專利名稱：一種熔融還原煉鐵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熔融還原技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種熔融還原煉鐵方法，可以直接 使用粒度范圍為0.1mm 50mm的鐵礦為原料，以小于3mm的粉煤、循環(huán)煤氣和城市 垃圾作為燃料，充分利用現(xiàn)有資源，擴(kuò)大了原料和燃料的使用范圍。
背景技術(shù)：
熔融還原是冶金領(lǐng)域的一項(xiàng)重大工藝，其本意是用非焦煤代替焦煤進(jìn)行煉鐵生產(chǎn) 操作。氧化鐵在熔融狀態(tài)下還原，具有以煤代焦、省略燒結(jié)和焦化等環(huán)節(jié)、減輕環(huán)境 污染等優(yōu)點(diǎn)。熔融還原是未來煉鐵工業(yè)發(fā)展的方向之一，也是目前各國鋼鐵工業(yè)競相 研究開發(fā)的重要領(lǐng)域。德國、日本、美國、前蘇聯(lián)、澳大利亞、韓國等國家經(jīng)過長期 的研究開發(fā)，產(chǎn)生了眾多熔融還原工藝，其中較為著名的有澳港聯(lián)的COREX工藝 (CN1032185A)、韓國浦項(xiàng)和奧鋼聯(lián)聯(lián)合開發(fā)的FINEX工藝(CN1248297A)、澳大利亞 的HIsmelt工藝(CN07102252)、日本的DIOS工藝(CN1054446)和美國的AISI工藝 (CN1071202)等。
到目前為止，只有COREX工藝實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，其它工藝還處在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn) 或(半)工業(yè)試驗(yàn)階段。COREX工藝的主要特征是以氧化球團(tuán)、塊礦和燒結(jié)礦為原料， 采用預(yù)還原和終還原二步法；預(yù)還原在豎爐中進(jìn)行，終還原在熔融氣化爐中完成。但 是由于COREX工藝仍然沿用含鐵料氣-固相的間接還原和碳氧直接燃燒的供熱方式， 而且無法徹底擺脫焦炭的束縛，因此在產(chǎn)率和能耗方面，與傳統(tǒng)高爐相比并沒有多大 改觀，缺乏競爭力。以HIsmelt、 DIOS工藝為代表的采用"低預(yù)還原+高二次燃燒率" 模式的各種鐵浴熔融還原工藝，由于要求還原爐內(nèi)上部氣相具有較高的氧化勢，很難 控制下部熔池內(nèi)渣、鐵兩相保持很高的還原勢，鐵水容易被二次氧化，因此目前尚未 有任何工藝實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明采用閃速爐作為熔融還原反應(yīng)爐，目的在于提供一種以粒度范圍為 0.1mm 50mm的粉礦、塊礦、氧化球團(tuán)和燒結(jié)礦為原料，充分利用資源的熔融還原煉 鐵方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的的目的在于提供一種熔融還原煉鐵方法，采用閃速爐作為熔融還原反應(yīng) 爐，以粒度范圍為0.1mm 50mm的粉礦、塊礦、氧化球團(tuán)和燒結(jié)礦為原料，以小于 3mm的粉煤、循環(huán)煤氣和城市垃圾為燃料、以預(yù)熱塊煤為還原劑，采用先熔融后還原 的工藝路線。
整個工藝可以分為兩個階段熔化期和還原期。
