一種含鐵物料轉底爐雙聯連續煉鋼工藝方法及裝置的製作方法

2023-07-17 15:25:56 4

專利名稱：一種含鐵物料轉底爐雙聯連續煉鋼工藝方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及鋼的連續生產工藝，尤其涉及一種用含鐵物料轉底爐雙聯連續生產鋼
水的工藝，屬鋼鐵冶金技術領域。
背景技術：
隨著世界鋼鐵工業的飛速發展和國際社會對環保的日益重視，鐵礦石、廢鋼、焦炭 等資源的短缺，焦煤資源尤為突出，人們不斷尋找一種不用焦煤的煉鐵或煉鋼方法，尋求一 種把目前燒結、煉鐵、轉爐煉鋼、電爐煉鋼等產生的含鐵粉塵再利用的方法，轉底爐就應運 而生。轉底爐經過30多年的發展日趨完善，主要工藝方法有1978年加拿大國際鎳集團的 INMETCO工藝，利用冶金廠廢棄物並同時進行Zn、 Ni、 Cr等金屬回收的轉底爐；Fastmelt 工藝是著名的美國直接還原公司Midrex於60年代開發的，80年代轉向利用轉底爐(RHF) 煉鐵，與埋弧電爐(礦熱爐)雙聯，形成兩步法熔融還原過程生產鐵水；IDP是美國動力鋼 公司開發的，以天然氣為燃料的轉底爐；)；由德國曼內斯德馬格公司開發的Redsmelt工 藝，計劃為NSM帶鋼廠(年產鋼150萬t)的煉鋼電弧爐提供鐵水熱裝。DRI出轉底爐後趁 熱(90(TC)加入熔化的電爐中，獲得鐵水，計算成本為每噸鐵水168.85美元，低於同等條 件下的高爐和其它熔融還原的鐵水。Itmk3 "第三代煉鐵法"日本神戶制鋼與美國米德蘭 (Midrex)公司聯合開發轉底爐直接還原新工藝(Fastmet)，在20世紀90年代中後期取得 了突破性進展，使金屬化球團(直接還原鐵，DRI，海綿鐵)在轉底爐中還原時輕度熔化，生 成鐵塊(Nuggets)，同時脈石也熔化，形成渣鐵初步分離。此法的成功，將解脫DRI對原料品 位的苛求，能用普通的高爐用鐵礦為電爐提供優質鐵料。因此意義重大，被命名為"第三代 煉鐵法"(Itmk3)。他們把高爐稱為第一代煉鐵法，產品屬高碳液態鐵水；把直接還原稱為 第二代煉鐵法，產品屬低碳固態鐵；第三代煉鐵法的產品介於二者之間，屬中碳準熔化(或 半熔)狀態。 煉鋼按工藝流程可分為短流程和長流程兩種形式。短流程即以廢鋼、直接還原 鐵(DRI、海綿鐵)等為原料，通過電爐熔化、氧化成粗鋼水，經精煉爐煉出成品鋼，不需要焦 炭，採用最普遍的是以天然氣為還原劑的MIDREX、HYL法以及煤為還原劑的迴轉窯法、豎爐 法、轉底爐法等。 長流程是從鐵礦石、燒結(或球團)、煉焦、高爐煉鐵、轉爐吹煉成粗鋼水，再經精 煉爐煉鋼。焦炭是長流程不可缺少的最重要的原料，由於煉焦煤資源有限，焦煤僅佔煤總量 的5-10% ，現有技術可經濟開發的焦煤只佔1. 5 4% ，使依賴煉焦煤的長流程面臨煤資源 匱乏而無發生產的局面。長流程規模龐大，投資高，佔用土地面積大，生產周期長，噸鋼能耗 高，環境汙染嚴重，尤其是煉焦系統的汙染，是傳統長流程無法克服的弊端。
熔融還原主要是用非焦煤生產鐵水_轉爐煉鋼流程工藝方法，主要有COREX、 FINEX、 AUSIRON、 HISMELT、 DIOS、 R0MELT、 CCF、 AISI、 CLEANMELT等，大多數熔融還原工藝還 處於研發階段，只有C0REX煉鐵工藝建成了5條生產線，在浦項、南非、印度等一些廠已經運 行了十年以上，尤其是南非的C0REX-2000， COREX實現了噸煤生產2噸鐵的目標，在能耗上
