CN100336915C - 含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法 - Google Patents

Abstract

本发明分开了一种含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法，是将原“一步法”、二步法熔融还原炼铁法结合并改进，将预热区(1)、固态还原区(2)和连接其后的熔分区(3)设计在同一炉膛内，炉料经预热在固态还原区(2)预还原，炉床(4)下部鼓入热风，熔分区(3)出来的高温煤气在固态还原区(2)进行二次燃烧，为该区提供部分热能，以提高热能利用率。经固态还原区(2)预还原后的近乎熔化的炉料直接进入熔分区(3)，进一步还原—渗碳—熔化，并渣铁分离。因此，具有热效率高，节约能源，无污染，成本低，有较好的产品质量，生产工艺简单、易控制，设备简单、投资少，生产效率高等特点。

Description

含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法

一、技术领域

本发明属于治金生产领域中一种非高炉熔融还原炼铁的方法，具体地说是一种将“一步法”、“二步法”结合并改进的含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法。

二、背景技术

目前高炉仍然是冶金行业中炼铁的主力军。但由于高炉流程长、基建费用高、设备复杂、能耗高、环境条件差，在市场能源紧张、竞争日益激烈的情况下，人们的目光不得不转向开发新的炼铁工艺和炼铁设备。

无焦低污染是炼铁新工艺的目标。世界上新的熔融还原工艺基本上分为两种类型：一种是直接使用粉矿和非焦煤冶炼的称为一步熔融还原法，也称铁浴法。代表方法如俄罗斯的Romelt、澳大利亚Ausmelt公司开发的AusIron法，预还原率为0。另一种方法是带有预还原的称为二步熔融还原法，也称炉床法或还原熔融法。代表方法如COREX法。

一步法熔融还原的难点是液态铁氧化物与碳反应是一个吸热反应，要保持铁氧化物的液态状态，需要非常高的温度。一般由熔融还原所生成金属的熔化温度要比液态铁氧化物高出约200℃～400℃。这种工艺在设计上优先熔化氧化铁，而不是还原氧化铁。正是由于这个原因和熔融还原的吸热反应特征，生成的金属和炉渣容易凝固，这个问题给工艺带来了麻烦。另外，一步法熔融还原还存在耐火材料消耗高和生产周期短的敝端，大量产生的CO气体利用也需要引起足够的重视。

二步法熔融还原，是先将铁氧化物进行预还原，然后将预还原物再送入熔分炉进行渣铁分离，因此它是以间接还原为主的还原反应。二步法熔融还原或将预还原后的炉料降温后再送至熔分炉；或将熔分炉产生的煤气简单地通过炉料进行预还原，过程均产生大量的热能损失。因此，二步法熔融还原虽然难度较小，但碳消耗量较高。典型的二步熔融还原工艺COREX法的预还原率达到90％，与高炉比，它更多地依靠间接还原。虽已大规模投入工业生产，不需要烧结和焦炭，但煤耗和氧耗均较高，分别达到1.1t和500m，包括制氧设备在内的投资巨大，生产成本接近高炉，仅仅略低

三、发明内容

针对一步法和二步法存在的问题，本发明的目的是提供一种新的含碳铁氧化物熔融还原炼铁法，它既具有一步法熔融还原铁的直接还原反应速度快的特点，又具有二步法熔融还原预还原率高的特点。

本发明是将经预热、预还原后的高温炉料直接送入熔分炉，而不是降温后再进行熔分。同时，也不是将熔分炉产生的高温煤气简单地通过炉料层进行预还原，而没有充分利用高温煤所携带的物理热和化学能。本发明将炉床上的预热区、固态还原区和连接其后的熔分区设计在同一炉膛内，熔分区产生的高温煤气在固态还原区就地进行二次燃烧，释放物理热和化学能，使炉料从固态还原区进入熔分区时已接近熔化状态。因此，在固态还原区的末端与熔分区的上层炉料状态是相近的，两步之间没有明显的分界，且又有别于一步法的直接还原，故也可称为“一步半”的熔融还原炼铁法。

本发明采取的技术方案：在原一步法、二步法熔融还原炼铁法的基础上，将二者结合并进行改进，其特征在于炉床上的预热区、固态还原区和连接其后的熔分区设计在同一炉膛内，炉床可以采用各种移动床；将经预热区预热后的炉料在固态还原区进行预还原，并首先利用熔分区产生的含有大量CO的高温煤气进行二次燃烧来预热、焙烧炉料，使炉料达到接近熔化状态；接着将近接熔化的炉料直接排入熔化区，在熔分区进一步还原—渗碳——熔化，并使渣铁分离。

