一种电弧炉熔融炼铁的方法和装置
专利汇可以提供一种电弧炉熔融炼铁的方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 电弧 炉熔融炼 铁 的方法和装置，熔炼炉部分包括有炉体、 炉盖 、 电极 、加料设备和出料设备。所述装置还包括至少一对加热炉和至少一对 蓄热器 ；加热炉通过连 接口 与 电弧炉 的炉体连接；蓄热器的一端与加热炉连接，另一端分别与排放系统、 风 机和气体处理装置连接。本发明充分利用熔融还原过程产生的析出气体，使析出气体燃烧加热蓄热器中的蓄热体，再通过气体循环把热量从蓄热器带入炉体内，使热量利用达到最佳化。装置流程合理，操作灵活，适用于熔融还原炼铁生产，也可用于其它金属的 冶炼 过程或其它需要用 碳 还原的金属 氧 化物的还原过程。，下面是一种电弧炉熔融炼铁的方法和装置专利的具体信息内容。
1.一种电弧炉熔融炼铁的方法，将原料成型物置于电弧炉中，加热还原成金属铁，成型物还原金属化率达到40～95％后，对还原炉产品继续进行加热并熔化，并进行渣铁分离，产生铁水或直接还原钢；也可用于其它金属的冶炼过程或其它需要用炭还原的金属氧化物的还原过程。其特征是：利用还原过程产生的析出气体燃烧放出的热量加热蓄热器中的蓄热体，再由烟气或析出气体作热载体将热量从蓄热器带入电弧炉炉体内加热成型物，使其还原。
2.根据权利要求1所述的电弧炉熔融炼铁的方法，其特征是：所述成型物为：①Fe2O3、Fe3O4等铁的氧化物与煤粉、焦粉等含碳物质混合后制成或压成球团，或做成其它形状的成型物，球状或其它形状的成型物内部含碳量可以相同，也可以不同；②包衣成型物，即将上述球体或其它形状成型物加含碳物质包衣；③成型物也可以是不含铁的氧化物或少含铁的氧化物的其他物质，如含碳物质、石灰或石灰石等。
3.根据权利要求1所述的电弧炉熔融炼铁的方法，其特征是：加入熔炼炉中的成型物种类、几何尺寸等可以不同。根据工艺需要，可以在熔炼炉中有部分区域含碳量高的成型物多，部分区域含碳量低的成型物多，即可纵向分层也可横向分层，使成型物中的铁的氧化物能在过程中均匀地还原，并尽可能避免成型物中的缝隙被变形后的成型物占满，使烟气和析出气体在其缝隙中流动。
4.根据权利要求1所述的电弧炉熔融炼铁的方法，其特征是：成型物中铁的氧化物在熔炼炉中完成了基本还原后，所述继续进行加热有两种方法：①第一种方法是：当作为物料的成型物被加热至某个合适的温度时，会有析出气体产生，析出气体可在炉内或炉边的加热装置中燃烧，用于物料的加热或预热助燃空气或燃料。成型物被加热到合适的温度及保持合适的时间后，从各类形式的铁的氧化物中还原出金属铁，金属化率达到40～95％后，被认为完成了基本还原，将电弧炉的电极插孔(12)打开，放入电极(1)对已经变成还原炉产品的成型物进行加热并熔化，渣铁分离，产生类似高炉生产的铁水或直接还原钢。②第二种方法，提高熔炼炉的加热温度，方法可以有：加大燃料和含氧气体的流动，提高含氧气体的含氧量，采用高热值的燃料等。将成型物加热到熔化温度，随后将电极插孔(12)打开，将载有助燃气体和燃料的喷嘴从电极插孔(12)插入熔炼炉对接近熔融状态的成型物进行加热、熔化并进行渣铁分离，产生类似高炉生产的铁水或直接还原钢。
5.根据权利要求1所述的电弧炉熔融炼铁的方法，其特征是：燃料在进入加热炉前也可经过蓄热器或换热器预热，使在加热炉和熔炼炉中有更好的燃烧节能效果，即使排出的高温烟气的一部分通过各类形式的蓄热器或换热器，通过此种方式使燃料在进入蓄热器或换热器时被预热。
6.一种电弧炉熔融炼铁的装置，包括炉体(2)、炉盖(10)、电极(1)、加料装置和出料装置，其特征是：所述装置还包括至少一对加热炉和至少一对蓄热器；所述加热炉与电弧炉炉体(2)连接；所述蓄热器的一端与加热炉连接，另一端分别和排放系统连接和鼓风机(8)和/或气体处理装置(21)。
7.根据权利要求6所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：所述炉体(2)和炉盖(10)，电极(1)与炉盖(10)之间为沙封或水冷套密封连接，整个系统在隔绝空气和隔绝氧气下进行。所述电弧炉装有防爆装置，所述防爆装置为压力放空阀(11)；所述电弧炉炉体(2)和炉盖(10)的外壳内衬有耐火保温材料，所述加热炉、蓄热器以及连接管路的外壳内衬有耐火保温材料。