熔化期，粒度介于0.1mm 8mm的粉礦和粒度大于8mm的塊礦、氧化球團(tuán)和燒結(jié)礦均加入到熔融還原反應(yīng)爐垂直段內(nèi)部的熔池以上的空間；循環(huán)煤氣從熔池表面進(jìn) 入熔融還原反應(yīng)爐的垂直段，純氧/富氧空氣噴槍位于循環(huán)煤氣噴槍上部lm以內(nèi)的位 置，純氧或者是富氧空氣可經(jīng)過預(yù)熱，使其溫度升高至30trC 120(TC，循環(huán)煤氣與純 氧或富氧空氣中的氧氣發(fā)生如下的燃燒反應(yīng)，并放出熱量，使得熔池上部空間的溫度 升至1300°C 1600°C，固相的粉礦和塊礦、氧化球團(tuán)、燒結(jié)礦在熔池上部的高溫區(qū)域 受熱并熔化，進(jìn)而形成液相熔體并下落進(jìn)入熔池。2CO + 02 = 2C022H2+02 = 2H20粒度小于3mm的粉煤與氧氣通過煤氧槍噴入渣中，30% 卯％的粉煤與氧氣燃燒， 釋放出熱量來熔化落入熔池中尚未熔化的固相，其余的粉煤進(jìn)入熔池，與熔池中的 Fe203、 Fe304以及FeO發(fā)生如下的還原反應(yīng)6Fe203 + C = 4Fe304 + C02 2Fe304 + C = 6FeO + C02 2FeO + C = 2Fe +C02通過上述還原反應(yīng)，可以得到富含F(xiàn)eO的液態(tài)鐵水和熔渣，根據(jù)其比重的不同分為上 部熔渣和下部熔液兩相，熔渣通過設(shè)置在與熔池交界面以上0.5m范圍內(nèi)的渣口排出， 熔液則進(jìn)入熔融還原反應(yīng)爐的水平段。本發(fā)明采用厚度介于lm 3m之間的厚渣層進(jìn)行操作。厚渣層不但可以起到隔絕 氧化性氣體、分離氧化區(qū)域和還原區(qū)域、防止鐵水二次氧化的重要作用；而且液態(tài)熔 渣的熱容較高、蓄熱能力大，粉煤在熔渣中燃燒，不但可以將大部分熱量儲存在渣層 中，彌補(bǔ)氣相燃燒可能出現(xiàn)的熱量不足，而且還可將燃燒產(chǎn)生的熱量有效地傳入熔池 中。熔化期產(chǎn)生的爐頂煤氣經(jīng)過除塵、脫除H20和C02、熱量補(bǔ)充工序，與還原期產(chǎn) 生的熱煤氣一同用于塊煤的預(yù)熱。粉塵做為返塵100%送入熔融還原反應(yīng)爐垂直段渣層 上部0.5-3m位置。預(yù)熱后的煤氣作為循環(huán)煤氣送入熔融還原反應(yīng)爐的垂直段與氧氣燃 燒放出熱量，使垂直段的溫度升至130(TC以上，這樣做可以充分利用煤氣中的還原性 氣體以及氣體中的顯熱和化學(xué)潛熱。進(jìn)入水平段的熔液從熔化期進(jìn)入了還原期。熔融還原反應(yīng)爐水平段內(nèi)設(shè)置由預(yù)熱 溫度300'C 80(TC的塊煤形成的碳基填充床，熔液流過該填充床，與固體碳發(fā)生如下 直接還原反應(yīng)，生成鐵水。碳基填充床同時還起到向鐵水滲碳的作用。FeO + C = Fe + CO 2FeO + C = 2Fe +C02本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是以閃速爐為熔融還原反應(yīng)爐；以粒度范圍為0.1mm 50mm的粉礦、塊礦、氧化球團(tuán)和燒結(jié)礦為原料，以小于3mm的粉 煤、循環(huán)煤氣和城市垃圾為燃料，以預(yù)熱塊煤為還原劑；爐頂煤氣中以CO、 C02、 H2、 H20為主，塊煤預(yù)熱后煤氣的主要成分為CO。