氧氣煤粉熔劑風口複合噴吹高爐煉鐵工藝的製作方法
2023-06-06 02:10:36 2
專利名稱：氧氣煤粉熔劑風口複合噴吹高爐煉鐵工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高爐煉鐵工藝，特別是氧氣煤粉熔劑風口複合噴吹高爐煉鐵工藝。
傳統高爐煉鐵工藝是從爐頂裝入礦石、熔劑和焦炭，同時從風口鼓入熱風，這種工藝焦炭用量大，在爐身料柱中佔據體積大，由於配加熔劑，爐料含鐵品位降低，造成爐身容積利用率低，由於煤氣中CO含量不到40%，鐵礦石在爐身還原不充分，大量浮士體需在高爐下部高溫區用碳直接還原，造成焦炭溶損量大，使焦炭高溫強度降低;高爐爐身下部形成軟熔帶，阻擋上升煤氣通過，阻損大易引起爐況失常，限制了高爐生產率的提高;爐內造渣脫硫過程曲折複雜;爐頂煤氣熱值低，利用價值低;輔助設備複雜。
近年來，由於焦煤緊缺，焦爐汙染難以解決，焦炭供應日趨緊張，以煤代焦的高爐煉鐵噴煤技術得到應用，為了提高噴煤量，需要採用提高風溫和富氧的措施，當風中含氧量超過30%，熱風爐的材質和結構就無法承受;當風中含氧量超過35%，由於噸鐵煤氣量減小，高爐內產生「下熱上涼」問題，使冶煉無法進行。國內外也有幾種高爐氧煤煉鐵工藝，由風口噴入氧氣和大量煤粉，用風口加入水蒸汽，爐頂循環煤氣和調節氧氮比例的措施解決「下熱」問題，用爐身下部和/或中部增加上排風口吹入予熱的淨化爐頂循環煤氣或其燃燒後的氣體加熱爐身爐料的方法解決「上涼」問題，但由於設備複雜能耗高，操作困難，效果不理想。
本發明的目的在於克服上述已有技術存在的缺點與不足提供一種由風口噴入工業氧氣、煤粉、熔劑的氧氣煤粉熔劑風口複合噴吹高爐煉鐵工藝，改善並強化冶煉過程，增加產量，提高質量。
本發明目的是這樣實現的氧氣煤粉熔劑風口複合噴吹高爐煉鐵工藝，包括由爐頂裝入礦石和焦炭，其特徵在於a)在由爐頂裝入礦石和焦炭的同時從風口複合噴吹氧氣，煤粉和熔劑;
b)煤粉和焦炭與氧氣在風口循環區燃燒提供煉鐵過程所需熱量，並產生CO和H2還原氣體與工業氧氣中的氮、煤粉中氮、循環煤氣和/或壓縮空氣中的氮一起形成爐腹煤氣;
c)上升煤氣中的CO和H2在爐身將礦石中大部分鐵的氧化物還原成金屬鐵，礦石在爐身下部熔化滴落，煤粉中未燃燒的碳與焦炭中的部分碳將餘下鐵的氧化物在爐身下部全部還原成金屬鐵並完成滲碳反應，同時吸收被部分還原的其它元素在爐缸渣鐵分離，最終生成鐵水和爐渣;
d)風口噴入的熔劑與煤粉和焦炭的灰分結合生成高鹼度初渣，其後吸收礦石中脈石成分變成終渣，並完成鐵水脫硫過程。
其中噴入的氧氣為常溫工業氧氣，其純度為60%以上，所冶煉的礦石可以是球團礦、塊礦、燒結礦;風口噴入煤粉為每噸鐵200kg以上;風口噴入的熔劑可以是石灰石、石灰、或含CaO和MgO的其它熔劑粉狀物;風口前理論燃燒溫度可以通過調節風口噴入氧氣、煤粉和熔劑以及循環煤氣和/或壓縮空氣的用量來調控;煤粉和熔劑的載氣可以用淨化的循環煤氣和/或壓縮空氣從風口噴入，噴入量分別獨立可調;外供煤氣是含硫低的優良氣體燃料，也可用來發電，經脫除CO2和H2O後可用於直接還原豎爐還原用氣或化工原料用氣。
由於採取上述技術方案，使本發明與已有技術相比具有如下優點及效果a)爐料結構合理，減少焦炭用量，降低了焦比，爐身容積利用率高，提高礦石處理能力，增加產量;
b)高爐煤氣中CO和H2含量高，鐵礦石間接還原率高;