8.根据权利要求6或7所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：可采用固体燃料、液体燃料、气体燃料或它们之间的组合燃料，对装入炉体中的成型物进行加热。如图1所示，利用蓄热器(6a、6b)蓄热，采用交替换向的方式，使所用的燃料燃烧后加热熔炼炉中的成型物物料。含氧气体通过蓄热器6b与燃料在加热炉5b和熔炼炉内燃烧，使熔炼炉中的成型物加热到800～1600℃之间的某个合适温度，成型物中铁的氧化物被还原成金属铁并产生析出气体，烟气和析出气体等气体进入对面的加热炉(5a)中，含氧气体与析出气体中的可燃物混合并燃烧，加热蓄热器(6a)中的蓄热体(7)使其蓄热，降温后的烟气通过旋风分离器(15)，布袋除尘器(16)，通过烟囱(18)排出，排出的烟气中只有很少部分的可燃气体。此后，将含氧气体经蓄热器(6a)进入加热炉(5a)，与燃料在加热炉中燃烧，对熔炼炉的成型物物料进行加热，产生的烟气与析出气体一起进入加热炉(5b)，与含氧气体混合并燃烧，加热蓄热器(6b)的蓄热体(7)使其蓄热，被冷却的烟气进入旋风分离器(15)，布袋除尘器(16)，并从烟囱(18)中排出。依次循环，其进入加热炉中的含氧气体始终是高温气体，提高系统的热效率。
9.根据权利要求6或7所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：如图2所示，在图1所述装置的基础上还设有备用的气体处理装置(21)和备用的蓄热器(6e、6f)。气体处理装置(21)从两头分别通过三通阀连接到蓄热器(6a、6b、6e、6f)，蓄热器(6b、6f)的一端与加热炉(5b)连接，蓄热器(6a、6e)的一端与加热炉(5a)连接。蓄热器(6a、6b)另一端分为三路，一路与鼓风机8连接，一路分别通过三通阀(20b或20c)与气体处理装置(21)连接，一路分别通过三通阀(20a或20d)与排放系统连接。蓄热器(6e、6f)的另一端分为两路，一路分别通过三通阀(20b或20c)与气体处理装置(21)连接，另一路分别通过三通阀(20a或20d)与排放系统连接。本实施方案利用气体处理装置中气体储罐储存过剩的析出气体或其它燃料，作为电弧炉中成型物初始升温时加热炉的燃料(低温时析出气体少)，蓄热器(6e、6f)用于预热进入加热炉的析出气体，或以循环的析出气体为载体气将热量从蓄热器带入炉体加热成型物，是一种节能优化操作。
10.根据权利要求6或7所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：如图3所示，包括电弧炉及相配套的设备、4台加热炉(5a、5b、5c、5d)、4台蓄热器(6a、6b、6c、6d)、气体处理装置(21)和鼓风机(8)。加热炉和蓄热器安装在炉体(2)的两侧，每侧两台加热炉和两台蓄热器，按上下位置安装。每台蓄热器的一端分别与加热炉连接，另一端两个出口分别与两个三通阀(20a、20b或20c、20d)连接。蓄热器(6c、6d)通过三通阀(20b)与气体处理装置连接，通过(20a)与排放系统连接；蓄热器(6a、6b)通过三通阀(20c)与气体处理装置连接，通过(20d)与排放系统连接。以成型物还原过程中产生的析出气体为燃料燃烧加热蓄热器中的蓄热体，以循环析出气体为载体气将热量从蓄热器带入炉体加热成型物。运行初始先用燃料或气体处理装置中气体储罐中的析出气体加热蓄热器中的蓄热体，待炉体中产生析出气体后停止燃料，使用析出气体燃烧。运行按通过-燃烧-放热-等待四个过程循环进行。
11.根据权利要求6或7所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：如图6所示，加热炉和蓄热器选用一体化结构，即加热式蓄热器，所述加热式蓄热器的一端设有燃烧室，另一端为蓄热部分。所述装置主要由电弧炉炉体及相配套设备、四台加热式蓄热器(25a、25b、25c、25d)、气体处理装置(21)和鼓风机8组成，气体处理装置包括循环气体增压机、气体冷却净化装置、气体储罐。加热式蓄热器的燃烧室与电弧炉炉体连接，连接管路上设有阀门(3p、3q、3r、3s)；每相邻的两台加热式蓄热器的燃烧室之间相连接，连接管路上设有阀门(3m、3n、3x、3y)。(阀门3p、3q、3r、3s为常开阀，3m、3n、3x、3y为常闭阀，只有在一台蓄热器为另一台换热器供风时才关闭或打开相应的阀门)。加热式蓄热器的蓄热端分三路，其中两路分别通过三通阀与气体处理装置(21)连接，一路通过三通阀与鼓风机(8)和排放系统连接。三通阀(20m、20n)及所对应的管路为析出气体循环常用管路，三通阀(20u、20v)及所对应的管路作为析出气体在同一侧流动时的循环管路。开始时先将电弧炉炉体2内加入成型物，利用外部燃料或气体储罐中的析出气体将加热式蓄热器(25c)加热，烟气经三通(20p)到排放系统，然后开启气体处理装置(21)的循环气体增压机，通过气体储罐中析出气体的循环把加热式蓄热器(25c)的热量带到炉体(2)内为还原反应提供热量，还原反应开始进行，使循环气体经过加热式蓄热器(25c)-炉体(2)-加热式蓄热器(25a)-三通阀20n-气体处理装置(21)-阀门20m-加热式蓄热器(25c)进行循环。