet法在炉底上只能铺2～3层球团，厚度为20～30mm，虽然还原速度很快，停留时间只有9～11min，但是生产效率较低。
在竖炉预还原法中，有“含碳球团竖炉熔融还原炼铁法”，专利申请号：85100843。该法的缺点是在竖炉下部设制的2～3个排风口直接鼓入的热风或冷风，使还原后的球团被再氧化。还有“含碳球团—铁浴熔融还原炼铁法”，专利申请号：93114553.8；“一种冷固结含碳球团熔融还原炼铁的装置及方法”，专利申请号：94107925.2；“含碳球团煤气循环熔融还原流程”，专利号：96119847.8。这些方法的共同特点是：采用二步熔融还原法，将含碳球团在竖炉内进行预还原，在铁浴炉内进行终还原和渣铁地分离。它们的缺点是：
1)用终还原反应器内排出的高温烟气或弱还原性气体加热竖炉内的含碳球团、进行预还原，还原过程产生的可燃性气体的化学能在反应器内没有得到利用，而且烟气量随还原度的增加而增加；
2)煤中的挥发分没有经过燃烧随煤气排出炉外，其中有害气体会对环境造成污染，另外煤焦油可能会在煤气管道中沉积，严重时可能堵塞管道；
3)两个反应器之间炉料的排放，煤气的转换限制了煤气物理热的充分利用，连接方法也是一项技术难题。
在文献《Iron and Steel》(1997，(8)，39-43)中介绍的Tecnored法将预还原竖炉“坐”在终还原熔炼炉上成为一个反应器，称为改良竖炉，含碳球团充满整个竖炉并直接并坐在竖炉底部，终还原的煤气经二次燃烧后进入竖炉的上部，逆流加热含碳球团，预还原后的球团直接进入竖炉的下部，进行终还原和渣铁分离。该法将预还原反应器和终还原反应器结合成一个熔融还原反应器，只解决了二步熔融还原法中两个反应器之间炉料排放、煤气转换等连接问题。
1995年申请的专利“铁浴熔融还原的方法”，专利号：95110139.0。该法是用并流竖炉作预还原反应器，用铁浴作终还原和渣铁分离器的二步熔融还原法。含碳球团在并流竖炉内进行自热还原，既含碳球团和高温富氧空气从竖炉炉顶加入炉内，它们在并流下降过程中，直接燃烧球团还原过程产生的可燃性气体(挥发份和还原产生的CO)，提供还原耗热，将经并流竖炉预还原的含碳球团排入铁浴中进行终还原和渣铁分离。该法仍然存在预还原反应器和终还原反应器连接困难的问题。采用的竖炉内设置双层排料器，结构复杂。
发明内容本发明针对现有二步熔融还原法存在的生产效率较低；预还原反应器和终还原反应器连接困难；竖炉结构复杂；可燃性气体的化学能利用率低；有害气体对环境造成的污染；煤气管道易堵塞问题提出了改进方案。
本发明的技术方案包含以下内容：
以冷固结含碳球团为原料，反应装置是一个上部进行预还原、下部进行铁浴终还原的竖炉。
含碳球团与经换热器出来的1100～1200℃、氧气含量＞21％的高温富氧空气从竖炉顶部输入，它们在竖炉上部并流下降过程中，通过直接燃烧球团还原过程中产生的可燃性气体提供还原耗热，进行预还原，预还原时间10～20min，预还原度＞60～80％。预还原后的球团下降到竖炉下部，此时，在竖炉下部吹入氧气，再燃烧预还原产生的、进入竖炉下部的高温煤气，提供终还原和渣铁分离的耗热，完成终还原和渣铁分离，渣铁从竖炉底部排出。从竖炉下部排出的高温废气，经除尘器除尘、换热器换热后排出。
本发明与现有技术比较，产生的有益效果是：
1)快速预还原使预还原设备大幅度缩小；
2)较高的预还原度可以减轻终还原负荷，降低能耗，减轻高FeO渣对耐火材料的侵蚀等问题；
3)采用的竖炉反应器，不仅具有二步熔融还原法的优点，还避免了二步熔融还原法中，在两个反应器之间排放炉料、转换煤气等；
4)还原产生的可燃性气体在反应器内可直接利用，热效率高；
5)煤中的碳氢化合物在反应器内燃烧，能够减少环境污染。
附图说明 图1是含碳球团自热熔融还原的工艺流程及装置简图。
具体实施方式 以非焦煤作为能源和还原剂制取冷固结含碳球团，含碳球团的强度应满足运输和在竖炉内运行的要求。含碳球团中煤种的选择和配煤比应满足其作为能源和还原剂的要求。
如图1所示，含碳球团1和高温富氧空气15分别从竖炉顶部的装料管2和气体喷入口16输入竖炉。高温富氧空气温度1100～1200℃，氧气含量＞21％。它们在竖炉上部3并流下降过程中，含碳球团先被高温富氧空气加热，含碳球团中的氧化铁开始还原，然后通过直接燃烧球团还原过程中产生的可燃性气体提供还原耗热，进行预还原。预还原球团下降到竖炉下部4，此时，在竖炉下部通过吹氧口6吹入氧气5，再燃烧预还原产生的进入竖炉下部4的高温煤气，提供终还原和渣铁分离耗热，完成终还原和渣铁分离，渣铁7从出渣铁口8排出。
从竖炉下部高温废气出口9排出的高温废气10，经除尘器11除尘、换热器12换热降温，成为低温废气13后排出。
富氧空气14经换热器12加热成为高温富氧空气15，从竖炉顶部的气体喷入口16鼓入竖炉。