4可與現代高爐煉鐵競爭。HISMELT工藝已經開發成熟，在澳大利亞昆納納建設了一座80萬 噸的工廠，目前正在試運行，SRV融熔還原爐生產出的只是C含量4%左右鐵水，不能直接生 產出滿足煉鋼精煉工藝C含量小於0. 1%的要求，也存在傳熱效率低的問題。
CN02116882.2公開了一種煤-鐵礦微波還原-電爐直接煉鋼方法及設備， 這種方法生產效率低，難以規模化生產；CN86105494公開了褐煤預還原礦石直接煉 鋼軋材，是將礦石先製成海棉鐵，再由電爐煉鋼，再軋成鋼材，能源利用效率和生產 效率低；CN200610040303. 1公開了用感應爐直接煉鋼的方法，能耗高、生產效率低； CN200610040696.6公開了用鐵礦粉與無煙煤粉的混合料塊利用轉爐直接煉鋼方法和 CN200610040838.9公開了用氧化鐵皮與無煙煤粉的混合料利用電爐直接煉鋼方法以及 CN87101210公開了一種鐵礦石直接煉鋼的方法是指由鐵精礦、非焦煤和溶劑做成的未經 任何還原的冷固結球團，加到現代工業煉鋼爐中煉鋼的方法，這些方法的鐵礦石還原效率 低，能耗高，生產效率低；CN92113519. X公開了用礦石直接煉鋼的方法及設備，是先將礦石 用還原氣體還原成海棉鐵，然後將高溫海綿鐵在與外界大氣隔離的情況下送入熔化室內熔 化，再加入造渣劑去除有害元素的方法，能耗高，生產效率低，未見到產業化的報導。
CN86106417高爐連續煉鋼與制鋼生產的連續化，提出改進高爐用純氧和加壓氣化 煤氣作燃料和還原劑直接煉成鋼的方法，仍然未去掉燒結、球團等工序，未見到產業化的報 道。CN87104957. 0槽式爐連續煉鋼工藝及設備，設前爐、槽式爐和後爐的一種連續煉鋼工 藝，所用原料仍然是高爐鐵水，效率低，成本高。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明充分利用轉底爐所提供的金屬化率80% 97% 的80(TC 120(TC高溫預還原鐵礦石等含鐵物料，由礦石等含鐵物料直接生產出C含量 0. 01% 0. 40%的供精煉爐用的鋼水，提供一種全新的連續煉鋼工藝。
本發明提出一種全新的轉底爐雙聯連續煉鋼工藝，將鐵礦石等含鐵物料利用轉底 爐預還原後，80(TC 120(TC高溫加入熔煉爐被充分攪動的含有高溫碳粉的泡沫渣中熔化 成鋼水，少部分未還原含鐵物料變成液態鐵氧化物被泡沫渣中的碳快速還原得到鋼水。預 還原的含鐵物料的熔化和還原反應全部在渣中和渣鋼界面完成，避免了含碳物料大量進入 鋼水中造成鋼水大量增碳變成鐵水。熔池氬氣槍向熔池中吹入氬氣、或氮氣等對熔煉爐熔 池起到攪拌作用。鋼水由虹吸出鋼口流到吹氧爐，在吹氧爐中對鋼水作進一步降碳和提高 鋼水溫度操作，以獲得所需碳含量和溫度要求的鋼水，直接供煉鋼精煉爐。熔煉爐和吹氧爐 產生的CO和氫氣部分用於熔煉爐二次燃燒，以補償熔煉爐所需的熱量，部分用於轉底爐作 還原劑和加熱用燃料。 