專利名稱：一種用于含碳球團直接還原的轉(zhuǎn)底爐熱工控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵生產(chǎn)領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種用于含碳球團直接還原的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)底爐的前身是軋鋼環(huán)形加熱爐，最近三十年間開始用于含碳球団直接還原エ藝，并逐漸發(fā)展成一種煤基直接還原煉鐵新エ藝。由于這ーエ藝無需燃料的制備和原料的深加工，對合理利用自然資源、保護人類環(huán)境有積極作用，因而受到冶金行業(yè)的普遍關(guān)注。目前對轉(zhuǎn)底爐エ藝的研究開發(fā)，已經(jīng)由最初的美國、加拿大、日本和德國發(fā)展到中國、瑞典、比利時、印度等眾多國家和部門，相應(yīng)的試驗研究裝置遍布世界各地。轉(zhuǎn)底爐屬于エ業(yè)燃燒 爐窯的ー種，燃燒爐的熱エ控制主要包括燃燒過程控制、爐溫水平控制、爐氣成分控制和爐壓控制等幾個方面，熱エ控制水平的高低直接影響到エ業(yè)爐窯的能源消耗率、環(huán)境污染程度和產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)量。軋鋼環(huán)形加熱爐的主要作用是對放入其中的鋼坯進行升溫加熱，使鋼坯的溫度和均勻性在出爐時滿足軋制要求。而轉(zhuǎn)底爐應(yīng)用于含碳球団直接還原エ藝時，球團不僅要在爐內(nèi)受熱升溫，還會在高溫下發(fā)生ー些列復(fù)雜的多相化學(xué)反應(yīng)。含碳球團在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)的反應(yīng)過程可以分為三個階段第一階段，球団快速加熱，表面碳氧化燃燒，伴隨大量揮發(fā)份逸出和燃燒；第二階段，球団內(nèi)部升溫受到抑制，出現(xiàn)溫差，球団內(nèi)部的還原反應(yīng)逐漸開始進行；第三階段，球団內(nèi)部溫差逐漸減小，球団內(nèi)還原勢升高，氧分壓逐漸降低；另外，球團還原生成的CO氣體還會通過球團孔隙擴散到爐內(nèi)進行二次燃燒。與傳統(tǒng)的軋鋼加熱エ藝相比，無論考慮爐膛內(nèi)的燃燒、流動和氣-固換熱過程，還是剖析物料內(nèi)部的理化反應(yīng)和熱質(zhì)傳遞過程，都可以看出轉(zhuǎn)底爐直接還原的エ藝過程更加復(fù)雜，如果直接借用現(xiàn)有的軋鋼環(huán)形加熱爐熱エ控制方法對轉(zhuǎn)底爐進行控制，在滿足含碳球團直接還原エ藝要求、設(shè)備節(jié)能減排等方面均存在很多問題。因此，需要重新設(shè)計和制定針對含碳球團直接還原エ藝的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法。目前轉(zhuǎn)底爐設(shè)計主要依據(jù)軋鋼加熱爐，軋鋼加熱爐中的鋼坯零件等基本不發(fā)生化學(xué)變化，因此爐內(nèi)主要烤爐零件物理升溫，而加熱含碳球團的轉(zhuǎn)底爐不僅要控制煤氣燃燒，更重要的是控制還原揮發(fā)出的CO的二次燃燒，其控制難度遠高于軋鋼加熱爐，因此提出了一種用于含碳球團直接還原的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提供能夠滿足含碳球團直接還原エ藝要求、有效降低設(shè)備能耗、保證金屬化球團品質(zhì)、減輕環(huán)境污染的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法。本發(fā)明的用于含碳球団直接還原的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法，包括以下步驟I)在預(yù)熱段控制爐溫在1150±100°C ；2)在還原I段和II段控制爐溫在1300± 100°C ；
3)在均熱I段控制爐溫在1300±120°C，在均熱II段控制爐溫在1100±150°C ;上述步驟I) 3)中，各段爐溫可根據(jù)轉(zhuǎn)底爐采用的原料種類和產(chǎn)品需求來決定，這屬于常規(guī)選擇。上述步驟I) 3)中，控制爐底爐氣成分，其中，控制O2體積成分比〈3%，C0〈500ppm ；根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法，所述步驟I) 3)中，在轉(zhuǎn)底爐各段均側(cè)置ニ次風(fēng)噴嘴，以控制二次風(fēng)流量。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法，所述步驟I)預(yù)熱段還側(cè)置有煤氣燒嘴。