專利名稱：氧氣頂吹熔融還原煉鐵制取鐵水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在熔融狀態(tài)下直接利用煤粉還原鐵礦石生產(chǎn)鐵水的方法， 屬于能源與冶金技術(shù)領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
鋼鐵是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會建設(shè)的基礎(chǔ)材料，與人們生活息息相關(guān)的衣、
食、住、行都有鋼鐵的存在；其已被廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域，直接為其它行業(yè) 的發(fā)展提供基礎(chǔ)材料，故在一定意義上說， 一個國家鋼鐵工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r也反 映其國民經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的程度。鋼鐵材料的生產(chǎn)是集化工、冶金、自動控制技術(shù)于 一體、復(fù)雜的系統(tǒng)工程?，F(xiàn)在，國際上煉鐵生產(chǎn)主要釆用的是傳統(tǒng)的高爐煉鐵 系統(tǒng)(包括焦化、燒結(jié)、高爐)，盡管高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)過幾百年的應(yīng)用與發(fā)展， 已具有技術(shù)完善、產(chǎn)量大、作業(yè)率高、設(shè)備壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但由于其工藝流程 長、投資大、對環(huán)境污染嚴(yán)重、操作靈活性差、對入爐原料選擇性差，尤其在 當(dāng)今世界各種資源日益匱乏，在量與質(zhì)上很難滿足高爐煉鐵的要求，特別是煉 焦煤的短缺，阻礙了高爐煉鐵的進(jìn)一步發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，生產(chǎn)一噸生鐵需要含 Fe二58.08。/o鐵礦石1914.0^Cg、同時產(chǎn)生爐渣568.84Kg、煙氣2485.98Kg,其中污 染物占了73%以上，可見，高爐煉鐵生產(chǎn)是一個典型的高能耗、高污染的行業(yè)， 會對環(huán)境造成巨大的污染。19世紀(jì)末以來，越來越嚴(yán)格的環(huán)保要求及日益缺少 的冶金焦嚴(yán)重地制約著高爐的發(fā)展，為了滿足環(huán)保要求同時能開發(fā)出不使用焦 炭的煉鐵新工藝，世界上各國紛紛開展新的煉鐵方法，其中鐵礦熔融還原工藝 最成功、i受關(guān)注，被譽(yù)為"21世紀(jì)冶金工業(yè)中的前沿技術(shù)之一"。它的開發(fā)是對 傳統(tǒng)的焦?fàn)t-燒結(jié)(球團(tuán))-高爐煉鐵工藝的根本變革，由于其有高爐無法比擬的 優(yōu)勢，從80年代末起，瑞典、德國、日本、韓國、美國、前蘇聯(lián)、澳大利亞等 國家都開發(fā)熔融還原煉鐵工藝，在較長的時間內(nèi)進(jìn)行了大量的工作，從基礎(chǔ)理 論、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)到半工業(yè)性試驗(yàn)研究都取得了許多成果，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和 試驗(yàn)數(shù)據(jù)，推進(jìn)了熔融還原技術(shù)的發(fā)展。
熔融還原煉鐵是以非焦煤作為主要的能源，使用塊礦、球團(tuán)礦或者直接使 用鐵礦粉等原料，在高溫熔融狀態(tài)下用碳把鐵氧化物還原，渣鐵能完全分離， 生產(chǎn)出液態(tài)鐵水的冶煉方法。目前世界上的熔融還原煉鐵技術(shù)主要有COREX、 FINEX、 HISMELT、 DIOS、 ROMELT、 CCF等，但大多數(shù)都處于研發(fā)階段，只 有COREX工藝是唯一成熟并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)的熔融還原煉鐵技術(shù)。我國是世 界上煤炭和鐵礦石資源豐富的國家之一，儲量都居世界前列，但高爐所需要的 冶金焦和高品位的鐵礦石占有量卻很少，不能滿足我國煉鐵工業(yè)高速發(fā)展的要求，致使我國每年要從國外進(jìn)口數(shù)億噸的原料，最近，國際上焦炭和鐵礦石的 價格一路攀升，造成我國的鋼鐵生產(chǎn)成本不斷升高，從而企業(yè)的巿場竟?fàn)幜ο?降。