本发明的工艺过程是：碳质还原剂(煤、焦炭和石油焦等)与含铁氧化物(铁矿石、高炉灰、炼钢灰、电炉灰和轧屑等)按一定比例混合后，形成含碳铁氧化物团块炉料，炉料经过干燥后送至炉床上。设备启动时，利用点火嘴点火(正常生产后，有时点火嘴可以不用)。炉料在炉床预热区预热、点火后，进入固态还原区。固态还原区的下部送入热风，使炉床上的高温层向下延伸(上述类似于移动床锅炉的点火、着火方式)。炉料的上方有来自熔分区的含有大量CO的高温煤气在固态还原区进行二次燃烧，为固态还原区提供一部分热能，这也是能源综合利用的一部分。固态还原区的温度一般控制在1200℃～1300℃，对炉料进行焙烧。而在接近熔分区的部位，温度应达到1350℃左右，使炉料接近熔化状态，预还原率可达到90％以上。再将接近熔化的炉料直接进入熔分区，在熔化区进一步还原——渗碳——熔化，并使渣铁分离，并不断向熔分区加入燃料、熔剂。

纯铁的熔点是1539℃，通过熔解碳来降低熔点是必要的，因此，炉料熔化的起点基本上是由固态还原铁粒子中的残留碳决定的。在熔化起点，由于被这样的残碳和CO气体的渗碳，这种还原铁粒子的熔点降低，因而还原铁迅速熔化。为了保证这种快速熔化，还需要在熔分区中保留足够的碳，利于渗碳，降低其熔点，并引起快速熔化。在熔分区内添加煤，一方面为进一步直接还原提供还原剂，同时作为燃料为直接还原和渣铁分离提供能量。在熔化区进一步还原——渗碳——熔化，完成渣铁分离。

熔分区的燃料可以是块煤或喷吹煤粉、焦粉，也可以是油或天然气。当熔分区的燃料采用煤粉、焦粉或油、天然气时，熔分区内补充煤可适量少加或不加。

本发明将熔分区与预热区、固态还原区设计在同一炉膛内，熔化区直接还原产生的含有大量CO、H等的高温煤气可直接进入固态还原区，在固态还原区与熔分区的结合部设置助燃烧嘴，使高温煤气进行二次燃烧，为固态还原区增加部分热能。

金属铁中的硫主要来自铁矿石和煤、焦炭和石油焦等，为了得到含硫量低的金属铁，可在含碳铁氟化物原料中掺入CaO(石灰或石灰石等)，总碱性(CO/SiO₂比例)的值为0.6-1.8，最后得到的金属铁的S含量可以减少到0.10或以下。

本发明有以下几大特点：

1、本发明的优点是无焦、低污染，并可大幅度降低能源消耗，热效率高，有效降低生产成本。

2、有较好的产品质量。采取措施降低S含量后，可以达到高炉铁水的品质。

3、本发明的生产工艺控制比较容易，对预还原率没有严格的要求。

4、设备简单，投资少，建设周期短。

5、采用本发明方法，生产效率高，炉床底面积生产率可达300Kg/m²·h以上。

四、附图说明

附图为本发明示意图。

五、具体实施方法

附图为本发明的一个实施例。

如图所示，炉床4上的预热区1、固态还原区2和连接其后的熔分区3设计在同一炉膛内。炉床4可以采用各种移动床。碳质还原剂(煤、焦炭和石油焦等)与含铁氧化物(铁矿石、高炉灰、炼油钢灰、电炉灰和轧屑等)按一定比例混合后，形成含碳铁氧化物—炉料，炉料经过干燥后(可直接)送至炉床4上，炉料在炉床4的作用下向后(即熔化区方向)移动。炉床4上的炉料料层厚度在100mm～300mm，甚至更厚。设备启动时，用点火嘴5、抽风机6抽风点火。正常生产后，有时可不用点火嘴5，抽风机6将炉内部分高温烟气抽出。炉料在预热区1被预热，其中的碳质原料被点燃(当采用低燃点的碳质原料时，抽风机6可以不用，仅靠炉拱来实现)。炉料随着炉床4移动到固态还原区2，炉料在此被高温焙烧。炉床4底部装有炉篦板，从炉床4下部鼓入温度为300℃～600℃的热风。在固态还原区2与熔分区3的结合部设置有助燃烧嘴9，从熔分区3过来的高温煤气，经助燃烧嘴9点火后，在固态还原区2释放其携带的物理热和化学能，并通过二次燃烧风机10、风口11鼓入助燃空气，使煤气充分燃烧(当采用风机7鼓入过量预热过的热风助燃时，二次助燃风系统可以不用)。固态还原区2的温度一般控制在1200℃～1300℃，而且接近熔分区3的部位，温度达到1350℃左右，使炉料接近熔化状态。为了充分利用余热，提高热效率，节约能源，可在预热区1烟气排出口处设置换热器17，炉床4下部鼓入的热风，也可以是由风机7鼓入经换热器17预热的热风。

