專利名稱：：一種低焦比高爐煉鐵工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種煉鐵工藝，特別涉及一種節(jié)能環(huán)保型的低焦比高爐煉鐵工藝。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，世界鋼鐵工業(yè)得到了迅猛地發(fā)展，由礦石到生鐵的金屬提取過(guò)程也取得了巨大的發(fā)展。但就生產(chǎn)煉鋼原料的煉鐵工藝來(lái)說(shuō)，高爐仍然是占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的主要流程。如果從使用焦炭算起，現(xiàn)代煉鐵高爐己有300多年的歷史。高爐主要以焦炭和人造塊鐵礦為主要原料，在其內(nèi)部通過(guò)燃料燃燒、氣化、傳熱、還原、熔化、分離等物理化學(xué)過(guò)程冶煉鐵水，是效率非常高的高溫多相反應(yīng)器?，F(xiàn)代大型高爐生產(chǎn)技術(shù)裝備不斷完善，通過(guò)采取精料、富氧鼓風(fēng)、噴吹粉煤等手段，使高爐實(shí)現(xiàn)了大型化和高產(chǎn)低耗。但高爐的高效率和大型化對(duì)礦石和焦炭質(zhì)量(尤其是焦炭的強(qiáng)度)提出了更嚴(yán)格的要求，全世界大多數(shù)高爐的入爐焦比仍然高于400kg/t鐵。為解決上述問(wèn)題，世界上開(kāi)展了大量非高爐煉鐵技術(shù)的研究，并取得了一定的進(jìn)展。在熔融還原技術(shù)方面，COREX工藝已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，該工藝不但大大減少了焦炭的用量，在資源和環(huán)保等方面具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；另一種熔融還原工藝HISMELT也正在開(kāi)發(fā)之中并達(dá)到中試規(guī)模；其它一些熔融還原工藝也在開(kāi)發(fā)之中，但其推廣應(yīng)用的前景并不明朗。在直接還原方面，氣基豎爐法(Midrex，HYL)法占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但是它們均需采用重整的天然氣作為還原氣原料，因此只能在天然氣資源豐富并廉價(jià)地區(qū)發(fā)展。目前世界上占優(yōu)勢(shì)的煤基直接還原方法是回轉(zhuǎn)窯法，這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以直接用煤作燃料和還原劑，其缺點(diǎn)是單位投資高，生產(chǎn)率低(容積利用系數(shù)0.42t/m3*d)單爐產(chǎn)量低(最大為15萬(wàn)t/a)，生產(chǎn)成本高，因此發(fā)展緩慢，到目前全世界煤基回轉(zhuǎn)窯僅300萬(wàn)t/a生產(chǎn)能力，我國(guó)從70年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)，迄今我國(guó)僅建成4套，形成40多萬(wàn)t/a生產(chǎn)能力。2005年全世界直接還原鐵的生產(chǎn)達(dá)5500萬(wàn)噸，僅占鐵的總產(chǎn)量的8%?，F(xiàn)有直接還原鐵技術(shù)有應(yīng)用于用原有高爐煉鐵技術(shù)中的設(shè)想，如美國(guó)專利US3692293"高爐高溫還原性煤氣噴吹設(shè)備"公開(kāi)的技術(shù)是將還原性氣體和氧氣同時(shí)噴入高爐風(fēng)口燃燒的設(shè)備；歐洲專利GB1277606"高爐噴吹還原性氣體的工藝"和法國(guó)專利FR2553434"高爐噴吹還原性氣體工藝"公開(kāi)的技術(shù)均是將還原性氣體經(jīng)過(guò)加熱后再噴入高爐爐身下部?jī)?nèi)，其加熱方式會(huì)受到煤氣析炭反應(yīng)的限制；與此類似，美國(guó)專利US6464928"高爐煤氣循環(huán)系統(tǒng)"公開(kāi)的技術(shù)是將高爐煤氣脫除C02后再經(jīng)過(guò)加熱后再噴吹到高爐爐身處，這些設(shè)想的煤氣來(lái)源或煤氣加熱方式與本發(fā)明均不相同。