本發(fā)明的有益效果是充分利用有色冶煉設(shè)備以及鋼鐵工業(yè)現(xiàn)有成熟的噴吹技術(shù)和設(shè)備，與傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝相比，不但可以省略焦化、燒結(jié)、球團(tuán)等環(huán)節(jié)，降低C02的排放量，減輕了對環(huán)境的污染；而且對原燃料的要求較低，可以直接使用粒度范圍 為0.1mm 50mm的粉礦、塊礦、氧化球團(tuán)和燒結(jié)礦為原料、小于3mm的粉煤、循環(huán) 煤氣和城市垃圾，擴(kuò)大了原燃料的使用范圍，降低了生產(chǎn)成本。


圖1是熔融還原爐煉鐵方法工藝流程的示意圖。其中塊礦、氧化球團(tuán)和燒結(jié)礦料 倉l、熔劑料倉2、粉礦料倉3、純氧/富氧空氣噴槍4、循環(huán)煤氣噴槍5、煤氧槍6、熔 融還原爐7、熔渣8、上渣口9、熔液IO、鐵水ll、碳基填充床12、出鐵口 13、爐頂 煤氣14、除塵15、返塵16、 H20、 C02脫除17、 C02排放18、熱量補(bǔ)充19、預(yù)熱煤 氣20、反應(yīng)熱煤氣21、塊煤料倉22、熱塊煤23、塊煤預(yù)熱器24。
具體實(shí)施方式
以閃速爐為熔融還原反應(yīng)爐進(jìn)行鐵水生產(chǎn)操作。熔融還原反應(yīng)爐爐體分為垂直熔 化段和水平還原段。粉礦、塊礦、氧化球團(tuán)和燒結(jié)礦從垂直段加入到爐中，循環(huán)煤氣 和純氧氣、富氧空氣中的氧在渣層上部燃燒放熱熔化80%以上的入爐粉礦、塊礦、氧 化球團(tuán)和燒結(jié)礦，噴入渣層中的粉煤燃燒放熱熔化剩余20%的固體，形成熔液，燃燒 放熱的同時向熔液中進(jìn)行傳熱，以滿足后續(xù)還原的熱量需求。燃燒后由爐頂溢出的爐 頂煤氣經(jīng)過除塵、脫除H20和C02、熱量補(bǔ)充后的作為熱源送至塊煤預(yù)熱。經(jīng)預(yù)熱至 300°C以上的塊煤加入到熔融還原爐水平段內(nèi)形成碳基填充床，熔液在碳基填充床內(nèi)完 成主要的還原任務(wù)，生成鐵水。還原產(chǎn)生的熱煤氣與經(jīng)處理的爐頂煤氣一同送預(yù)熱器 預(yù)熱塊煤，預(yù)熱后的煤氣作為循環(huán)煤氣送至渣層上部進(jìn)行燃燒放熱。如圖1所示，圖中塊礦、氧化球團(tuán)和燒結(jié)礦由料倉l、熔劑由料倉2、粉礦由料倉 3分別加入到熔融還原爐8中，循環(huán)煤氣和純氧氣或富氧空氣分別由循環(huán)煤氣噴槍5 和純氧/富氧空氣噴槍4噴入熔融還原爐7的垂直段渣層以上lm處并燃燒放熱，渣層8 中設(shè)有煤氧槍6，為渣層8提供熱量，以便熔化所加入的塊礦、氧化球團(tuán)、燒結(jié)礦和粉 礦，渣可從渣層下部的上渣口 9排出；爐頂煤氣14經(jīng)過除塵15，返塵16加入到熔融 還原爐7中，煤氣經(jīng)過17脫除H20和C02，凈化煤氣經(jīng)過熱量補(bǔ)充19升溫后與還原 反應(yīng)生產(chǎn)的反應(yīng)熱煤氣21 —同進(jìn)入塊煤預(yù)熱器24預(yù)熱塊煤，熱塊煤23從熔融還原爐 7的水平段加入到液態(tài)熔池10中形成碳基填充床12，預(yù)熱后煤氣作為循環(huán)煤氣從5返 回熔融還原爐7中燃燒放熱。熔液10位于熔融還原爐7的下部水平段，水平段中設(shè)有 由預(yù)熱塊煤23形成的碳基填充床12，主要的還原反應(yīng)發(fā)生在碳基填充床12中，生成 的鐵水ll由出鐵口 13排出。
