專利名稱：一種熔融還原煉鐵方法
種熔融還原煉鐵方法
射糊
本發(fā)明涉及一種在一個反應(yīng)爐內(nèi)直接熔融還原煉鐵的方法，屬于冶金熔煉 領(lǐng)域。
蘿激術(shù)
鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，但是，在生產(chǎn)過程中需要消耗大量能源， 各生產(chǎn)工序中伴隨能源和原料的使用而產(chǎn)生的污染物排放量相當龐大，其污染 源主要有燒結(jié)、焦化、煉鐵、煉鋼及附屬工序，其中空氣污染物排放引起的污
染問題尤其嚴重。鋼鐵工業(yè)能源消費量占全國能源消費總量的9.54%，全國工業(yè) 能源消費量的12.93%，噸鋼綜合能耗為1.281噸標準煤，遠高于發(fā)達國家噸鋼凈 能耗O. 590 0. 683噸標準煤(1994年)，而顆粒物和二氧化硫的排放量分別占全 國工業(yè)排放總量的IO. 93%和6. 25%。鋼鐵工業(yè)能耗高效率低的一個主要原因是在 煉鐵系統(tǒng)中噸鐵凈能耗的29. 5%用于礦石燒結(jié)和焦化工序，這部分能量在提高原 料的理化性能之后，未得到充分回收和利用。另外，這兩工序排放的顆粒物和 二氧化硫分別占鋼鐵工業(yè)總排放量的45. 6%和67. 7%。
引起鋼鐵工業(yè)的高能耗問題的原因是多方面的，但是，在冗長的生產(chǎn)過程 中，需要頻繁地加熱和冷卻物料，因此而引起的能量貶值和損失是鋼鐵工業(yè)能 耗較高的一個重要原因。即使在技術(shù)比較先進的日本，其鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，廢 熱排放損失約占總能耗的38.5%。對我國鋼鐵工業(yè)余熱分析表明，過程各種產(chǎn)物 的物理余熱占總能耗的29-39%，其中煉焦廢氣顯熱、焦炭顯熱、燒結(jié)礦顯熱、 燒結(jié)煙氣顯熱、高爐煤氣顯熱等占有很大比例。但是由于其能質(zhì)較低，這部分 能量一般不能得到充分利用，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析確定的可以回收利用的余熱資源 并不多，大約占總能耗的10%，其中煉鐵系統(tǒng)占46%，可見，因流程冗長而造成 的生產(chǎn)過程能量損失是非常巨大的。
在鋼鐵工業(yè)內(nèi)部，煉鐵系統(tǒng)既消耗大量能源，又引起非常嚴重的污染，同 時需要使用日益減少的焦煤，因此，對鋼鐵工業(yè)的革新從煉鐵系統(tǒng)入手是必然 的。但是，從末端治理環(huán)境污染不僅需要大量的投資，而且需要大量的運行和 維護費用。據(jù)統(tǒng)計，鋼鐵工業(yè)中15%的投資是用于環(huán)保目的，這大致上相當于每 年每噸鋼生產(chǎn)能力需要增加420-480元，運轉(zhuǎn)這些設(shè)備的費用為70-150/噸鋼， 特別是在焦炭生產(chǎn)中，為了滿足環(huán)保要求，年噸焦炭生產(chǎn)能力需要至少增加投 資77.5元。況且，在鋼鐵工業(yè)中真正嚴重的污染排放源是無組織排放源， 一般 的控制措施很難奏效。因此，解決鋼鐵工業(yè)的污染應(yīng)重點考慮工藝流程的革新， 也就是通過清潔生產(chǎn)從源頭上控制污染物的產(chǎn)生。如果能采用短流程煉鐵技術(shù)，即可大幅度降低生產(chǎn)成本，又可以大量減少 無組織排放源污染物的產(chǎn)生，這將是鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一條有效途徑。
發(fā)辦棼
本發(fā)明的目的是提供一種氧氣頂吹與氮氣底吹相組合的熔融還原爐內(nèi)煉鐵 的方法，其反應(yīng)速度快，可縮短反應(yīng)時間，物料混合較均勻，可減少污染物的 產(chǎn)生，且可強化熱量、質(zhì)量的傳遞，大大提高生產(chǎn)效率，工藝技術(shù)靈活，可降 低投資成本。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