c)碳素利用合理，焦炭溶損少，高溫強度高，爐缸焦炭柱的透氣性得到改善;
d)礦石間接還原充分，生成海綿鐵結構，爐內軟熔帶消失，煤氣暢通，生產率提高，操作穩定;
e)造渣脫硫過程優化，f)有害元素的還原受到抑制，減少循環累積造成的危害;
g)煤粉燃燒條件好，燃燒率高;
h)風口前理論燃燒溫度易於調控;
i)爐頂煤氣熱值高，含硫量低，外供量大;
j)耗能低，熱效率高;
k)輔助設備簡單，總體投資少，成本低。
圖1為本發明工藝流程2為用壓縮空氣作載氣的工藝流程3為對已有高爐技術改造工藝流程中1、高爐，2、煤氣除塵系統，3、煤氣壓縮機或空氣壓縮機、4、煤粉噴吹系統，5、熔劑噴吹系統，6、制氧機，7、鼓風機，8、熱風爐。
下面結合附圖實施例對本發明技術進一步說明;
圖1本發明工藝流程圖，礦石與焦炭從爐頂裝入高爐(1)，焦炭較傳統高爐煉鐵的用量減少，除支撐料柱，主要消耗於直接還原和滲碳反應，在風口燃燒焦炭量很少，爐缸焦炭柱更新速度緩慢，爐內爐料下降慢，還原充分，礦石生成海綿鐵結構，軟熔帶消失，不易發生「懸料」、「崩料」現象，防止爐涼和爐缸凍結，操作平穩，靈活，生產率提高，當從風口噴入工業氧氣，(工業氧氣由制氧機(6)製造)，和高揮發分煤粉(由煤粉噴吹系統(4)吹入)時，煤粉和少量焦炭與氧氣在風口循環區燃燒提供煉鐵過程所需熱量並產生CO和H2還原氣體與工業氧氣中的氮，煤粉中的氮，循環煤氣和/或壓縮空氣中的氮一起形成爐腹煤氣，其中CO和H2含量比傳統高爐的爐腹煤氣CO和H2含量高，因此提高了煤氣還原能力;在風口循環區煤粉在工業氧氣中燃燒，燃燒速度快，燃燒率高;煤粉與熔劑複合噴吹又防止了燃燒時煤粉顆粒的聚團現象，增加了煤粉的表面積，進一步加速了煤粉燃燒過程;從風口噴入熔劑(由熔劑噴吹系統(5)噴入)，對降低理論燃燒溫度有利，複合噴吹工業氧氣煤粉和熔劑時，伴以少量的爐頂循環煤氣和/或壓縮空氣(由煤氣壓縮機或空氣壓縮機(3)供給)，使風口區理論燃燒溫度易於調控，維持在適宜的溫度範圍內，避免了「下熱」現象發生;因為爐身料柱中焦炭量少，又不再配加熔劑，使加熱噸鐵爐料所需熱量減少，由爐缸上升的煤氣攜帶熱量滿足了爐身冶煉過程需要，解決了「上涼」問題;上升煤氣中的CO和H2在爐身將礦石中大部分鐵的氧化物還原成金屬鐵，礦石在爐身下部熔化滴落，煤粉中未燃燒的碳與焦炭中的部分碳將餘下鐵的氧化物在高爐下部全部還原成金屬鐵並進行了滲碳反應，同時吸收被部分還原的其它元素，在爐缸渣鐵分離，最後生成鐵水和爐渣;在風口循環區噴入的熔劑與煤粉和焦炭的灰分結合成高鹼度初渣，其成分均勻，鹼度高，溫度高，且流動性好，同時具有很強的脫硫能力，它作為熱載體把熱量帶到爐缸中，使爐缸熱量充沛，並吸收礦石中的脈石成分變成終渣，並完成了鐵水的脫硫過程;在風口循環區，煤粉與焦炭攜帶進入高爐的硫直接與熔劑反應，大部分被固定在爐渣中，減少了氣相中硫含量，使循環累積量降低，因此造渣脫硫過程得以優化;煤粉與焦炭中含有SiO2高的灰分，在風口循環區直接與熔劑中CaO結合，減少了SiO2的活度，有效抑制SiO2還原，減輕了SiO有害作用，有利於冶煉低矽鐵，減少能耗;煤氣中CO分壓高，氮量減少，也抑制了鹼金屬的還原，減少氣態產物循環累積造成的危害;爐頂排出的煤氣由煤氣除塵系統(2)處理，其熱值高達4.0-7.0MJ/m3比已有高爐外供煤氣的熱值提高，除少量用作循環煤氣，大部分煤氣是含硫低的優良氣體燃料，也可用來發電，經脫除CO2和H2可用於直接還原豎爐還原用氣或化工原料用氣。