随着反应的进行，系统内部的气体不断增加，增加到一定程度有析出气体逸出，逸出的析出气体进入加热式蓄热器(25d)，此时关闭阀门(3s)，打开阀门(3n)，空气通过加热式蓄热器(25b)、阀门(3n)、进入加热式蓄热器(25d)，与析出气体混合后燃烧，加热加热式蓄热器(25d)，烟气经三通阀(20r)到排放系统，当加热式蓄热器(25d)的出口烟气到达设定温度时进行换向；循环气体按照加热式蓄热体(25d)-炉体(2)-加热式蓄热体(25c)-三通阀20m-气体处理装置(21)-三通阀20u-加热式蓄热体(25d)的路线进行循环，同时析出气体进入加热式蓄热器(25b)，此时关闭阀门(3q)，打开阀门(3y)，空气加热式蓄热器(25a)、阀门(3y)进入加热式蓄热器(25b)与析出气体进行混合燃烧，加热蓄热器(25b)，烟气经三通阀(20s)到排放系统，当加热式蓄热器(25b)的出口烟气到达设定温度时，循环气体进行换向；循环气体按照加热式蓄热体(25b)-炉体(2)-加热式蓄热体(25d)-三通阀20m-气体处理装置(21)-三通阀20n-加热式蓄热体(25b)的路线进行循环，同时析出气体进入加热式蓄热器(25a)，关闭阀门(3p)，打开阀门(3m)，空气经加热式蓄热器(25c)、阀门(3m)进入加热式蓄热器(25a)与析出气体进行混合燃烧，加热蓄热器(25a)，烟气经三通阀(20q)到排放系统，当加热式蓄热器(25a)的出口烟气到达设定温度时，循环气体进行换向；循环气体按照加热式蓄热体(25a)-炉体(2)-加热式蓄热体(25b)-三通阀20n-气体处理装置(21)-三通阀20v-加热式蓄热体(25a)的路线进行循环，同时析出气体进入加热式蓄热器(25c)，关闭阀门(3r)，打开阀门(3x)，空气经鼓风机-加热式蓄热器(25d)、阀门(3x)进入加热式蓄热器(25c)与析出气体进行混合燃烧，加热蓄热器(25c)，烟气经三通阀(20p)到排放系统，当加热式蓄热器(25c)的出口烟气到达设定温度时，循环气体进行换向。四台加热式蓄热器的运行过程为：①25c放热、25a通过、25b加热空气、25d燃烧，②25d放热、25c通过、25a加热空气、25b燃烧，③25b放热、25d通过、25c加热空气、25a燃烧，④25a放热、25b通过、25d加热空气、25c燃烧。按上述工作原理，阀门适当的开启和关闭，使每一台加热式蓄热器都经过放热、通过、加热空气和燃烧四个步骤，整个过程循环进行。根据被加热的加热式蓄热器出口烟气的温度来控制四台加热式蓄热器的换向操作，当出口烟气温度达到设定温度时，循环气体进行换向，通过阀门动作自动切换。也可根据循环析出气体通过加热式蓄热器的出口温度来控制加热式蓄热器的换向，或者根据被加热的加热式蓄热器和循环通过的加热式蓄热器二者出口气体温度较高者来设定温度控制换向。循环过程中多余的析出气体经过气体处理装置(21)中气体冷却净化装置进入气体储罐，为下一次反应提供燃料或为其它的生产过程提供原料或燃料。
12.根据权利要求8或9所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：如图7所示，所述装置还包括换热器或蓄热器(6g、6h)，所述蓄热器(6g、6h)的一端与加热炉连接，另一端分别与鼓风机(8)和排放系统连接。鼓风机(8)通过蓄热器(6a、6h或6b、6g)连接到加热炉(5a或5b)，用高温烟气预热助燃空气。其运行方式为，空气通过蓄热器(6b)与燃料在加热炉(5b)和熔炼炉内燃烧，烟气进入炉体(2)加热成型物，成型物中铁的氧化物被还原成金属铁并产生析出气体，烟气和析出气体等气体进入对面的加热炉(5a)中，含氧气体经蓄热器(6h)进入对此气体中的可燃物进行混合并燃烧，加热蓄热器(6a)中的蓄热体(7)使其蓄热，烟气经三通阀(20e)到排放系统。当被加热的蓄热器(6a)烟气出口温度达到设定温度时自动换向，空气经蓄热器(6a)进入加热炉(5a)，与燃料在加热炉(5a)中燃烧，烟气与析出气体一起进入加热炉(5b)，空气经蓄热器6g进入混合后燃烧，加热蓄热器(6b)的蓄热体(7)，烟气经三通阀(20f)到排放系统。然后空气经(6b)进入(5b)与燃料混合并燃烧，烟气进入炉体加热成型物，烟气和析出气体一起进入加热炉(5a)，空气经蓄热器(6a)进入加热炉(5a)与析出气体混合并燃烧。烟气经蓄热器(6h)、三通阀(20e)到排放系统。蓄热器(6h)出口烟气温度达到设定温度时换向，空气经(6h)进入加热炉(5a)加热燃料，烟气进入炉体(2)加热成型物，烟气和析出气体一起进入加热炉(5b)，空气经蓄热器(6b)进入加热炉(5b)，为析出气体燃烧助燃，烟气经蓄热器(6g)、三通阀(20f)到排放系统。按此方式循环，每台蓄热器都经过蓄热、放热、再放热过程，分别为燃料和析出气体燃烧的助燃空气预热。根据被加热时的蓄热器烟气出口温度控制蓄热器的切换操作。图8是在图2的基础上的增加了蓄热器6g、6h，蓄热器6e、6f用于预热循环的析出气体，蓄热器6g、6h用于预热助燃空气，其运行方式也按上述原理运行。