為了使我國的鋼鐵工業(yè)更好地發(fā)展，解決現(xiàn)有的傳統(tǒng)高爐煉鐵技術(shù)能耗髙、 污染大、熱效率低的問題，就必須使現(xiàn)在的冶煉技術(shù)從根本上發(fā)生變革，才能 使鋼鐵工業(yè)更好地向前發(fā)展。國際上流行的熔融還原煉鐵技術(shù)能很好地解決這 一問題且有希望在較短的時間內(nèi)取得突破，而且利用粉礦進(jìn)行直接還原非常適 合我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。
氧氣頂吹熔融還原技術(shù)可以使反應(yīng)過程大大強(qiáng)化，反應(yīng)速度加快，反應(yīng)溫 度更高，化學(xué)反應(yīng)可以很快達(dá)到平衡，熔融的鐵氧化物可以被熔池中溶解的碳 素迅速還原；二次燃燒率也較高，能較好地為精礦在熔融過程中提供反應(yīng)熱， 無需其他輔助加熱設(shè)備，可以極大的降低能耗。
如果能發(fā)明一種氧氣頂吹熔融還原煉鐵技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)高爐生產(chǎn)鐵水的方 法，不僅能有效的利用在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量，而且明顯具有環(huán)境污染少、 原料充足和生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢，這也將會是我國鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一條高 效途徑。

發(fā)明內(nèi)容
1、 本發(fā)明的目的
本發(fā)明的目的是提供 一種氧氣頂吹熔融還原煉鐵制取鐵水的方法，它直接利 用還原煤還原熔融的鐵礦石生產(chǎn)鐵水，省去了煉焦工序，減少了環(huán)境污染，具 有良好的環(huán)保效益。
2、 本發(fā)明的技術(shù)方案
本發(fā)明的工藝步驟是將爐料鐵礦石、白云石、石灰和還原煤破碎，按比例 混合均勻，從爐頂給料口加入到熔融還原爐內(nèi)，噴槍的中心氮管插入到熔池的 渣層中，噴出氮?dú)鈱υ鼘舆M(jìn)行攪動，，而噴槍的氧氣夾套則高于熔渣，待反應(yīng) 一個周期后，將冶煉出的高溫鐵水和爐渣分別由出鐵口和出渣口放出。
本發(fā)明上述工藝步驟中的具體工藝參數(shù)為(l)爐料破碎的粒度為2 mm 25mm; U)氮?dú)獾膰娙雺毫?.1MPa lMPa; (3)氧氣夾套與熔渣的距離為220 mm 500mm; (4)還原煉鐵的 一個反應(yīng)周期為10小時~ 15小時；(5)反應(yīng)的爐溫 保持在1550°C ~ 1750°C。
在本發(fā)明的反應(yīng)開始時，應(yīng)先向爐內(nèi)加入爐料煤粉，同時還由夾套式噴槍 噴入助燃柴油，加入量為120L/h,從而可以起到加強(qiáng)燃燒，提高爐內(nèi)的溫度的 作用。
為了節(jié)能，并進(jìn)一步減少煙氣中的污染，應(yīng)將反應(yīng)產(chǎn)生的煙氣引入余熱鍋爐，獲得的蒸汽送到汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，煙塵經(jīng)過收塵、洗滌后排空。 本發(fā)明的熔煉過程如下
將爐料從爐頂給料口加入到熔融還原爐內(nèi)，在反應(yīng)開始時，向爐內(nèi)加入一 些煤粉，同時由噴槍噴入柴油，加強(qiáng)燃燒，提高爐內(nèi)的溫度。水冷噴槍從爐頂 中心插入爐內(nèi)，噴槍頭部浸沒在熔池的熔渣層內(nèi)，氧氣夾套則與熔渣保持距離， 從插入到渣層中的中心氮管在一定壓力下噴出氮?dú)鈱υ鼘舆M(jìn)行劇烈攪動，使熔 池上下翻動，加強(qiáng)傳熱效果；從停留在熔池上部的氧氣夾套中吹出富氧，與熔 池里逸出的CO、 H2進(jìn)行二次燃燒，釋放出熱能并在強(qiáng)烈的渣鐵噴濺攪動中完成 熱傳遞，熔化噴入的固體爐料。渣層以上的區(qū)域主要是氧化區(qū)，為整個工藝反