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法，所述預(yù)熱段外側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴3 10個、內(nèi)側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴21個，優(yōu)選地，所述預(yù)熱段外側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴5個，內(nèi)側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴4個；所述預(yù)熱段外側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴3 10個、內(nèi)側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴21個，優(yōu)選地，所述預(yù)熱段 外側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴5個，內(nèi)側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴4個。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法，所述步驟2)還原I段還側(cè)置有煤氣燒嘴；還原II段頂置平焰煤氣燒嘴。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法，優(yōu)選地，所述還原I段外側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴5^12個、內(nèi)側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴4 11個，優(yōu)選地，外側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴10個、內(nèi)側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴6個，外側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴5 12個、內(nèi)側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴4 11個，優(yōu)選地，外側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴10個、內(nèi)側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴6個；還原II段頂置平焰煤氣燒嘴為1(T32個，優(yōu)選20個，夕卜側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴『16個、內(nèi)側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴6 13個，優(yōu)選地，外側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴10個、內(nèi)側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴8個。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法，所述步驟3)均熱I段和II段均頂置平焰煤氣燒嘴。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法，所述均熱I段頂置平焰煤氣燒嘴擴24個，優(yōu)選18個，外側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴5 12個、內(nèi)側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴3、個，優(yōu)選地，外側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴8個、內(nèi)側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴5個；所述均熱II段頂置平焰煤氣燒嘴為7 20個，優(yōu)選14個，外側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴(T4個、內(nèi)側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴(T4個，優(yōu)選地，外側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴2個、內(nèi)側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴2個。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法，所述轉(zhuǎn)底爐側(cè)置煤氣燒嘴和二次風(fēng)噴嘴的中心線距離轉(zhuǎn)底爐料面高度為50(T800mm。本發(fā)明的方法包括爐溫控制策略、爐氣成份控制策略和供風(fēng)策略三個方面。爐溫方面總體實行高爐溫控制策略，預(yù)熱段采用外部供熱的方式將爐溫控制在1150±100°C，實現(xiàn)球団溫度快速升高以減少表面碳燃燒消耗；還原段是金屬氧化物還原的主反應(yīng)區(qū)，爐溫控制在1300±100°C，為了保證還原在固相狀態(tài)下快速順利的進行；均熱段在承接還原段任務(wù)，使氧化物還原更為徹底的同時，還需防止金屬熔化和氧化，前半段爐溫控制在1300± 120°C，后半段控制在1100± 150°C。爐氣成分控制方面，由于爐底含碳球團還原需要還原性氣氛的保護，所以加強對爐底球団附近爐氣中的氧氣含量的監(jiān)控，具體限制為O2的體積成分比〈3%。供風(fēng)策略方面，針對還原產(chǎn)物CO 二次燃燒的エ藝特點，在爐膛側(cè)墻距離球團適當(dāng)位置布置二次風(fēng)噴嘴，井根據(jù)爐氣中CO實測含量或在線數(shù)學(xué)模型預(yù)測結(jié)果，對二次風(fēng)流量進行分段控制，實現(xiàn)煤氣助燃風(fēng)和CO助燃二次風(fēng)的分供和分控。