圖2為用壓縮空氣作載氣的工藝流程圖，它是在圖1工藝流程基礎上，用壓縮空氣代替循環煤氣作為載體輸送煤粉和熔劑;也可在此基礎上增加少量循環煤氣(圖中未示出)，直接從風口吹入，用於調節風口理論燃燒溫度。
圖3為對現有高爐技術改造工藝流程，它不改變現有設備，增加煤粉噴吹系統、熔劑噴吹系統和制氣機，與風口鼓入熱風(由鼓風機(7)熱風爐(8)供給)，同時複合噴吹氧氣、煤粉和熔劑，可使現有高爐產量大大提高，因此本發明技術對於煉鐵工業是一種先進技術，有廣泛的推廣應用價值。
實施例採用圖1工藝流程，具體礦石成分、熔劑成分、煤粉成分、焦炭成分及工藝參數如下a)礦石成分表1
b)熔劑(石灰)成分表2
C)煤粉成分表3
d)焦炭成分表4
e)爐料組分、工藝參數、摸擬計算結果(按每噸生鐵計)表5
f)生鐵成分主要化學成分%表6Fe CSiMn P S94.53 4.48 0.2 0210.15 0.0權利要求
1.氧氣煤粉熔劑風口複合噴吹高爐煉鐵工藝，包括由爐頂裝入礦石和焦炭，其特徵在於a)在由爐頂裝入礦石和焦炭的同時從風口複合噴吹氧氣、煤粉和熔劑；b)煤粉和焦炭與氧氣在風口循環區燃燒提供煉鐵過程所需熱量，並產生CO和H2還原氣體與工業氧氣中的氮、煤粉中的氮、循環煤氣和/或壓縮空氣中的氮一起形成爐腹煤氣；c)上升煤氣中的CO和H2在爐身將礦石中大部鐵的氧化物還原成金屬鐵，礦石在爐身下部熔化滴落，煤粉中未燃燒的碳與焦炭中的部分碳將其中餘下鐵的氧化物全部還原成金屬鐵，並完成滲碳反應，同時，吸收被部分還原的其它元素，在爐缸渣鐵分離，最終生成鐵水和爐渣；d)風口噴入的熔劑與煤粉和焦炭的灰分結合生成高鹼度初渣，其後吸收礦石中脈石成分變成終渣，並完成鐵水脫硫過程。
2.根據權利要求1所述的煉鐵工藝，其特徵在於風口噴入的氧氣為常溫工業氧氣，其純為60%以上。
3.根據權利要求1所述的煉鐵工藝，其特徵在於礦石可以是球團礦、塊礦、燒結礦。
4.根據權利要求1所述的煉鐵工藝，其特徵在於風口噴入煤粉為每噸鐵200kg以上。
5.根據權利要求1所述的煉鐵工藝，其特徵在於風口噴入熔劑可以是石灰石、石灰或含CaO和MgO的其它熔劑的粉狀物。
6.根據權利要求1所述的煉鐵工藝，其特徵在於風口前理論燃燒溫度可以通過調節風口噴入氧氣、煤粉和熔劑以及循環煤氣和/或壓縮空氣的用量來調控。
7.根據權利要求1所述的煉鐵工藝，其特徵在於輸送煤粉和熔劑的載氣可以用淨化的循環煤氣和/或壓縮空氣從風口噴入，煤粉和熔劑的噴入量分別獨立可調。
8.根據權利要求1所述的煉鐵工藝，其特徵在於外供淨化煤氣為含硫低的優良氣體燃料，也可用來發電，經脫除CO2和H2O後可用於直接還原豎爐還原用氣或化工原料用氣。
全文摘要
本發明涉及一種氧氣煤粉熔劑風口複合噴吹高爐煉鐵工藝，其特徵在於在爐頂裝入礦石和焦炭同時從風口複合噴吹氧氣、煤粉和熔劑，燃燒產生的熱量和還原煤氣使礦石經還原熔化滲碳，吸收被還原的其它元素，在爐缸渣鐵分離，最終生成鐵水和爐渣，該工藝具有爐料結構合理，爐身容積利用率高，礦石間接還原率高，碳素利用合理，軟熔帶消失，操作穩定、造渣脫硫過程優化，熱效率高，外供煤氣質量好，熱值高，量大的優點及效果，同時可對現有高爐進行技術改造。
文檔編號C21B5/00GK1097805SQ9410587
公開日1995年1月25日 申請日期1994年5月31日 優先權日1994年5月31日
發明者高徵鎧 申請人:高徵鎧