從目前的煉鐵原料資源狀況和技術(shù)發(fā)展來(lái)看，雖然非高爐煉鐵技術(shù)研發(fā)在如火如荼地開(kāi)展，但由于高爐煉鐵技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，工藝簡(jiǎn)單，單爐產(chǎn)量大，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，熱效率高，能耗低等優(yōu)點(diǎn)，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，以焦炭為主要燃料的高爐仍是煉鐵的主要流程，進(jìn)一步提高高爐的生產(chǎn)效率和節(jié)約焦炭以及清潔生產(chǎn)仍是我們努力的主要方向。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是在于提出一種低焦比高爐煉鐵工藝，以非煉焦煤和氧氣為主要能源的新型高爐煉鐵工藝，大幅度降低焦比，借鑒了豎爐法生產(chǎn)海綿鐵直接還原技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，從而充分發(fā)揮了高爐能量利用率高和生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)，克服了高爐上部爐料金屬化率偏低的缺點(diǎn)，使高爐下部的主要功能變?yōu)榻饘倩癄t料的熔化和部分供熱，不但可使高爐噸鐵焦比降低到200kg以下，也將使高爐的生產(chǎn)率大幅度提高，減少了煉焦的污染物排放量，提高了高爐煉鐵工藝韻競(jìng)爭(zhēng)力。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種低焦比高爐煉鐵工藝，將干粉煤在分離的氣化爐內(nèi)進(jìn)行加壓氣化，干煤粉噴入氣化爐內(nèi)與純氧充分混合并進(jìn)行燃燒與氣化反應(yīng)，產(chǎn)生高溫煤氣，氣化爐壓力為0.30.6MPa，出口煤氣溫度13001550°C;氣化爐出口煤氣經(jīng)與凈化后的高爐爐頂冷煤氣混兌后，溫度控制在900105(TC;然后將這種高溫高還原性的熱煤氣噴入高爐爐身下部、軟熔帶根4部以上區(qū)域，使高爐爐料在到達(dá)軟熔帶時(shí)金屬化，金屬化率達(dá)到85-95%;同時(shí)，高爐采用全氧風(fēng)口噴吹部分煤粉。進(jìn)一步，所述的冷煤氣為高爐爐頂煤氣經(jīng)凈化脫除C02而成。又，本發(fā)明煤粉可采用C02作為輸送介質(zhì)，或者采用N2作為輸送介質(zhì)。另外，氣化爐出口煤氣經(jīng)凈化冷煤氣混兌后，經(jīng)熱旋風(fēng)除塵器除塵后，經(jīng)高爐外的熱煤氣圍管上的多個(gè)噴嘴噴入高爐爐身下部，即高爐軟熔帶根部以上區(qū)域的塊狀帶。本發(fā)明提出將非煉焦煤干煤粉氣化技術(shù)用于高爐煉鐵，并相應(yīng)改變高爐煉鐵工藝的燃料結(jié)構(gòu)，是一種高效環(huán)保型煉鐵新技術(shù)，粉煤氣化爐產(chǎn)生的高溫煤氣經(jīng)與高爐輸出的凈化冷煤氣混兌后，煤氣溫度達(dá)到9501050。C經(jīng)熱旋風(fēng)除塵，其中凈化冷煤氣由部分高爐爐頂煤氣脫除C02后產(chǎn)生。將這種高溫煤氣從高爐爐身下部軟熔帶上部噴入高爐。同時(shí)高爐風(fēng)口采用全氧噴煤操作，高爐下部主要完成爐料的熔化和渣鐵分離。本發(fā)明工藝充分利用粉煤氣化產(chǎn)生的煤氣顯熱，節(jié)省了煤氣降溫加熱的能量損類，避免了煤氣加熱析炭反應(yīng)故障，提高高爐軟熔帶以上爐料的金屬化率，從而大幅度降低高爐焦比和提高了生產(chǎn)率。