13.根据权利要求6～12中任一项所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：所述蓄热器中的蓄热体(7)为陶瓷耐火材料或金属材料：所述蓄热体的形状为球状体或蜂窝状多面体。
14.根据权利要求6～12中任一项所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：所述电弧炉还可以使用等离子炉、电渣炉或其它电加热形式的加热炉。
15.根据权利要求6～12中任一项所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：如上所述的系统，使用析出气体或其它燃料在加热炉与空气混合并燃烧，即可以加热蓄热器，也可根据所加热过程某一阶段和成型物组成情况，可以随时切换成直接加热加热炉或熔炼炉中的成型物，控制助燃空气的含氧量和助燃空气的流量，使成型物已还原或部分还原的金属铁或金属氧化物在没有过多的可逆氧化的情况下还原，提高加热效率。
16.根据权利要求6～15中任一项所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：也可以采用两个或两个以上这样的系统进行组合，使一个熔炼炉中的成型物含碳较多，而另一个或数个熔炼炉含碳成型物中不含碳或少含碳，使不含碳或少含碳成型物被含碳较多的成型物所在的熔炼炉中产出的额外析出气体在合适的温度下还原，从而使变成还原炉产品的这些不含碳或少含碳的成型物中含有较少的渣量。用不含碳或少含碳成型物的熔炼炉排出的析出气体作为上述两个或两个以上系统的燃料，加热上述系统的蓄热器，使熔炼过程节能和合理。
17.根据权利要求6～16中任一项所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：所述气体处理装置是循环气体增压机，也可以是循环气体增压机与气体冷却净化装置和气体储罐的组合。
18.根据权利要求6～17所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：所述加热炉可随时加入备用燃料，所述每台加热炉与炉体(2)之间可以设有两个或两个以上的连接管(4)。
19.根据权利要求6～17所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：切换顺序可以改变，元件的位置也可以改变。
20.根据权利要求6～17所述的电弧炉熔融炼铁的装置，其特征是：所述助燃空气管路留有氮气进入口，用于通入氮气作热载体将蓄热器内的热量带入到炉体(2)中加热炉体内的成型物。
技术领域
本发明涉及一种熔融炼铁的方法和装置，具体说涉及一种带有蓄热器的电弧炉熔融炼铁的方法和装置。
背景技术
授权公告号为CN2697565Y的中国专利公开一种“电弧炉炼钢连续加料废钢预热装置”，其电弧炉有炉体和电极构成，其连续加料废钢预热设备由预热通道、水冷给料槽等组成，电弧炉内的高温烟气与预热通道内的原料直接进行热交换，可以提高进料的预热温度，节省能源。但此方法只利用烟气中的显热，对炼钢过程中产生的CO的化学能无法利用。
本申请人在专利号为200810079321.X发明专利申请中披露了一种三步法金属还原的方法，该方法将金属氧化物与一定量的碳、粘结剂、CaO和水制成成型物，置入还原装置，第一步是成型物在隔绝空气，隔绝氧气的状态下进行预还原；第二步是收集第一步还原过程中产生的析出气体，并对析出气体进行冷却、净化处理和加压。第三步是终还原炉利用析出气体作为还原剂或热载体，使预还原炉出来的物料进一步还原，并且使用析出气体与被换热过的空气或富氧气体混合燃烧，也可使析出气体与纯氧混合燃烧在终还原炉内对还原炉产品进行终还原反应并熔化，除渣，最终产生铁水或直接还原钢水。本申请人在申请号为200810079661.2的另一项发明专利申请中提供了一种熔融还原炼铁的方法和装置，以天然矿块矿或人造块矿为原料，以还原过程产生的煤气作为还原剂和热载体，原料经过预还原炉反应后，进入终还原炉进行终还原反应。预还原炉上部出来的析出气体经过气体处理装置处理和高温换热装置加热后进入终还原炉。熔融还原炼铁的装置包括有预还原炉、气体处理装置和至少一台终还原炉。充分利用余热，节省能源；使用两台终还原炉交替运行，生产效率高，可连续大规模生产；生产过程节省的煤气为其它用煤气过程提供原料。本发明是在上述两项发明专利申请基础上的改进。
发明内容
本发明提供的电弧炉熔融还原炼铁的方法为，将原料成型物置于电弧炉中，加热还原成金属铁，成型物还原金属化率达到40～95％后，对还原炉产品继续进行加热并熔化，并进行渣铁分离，产生铁水或直接还原钢。利用还原过程产生的析出气体燃烧放出的热量加热蓄热器中的蓄热体，再由烟气或析出气体作热载体将热量从蓄热器带入电弧炉的炉体内加热成型物，使其还原。
