CN1031000C - 氧气煤粉熔剂风口复合喷吹高炉炼铁工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氧气煤粉熔剂风口复合喷吹高炉炼铁工艺，其特征在于：在炉顶装入矿石和焦炭同时从风口复合喷吹氧气、煤粉和熔剂，燃烧产生的热量和还原煤气使矿石经还原熔化渗碳，吸收被还原的其它元素，在炉缸渣铁分离，最终生成铁水和炉渣，该工艺具有炉料结构合理，炉身容积利用率高，矿石间接还原率高，碳素利用合理，软熔带消失，操作稳定、造渣脱硫过程优化，热效率高，外供煤气质量好，热值高，量大的优点及效果，同时可对现有高炉进行技术改造。
Description
本发明涉及一种高炉炼铁工艺特别是氧气煤粉熔剂风口复合喷吹高炉炼铁工艺。
传统高炉炼铁工艺是从炉顶装入矿石、熔剂和焦炭，同时从风口鼓入热风，这种工艺焦炭用量大，在炉身料柱中占据体积大，由于配加熔剂，炉料含铁品位降低，造成炉身容积利用率低曲于煤气中CO含量不到40％，铁矿石在炉身还原不充分，大量浮士体需在高炉下部高温区用碳直接还原，造成焦炭溶损量大，使焦炭高温强度降低；高炉炉身下部形成软熔带，阻挡上升煤气通过，阻损大易引起炉况失常，限制了高炉生产率的提高；炉内造渣脱硫过程曲折复杂；炉顶煤气热值低，利用价值低；辅助设备复杂。
近年来，由于焦煤紧缺，焦炉污染难以解决，焦炭供应日趋紧张，以煤代焦的高炉炼铁喷煤技术得到应用，为了提高喷煤量，需要采取提高风温和富氧的措施当风中含氧量超过30％热风炉的材质和结构就无法承受；当风中含氧量超过35％，由于吨铁煤气量减小，高炉内产生“下热上凉”问题，使冶炼无法进行。国内外也有几种高炉氧煤炼铁工艺，由风口喷入氧气和大量煤粉，用风口加入水蒸汽，炉顶循环煤气和调节氧氮比例的措施解决“下热”问题，用炉身下部和/或中部增加上排风口吹入予热的净化炉顶循环煤气或其燃烧后的气体加热炉身炉料的方法解决“上凉”问题，但由于设备复杂能耗高，操作困难，效果不理想。
本发明的目的在于克服上述已有技术存在的缺点与不足提供一种由风口喷入工业氧气、煤粉、熔剂的氧气煤粉熔剂风口复合喷吹高炉炼铁工艺，改善并强化冶炼过程，增加产量，提高质量。
本发明目的是这样实现的：
氧气煤粉熔剂风口复合喷吹高炉炼铁工艺，包括由炉顶装入矿石和焦炭，其特征在于：
a)在由炉顶装入矿石和焦炭的同时从风口复合喷吹氧气，煤粉和熔剂；
b)煤粉和焦炭与氧气在风口循环区燃烧提供炼铁过程所需热量，并产生CO和H2还原气体与工业氧气中的氮、煤粉中氮、循环煤气和/或压缩空气中的氮一起形成炉腹煤气；
c)上升煤气中的CO和H2在炉身将矿石中大部分铁的氧化物还原成金属铁，矿石在炉身下部熔化滴落，煤粉中未燃烧的碳与焦炭中的部分碳将余下铁的氧化物在炉身下部全部还原成金属铁并完成渗碳反应，同时吸收被部分还原的其它元素在炉缸渣铁分离，最终生成铁水和炉渣；
d)风口喷入的熔剂与煤粉和焦炭的灰分结合生成高碱度初渣，其后吸收矿石中脉石成分变成终渣，并完成铁水脱硫过程。
其中喷入的氧气为常温工业氧气，其纯度为60％以上，所冶炼的矿石可以是球团矿和/或块矿和/或烧结矿；风口喷入煤粉为每吨铁200kg以上；风口喷入的熔剂可以是石灰石、石灰、或含CaO和MgO的其它熔剂粉状物；风口前理论燃烧温度可以通过调节风口喷入氧气、煤粉和熔剂以及循环煤气和/或压缩空气的用量来调控；煤粉和熔剂的载气可以用净化的循环煤气和/或压缩空气从风口喷入，喷入量分别独立可调；外供煤气是含硫低的优良气体燃料，也可用来发电，经脱除CO2和H2O后可用于直接还原竖炉还原用气或化工原料用气。
由于采取上述技术方案，使本发明与已有技术相比具有如下优点及效果：