本發明提供一種連續煉鋼工藝，包括如下步驟 1)熔煉爐內預先形成一個鋼渣混合的熔池，熔池裝滿鋼水並使流入吹氧爐內的鋼 水量達到1/3 2/3，同時吹氧爐底部的吹氧透氣磚開始弱吹氧，熔池鋼水溫度為1350°C 1550°C ; 2)向熔煉爐鋼渣中噴吹含碳物料和氧氣，形成泡沫渣；碳和氧反應產生的高溫被 高效傳入泡沫渣和渣鋼界面； 3)轉底爐高溫預還原含鐵物料(800°C 1200°C )被加入到熔煉爐內，加入的含鐵物料很快被熔化成鋼水進入渣中和渣鋼界面，部分未被預還原的含鐵物料(3 20%)被渣 中的高溫含碳物料(1 3% )還原成鋼水； 4)同時向熔煉爐內加入熔劑造渣，對鋼水脫硫、脫磷，從而得到磷含量 < 0. 020%、硫含量< 0. 10%的鋼水; 5)向熔煉爐渣層上方的空間內吹入1200 125(TC的高溫氧氣或富氧空氣，與熔
煉爐產生的C0燃燒，燃燒產生的高溫傳至渣面，加速含鐵物料和熔劑的熔化； 6)使用氬氣槍向熔煉爐熔池中吹入惰性氣體，攪拌熔池鋼水； 7)通過熔煉爐底吹氧透氣磚向熔池中吹入氧氣，脫C、提升鋼水溫度和攪拌熔池
鋼水； 8)無渣鋼水通過虹吸口連續流入吹氧爐，加入熔劑到吹氧爐內造渣脫硫、脫磷，渣
鹼度控制在3. 0 3. 5範圍內，通過底吹氧透氣磚和頂吹氧槍適量吹氧進一步調整鋼水中
的C含量和溫度，以獲得C含量0. 01 0. 40%的鋼水，直接供LF或RH精煉爐。 所述的渣鹼度，生產現場多採用二元鹼度計算法，即Ca0/Si02的比值。優選的，步驟1)中渣層厚度為550mm 700mm。預還原的含鐵物料的熔化和還原
反應全部在渣中和鋼渣界面完成，避免了含碳物料大量進入鋼水中造成鋼水大量增碳變成鐵水。 優選的，步驟2)所述含碳物料是煤粉、焦粉、天然氣、可燃冰、焦爐煤氣、發生煤氣 等中的一種或幾種，含碳物料用煤氧槍噴入。可燃冰是天然氣水合物，是在一定條件(合適
的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、ra值等)下，由氣體或揮發性液體與水相互作用過程
中形成的白色固態結晶物質，外觀像冰。 優選的，步驟2)中煤氧槍是可更換的，煤氧槍的心部管道是氧氣、外部管道是煤 粉。煤氧槍向下斜插到到渣的中部，燃燒含碳物料向熔煉爐提供所需熱量、控制煤氧比、減 少渣向鋼水中大量增C。根據爐子的大小和冶煉需要，煤氧槍可以是2到16支，布置在爐壁
周圍合適的位置，為含鐵物料和熔劑快速熔化提供充分的物理和化學反應動力學條件以及 熔化熱量。本領域技術人員可以根據實際需要來選擇煤氧槍的數量和位置。
優選的，步驟3)所述含鐵物料選自含鐵礦石、氧化鐵皮、含鐵粉塵、和/或含鐵塵 泥中的一種或幾種； 優選的，含鐵物料製成球團，經轉底爐得到金屬化率80 97%、溫度800 1200°C的預還原含鐵物料，經高溫螺旋輸料機或高溫輸料小車送入串罐式布料器被加入熔 煉爐中，部分已預還原的含鐵物料熔化變成鋼水進入渣層下的鋼水區，3 20wt^的未預 還原含鐵物料熔化變成液態鐵氧化物被泡沫渣中的碳快速還原得到鋼水，熔煉爐底吹氧透 氣磚對鋼水進行連續吹氧降C和提高鋼水溫度，鋼水C含量可控制在1. 00 2. 5wt% 。
優選的，步驟4)所述熔劑為生石灰、白雲石、螢石中的一種或幾種。
優選的，步驟4)所述熔劑製成l-3mm的粉隨預還原含鐵物料經高溫加料系統送入 串罐布料器加入爐內。 優選的，步驟5)中，鐵氧化物還原產生的氣體與噴入的氧和含碳物料燃燒產生的 氣體共同作用形成泡沫渣沸騰區(亦是布料區)。 優選的，步驟5)中，在熔煉爐渣層上方設置2個煤氣氧燃燒槍，給熔渣補充熱量以 加速含鐵物料的熔化。