所述成型物为：①Fe2O3、Fe3O4等铁的氧化物与煤粉、焦粉等含碳物质混合后制成或压成球团，或做成其它形状的成型物，球状或其它形状的成型物内部含碳量可以相同，也可以不同；②包衣成型物，即将上述球体或其它形状成型物加含碳物质包衣；③成型物也可以是不含铁的氧化物或少含铁的氧化物的其他物质，如含碳物质、石灰或石灰石等。所述析出气体为铁的氧化物还原过程中产生的气体，其中含有大量的CO、H2。
加入熔炼炉中的成型物种类、几何尺寸等可以不同。根据工艺需要，可以在熔炼炉中有部分区域含碳量高的成型物多，部分区域含碳量低的成型物多，即可纵向分层也可横向分层，使成型物中的铁的氧化物能在过程中均匀地还原，并尽可能避免成型物中的缝隙被变形后的成型物占满，使烟气和析出气体在其缝隙中流动，整个系统在隔绝空气和隔绝氧气下进行。
本发明所提供的电弧炉熔融炼铁的装置，包括炉体、炉盖、电极、加料装置和出料装置。所述装置还包括至少一对加热炉和至少一对蓄热器；所述加热炉与电弧炉的炉体连接，所述蓄热器的一端与加热炉连接，另一端分别与气体排放系统连接和鼓风机和/或气体处理装置连接。
作为选择所述装置还设有备用的气体处理装置和两台备用的蓄热器，所述气体处理装置包括有循环加压风机、净化冷却处理设备和储气罐；气体处理装置分别与蓄热器和备用的蓄热器连接，蓄热器和备用蓄热器并联连接到加热炉，通过加热炉连接到炉体。另一方案为，所述装置设有两对加热炉、两对蓄热器和气体处理装置；所述气体处理装置分别与蓄热器连接，通过蓄热器、加热炉与电弧炉炉体连接。每台加热炉与炉体之间可以设有两个或两个以上的连接管。助燃空气管路留有氮气进入口，用于通入氮气作热载体将蓄热器内的热量带入到炉体中加热炉体内的成型物。
所述蓄热器中的蓄热体为陶瓷耐火材料或金属材料；所述蓄热体的形状为球状体或蜂窝状多面体。所述炉体和炉盖、电极与炉盖之间为沙封或水冷套密封连接。所述电弧炉装有防爆装置，所述防爆装置为压力放空阀。所述电弧炉炉体和炉盖的外壳内衬有耐火保温材料，所述加热炉、蓄热器以及连接管路的外壳内衬有耐火保温材料。所述电弧炉还可以使用等离子炉、电渣炉或其它电加热形式的加热炉。可随时加入备用燃料。
成型物中铁的氧化物在熔炼炉中完成了基本还原后，后续的加热过程有两种方法：①第一种方法是：当成型物被加热至某个合适的温度时，会有析出气体产生，析出气体可在炉内或炉边的加热炉中燃烧，用于加热物料或预热助燃气体。成型物被加热到合适的温度及保持合适的时间后，从各类形式的铁的氧化物中还原出金属铁，金属化率达到40～95％后，被认为完成了基本还原，将电弧炉的电极插孔打开，放入电极对已经变成还原产品的成型物进行加热并熔化，渣铁分离，产生类似高炉生产的铁水或直接还原钢。②第二种方法，提高熔炼炉的加热温度，方法可以有：加大燃料和含氧气体的流动，提高含氧气体的含氧量，采用高热值的燃料等。将成型物加热到熔化温度，随后将电极插孔打开，将载有助燃气体和燃料的喷嘴从电极插孔插入熔炼炉对接近熔融状态的成型物进行加热、熔化并进行渣铁分离，产生类似高炉生产的铁水或直接还原钢。
燃料在进入加热炉前也可经过蓄热器或换热器预热，使在加热炉或熔炼炉中有更好的燃烧节能效果，即使排出的高温烟气或高温析出气体的一部分通过各类形式的蓄热器或换热器，通过此种方式使蓄热器或换热器被加热。
还可以采用加热炉和蓄热器一体化结构，即加热式蓄热器，所述加热式蓄热器的一端设有燃烧室，另一端为蓄热部分；所述装置主要由电弧炉炉体及相配套设备、四台加热式蓄热器、气体处理装置和鼓风机组成，气体处理装置是循环气体增压机，也可以是循环气体增压机与气体冷却净化装置和气体储罐的组合。所述加热式蓄热器的燃烧室与电弧炉炉体连接，连接管路上设有阀门，每相邻的两台加热式蓄热器的燃烧室之间相连接，用于通入助燃空气，连接管路上设有阀门。切换顺序可以改变，元件的位置也可以改变。
如上所述的系统，使用析出气体或其它燃料在加热炉与空气混合并燃烧，即可以加热蓄热器，也可根据所加热过程某一阶段和成型物组成情况，直接加热加热炉或熔炼炉中的成型物，控制助燃空气的含氧量和助燃空气的流量，使成型物在没有过多的可逆氧化的情况下还原，提高加热效率。
也可以采用两个或两个以上这样的系统进行组合，使一个熔炼炉中的成型物含碳较多，而另一个或数个熔炼炉含碳成型物中不含碳或少含碳，使不含碳或少含碳成型物被含碳较多的成型物所在的熔炼炉中产出的额外析出气体在合适的温度下还原，从而使变成还原炉产品的这些不含碳或少含碳的成型物中含有较少的渣量。用不含碳或少含碳成型物的熔炼炉产生的析出气体作为上述两个或两个以上系统的燃料，加热上述系统的蓄热器，使熔炼过程节能和合理。
与现有技术相比本发明的优点是：不使用或少使用焦炭；由于高温状态下物料的透气性差，用电弧炉加热可以提高加热效率；充分利用熔融还原过程烟气的热量，并且利用还原过程产生的含CO的析出气体，加热蓄热器中的蓄热体，再通过气体循环把热量带入炉体内加热成型物，使热量利用达到最佳化，电弧炉的炉体及炉盖，加热炉和蓄热体及连接管路装有保温材料，使热损失降到最低。本发明流程合理，操作灵活，适用于熔融还原炼铁生产，也可用于其它金属的冶炼过程或其它需要用炭还原的金属氧化物的还原过程。