應(yīng)的進(jìn)行提供熱量，主要反應(yīng)
2C+02—2CO
co+o2—co2
2H2+02—2H20
從爐頂下落的物料在下落過程中不斷地被預(yù)熱，也將部分熱量帶入到處于 高溫狀態(tài)下并劇烈攪動中的熔池內(nèi)，迅速熔化并進(jìn)行強(qiáng)烈的物理化學(xué)反應(yīng)，熔 融狀態(tài)下的鐵礦石更容易溶解碳素，發(fā)生還原反應(yīng)，生成[Fe]和CO，主要反應(yīng)
C —[C] 3[C]+Fe203 —3CO+2[Fe]
產(chǎn)生的氣體從渣層中逸出，也會引起熔池的擾動；熔池的劇烈擾動增大了 爐渣層和鐵礦石與渣層上方高溫區(qū)域的接觸，強(qiáng)化了鐵礦石還原動力學(xué)和熱力 學(xué)的條件。生成的鐵水由于自身的重力且比渣的密度大迅速沉降到鐵水熔池內(nèi)， 厚厚的高溫渣覆蓋在鐵水熔池的上部，從而使還原出的鐵水避免了再次被氧化 的可能，同時也對熔池起到了保溫作用。待反應(yīng)一個周期后，將冶煉出的高溫 鐵水和爐渣分別由出鐵口和出渣口放出。
3、本發(fā)明的有益效果
釆用氧氣頂吹熔融還原技術(shù)生產(chǎn)鐵水具有以下優(yōu)點(diǎn)
1) 氧氣頂吹熔融還原爐結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，流程短，原料不需要預(yù)先 處理，因而省去了煉焦和燒結(jié)(或造球)工序，污染物排放少，建設(shè)周期短可以在 短時間內(nèi)回收投資成本；
2) 原料適應(yīng)性強(qiáng)，還原煤和鐵礦石只需經(jīng)過簡單的破碎處理就可以直接入爐 冶煉，不需要經(jīng)過焦化和燒結(jié)處理，因此，不需要建焦?fàn)t、化工設(shè)施和燒結(jié)工 序等，減少了污染物的排放，實(shí)現(xiàn)了鋼鐵廠的清潔生產(chǎn)，同時也減少了企業(yè)基 建投資。
3) 爐內(nèi)的氧化性氣氛很強(qiáng)，對脫磷非常有利，因而爐渣有良好的脫磷效果, 非常適合冶煉高磷鐵礦，從而將充分利用我國豐富的高磷鐵礦原料，為煉鐵工藝開辟了更廣闊的原料來源，對實(shí)現(xiàn)我國鋼鐵工業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展有重要 的意義。
4) 各種級別的煤均能作為燃料，不再必須使用煉焦煤和焦炭；由于我國煤炭
資源豐富，為煉鐵提供了更多的燃料，而且大大降低了生產(chǎn)成本；另一方面， 從根本上解決了我國焦炭資源的不足對鋼鐵工業(yè)發(fā)展阻礙的問題。
5) 整個爐內(nèi)反應(yīng)過程中的溫度主要是通過噴槍位置、噴槍噴出氧氣的含量、 氧氣的噴入分布狀況來調(diào)節(jié)的，操作比較簡單靈活、維修費(fèi)用低。
6) 工藝操作安全、對環(huán)境友好。工藝在微負(fù)壓下生產(chǎn)，設(shè)備簡單，縮短了 生產(chǎn)流程，因此，污染物排放降低。
7) 能生產(chǎn)出與傳統(tǒng)高爐相媲美的鐵水，尤其使用含磷高的鐵礦石也能生產(chǎn) 出磷含量滿足煉鋼要求的鐵水。
四

圖l是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
將鐵礦石(主要化學(xué)成分/%: TFe=58.08,CaO=1.46,MgO=1.97, SiO2=8.02, S二0.23,P-0.17)破碎到2-25mm，將熔劑和無煙煤(主要化學(xué)成分/%:揮發(fā)份(VM) =6.86，固定碳(FC) =80.63，灰分含量=11.61、分析水=0.81 )破碎到2-25mm，
然后配料計算所得的數(shù)據(jù)充分混合均勻后從爐頂給料口加入到熔融還原爐內(nèi)， 正常生產(chǎn)時爐子溫度維持在1550°C ~ 1750。C，氮?dú)獾膰姶祲毫S持在0.2~ lMPa,反應(yīng)一個周期(3小時)后得到含P^).015。/。的優(yōu)質(zhì)鐵水，由于在反應(yīng)過 程中，只能脫去20。/。左右的S,因此，鐵水進(jìn)入下一工序前要經(jīng)過脫硫處理，送 至煉鋼車間。 實(shí)施例2
將鐵礦石(主要化學(xué)成分/%: TFe=51.5,CaO=2.25，MgO=3.13, Si02=12.5, S=0.2,P=0.15 )破碎到2-25mm,將熔劑和痩煤(主要化學(xué)成分/%:揮發(fā)份(VM) =13.42,固定碳(FC) =76.07,灰分含量=10.21、分析水=2)破碎到2-25mm,