煤粉、純氧噴入氣化爐內(nèi)，經(jīng)充分混合過(guò)程并進(jìn)行燃燒與氣化反應(yīng)，其主要化學(xué)反應(yīng)如下c+o2=co2C02+C=2CO煤粉中的少許水分還發(fā)生如下反應(yīng)H20+C=H2+CO煤粉可采用C02作為輸送介質(zhì)，由于其本身是氣化劑，可進(jìn)一步提高有效氣成分。也可采用N2作為輸送介質(zhì)，有效氣成分中將增加少量N2成份。由于現(xiàn)有高爐爐頂壓力為0.20.3MPa，考慮到煤氣化爐與高爐的銜接，氣化爐壓力為0.30.6MPa，煤氣化爐出口的煤氣溫度約1300155CTC。本發(fā)明改變了粉煤氣化爐將熱合成氣激冷到室溫凈化后再加熱的傳統(tǒng)使用方法，而將熱煤氣經(jīng)冷煤氣混兌激冷后調(diào)節(jié)溫度至卯01050。C,不但大大減少了冷卻的煤氣熱損失及再將其加熱到高溫所需的燃料消耗，而且避免了還原氣在加熱過(guò)程中析碳過(guò)程的發(fā)生。通過(guò)采用全氧高爐，強(qiáng)化了高爐下部尤其是爐缸區(qū)的熱量供應(yīng)，減少了煤氣中的氮?dú)夂渴蛊錈嶂荡蠓忍岣?，同時(shí)通過(guò)風(fēng)口適度噴煤粉，可進(jìn)一步減少高爐的焦炭消耗，使高爐內(nèi)焦炭?jī)H僅承擔(dān)透氣骨架及焦床過(guò)濾作用，可將高爐入爐焦比降低到200kg以下。由于高爐下部主要起金屬化爐料的熔化作用，可使高爐利用系數(shù)提高，從而使高爐的生產(chǎn)率比傳統(tǒng)高爐提高2050%。由于采用全氧冶煉，高爐輸出煤氣熱值將遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)高爐煤氣，除自身循環(huán)使用外，一部分還可梯級(jí)利用作于發(fā)電、或鋼鐵廠內(nèi)加熱爐、烘烤鋼包、鐵合金等的燃料。本發(fā)明的有益效果1.由于無(wú)需熱風(fēng)爐，焦比可低于200kg/t、可節(jié)省焦?fàn)t的投資及煉焦污染排放量；同時(shí)，由于大量使用廉價(jià)的非煉焦粉煤，可使高爐生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低。2.高爐采用全氧熔煉，可強(qiáng)化冶煉過(guò)程，提高生產(chǎn)率，也有利于煤氣的凈化和循環(huán)利用，同時(shí)還可輸出高熱值的優(yōu)質(zhì)煤氣。3.由于從爐身下部噴入高溫煤氣，使?fàn)t料到達(dá)軟熔帶時(shí)的金屬化率達(dá)到85-95%,高于普通高爐，從而可大大減輕了高爐下部煤、焦氣化及直接還原的負(fù)擔(dān)，這是保證低入爐焦比的重要條件。4.采用純氧條件下適度風(fēng)口噴煤，不但可調(diào)節(jié)高爐下部尤其是爐缸的熱量平衡，而且將進(jìn)一步降低噸鐵焦炭消耗，使焦炭主要承擔(dān)改善爐身透氣性、形成爐缸死料柱和焦炭床的作用，可使焦比降低到200kg/t以下。5.本發(fā)明技術(shù)吸收了豎爐直接還原生產(chǎn)海綿鐵的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)利用了高爐熱效率和生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)，使該工藝的生產(chǎn)率可比傳統(tǒng)高爐提高1050%，在降低焦比和C02減排等方面具有明顯的環(huán)境效益。6.采用非煉焦煤粉氣化技術(shù)，將高溫煤氣調(diào)節(jié)溫度在9001050°C，可直接利用煤氣的物理熱，不但減少了煤氣加熱的燃料消耗，而且避免了煤氣在加熱過(guò)程中的析碳故障的發(fā)生。7.本發(fā)明工藝可以將高爐煉鐵的焦比降低到COREX工藝所需焦碳的水平，并且可以采用非煉焦粉煤造氣代替大部分入爐焦碳，在現(xiàn)有高爐6上應(yīng)用后具有巨大的綜合效益。