優選的，步驟6)中熔煉爐熔池氬氣槍從熔煉爐的側壁任何合適的位置插入到鋼 水中，氬氣槍可以是l-3支，氬氣槍是可更換的。 優選的，步驟6)所述的惰性氣體選自氬氣或氮氣。惰性氣體對熔煉爐熔池起到攪 拌作用。 優選的，步驟7)所述熔煉爐底吹氧透氣磚2-4塊，可布置在熔煉爐底的虹吸出鋼 口處、熔煉爐底中心處，或熔煉爐底其它合適的位置。 優選的，步驟8)中按每噸鋼水40 70公斤加入熔劑；步驟8)中鋼水的溫度為 1580 1680°C。 優選的，步驟8)中在吹氧爐底部設有底吹氧透氣磚，對鋼水進行連續吹氧降C和 提高鋼水溫度操作。 優選的，步驟8)中吹氧爐通過虹吸口與熔煉爐相連，在吹氧爐頂設有可更換式氧
槍、底部設有底吹氧透氣磚，可對鋼水作進一步降C操作，以獲得所需C含量(C :0. 01
0. 40% )和要求溫度(1580 1680°C )的鋼水，直接供RH或LF精煉爐。 優選的，吹氧爐的煤氣輸出裝置與熔煉爐的煤氣輸出裝置相連，達到壓力平衡。 優選的，熔煉爐的高溫煤氣可以用餘熱鍋爐回收顯熱來發電，或預熱原材料，或用
於轉底爐的燃氣。 本發明還提供一種轉底爐雙聯連續煉鋼裝置，包括轉底爐(1)、熔煉爐(9)和吹氧 爐(21);轉底爐(1)與熔煉爐(9)通過高溫加料系統相連；熔煉爐(9)和吹氧爐(21)通過 熔煉爐虹吸出鋼口 (18)相連；熔煉爐(9)上安裝有煤氣氧燃燒槍(11)、煤氧槍(12)、熔池 氬氣槍(13)，熔煉爐下部設置熔煉爐出渣口 (14)、熔煉爐底部放鋼口 (15)、熔煉爐虹吸出 鋼口 (18);吹氧爐(21)上安裝有吹氧爐氧槍(22)、吹氧爐熔劑加入系統(24)、吹氧爐出鋼 口 (27)、吹氧爐出渣口 (26)、吹氧爐底部放鋼口 (28);吹氧爐頂部設有煤氣輸出裝置(23)。
優選的，熔煉爐底部和吹氧爐底部分別裝有熔煉爐底吹氧透氣磚和吹氧爐底吹氧 透氣磚。 優選的，高溫加料系統與轉底爐(1)的轉底爐螺旋出料機(2)相連，依次包括轉底 爐出料倉(3)、一級高溫螺旋輸料機(5)、中間儲料罐(6)、二級高溫螺旋輸料機(7)和串罐 式布料器(8)，然後與熔煉爐爐蓋(19)相連。轉底爐出料倉(3)上方設置有溶劑料倉(4)。
優選的，高溫加料系統還可以是轉底爐出料倉(3)的高溫預還原含鐵物料直接裝 入高溫輸料小車(34)，通過輸料小車軌道(35)送入卸料倉(36)，卸料倉(36)經串罐式布 料器(8)與熔煉爐爐蓋(19)相連。 優選的，熔煉爐(9)和吹氧爐(21)是圓柱形爐子。 優選的，熔煉爐(9)和吹氧爐(21)的下部熔池部分的外殼以及虹吸出鋼口 (18) 的外殼均採用水冷爐壁結構，使爐子壽命可達到20年以上。 在熔煉爐上方的高溫加料系統把預還原含鐵物料和熔劑加入到熔煉爐內；
優選的，熔煉爐的上方有煤氣輸出裝置(10)與吹氧爐頂部的煤氣輸出裝置(23) 相聯；熔煉爐的上方兩側壁設有二個煤氣氧燃燒槍(11)插入到熔煉爐上方的氣相空間；熔 煉爐側壁設有煤氧槍(12)插入渣區中層的渣中；氬氣槍(13)插入到鋼水中。