權(quán)利要求
1、一種熔融還原煉鐵方法，其特征在于，工藝分為熔化期和還原期兩個階段；熔化期，粒度介于0.1mm～8mm的粉礦和粒度大于8mm的塊礦、氧化球團(tuán)和燒結(jié)礦均加入到熔融還原反應(yīng)爐垂直段內(nèi)部的熔池以上的空間；循環(huán)煤氣從熔池表面進(jìn)入熔融還原反應(yīng)爐的垂直段，純氧/富氧空氣噴槍位于循環(huán)煤氣噴槍上部1m以內(nèi)的位置，純氧或者是富氧空氣可經(jīng)過預(yù)熱，使其溫度升高至300℃～1200℃，循環(huán)煤氣與純氧或富氧空氣中的氧氣發(fā)生如下的燃燒反應(yīng)，并放出熱量，使得熔池上部空間的溫度升至1300℃～1600℃，固相的粉礦和塊礦、氧化球團(tuán)、燒結(jié)礦在熔池上部的高溫區(qū)域受熱并熔化，進(jìn)而形成液相熔體并下落進(jìn)入熔池；2CO+O2＝2CO22H2+O2＝2H2O粒度小于3mm的粉煤與氧氣通過煤氧槍噴入渣中，30％～90％的粉煤與氧氣燃燒，釋放出熱量來熔化落入熔池中尚未熔化的固相，其余的粉煤進(jìn)入熔池，與熔池中的Fe2O3、Fe3O4以及FeO發(fā)生如下的還原反應(yīng)6Fe2O3+C＝4Fe3O4+CO22Fe3O4+C＝6FeO+CO22FeO+C＝2Fe+CO2通過上述還原反應(yīng)，可以得到富含F(xiàn)eO的液態(tài)鐵水和熔渣，根據(jù)其比重的不同分為上部熔渣和下部熔液兩相，熔渣通過設(shè)置在與熔池交界面以上0.5m范圍內(nèi)的渣口排出，熔液則進(jìn)入熔融還原反應(yīng)爐的水平段；進(jìn)入水平段的熔液從熔化期進(jìn)入了還原期，熔融還原反應(yīng)爐水平段內(nèi)設(shè)置由預(yù)熱溫度300℃～800℃的塊煤形成的碳基填充床，熔液流過該填充床，與固體碳發(fā)生如下直接還原反應(yīng)，生成鐵水；碳基填充床同時還起到向鐵水滲碳的作用；FeO+C＝Fe+CO2FeO+C＝2Fe+CO2。
全文摘要
一種熔融還原煉鐵方法，于熔融還原技術(shù)領(lǐng)域。采用閃速爐作為熔融還原反應(yīng)爐，以粒度范圍為0.1mm～50mm的粉礦、塊礦、氧化球團(tuán)和燒結(jié)礦為原料，以小于3mm的粉煤、循環(huán)煤氣和城市垃圾為燃料、以預(yù)熱塊煤為還原劑，采用先熔融后還原的工藝路線。優(yōu)點(diǎn)在于，充分利用有色冶煉設(shè)備以及鋼鐵工業(yè)現(xiàn)有成熟的噴吹技術(shù)和設(shè)備，與傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝相比，不但可以省略焦化、燒結(jié)、球團(tuán)等環(huán)節(jié)，降低CO₂的排放量，減輕了對環(huán)境的污染；而且對原燃料的要求較低，可以直接使用粒度范圍為0.1mm～50mm的粉礦、塊礦、氧化球團(tuán)和燒結(jié)礦為原料、小于3mm的粉煤、循環(huán)煤氣和城市垃圾，擴(kuò)大了原燃料的使用范圍，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號C21B11/00GK101597661SQ20091008967
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者劉文運(yùn), 周繼良, 健 孫, 張殿偉, 李國瑋, 麗 馬, 馬澤軍 申請人:首鋼總公司