圖1為本發(fā)明高效環(huán)保型高爐煉鐵工藝的流程簡(jiǎn)圖。圖2為本發(fā)明高效環(huán)保型高爐煉鐵工藝流程圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。干煤粉噴入粉煤氣化爐1內(nèi)與由制氧機(jī)5生成的純氧充分混合并進(jìn)行燃燒與氣化反應(yīng)，產(chǎn)生高溫煤氣，氣化爐1壓力為0.4MPa，出口煤氣溫度1350。C;氣化爐1出口煤氣經(jīng)與爐頂來(lái)的凈化冷煤氣混兌后，進(jìn)入高爐的煤氣溫度控制在卯0105(TC;所述的冷煤氣為高爐2煤氣經(jīng)凈化脫除C02單元3脫除C02而成，并通過(guò)壓縮機(jī)9送入氣化爐1;氣化爐1出口煤氣經(jīng)與凈化冷煤氣混兌后，經(jīng)熱旋風(fēng)除塵器6除塵后，這種高溫高還原性的熱煤氣經(jīng)高爐2外的熱煤氣圍管7上的多個(gè)噴嘴噴入，高爐2爐身下部即軟熔帶根部上面的塊狀帶；使高爐爐料在到達(dá)軟熔帶時(shí)金屬化率達(dá)到85-95%;純氧高爐2采用全氧風(fēng)口噴吹煤粉8。高爐2煤氣還可以經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器6送至TRT余壓發(fā)電4。本發(fā)明煤粉可采用C02作為輸送介質(zhì)，或者采用N2作為輸送介質(zhì)。本發(fā)明將熱煤氣經(jīng)凈化冷煤氣混兌后調(diào)節(jié)溫度至9001050°C，不但大大減少了降溫的熱損失及冷煤氣再加熱到高溫所需的燃料消耗，而且避免了還原氣在加熱過(guò)程中析碳故障的發(fā)生。通過(guò)采用全氧風(fēng)口噴吹煤粉，強(qiáng)化了高爐下部尤其是爐缸區(qū)的熱量供應(yīng)，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)口噴煤量，可進(jìn)一步減少高爐的焦炭消耗，可將高爐焦比降低到200kg以下。由于高爐下部主要起爐料熔化的作用，使高爐的生產(chǎn)率比傳統(tǒng)高爐提高1050%。由于采用全氧冶煉，高爐輸出煤氣熱值將遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)高爐煤氣，可梯級(jí)利用作于發(fā)電、或做鋼鐵廠內(nèi)加熱爐、烘烤鋼包、鐵合金等的燃料。實(shí)施例1:某2500m3高爐與2050t/d干煤粉氣化爐組合的高效環(huán)保型高爐，該干煤粉氣化爐的單爐產(chǎn)氣量為164000m3/h，煤粉氣化用氧量為47400m3/h，高爐的焦比為200kg/t，風(fēng)口噴吹煤粉量為100kg/t，風(fēng)口的吹氧量為22000m3/h，循環(huán)用于激冷發(fā)生煤氣兌入的凈化高爐爐頂煤氣量為180000m3/h，高爐的利用系數(shù)為3.0t/m3.d，每天高爐產(chǎn)鐵量為7500t，吹入爐身煤氣量為1323m3/t鐵.高爐的爐料結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦80%，球團(tuán)礦10%，精塊礦10%，平均入爐鐵品位為60%，爐渣二元堿度為1.15，采用粒度為30-50mm的二級(jí)冶金焦。風(fēng)口噴吹與氣化用煤的成分工業(yè)分析元素分析MtFCdVdAdSt,dCdafHdafNdafOdafSt，daf中府《15》573036《6.5《0.4574.454.861.1119.10.48鐵水成分wt%cSiMnPSFe4.30.50.30.030.06余量實(shí)施例2:某1250m3高爐與1050t/d干煤粉氣化爐組合的高效環(huán)保型高爐，該干煤粉氣化爐的單爐產(chǎn)氣量為84000m3/h，煤粉氣化用氧量為24400mVh，高爐的焦比為190kg/t，風(fēng)口噴吹煤粉量為100kg/t，，風(fēng)口吹氧量為11000m3/h，循環(huán)用于激冷發(fā)生煤氣兌入的凈化高爐爐頂煤氣量為95000m3/h，高爐的利用系數(shù)為3.4t/m3.d.