優選的，熔煉爐出渣口 (14)位於熔煉爐外側爐牆中上部渣層的上限部位；在熔煉 爐外側爐牆下部開有熔煉爐虹吸出鋼口 (18)，以保證無渣出鋼，熔煉爐虹吸出鋼口與吹氧爐(21)相連；在熔煉爐的底部設有放鋼口 (15)供熔煉爐大修時使用。 優選的，熔煉爐側壁的煤氧槍(12)與渣層水平面成a角，同時與熔煉爐直徑方向 成P角，插入渣區中層的渣中。更優選的，a角為15 60度夾角；13角為0 45度夾 角。煤氧槍(12)可以布置在熔煉爐側壁的任何合適的位置。 優選的，熔煉爐側壁的氬氣槍(13)從熔煉爐的側壁任何合適的位置插入到鋼水 中，氬氣槍可以是1-2支，氬氣槍是可更換的。 優選的，熔煉爐底吹氧透氣磚分別布置在虹吸出鋼口 (18)前面和熔煉爐底中心 處，設2 4個；吹氧爐底吹氧透氣磚設1 3個。 熔煉爐底吹氧透氣磚連續向鋼水吹氧，使鋼水脫C、提高鋼水溫度，並對熔池起攪 拌作用。熔煉爐底吹氧透氣磚(32)和(33)分別布置在熔煉爐底中心處和虹吸出鋼口 (18) 前面。熔煉爐底吹氧透氣磚可依據熔煉爐的大小設2 4個，並對安裝位置進行優化設計。
吹氧爐(21)下方設有底吹氧透氣磚(31)，對鋼水進行連續弱吹氧，使鋼水穩定脫 C，防止鋼液出現大沸騰、噴濺等，並提高鋼水溫度。吹氧爐底吹氧透氣磚可依據吹氧爐的大 小設1 3個，並對安裝位置進行優化設計。吹氧爐(21)上方設有氧槍(22)吹煉鋼水，使 鋼中的C含量和鋼水的溫度達到RH或LF精煉爐的要求；吹氧爐熔劑加入系統(24)為吹氧 爐添加造渣劑；吹氧爐側壁下部裝有出鋼口 (27)以實現無渣出鋼；吹氧爐側壁上部裝有出 渣口 (26)，當鋼水達到該高度時先放出一定量的鋼渣，然後再出鋼；吹氧爐底部設有一放 鋼口 (28)，待吹煉爐大修時使用；吹氧爐頂部設有煤氣輸出裝置(23)與熔煉爐上方的煤氣 輸出裝置(10)相連。 本發明從鐵礦石等含鐵物料連續得到鋼水的具體工藝路線是含鐵物料(含鐵礦 粉、氧化鐵皮、含鐵粉塵、含鐵塵泥等中的一種或幾種)經轉底爐預還原後的高溫(800 120CTC )含鐵物料與熔劑(包括生石灰、白雲石、螢石中的一種或幾種)被加入到熔煉爐 內，熔煉爐內預先已形成了一個鋼渣熔池，溫度在1350°C 1500。C，渣層550mm 700mm 厚。預還原含鐵料和熔劑通過串罐式布料器加入到渣層沸騰區。同時往熔煉爐渣的中層噴 入含碳物料(煤粉、焦粉、天然氣、可燃冰、焦爐煤氣、發生煤氣中的一種或幾種)和氧氣，控 制煤氧比和熔渣的氧化性。加入的高溫含鐵物料中已預還原部分(80% 97%)很快熔化 成鋼水(含碳1.0% 2.0%)進入渣層；另少部分(3% 20%)未被預還原的含鐵物料 熔化成液態鐵氧化物被渣中的高溫含碳物料快速還原成鋼水；鋼水通過渣層進入鋼水區的 過程中被渣中的高溫碳滲碳，同時在鋼渣界面的碳也不斷滲到鋼水中，得到碳含量1. 0% 2. 5%的鋼水。鐵氧化物還原產生的氣體與向渣中噴入的氧氣和含碳物料燃燒產生的氣體 共同作用形成泡沫渣沸騰區(亦是布料區)。在熔煉爐渣層上方空間的2個煤氣氧燃燒 槍，給熔渣補充熱量，以加速含鐵物料的熔化。熔池氬氣槍插入鋼水中對熔煉爐熔池起到攪 拌作用，增強反應動力學條件，使溫度和成分均勻。熔煉爐底吹氧透氣磚(32)和(33)連 續吹入的氧氣起到對熔池鋼水脫碳、提升鋼水溫度、攪拌熔池鋼水，增強反應動力學條件， 使溫度和成分均勻。鋼水從熔煉爐內的虹吸口連續無渣流入到吹氧爐，向吹氧爐加入適量 造渣劑同時起到脫硫磷作用，吹氧脫C同時提升鋼水溫度，以獲得所需C含量(C :0. 01 0.40%)和所要求溫度的鋼水，直接供RH或LF精煉爐。吹氧爐底部出鋼實現了無渣出鋼。 熔煉爐和吹氧爐中的高溫煤氣可以用餘熱鍋爐回收顯熱發電或預熱原材料，或用於轉底爐 的燃氣。