附图说明
图1为本发明第一方案电弧炉熔融炼铁装置的流程示意图；
图2为本发明第二案流程示意图；
图3为本发明第三方案流程示意图；
图4为本发明排放系统流程示意图；
图5为本发明电弧炉的炉盖及电极分布示意图；
图6为本发明第四方案流程示意图；
图7为本发明第一方案的补充方案流程示意图
图8为本发明第二方案的补充方案流程示意图
具体实施方式
本发明所述的电弧炉熔融炼铁的装置如图1所示，包括炉体2、炉盖10、加料设备和出料设备，炉体2下部有铁水流出口9。如图5所示，炉盖10上有三个电极插孔12，分别插入电极1，三根电极插孔成三角形分布。炉体2外一对加热炉5a、5b和一对蓄热器6a、6b，两台加热炉相对位置安装在炉体2外的两侧。加热炉通过连接口4与电弧炉的炉体2连接，连接口内气体可以来回流动。蓄热器6a、6b的一端与加热炉连接，另一端分别与鼓风机8和排放系统连接。如图4所示，排放系统包括旋风分离器15、布袋除尘器16、引风机17和烟囱18。加热炉设有烧嘴，助燃空气管路和燃料管路连接到烧嘴。鼓风机8的出口分四路，分别与两个加热炉和两个蓄热器相连接，每路装有阀门。与加热炉连接的燃料管路和与蓄热器连接的废气排放管路上也装有阀门。两台加热炉交替燃烧燃料和析出气体，两台蓄热器交替蓄热和放热。析出气体为金属铁氧化物还原过程中产生的气体，其中含有大量的CO、H2。
蓄热器的蓄热体7为陶瓷球状体。电弧炉的炉体及炉盖为钢结构。所述炉体2和炉盖10，电极1与炉盖10之间为水冷套密封连接。电弧炉装有压力防空阀11作为防爆装置。
本发明的操作过程为，将原料置入电弧炉炉体2内，先启动加热炉5b，打开阀门3b、3f，通入空气和燃料，产生的烟气通过蓄热器6b加热蓄热体7，然后经阀门3e到排放系统。蓄热器6b烟气出口达到设定温度时进行换向，空气经阀门3a、蓄热器6b进入加热炉5b，蓄热器中的蓄热体放出热量加热助燃空气。此时打开阀门3a、3f、3c、3j，关闭阀门3d、3g、3b、3e。加热炉5b燃烧燃料，产生的烟气通过连接口4进入电弧炉炉体2内，加热电弧炉中的成型物，并且进行还原反应，产生的析出气体连同烟气一起经过对面的连接口进入加热炉5a，在加热炉5a中与经过阀门3c过来的空气混合后燃烧，烟气进入蓄热器6a把热量传给蓄热体7，经阀门3j到排放系统。反过来加热炉5a燃烧燃料，加热炉5b燃烧析出气体，此时关闭阀门3a、3f、3c、3j，打开阀门3d、3g、3b、3e，助燃风经过阀门3d进入蓄热器6a预热助燃空气，然后进入加热炉5a，与经阀门3g进来的燃料混合后燃烧。同样烟气经右侧的连接口4进入电弧炉炉体2，再经左侧连接口进入加热炉5b，在加热炉5b含有大量CO的析出气体与经过阀门3b过来的空气混合后燃烧，然后烟气进入蓄热器6b，把热量传给蓄热体后经阀门3e到排放系统。通过设定蓄热器烟气出口温度来控制两台加热炉5a、5b和两台蓄热器6a、6b的换向操作，当蓄热器出口烟气到达设定温度后自动转换气流方向，该侧的加热炉由燃烧CO变为燃烧燃料。蓄热器设定温度为70～150℃，具体温度根据工艺要求设定。整个过程自动控制，通过开关各个阀门来实现换向操作。
电弧炉熔融炼铁装置的操作过程为，先通过上述过程加热电弧炉炉体中的成型物，当炉体中成型物的金属化率达到80～90％时，继续进行加热熔化，并进行渣铁分离。产生铁水或直接还原钢，铁水从铁水流出口9流出。
实施例2
作为选择方案，如图2所示，在实施例1的基础上装置还设有备用的气体处理装置21和备用的蓄热器6e、6f。所述气体处理装置包括有循环加压风机、净化冷却处理设备和储气罐；气体处理装置21从两头分别通过三通阀连接到蓄热器6a、6b、6e、6f，蓄热器6b、6f的一端与加热炉5b连接，蓄热器6a、6e的一端与加热炉5a连接。蓄热器6a、6b另一端分为三路，一路与鼓风机8连接，一路分别通过三通阀20b或20c与气体处理装置21连接，一路分别通过三通阀20a或20d与排放系统连接。蓄热器6e、6f的另一端分为两路，一路分别通过三通阀20b或20c与气体处理装置21连接，一路分别通过三通阀20a或20d与排放系统连接。本实施方案利用气体处理装置中储气罐储存过剩的析出气体，作为电弧炉初始升温时加热炉的燃料(低温时析出气体少)，蓄热器6e、6f用于预热进入加热炉的析出气体，以循环的析出气体为载体气将热量从蓄热器带入炉体加热成型物，在每一侧两台蓄热器6a、6e或6b、6f交替蓄热或放热，分别为助燃空气和循环析出气体预热。本实施方案是对实施例1的一种节能优化操作。
实施例3