，每天高爐產(chǎn)鐵達(dá)4250t，吹入爐身煤氣量為1322m3/t鐵.高爐的爐料結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦80%，球團(tuán)礦10%，精塊礦10%,平均入爐鐵品位為60%，爐渣二元堿度為1.20，采用粒度為30-50mm的二級(jí)冶金焦。風(fēng)口噴吹與氣化用煤的成分8<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>綜上所述，本發(fā)明將非焦粉煤加壓氣化后的煤氣直接應(yīng)用于現(xiàn)代高爐煉鐵，大幅度降低了噸鐵入爐焦比，借鑒了豎爐生產(chǎn)海綿鐵的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮了高爐能量利用率高和生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)，克服了高爐上部爐料金屬化率低入爐焦比高的缺點(diǎn)，使高爐下部的主要功能變?yōu)榻饘倩癄t料的熔化，不但可使高爐噸鐵焦比降低到200kg以下，也使高爐的生產(chǎn)率大幅度提高，減少了煉焦的污染物排放量，提高了高爐煉鐵工藝的競(jìng)爭(zhēng)力。權(quán)利要求1.一種低焦比高爐煉鐵工藝，將非煉焦煤干粉煤在分離的氣化爐內(nèi)進(jìn)行加壓氣化，干煤粉噴入氣化爐內(nèi)與純氧充分混合并進(jìn)行燃燒與氣化反應(yīng)，產(chǎn)生高溫煤氣，氣化爐壓力為0.3～0.6MPa，出口煤氣溫度1300～1550℃；氣化爐出口煤氣經(jīng)與凈化后的高爐爐頂冷煤氣混兌后，溫度控制在900～1050℃；然后將這種高溫高還原性的熱煤氣噴入高爐爐身下部、軟熔帶根部以上區(qū)域，使高爐爐料在到達(dá)軟熔帶時(shí)金屬化，金屬化率達(dá)到85-95％；同時(shí)，高爐采用全氧風(fēng)口噴吹部分煤粉。2.如權(quán)利要求1所述的低焦比高爐煉鐵工藝，其特征是，所述的冷煤氣為高爐爐頂煤氣經(jīng)凈化脫除CCb而成。3.如權(quán)利要求1所述的低焦比高爐煉鐵工藝，其特征是，煤粉可采用C02作為輸送介質(zhì)，或者采用N2作為輸送介質(zhì)。4.如權(quán)利要求1所述的低焦比高爐煉鐵工藝，其特征是，氣化爐出口煤氣經(jīng)凈化冷煤氣混兌后，經(jīng)熱旋風(fēng)除塵器除塵后，經(jīng)高爐外的熱煤氣圍管上的多個(gè)噴嘴噴入高爐爐身下部即軟熔帶根部以上區(qū)域的塊狀帶。全文摘要一種低焦比高爐煉鐵工藝，將干粉煤在分離的氣化爐內(nèi)進(jìn)行加壓氣化，干煤粉噴入氣化爐內(nèi)與純氧充分混合并進(jìn)行燃燒與氣化反應(yīng)，產(chǎn)生高溫煤氣，氣化爐的壓力為0.3～0.6MPa，出口煤氣溫度1300～1550℃；氣化爐出口煤氣經(jīng)與凈化后的高爐爐頂冷煤氣混兌，溫度控制在900～1050℃；然后將這種高溫高還原性的熱煤氣噴入高爐爐身下部、軟熔帶根部以上區(qū)域，使?fàn)t料在到達(dá)軟熔帶時(shí)的金屬化率達(dá)到85-95％；高爐風(fēng)口噴吹部分煤粉全氧燃燒。本發(fā)明為以非煉焦煤和氧氣為主要能源的新型高爐煉鐵工藝，可使高爐噸鐵焦比降低到200kg以下，高爐生產(chǎn)率大幅度提高，減少煉焦污染物排放量，提高了高爐煉鐵工藝的競(jìng)爭(zhēng)力。文檔編號(hào)C21B5/00GK101519703SQ20081003392公開(kāi)日2009年9月2日申請(qǐng)日期2008年2月26日優(yōu)先權(quán)日2008年2月26日發(fā)明者周渝生,張友平,李肇毅,范建峰,暉錢申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司