a)炉料结构合理，减少焦炭用量，降低了焦比，炉身容积利用率高，提高矿石处理能力，增加产量；
b)高炉煤气中CO和H2含量高，铁矿石间接还原率高；
c)碳素利用合理，焦炭溶损少，高温强度高，炉缸焦炭柱的透液透气性得到改善；
d)矿石间接还原充分，生成海绵铁结构，炉内软熔带消失，煤气畅通，生产率提高，操作稳定；
e)造渣脱硫过程优化，
f)有害元素的还原受到抑制，减少循环累积造成的危害；
g)煤粉燃烧条件好，燃烧率高；
h)风口前理论燃烧温度易于调控；
i)炉顶煤气热值高，含硫量低，外供量大；
j)耗能低，热效率高；
k)辅助设备简单，总体投资少，成本低。
附图说明：
图1为本发明工艺流程图
图2为用压缩空气作载气的工艺流程图
图3为对已有高炉技术改造工艺流程图
图中1、高炉，2、煤气除尘系统，3、煤气压缩机或空气压缩机、4、煤粉喷吹系统，5、熔剂喷吹系统，6、制氧机，7、鼓风机，8、热风炉。
下面结合附图实施例对本发明技术进一步说明；
图1本发明工艺流程图，矿石与焦炭从炉顶装入高炉(1)，焦炭较传统高炉炼铁的用量减少，除支撑料柱，主要消耗于直接还原和渗碳反应，在风口燃烧焦炭量很少，炉缸焦炭柱更新速度缓慢，炉内炉料下降慢，还原充分，矿石生成海绵铁结构，软熔带消失，不易发生：“悬料”、“崩料”现象，防止炉凉和炉缸冻结，操作平稳，灵活，生产率提高，当从风口喷入工业氧气，(工业氧气由制氧机(6)制造)，和高挥发分煤粉(由煤粉喷吹系统(4)吹入)时，煤粉和少量焦炭与氧气在风口循环区燃烧提供炼铁过程所需热量并产生CO和H2还原气体与工业氧气中的氮，煤粉中的氮，循环煤气和/或压缩空气中的氮一起形成炉腹煤气，其中CO和H2含量比传统高炉的炉腹煤气CO和H2含量高，因此提高了煤气还原能力；在风口循环区煤粉在工业氧气中燃烧，燃烧速度快，燃烧率高；煤粉与熔剂复合喷吹又防止了燃烧时煤粉颗粒的聚团现象，增加了煤粉的表面积，进一步加速了煤粉燃烧过程；从风口喷入熔剂(由熔剂喷吹系统(5)喷入)，对降低理论燃烧温度有利，复合喷吹工业氧气煤粉和熔剂时，伴以少量的炉顶循环煤气和/或压缩空气(由煤气压缩机或空气压缩机(3)供给)，使风口区理论燃烧温度易于调控，维持在适宜的温度范围内，避免了“下热”现象发生；因为炉身料柱中焦炭量少，又不再配加熔剂，使加热吨铁炉料所需热量减少，由炉缸上升的煤气携带热量满足了炉身冶炼过程需要，解决了“上凉”问题；上升煤气中的CO和H2在炉身将矿石中大部分铁的氧化物还原成金属铁，矿石在炉身下部熔化滴落，煤粉中未燃烧的碳与焦炭中的部分碳将余下铁的氧化物在高炉下部全部还原成金属铁并进行了渗碳反应，同时吸收被部分还原的其它元素，在炉缸渣铁分离，最后生成铁水和炉渣；在风口循环区喷入的熔剂与煤粉和焦炭的灰分结合成高碱度初渣其成分均匀，碱度高，温度高，且流动性好，同时具有很强的脱硫能力，它作为载体把热量带到炉缸中，使炉缸热量充沛，并吸收矿石中的脉石成分变成终渣，并完成了铁水的脱硫过程；在风口循环区，煤粉与焦炭携带进入高炉的硫直接与熔剂反应，大部分被固定在炉渣中，减少了气相中硫含量，使循环累积量降低，因此造渣脱硫过程得以优化；煤粉与焦炭中含有SiO2高的灰分，在风口循环区直接与熔剂中CaO结合，减少了SiO2活度，有效抑制SiO2还原，减轻了SiO有害作用，有利于冶炼低硅铁，减少能耗；煤气中CO分压高，氮量减少，也抑制了碱金属的还原，减少气态产物循环累积造成的危害；炉顶排出的煤气由煤气除尘系统(2)处理，其热值高达4.0-7.0MJ/m3比已有高炉外供煤气的热值提高，除少量用作循环煤气，大部分煤气是含硫低的优良气体燃料，也可用来发电，经脱除CO2和H2可用于直接还原竖炉还原用气或化工原料用气。