炉料经固态还原区2直接进入熔化区3。为满足进一步还原——渗碳——熔化及脱硫的需要，在熔化区3设有熔剂仓12、煤仓13和熔分区3的加料装置14等，熔剂仓12中的熔剂、煤仓13中的煤经加料装置14加入熔分区3。熔分区3的底层内布有煤层，煤层中的煤一般为颗粒煤，接近熔化的炉料进入熔分区3内后，随时补充颗粒煤。当熔分区3的燃料采用煤粉、焦粉喷射燃烧或采用油、天然气时，可少加或不加颗粒煤。同时，风机8向熔分区3内鼓入空气，使熔分区3中的燃料燃烧，来加速炉料的还原——渗碳——熔化。鼓入熔分区3的空气可以是含氧量≥30％的富氧空气。熔化区3中的炉料经还原——渗碳——熔化，并渣铁分离后生成的铁和渣分别从出铁口15、出渣口16排出。

由上可知，本发明具有热效率高、节约能源、无污染，成本低，有较好的产品质量，生产工艺简便，易控制，设备简单、投资少，生产效率高等特点。

Claims (9)

1、一种碳质还原剂与含铁氧化物按一定比例混合后，形成含碳铁氧化物——炉料、送至炉床(4)上经预热、预还原、熔分还原成铁的含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法，其特征是：炉床(4)上的预热区(1)、固态还原区(2)和连接其后的熔分区(3)设计在同一炉膛内，炉床(4)采用各种移动床；将经预热区(1)预热后的炉料在固态还原区(2)进行预还原，并首先利用熔分区(3)产生的含有大量CO的高温煤气进行二次燃烧来预热、焙烧炉料，使炉料达到接近熔化状态，接着将接近熔化状态的炉料直接排入熔化区(3)，在熔化区(3)进一步还原——渗碳——熔化，并使渣铁分离。

2、根据权利要求1所述的含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法，其特征是：工艺过程：碳质还原剂与含铁氧化物按一定比例混合后，形成含碳铁氧化物团块炉料，炉料经过干燥后送至炉床(4)上，设备启动时，利用点火嘴(5)点火，炉料在炉床(4)预热区(1)预热、点火后，进入固态还原区(2)；固态还原区(2)的下部送入热风，使炉床(4)上的高温层向下延伸，炉料的上方有来自熔分区(3)的含有大量CO的高温煤气在固态还原区(2)进吹二次燃烧，为固态还原区(2)提供一部分热能；固态还原区(2)的温度一般控制在1200℃～1300℃，对炉料进行焙烧，而在接近熔分区(2)的部位，温度应达到1350℃左右，使炉料接近熔化状态；再将接近熔化的炉料直接进入熔分区(3)，在熔分区(3)进一步还原——渗碳——熔化，并使渣铁分离，并不断向熔分区(3)加入燃料、熔剂。

3、根据权利要求1或2所述的含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法，其特征是：在固态还原区(2)与熔化区(3)的结合部设置助燃烧嘴(9)，使高温煤气进行二次燃烧。

4、根据权利要求1或2所述的含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法，其特征是：熔分区(3)的燃料是块煤或喷吹煤粉、焦粉或是油或天然气。

5、根据权利要求1或2所述的含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法，其特征是：炉床(4)底部装有炉篦板，从炉床(4)下部鼓入温度为300℃～600℃的热风。

6、根据权利要求1或2所述的含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法，其特征是：在预热区(1)烟气排出口处设置换热器(17)；炉床(4)下部鼓入的热风是由风机(7)鼓入经换热器(17)预热的热风。

7、根据权利要求1或2所述的含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法，其特征是：在熔分区(3)设有熔剂仓(12)、煤仓(13)和熔分区(3)的加料装置(14)，熔剂仓(12)中的熔剂、煤仓(13)中的煤经加料装置(14)加入熔分区(3)。

8、根据权利要求1或2所述的含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法，其特征是：炉床(4)上的炉料料层厚度在100mm～300mm及以上。

9、根据权利要求1或2所述的含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法，其特征是：鼓入熔分区(3)的空气是含氧量≥30％的富氧空气。