噴槍從爐頂插入爐內(nèi)，噴槍懸掛在熔渣層上部，槍位根據(jù)冶煉所處的具體 時期相應(yīng)上下調(diào)整，熔煉的燃料、空氣及富氧氧氣通過噴槍噴入熔池，鐵礦石 粉、熔劑等爐料從爐頂進料口風力輸送，氮氣從爐底直接吹入溶池，氧氣頂吹 與氮氣底吹的共同作用使熔池處于攪動狀態(tài)，冶煉產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過余熱鍋爐后 換熱后送到后續(xù)工序。
本發(fā)明所述的富氧的濃度在30% 95%間調(diào)整，氧氣壓力控制在0.3 lMPa，氮氣0.1 1 MPa熔池反應(yīng)溫度控制在1450°C 1600°C 。
鐵礦石粉、熔劑從爐頂所述的進料口的加料量為10 30噸/小時。所述的爐 料的粒度為1 80毫米。
氧氣頂吹時所述的氧氣流量為5 15立方米/分鐘。
本發(fā)明所述的噴槍是由富氧空氣管、水冷管和柴油管組成的復(fù)合式套管， 噴槍由鉻鎳鈦合金材料制成，噴槍末端裝有一個可更換的噴嘴。噴槍的直徑為 108毫米。
冶煉操作時，燃料(油)、富氧空氣通過噴槍噴入熔池，鐵礦石粉、熔劑等 爐料從爐頂給料口加入，氮氣從爐底直接吹入溶池。在富氧氧空氣頂吹和氮氣 底吹的共同作用下，熔池處于強烈的攪動狀態(tài)，物料在高溫、高湍動下迅速熔 化并進行強烈的物理化學(xué)反應(yīng)。熔池的劇烈攪拌增大了爐渣層和金屬相與爐氣 的接觸，強化了金屬鐵的還原率。
富氧空氣流通過噴嘴噴到熔池表面上部，與從熔池中溢出的CO發(fā)生劇烈的 燃燒，給熔池反應(yīng)提供充足的能量，底吹氮氣使得熔體處于回流狀態(tài)，對熔池 劇烈攪動，為熔池內(nèi)氣液固三相的充分接觸提供有利條件，加速爐料的熔化和 金屬還原的冶金過程。另外，頂吹富氧空氣能夠抑制了底吹氣流對熔池的吹穿 而造成的能量損失。通過調(diào)節(jié)噴槍流量、氧氣含量、底吹氮氣的流量、煤量及 噴槍的槍位，可實現(xiàn)對熔池冶煉過程的控制，使得溶池中的反應(yīng)溫度基本處于 穩(wěn)定的狀態(tài)，最終保證熔池的冶煉效率。
該工藝為連續(xù)進料，熔鐵和熔渣則間斷放出。氧氣頂吹熔融還原爐的煙氣經(jīng)過余熱鍋爐換熱后送到后續(xù)工序，使冶煉中的熱能得到再利用。生產(chǎn)工藝控 制主要是針對物料、氧氣頂吹熔融還原爐的工藝指標進行控制。氧氣頂吹熔融
還原爐的控制與調(diào)節(jié)由DCS系統(tǒng)完成。熔煉時，只需對煤量、流量、氧氣含量、
氮氣量、給料速度進行設(shè)定，就能實現(xiàn)熔融還原爐的熔煉。而操作人員只需定
時對渣型渣樣進行觀察分析，判斷爐子的熔煉狀況；并通過調(diào)節(jié)噴槍高度、噴 槍噴吹流量、氧氣含量、氮氣量來控制還原鐵的品位。穩(wěn)定的爐溫和穩(wěn)定的渣 型是氧氣頂吹熔融還原爐熔煉的關(guān)鍵參數(shù)。 本發(fā)明具有以下優(yōu)點
① 原料的靈活性
頂?shù)讖?fù)合噴吹熔融還原煉鐵技術(shù)能夠使用多種類的含鐵爐料，包括無法通 過燒結(jié)廠回收的廢棄物，物料中的C、 CaO和MgO也得到利用，減少了鋼鐵生產(chǎn) 的資源消耗。
燃料可包括從無煙煤到高揮發(fā)分煤(5%<揮發(fā)分<38%);焦粉；其它含碳
物質(zhì)如橡膠碎粉或者廢塑料粉末。
釆用富氧頂吹技術(shù)使反應(yīng)溫度提高至145(TC以上，反應(yīng)加快，縮短了反應(yīng) 時間，大大提高了生產(chǎn)效率。
② 操作的靈活性
頂?shù)讖?fù)合噴吹熔融還原煉鐵工藝技術(shù)的反應(yīng)速度靈活，可以使操作技術(shù)人 員根據(jù)需求來選擇生產(chǎn)強度，或者為降低成本變換原、燃料種類，尤其是在開、 停爐和增、減量生產(chǎn)方面容易控制。
③ 降低新建或者改造投資成本
頂?shù)讖?fù)合噴吹熔融還原煉鐵工藝不需要煉焦爐、燒結(jié)廠或球團廠，極大降 低了新鋼鐵廠總的投資成本，也降低了鋼鐵生產(chǎn)的運行成本。
頂?shù)讖?fù)合噴吹熔融還原煉鐵工藝可使用許多與高爐相同的設(shè)備，如鼓風機、 熱風爐、煤氣清洗系統(tǒng)，水渣系統(tǒng)、原料系統(tǒng)和高爐的基礎(chǔ)等，因此它廠可以 充分利用原有設(shè)備，建在現(xiàn)有的高爐煉鐵廠里。
④ 排出的煙氣量少，熱損失小，煙氣中S02的濃度增大，煙塵小，有利于S02 的回收制酸，防止了酸雨的形成。
厥厫說欲