图2为用压缩空气作载气的工艺流程图，它是在图1工艺流程基础上，用压缩空气代替循环煤气作为载体输送煤粉和熔剂；也可在此基础上增加少量循环煤气(图中未示出)，直接从风口吹入，用于调节风口理论燃烧温度。
图3为对现有高炉技术改造工艺流程，它不改变现有设备，增加煤粉喷吹系统、熔剂喷吹系统和制气机，与风口鼓入热风(由鼓风机(7)热风炉(8)供给)，同时复合喷吹氧气、煤粉和熔剂，可使现有高炉产量大大提高，因此本发明技术对于炼铁工业是一种先进技术，有广泛的推广应用价值。
实施例：
采用图1工艺流程，具体矿石成分、熔剂成分、煤粉成分、焦炭成分及工艺参效如下：
a)矿石成分： 表1实施例 主要化学成分％序号矿石名称 TFe FeO MgO MnO CaO SiO2 Al2O3
1 球团矿 66.7 1.06 1.55 0.06 0.20 2.10 0.50
2 缺矿 65.4 0.13 0.13 0.32 0.35 3.17 1.14
3 烧结矿 64.60 19.9 1.61 / 1.10 6.16 /
b)熔剂(石灰)成分： 表2
主要化学成分％
TFe MgO CaO SiO2 Al2O3
0.53 1.49 89.47 4.39 1.05C)煤粉成分 表3
主要化学成分 ％
C H O Al2O3 CaO SiO2 灰分
78.5 4.7 6.5 2.14 0.25 4.20 10
d)焦炭成分： 表4
主要化学成分％
C Vf S CaO SiO2 Al2O3 灰分
87.67 0.81 0.58 0.35 5.55 3.27 11.53e)炉料组分、工艺参数、摸拟计算结果(按每吨生铁计)表5实施例 矿种 喷 喷 焦 燃 氧 耗 渣 炉 理论序号 石类 煤 石 比 料 纯 氧 量 渣 燃烧
数 灰 比 度 量 碱 温度
量 量 度
kg kg kg kg ％ m3 kg ℃1 球团矿 400 60.5 99 499 95 288 179 1.05 19242 块矿 400 78.7 113 513 95 297 226 1.05 19433 烧结矿 400 123.7 145 545 95 321 325 1.05 1964接表5炉 炉 循 外 煤 外供腹 顶 环 供 气 煤气煤 煤 煤 煤 热 热值气 气 气 气 值量 量 量 量m3 m3 m3 m3 MJ/m3 GJ896 934 52 796 5.592 4.45927 965 60 822 5.768 4.741012 1050 90 896 6.776 6.07f)生铁成分：
主要化学成分％表6
Fe C Si Mn P S
94.53 4.48 0.2 0.21 0.15 0.03
Claims (7)
1、氧气煤粉熔剂风口复合喷吹高炉炼铁工艺，包括由炉顶装入矿石和焦炭，其特征在于：
a)、在由炉顶装入矿石和焦炭的同时从风口复合喷吹氧气、煤粉和熔剂；
b)、输送煤粉和熔剂的载气用净化的循环煤气和/或压缩空气。
2、根据权利要求1所述的炼铁工艺，其特征在于风口喷入的氧气为常温工业氧气，纯度为60％以上。
3、根据权利要求1所述的炼铁工艺，其特征在于矿石是球团矿和/或块矿和/或烧结矿。
4、根据权利要求1所述的炼铁工艺，其特征在于风口喷入煤粉为每吨铁200kg以上。
5、根据权利要求1所述的炼铁工艺，其特征在于风口喷入熔剂是石灰石、石灰或含CaO和MgO的其它熔剂的粉状物。
6、根据权利要求1所述的炼铁工艺，其特征在于风口前理论燃烧温度通过调节风口喷入氧气、煤粉和熔剂以及循环煤气和/或压缩空气的用量来调控。
7、根据权利要求1所述的炼铁工艺，其特征在于煤粉和熔剂的喷入量分别独立可调。
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