本發明的優勢體現在 (1)向熔煉爐鋼渣中噴吹含碳物料和氧氣，形成泡沫渣，碳和氧反應產生的高溫被 高效傳入泡沫渣和渣鋼界面，熱效率高； (2)充分利用了轉底爐預還原輸出的高預還原(金屬化率80 97%)、高溫 (800 1200°C )含鐵物料在熔煉爐煤氧槍產生的高溫下快速熔化成鋼水，同時少量(3% 20 % )未被預還原的熔融含鐵物料被還原渣中的C還原，得到C含量1. 0 % 2. 5 %的鋼水。 本發明的生產率高，餘熱利用效率高，這一點優於現有的高爐-轉爐流程、COREX熔融還原 煉鐵_轉爐流程，Hismelt-轉爐流程，同時也優於一些專利提出連續煉鋼或一步煉鋼方法。
(3)本發明充分利用了轉底爐提供的高溫800 120(TC預還原含鐵物料的熱量和 熔煉爐提供的煤氣氧燃燒槍燃燒熱用於補償熔化和還原反應所需的熱量，加速含鐵物料的 熔化。 (4)本發明直接冶煉出C含量(C :0. 01 0. 40% )和溫度均符合直接供RH或LF 精煉爐的鋼水，實現了全連續煉鋼。 (5)本發明用緊湊的轉底爐、熔煉爐、吹氧爐組成的連續煉鋼設備實現了從礦石或 含鐵物料直接生產合格鋼水，與現有的長流程相比，設備和基建投資節省60%以上，節約土 地2/3以上，物流得到充分簡化，節能減排約60%以上，易於實現生產的連續化和自動控 制，爐子壽命可長達20年以上，是鋼鐵冶金的一個革命性工藝變革。


圖1是本發明的示意流程圖。其中1 :轉底爐，2 :轉底爐螺旋出料機，3 :轉底爐出 料倉，4 :溶劑料倉，5 :—級高溫螺旋輸料機，6 :中間儲料罐，7 :二級高溫螺旋輸料機，8 :串 罐式布料器，9 :熔煉爐，10 :煤氣輸出裝置，11 :煤氣氧燃燒槍，12 :煤氧槍，13 :氬氣槍，14 : 熔煉爐出渣口，15 :熔煉爐底部放鋼口，16 :熔煉爐水冷爐壁，17 :熔煉爐耐火材料爐壁；18 : 熔煉爐虹吸出鋼口， 19 :熔煉爐虹吸出鋼口水冷爐壁，20 :熔煉爐虹吸出鋼口耐火材料壁， 32和33熔煉爐底吹氧透氣磚；21 :吹氧爐，22 :吹氧爐氧槍，24 :吹氧爐熔劑加入系統，27 : 吹氧爐出鋼口，26 :吹氧爐出渣口，28 :吹氧爐底部放鋼口，31 :吹氧爐底吹氧透氣磚，23 :吹 氧爐頂部煤氣輸出裝置。25 :吹氧爐爐蓋，29 :吹氧爐水冷爐壁，30 :吹氧爐耐火材料爐壁。
圖2是本發明的熔煉爐(9)爐內熔渣面的俯視示意流程圖。 圖3是本發明的另一種高溫加料系統示意流程圖。其中34 :高溫輸料小車，35 : 輸料小車軌道，36 :卸料倉，其它同圖1。
具體實施例方式
以下實施例是對本發明的進一步說明，但本發明並不局限於此。