然后配料計算所得的數(shù)據(jù)充分混合均勾后從爐頂給料口加入到熔融還原爐內(nèi)， 正常生產(chǎn)時爐子溫度維持在1550°C ~ 1750°C,氮?dú)獾膰姶祲毫S持在0.2~ lMPa,反應(yīng)一個周期(3小時)后得到含P^).013。/。的優(yōu)質(zhì)鐵水，由于在反應(yīng)過 程中，只能脫去20。/。左右的S，因此，鐵水進(jìn)入下一工序前要經(jīng)過脫硫處理， 送至煉鋼車間。 實(shí)施例3
將鐵礦石(主要化學(xué)成分/%: TFe=57.79,CaO=2.53,MgO=2.07, Si02=9.72，S=0.25,P=0.08 )破碎到2-25mm，將熔劑和還原煤(主要化學(xué)成分/%:揮發(fā)份(VM) =7.06,固定碳(FC) =82.03，灰分含量=10.06、分析水=1.71 )破碎到2-25mm,
然后配料計算所得的數(shù)據(jù)充分混合均勻后從爐頂給料口加入到熔融還原爐內(nèi)， 正常生產(chǎn)時爐子溫度維持在1550°C ~ 175(TC,氮?dú)獾膰姶祲毫S持在0.2~ lMPa，反應(yīng)一個周期(3小時)后得到含PS0.015。/。的優(yōu)質(zhì)鐵水，由于在反應(yīng)過 程中，只能脫去20。/。左右的S,因此，鐵水進(jìn)入下一工序前要經(jīng)過脫硫處理，送 至煉鋼車間。
權(quán)利要求
1、氧氣頂吹熔融還原煉鐵制取鐵水的方法，其特征是工藝步驟為將爐料鐵礦石、白云石、石灰和還原煤破碎，按比例混合均勻，從爐頂給料口加入到熔融還原爐內(nèi)，噴槍的中心氮管插入到熔池的渣層中，噴出氮?dú)鈱υ鼘舆M(jìn)行攪動，，而噴槍的氧氣夾套則高于熔渣，待反應(yīng)一個周期后，將冶煉出的高溫鐵水和爐渣分別由出鐵口和出渣口放出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣頂吹熔融還原煉鐵制取鐵水的方法，其特征 是(l)爐料破碎的粒度為2mm 25mm; U)氮?dú)獾膰娙雺毫?.1MPa lMPa; (3)氧氣夾套與熔渣的距離為250mm 500mm;H)還原煉鐵的一個反應(yīng)周期為10 小時~ 15小時；(5)反應(yīng)的爐溫保持在1550°C ~ 1750°C。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧氣頂吹熔融還原煉鐵制取鐵水的方法，其特征 是在反應(yīng)開始時，先向爐內(nèi)加入爐料煤粉，同時還由夾套式噴槍噴入助燃柴 油，加入量為120L/h。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧氣頂吹熔融還原煉鐵制取鐵水的方法，其特征 是將反應(yīng)產(chǎn)生的煙氣引入余熱鍋爐，獲得的蒸汽送到汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，煙塵 經(jīng)過收塵、洗滌后排空。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在熔融狀態(tài)下直接利用煤粉還原鐵礦石生產(chǎn)鐵水的方法，屬于能源與冶金技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的工藝步驟為將爐料鐵礦石、白云石、石灰和還原煤破碎，按比例混合均勻，從爐頂給料口加入到熔融還原爐內(nèi)，噴槍的中心氮管插入到熔池的渣層中，噴出氮?dú)鈱υ鼘舆M(jìn)行攪動，而噴槍的氧氣夾套則高于熔渣，待反應(yīng)一個周期后，將冶煉出的高溫鐵水和爐渣分別由出鐵口和出渣口放出。本發(fā)明的方法原料不需要預(yù)先處理，省去了煉焦工序，且減少了環(huán)境污染；各種級別的煤均能作為燃料，爐內(nèi)的氧化性氣氛很強(qiáng)，對脫磷非常有利；建設(shè)投資成本低，可短時間回收投資成本。
文檔編號C21B11/00GK101519705SQ200910094268
公開日2009年9月2日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27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)