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
實施例l:將1 20mm的煤粒和爐料混合均勻，由進料口一起加到爐內(nèi)， 煤粒起到還原Fe304并生成金屬鐵及作為燃料提供熱量的作用。加料量15t/h ，氧 壓0.5MPa ,氧氣流量6.0mVmin ，氧槍直徑108mm，氧利用率92%，氮氣壓力0.3MPa，熔池反應(yīng)溫度控制在1450°C，煙氣中的S02: 17%，煙塵3%，煙氣 經(jīng)過濕法除塵后，送到制酸車間。
實施例2:將20 40 mm的煤粒和爐料混合均勻，由進料口一起加到爐內(nèi)， 加料量20t/h ,氧壓0.7 MPa ，氧氣流量10mVmin，氧槍直徑108mm，氧利用率 95%，氮氣壓力0.6MPa，熔池反應(yīng)溫度控制在1520°C，氧氣中的S02: 21%， 煙塵1%，煙氣經(jīng)過濕法除塵后，送到制酸車間。
實施例3:將40 60 mm的粉煤和爐料混合均勻，由進料口一起加到爐內(nèi)， 加料量13t/h ，氧壓0.8MPa ，氧氣流量5.8 mVmin ，氧槍直徑108mm ，氧利用 率94%，氮氣壓力0.9MPa，熔池反應(yīng)溫度控制在1600°C，氧氣中的S02: 19 %，煙塵2.5%，煙氣經(jīng)過濕法除塵后，送到制酸車間。
權(quán)利要求
1、一種熔融還原煉鐵的方法，其特征在于噴槍從爐頂插入爐內(nèi)，噴槍懸掛在熔渣層上部，槍位根據(jù)冶煉所處的具體時期相應(yīng)上下調(diào)整，熔煉的燃料、空氣及富氧氧氣通過噴槍噴入熔池，鐵礦石粉、熔劑等爐料從爐頂進料口風力輸送，氮氣從爐底直接吹入溶池，氧氣頂吹與氮氣底吹的共同作用使熔池處于攪動狀態(tài)，冶煉產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過余熱鍋爐后換熱后送到后續(xù)工序。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的富氧的濃度在30% 95%間調(diào)整，氧氣壓力控制在0.3 lMPa，氮氣0.1 1 MPa熔 池反應(yīng)溫度控制在1450°C 1600°C。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的進料 口的加料量為10 30噸/小時。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的氧氣 流量為5 15立方米/分鐘。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的噴槍 由粉煤管、氧氣管、噴槍風管和重油管組成，噴槍管由軟鋼和不銹鋼制成，噴 槍末端裝有一個可更換的噴嘴。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的噴槍的直徑為108毫米。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的爐料的粒度為1 80毫米。
全文摘要
一種熔融還原煉鐵方法。本發(fā)明涉及一種在一個反應(yīng)爐內(nèi)直接熔融還原煉鐵的方法，屬于冶金熔煉領(lǐng)域。本方法是將噴槍從爐頂中心插入爐內(nèi)，噴槍口懸掛在熔渣層上部，槍位根據(jù)冶煉所處的具體時期相應(yīng)上下調(diào)整，熔煉的燃料、空氣及富氧氧氣通過噴槍噴入熔池，鐵礦石粉、熔劑等爐料從爐頂進料口加入，氮氣從爐底直接吹入溶池，氧氣頂吹與氮氣底吹的共同作用應(yīng)達到熔池處于攪動狀態(tài)，冶煉產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過余熱鍋爐后換熱后送到后續(xù)工序。本發(fā)明反應(yīng)速度快，可縮短反應(yīng)時間，物料混合較均勻，可減少污染物的產(chǎn)生，且可強化熱量、質(zhì)量的傳遞，大大提高生產(chǎn)效率，工藝技術(shù)靈活，可降低投資成本。
文檔編號C21B11/00GK101565767SQ20091009450
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者山 卿, 岳爭超, 湯忖江, 華 王, 趙魯梅, 齊翼龍 申請人:昆明理工大學(xué)