本发明另一实施方案如图3所示，包括电弧炉及相配套的设备、4台加热炉(5a、5b、5c、5d)、4台蓄热器(6a、6b、6c、6d)和气体处理装置21。加热炉和蓄热器安装在炉体2的两侧，每侧两台加热炉和两台蓄热器，按上下位置安装。炉体、加热器的连接方式与实施例1相同。每台蓄热器的一端分别与加热炉连接，另一端两个出口分别与两个三通阀20a、20b和20c、20d)连接，三通阀20b、20c的另外一端分别和气体处理装置21连接，三通阀20a、20d的另外一端分别与排放系统连接。蓄热器6c、6d通过三通阀20b与气体处理装置连接，通过20a与排放系统连接；蓄热器6a、6b通过三通阀20c与气体处理装置连接，通过20d与排放系统连接。
本实施方案以成型物还原过程中产生的析出气体为燃料燃烧加热蓄热器中的蓄热体，以循环的析出气体为载体气将热量从蓄热器带入炉体加热成型物。通过设定蓄热器烟气出口温度来控制析出气体的循环方向，当蓄热器出口烟气达到设定温度后自动转换析出气体流动方向，运行初始先用燃料加热蓄热器，待炉体中产生析出气体后停止燃料，使用析出气体燃烧。操作过程为：①点燃加热炉5c，通过燃料喷嘴喷入燃料和助燃空气进行燃烧，烟气经蓄热器6c、三通阀20a到排放系统，此时蓄热器6c蓄热。②析出气体经气体处理装置21、蓄热器6c、加热炉5c进入炉体2加热成型物，蓄热器6c放出热量，然后经连接口一路进入加热炉5a，经蓄热器6a、三通阀20c、气体处理装置21维持析出气体循环；一路进入加热炉5b，析出气体与助燃空气在加热炉5b中混合并燃烧，烟气加热蓄热器6b，经三通阀20d到排放系统，蓄热器6b蓄热；这时蓄热器6d、加热器5d处于等待状态。③当蓄热器6b出口烟气温度达到设定温度后自动转换气体流动方向，析出气体经气体处理装置21、三通阀20c、蓄热器6b、加热炉5b进入炉体2加热成型物，蓄热器6b放出热量，一路经过加热炉5c、蓄热器6c、三通阀20b到气体处理装置21维持析出气体循环，一路通过连接口进入加热炉5d，与助燃空气混合并燃烧，加热蓄热器6d，烟气经三通阀20a到排放系统，蓄热器6d蓄热，这时当蓄热器6b出口的析出气体温度降低到一定值时，析出气体经蓄热器6a、加热炉5a进入炉体2加热成型物。④当蓄热器6d出口烟气温度达到设定温度后自动转换气体流动方向，析出气体经气体处理装置21、三通阀20b、蓄热器6d、加热炉5d进入炉体2加热成型物，蓄热器6d放出热量，一路经过加热炉5b、蓄热器6b、三通阀20c到气体处理装置21维持析出气体循环，一路通过连接口进入加热炉5a，与助燃空气混合并燃烧，加热蓄热器6a，烟气经三通阀20d到排放系统，蓄热器6a蓄热，这时当蓄热器6d出口的析出气体温度降低到一定值时，析出气体经蓄热器6c、加热炉5c进入炉体2加热成型物。⑤当蓄热器6a出口烟气温度达到设定温度后自动转换气体流动方向，析出气体经气体处理装置21、蓄热器6a、加热炉5a进入炉体2加热成型物，蓄热器6a放出热量，然后经连接口一路进入加热炉5d，经蓄热器6d、三通阀20b、气体处理装置21维持析出气体循环；一路进入加热炉5c，析出气体与助燃空气在加热炉5c中混合并燃烧，加热蓄热器6c，经三通阀20a到排放系统，蓄热器6c蓄热；这时当蓄热器6a出口的析出气体温度降低到一定值时，析出气体经蓄热器6b、加热炉5b进入炉体2加热成型物。按上述相同的原理，整个过程自动化控制，根据被加热的蓄热器出口端烟气的设定温度控制换向操作，当到达设定温度自动切换。切换顺序可以改变，元件的位置也可以改变。在空气管道中也可以加入图8中类似的蓄热器，使助燃空气也能被蓄热器蓄热(参见实施例5)
成型物物料被加热到一定的时间后，从各类形式的铁的氧化物中还原出金属铁，金属化率达到70～85％后，将电弧炉的电极插孔打开，插入电极对成型物进行加热并熔化，渣铁分离，产生类似高炉生产的铁水或直接还原钢。
实施例4
如图6所示，加热炉和蓄热器选用一体化结构，即加热式蓄热器。加热式蓄热器的一端设有燃烧室，另一端为蓄热部分。所述装置主要由电弧炉炉体及相配套设备、四台加热式蓄热器(25a、25b、25c、25d)、气体处理装置21和鼓风机8组成，气体处理装置包括循环气体增压机、气体冷却净化装置、气体储罐。加热式蓄热器的燃烧室与电弧炉炉体连接，连接管路上设有阀门3p、3q、3r、3s；每相邻的两台加热式蓄热器的燃烧室之间相连接，连接管路上设有阀门3m、3n、3x、3y。加热式蓄热器的蓄热端分三路，其中两路分别通过三通阀与气体处理装置21，一路通过三通阀与鼓风机8和排放系统连接。三通阀20m、20n及所对应的管路为析出气体循环常用管路，三通阀20u、20v及所对应的管路作为析出气体在同一侧流动时的循环管路。开始时先将电弧炉炉体2内加入成型物，利用外部燃料或气体储罐中的析出气体将加热式蓄热器25c加热，烟气经三通20p到排放系统。然后开启气体处理装置21的循环气体增压机，通过气体储罐中析出气体的循环把加热式蓄热器25c的热量带到炉体2内为还原反应提供热量，还原反应开始进行，使循环气体经过加热式蓄热器25c-炉体2-加热式蓄热器25a-三通阀20n-气体处理装置21-阀门20m-加热式蓄热器25c进行循环。