實施例1 : 含鐵物料鐵礦微粉，含碳物料煤粉。 本發明的連續煉鋼設備，包括包括熔煉爐9和吹氧爐21，熔煉爐9和吹氧爐21 通過熔煉爐虹吸出鋼口 18相連；熔煉爐9的上方有高溫加料系統，熔煉爐9上部安裝有煤 氣氧燃燒槍11、煤氧槍12、氬氣槍13，熔煉爐下部設置熔煉爐出渣口 14、熔煉爐底部放鋼 口 15、熔煉爐水冷爐壁16、熔煉爐耐火材料爐壁17、熔煉爐爐蓋19 ;熔煉爐虹吸出鋼口 18、熔煉爐虹吸出鋼口水冷壁19、熔煉爐虹吸出鋼口耐火材料壁20、熔煉爐底吹氧透氣磚32和 33 ;吹氧爐21上安裝有吹氧爐氧槍22、吹氧爐熔劑加入系統24、吹氧爐爐蓋25、吹氧爐出 渣口 26、吹氧爐出鋼口 27、吹氧爐底部放鋼口 28、吹氧爐水冷爐壁29、吹氧爐耐火材料爐壁 30和吹氧爐底吹氧透氣磚31。 縱剖面如圖1所示。轉底爐1、轉底爐螺旋出料機2、轉底爐出料倉3、一級高溫螺 旋輸料機5、中間儲料罐6、二級高溫螺旋輸料機7、串罐式布料器8依次相連組成高溫加料 系統，轉底爐出料倉3上方設置有石灰料倉4。 轉底爐1依次通過轉底爐出料機2、轉底爐出料倉3(轉底爐出料倉3上方設置石 灰料倉4)、一級高溫螺旋輸料機5、中間儲料罐6、二級高溫螺旋輸料機7把轉底爐提供的 900 120(TC預還原鐵礦和生石灰、白雲石熔劑輸送到熔煉爐9上方的串罐布料器8，通過 串罐布料器8加入到熔煉爐中渣面上的布料區；熔煉爐的上方兩側爐壁上的2個煤氣氧燃 燒槍ll的高溫火焰噴射到渣面上的布料區加熱預還原鐵礦和熔劑；熔煉爐側壁的4支煤氧 槍12與渣層水平面成25度夾角，如圖l和3所示a角；同時與熔煉爐直徑方向成15度夾 角，並插入渣區中層的渣中，如圖2所示13角，噴吹時使渣層形成沸騰區，調整噴槍的角度 可使沸騰區不轉動、或順時針或逆時針轉動，沸騰區為預還原含鐵物料和熔劑提供充分的 物理和化學反應動力學條件以及熔化熱量；熔煉爐爐壁中上部的出渣口 14在渣層的上限 部位，可實現連續出渣；熔池氬氣槍13插入到熔池對熔煉爐熔池起到攪拌作用；熔煉爐底 吹氧透氣磚32和33對鋼上連續吹氧脫C、提升鋼水溫度，攪拌熔池；熔煉爐外側爐壁下部 的虹吸出鋼口 18，以保證無渣連續出鋼到吹氧爐21 ;吹氧爐21上方的氧槍24吹煉鋼水，使 鋼中的C含量(0. 01 0. 40% )和鋼水的溫度達到RH或LF精煉爐的要求；吹氧爐熔劑加 入系統24為吹氧爐添加生石灰、螢石等造渣劑保溫的同時進一步脫除鋼水中的硫磷；當鋼 水接近吹氧爐壁上部的出渣口 26的高度時，先放出一定量的渣，然後從吹氧爐壁下部的出 鋼口 27實現無渣出鋼。 熔煉爐內渣層厚度約550 700mm、溫度約1350°C 1550°C，熔池鋼水深度約 700mm 800mm。 煤氧槍向熔渣中噴入的煤粉硫磷儘量低，一般固定碳含量在77%以上。噴入的煤 粉一部分被噴入的氧氣燃燒產生大量的熱量熔化預還原鐵礦和熔劑，一部分連續與渣中的 液態FeO發生還原反應，少部分進入鐵水中向鐵水滲碳。煤粉和氧氣同時噴吹到渣層的中 部使高溫熔渣與預還原鐵礦、熔劑粉、碳粉劇烈混合，為預還原鐵礦、熔劑的快速熔化和碳 還原液態鐵氧化物的連續還原反應創造良好的動力學條件。鐵水中的溶解碳也在渣鋼混 合界面不斷還原熔渣中的FeO。通過調整煤氧槍的煤氧比，控制熔渣和鋼水的氧化性，得到 碳含量1. 0% 2. 5%、磷含量< 0. 020%、硫含量< 0. 10%的鋼水；在吹氧爐中按每噸鋼 40 70公斤加入熔劑到吹氧爐內造渣脫硫、脫磷，渣鹼度控制在3. 0 3. 5範圍內，通過吹 氧使鋼水的C含量和溫度分別達到RH或LF精煉爐的要求，得到鋼水成分C 0. 01 0. 40%， Si < 0. 01%， Mn < 0. 02%， S、P < 0. 010%，鋼水溫度為1580 1680°C。