本發(fā)明的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面I、本發(fā)明實現(xiàn)了球団物料的快速升溫和徹底還原，保證了出爐產(chǎn)品金屬化率、脫鋅率等技術(shù)指標(biāo)滿足エ藝要求，為后道エ序高爐、轉(zhuǎn)爐或電爐的単體能耗降低提供了空間。2、本發(fā)明實現(xiàn)了二次風(fēng)專供，改善了二次風(fēng)和CO的混合條件，提高了 CO 二次燃燒率，有效降低了轉(zhuǎn)底爐的煤氣消耗量，提高了設(shè)備熱效率。3、本發(fā)明實現(xiàn)了煤氣助燃風(fēng)和二次風(fēng)流量的分別控制，提高了控制精度，降低了廢氣生成量，減少了廢氣排放對大氣環(huán)境的污染。綜上，本發(fā)明的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法既符合國家節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟的政策要求，又為企業(yè)自身生產(chǎn)成本的降低提供了空間。



圖I為本發(fā)明轉(zhuǎn)底爐結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為爐溫與球団金屬化率和脫鋅率關(guān)系圖，其中，A為爐溫與金屬化率關(guān)系，B為爐溫與脫鋅率關(guān)系。圖3為CO體積比與球団金屬化率和脫鋅率關(guān)系圖，其中，A為CO體積比與金屬化率關(guān)系，B為CO體積比與脫鋅率關(guān)系。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例及說明書附圖對本發(fā)明做進ー步說明。實施例I本發(fā)明實例中轉(zhuǎn)底爐爐底寬度5m，有效面積412m2。全爐從進料端到出料端依次分為預(yù)熱段、還原I段、還原II段、均熱I段和均熱II段，爐膛排煙ロ設(shè)置在預(yù)熱段和還原I段之間。轉(zhuǎn)底爐總體結(jié)構(gòu)如圖I所示。入爐含碳球団(生球)參數(shù)如表I。表I入爐含碳球團(生球)參數(shù)(%)
TFe 「Fe2O3 I FeO 「CaO |" SiO2 「Al2O3 "j MgO 「S [ PC 「其它
48.60 50.86 16.71 3.36 4.380.95 1.42 0.71 0.05 14.25 5. 15入爐含碳球団溫度70°C。含碳球團直接還原的轉(zhuǎn)底爐熱エ控制方法包括爐溫控制、爐氣成份控制和供風(fēng)三個方面(I)高爐溫的控制預(yù)熱段該區(qū)域主要功能包括預(yù)熱球団、煤揮發(fā)份分解燃燒及表面碳的燃燒、礦煤熱解脫硫等，主要エ藝要求是快速提高含碳球團的溫度，根據(jù)現(xiàn)場實際操作經(jīng)驗，不依靠煤自身揮發(fā)份分解燃燒和表面碳的燃燒，而主要采用外部供熱，預(yù)熱段爐溫控制在iioo°c。還原段該區(qū)域是鐵、鋅等金屬氧化物還原的主反應(yīng)區(qū)，應(yīng)采用多布置燒嘴、増大煤氣和助燃風(fēng)流量等方式提供充足的反應(yīng)所需熱量。還原反應(yīng)會產(chǎn)生大量CO，因此供給ニ次風(fēng)是節(jié)約燃料、提高溫度的重要手段。還原段I段溫度控制在1200°c，還原段II段溫度控制1250°C，在以保證還原在固相狀態(tài)下快速順利的進行。
均熱段該區(qū)域主要是承接還原段的任務(wù)，使得氧化物的還原更為徹底，同時防止金屬熔化和氧化。均熱I段爐溫控制在1280°C ;均熱II段溫度控制在1100°C。(2)爐氣成分控制轉(zhuǎn)底爐爐底含碳球團還原進行的程度受周圍爐氣成分影響顯著，由圖3可知，只有球團周圍CO的體積比達到35%以上，出爐球團金屬化率才能達到80%，所以在轉(zhuǎn)底爐各段均需要對爐底球団附近的爐氣成分進行監(jiān)控，實際操作中可以以爐氣中O2和CO含量為控制目標(biāo)，對煤氣助燃風(fēng)和二次風(fēng)量進行調(diào)節(jié)，具體限制為O2體積成分比〈3%，C0〈500ppm。(3)煤氣助燃風(fēng)和二次風(fēng)的分供分控為提高CO 二次燃燒率，在爐膛側(cè)墻距離球團適當(dāng)高度布置二次風(fēng)噴嘴，實行二次風(fēng)專供；煤氣及其助燃風(fēng)在爐膛高度較高的預(yù)熱段和還原I段通過側(cè)置燒嘴供入，在爐膛高度較低的還原II段、均熱I段和均熱II段通過頂置平焰燒嘴供入，各控制段燒嘴和噴嘴的布置位置和數(shù)量詳見表2。根據(jù)爐氣成分實測含量和在線數(shù)學(xué)模型預(yù)測結(jié)果，對助燃風(fēng)和二次風(fēng)流量進行分別控制。表2各控制段煤氣燒嘴和二次風(fēng)噴嘴的布置
權(quán)利要求