随反应的进行，系统内部的气体不断增加，增加到一定程度有析出气体逸出，逸出的析出气体进入加热式蓄热器25d，此时关闭阀门3s，打开阀门3n，空气通过加热式蓄热器25b、阀门3n、进入加热式蓄热器25d，与析出气体混合后燃烧，加热加热式蓄热器25d，烟气经三通阀20r到排放系统。当加热式蓄热器25d的出口烟气到达设定温度时进行换向。循环气体按照加热式蓄热体25d-炉体2-加热式蓄热体25c-三通阀20m-气体处理装置21-三通阀20u-加热式蓄热体25d的路线进行循环，同时析出气体进入加热式蓄热器25b，此时关闭阀门3q，打开阀门3y，空气经鼓风机8、加热式蓄热器25a、阀门3y进入加热式蓄热器25b与析出气体进行混合燃烧，加热蓄热器25b，烟气经三通阀20s到排放系统。当加热式蓄热器25b的出口烟气到达设定温度时，循环气体进行换向。循环气体按照加热式蓄热体25b-炉体2-加热式蓄热体25d-三通阀20n-气体处理装置21-三通阀20m-加热式蓄热体25b的路线进行循环。同时析出气体进入加热式蓄热器25a，关闭阀门3p，打开阀门3m，空气经鼓风机8、加热式蓄热器25c、阀门3m进入加热式蓄热器25a与析出气体进行混合燃烧，加热蓄热器25a，烟气经三通阀20q到排放系统。当加热式蓄热器25a的出口烟气到达设定温度时，循环气体进行换向。循环气体按照加热式蓄热体25a-炉体2-加热式蓄热体25b-三通阀20n-气体处理装置21-三通阀20v-加热式蓄热体25a的路线进行循环。同时析出气体进入加热式蓄热器25c，关闭阀门3r，打开阀门3x，空气经鼓风机-加热式蓄热器25d、阀门3x进入加热式蓄热器25c与析出气体进行混合燃烧，加热蓄热器25c，烟气经三通阀20p到排放系统。当加热式蓄热器25c的出口烟气到达设定温度时，循环气体进行换向。四台加热式蓄热器的运行过程为：①25c放热、25a通过、25b加热空气、25d燃烧，②25d放热、25c通过、25a加热空气、25b燃烧，③25b放热、25d通过、25c加热空气、25a燃烧，④25a放热、25b通过、25d加热空气、25c燃烧。按上述工作原理，阀门适当的开启和关闭，使每一台加热式蓄热器都经过放热、通过、加热空气和燃烧四个步骤，整个过程循环进行。根据被加热的加热式蓄热器出口烟气的温度来控制四台加热式蓄热器的换向操作，当出口烟气温度达到设定温度时，循环气体进行换向，通过阀门动作自动切换。也可根据循环析出气体通过加热式蓄热器的出口温度来控制加热式蓄热器的换向，或者根据被加热的加热式换热器和循环通过的加热式蓄热器二者出口气体温度较高者来设定温度控制换向。切换顺序可以改变，元件的位置也可以改变。循环过程中多余的析出气体经过气体处理装置21中气体冷却净化装置进入气体储罐，为下一次反应提供燃料或为其它的生产过程提供原料或燃料。
实施例5
本发明的第五实施方案如图7、图8所示，为第一、第二实施方案的补充方案，目的是利用蓄热器为助燃空气预热，进一步节省能源。所述装置在图1、图2所示装置的基础上还设有蓄热器6g、6h，所述蓄热器6g、6h的一端与加热炉连接，另一端分别与鼓风机8和排放系统连接。鼓风机8通过蓄热器6a、6h或6b、6g连接到加热炉5a或5b，用高温烟气预热助燃空气。如图7所示，其运行方式为空气通过蓄热器6b与燃料在加热炉5b和熔炼炉内燃烧，烟气进入炉体2加热成型物，成型物中铁的氧化物被还原成金属铁并产生析出气体，烟气和析出气体进入对面的加热炉5a中，与经蓄热器6h进入的助燃空气混合并燃烧，加热蓄热器6a中的蓄热体7使其蓄热，烟气经三通阀20e到排放系统。当被加热的蓄热器6a烟气出口温度达到设定温度时自动换向，空气经蓄热器6a进入加热炉5a，与燃料在加热炉5a中混合并燃烧，烟气与析出气体一起进入加热炉5b，与经蓄热器6g进入的助燃空气混合后燃烧，加热蓄热器6b的蓄热体7，烟气经三通阀20f到排放系统。然后空气经6b进入5b与燃料混合并燃烧，烟气进入炉体加热成型物，烟气和析出气体一起进入加热炉5a，与经蓄热器6a进入的助燃空气混合并燃烧，烟气经蓄热器6h、三通阀20e到排放系统。蓄热器6h出口烟气温度达到设定温度时换向，空气经6h进入加热炉5a加热燃料，烟气进入炉体2加热成型物，烟气和析出气体一起进入加热炉5b，与经蓄热器6b进入的助燃空气混合并燃烧，烟气经蓄热器6g、三通阀20f到排放系统。按如此方式循环，每台蓄热器都经过蓄热、放热、再放热过程，分别为燃料和析出气体燃烧的助燃空气预热。根据被加热时的蓄热器烟气出口温度控制蓄热器的切换操作。图8是在图2的基础上的增加了蓄热器6g、6h，蓄热器6e、6f用于预热循环的析出气体，蓄热器6g、6h用于预热助燃空气，其运行方式也按上述原理进行。
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