1.一種用于含碳球團直接還原的轉(zhuǎn)底爐熱工控制方法，該方法包括以下步驟 1)在預(yù)熱段控制爐溫在1150±100°c； 2)在還原I段和還原II段控制爐溫在1300±100°C； 3)在均熱I段控制爐溫在1300±120°C，在均熱II段控制爐溫在1100±150°C； 在上述步驟I) 3)中，控制爐底爐氣成分，其中，控制O2體積成分比<3%，C0〈500ppm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)底爐熱工控制方法，其特征在于，所述步驟I) 3)中，在轉(zhuǎn)底爐各段均側(cè)置二次風(fēng)噴嘴，以控制二次風(fēng)流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)底爐熱工控制方法，其特征在于，所述步驟I)預(yù)熱段側(cè)置煤氣燒嘴。
4.根據(jù)權(quán)利要去2所述的轉(zhuǎn)底爐熱工控制方法，其特征在于，所述預(yù)熱段外側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴3 10個、內(nèi)側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴21個；所述預(yù)熱段外側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴3 10個、內(nèi)側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴21個。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)底爐熱工控制方法，其特征在于，所述還原I段側(cè)置煤氣燒嘴；還原II段頂置平焰煤氣燒嘴。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)底爐熱工控制方法，其特征在于，所述還原I段外側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴5 12個、內(nèi)側(cè)設(shè)置煤氣燒嘴Γ11個，外側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴5 12個、內(nèi)側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴Γ11個；還原II段頂置平焰煤氣燒嘴為1(Γ32個，外側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴8 16個、內(nèi)側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴6 13個。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)底爐熱工控制方法，其特征在于，所述均熱I段和II段均頂置平焰煤氣燒嘴。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)底爐熱工控制方法，其特征在于，所述均熱I段頂置平焰煤氣燒嘴擴24個，外側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴5 12個、內(nèi)側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴3、個；所述均熱II段頂置平焰煤氣燒嘴為7 20個，外側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴(Γ4個、內(nèi)側(cè)設(shè)置二次風(fēng)噴嘴(Γ4個。
9.根據(jù)權(quán)利要求2、3或5所述的轉(zhuǎn)底爐熱工控制方法，其特征在于，轉(zhuǎn)底爐側(cè)置煤氣燒嘴和二次風(fēng)噴嘴的中心線距離轉(zhuǎn)底爐料面高度為50(T800mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋼鐵生產(chǎn)領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種用于含碳球團直接還原的轉(zhuǎn)底爐熱工控制方法。本發(fā)明的用于含碳球團直接還原的轉(zhuǎn)底爐熱工控制方法，該方法包括以下步驟1)在預(yù)熱段控制爐溫在1150±100℃；2)在還原I段和還原II段控制爐溫在1300±100℃；3)在均熱I段控制爐溫在1300±120℃，在均熱II段控制爐溫在1100±150℃；在上述步驟1)～3)中，控制爐底爐氣成分，其中，控制O2體積成分比<3%，CO<500ppm。本發(fā)明的轉(zhuǎn)底爐熱工控制方法既符合國家節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟的政策要求，又為企業(yè)自身生產(chǎn)成本的降低提供了空間。
文檔編號C21B13/10GK102808059SQ20121031689
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者曾暉, 江澤毅, 陳偉, 武宇亮, 姜雷, 佘雪峰, 李建云, 張英 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司