熔煉爐熔渣中煤粉的燃燒和還原反應產生的CO，通過二次燃燒產生的熱量以輻射 和熱傳導的方式傳遞給布料區的預還原鐵礦和熔劑，進一步加速了原料的熔化速度。
熔煉爐9和吹氧爐21產生的廢氣餘熱回收用於發電，煤氣可用做預熱原料、用於 轉底爐燃料等，C02回收利用。鋼渣用於生產水泥、鋼渣微粉等。
實施例2: 含鐵物料鐵礦粉50%、含鐵冶金粉塵50%，含碳物料煤粉。 含鐵冶金粉塵組成氧化鐵皮、高爐除塵灰、轉爐除塵灰、電爐除塵灰、燒結球團除 塵灰等。 鐵礦粉50%、含鐵冶金粉塵50%原料經轉底爐預還原後和生灰石、白雲石熔劑一 起加入熔煉爐。熔煉爐側壁的煤氧槍12與渣層水平面成30度夾角，如圖l和3所示a角； 同時與熔煉爐直徑方向成0度夾角，並插入渣區中層的渣中，如圖2所示13角。高溫加料 系統轉底爐出料倉3的高溫預還原含鐵物料直接裝入高溫輸料小車34，通過輸料小車軌道 35送入卸料倉36，卸料倉36經串罐式布料器8與熔煉爐爐蓋19相連。其它同實施例1。
實施例3 含鐵物料含鐵冶金粉塵100%，含碳物料焦爐煤氣、高爐煤氣、天然氣、發生煤 氣中的一種或幾種。 渣層煤氧槍(12)噴入的是焦爐煤氣、高爐煤氣、天然氣、發生煤氣中的一種或幾 種。熔煉爐側壁的煤氧槍12與渣層水平面成45度夾角，如圖l和3所示a角；同時與熔 煉爐直徑方向成30度夾角，並插入渣區中層的渣中，如圖2所示13角，其它同實施例l。
1權利要求
一種轉底爐雙聯連續煉鋼工藝，包括如下步驟1)熔煉爐內預先形成一個鋼渣混合的熔池，熔池鋼水溫度為1350℃～1550℃，熔池裝滿鋼水並使流入吹氧爐內的鋼水量達到1/3～2/3，同時吹氧爐底部的吹氧透氣磚開始弱吹氧；2)向熔煉爐內鋼渣中噴吹含碳物料和氧氣，形成泡沫渣，碳和氧反應產生的高溫被高效傳入泡沫渣和渣鋼界面；3)轉底爐預還原的高溫含鐵物料被加入到熔煉爐內泡沫渣中，加入的含鐵物料被熔化成鋼水進入渣中，3～20％(wt％)的未被預還原的含鐵物料被渣中的含碳物料還原成鋼水；所述高溫含鐵物料的溫度為800℃～1200℃；渣中的含碳物料的比例為1～3％(wt％)；4)同時向熔煉爐內加入熔劑造渣，對鋼水脫硫、脫磷，從而得到磷含量＜0.020％、硫含量＜0.10％的鋼水；5)向熔煉爐渣層上方的空間內吹入1200～1250℃的高溫氧氣或富氧空氣，與熔煉爐產生的CO燃燒，燃燒產生的高溫傳至渣面，加速含鐵物料和熔劑的熔化；6)使用氬氣槍向熔煉爐熔池中吹入惰性氣體，攪拌熔池鋼水；7)通過熔煉爐底吹氧透氣磚向熔煉爐熔池吹入氧氣，對鋼水脫碳、提升鋼水溫度和攪拌熔池；8)無渣鋼水通過虹吸口連續流入吹氧爐，加入熔劑到吹氧爐內造渣脫硫、脫磷，渣鹼度控制在3.0～3.5範圍內，吹氧爐用頂吹氧槍和底吹氧透氣磚吹氧進一步調整鋼水中的C含量和溫度，以獲得C含量0.01～0.40％的鋼水，直接供LF或RH精煉爐。
2. 如權利要求l所述的連續煉鋼工藝，其特徵是，步驟l)中渣層厚度為550mm 700mm ;步驟2)所述含碳物料是煤粉、焦粉、天然氣、可燃冰、焦爐煤氣、發生煤氣等中的一 種或幾種，含碳物料用N2氣體作載氣的煤氧槍噴入；步驟8)中按每噸鋼水40 70公斤加 入熔劑；步驟8)中鋼水的溫度為1580 1680°C。
3. 如權利要求1所述的連續煉鋼工藝，其特徵是，步驟3)所述含鐵物料選自含鐵礦石、 氧化鐵皮、含鐵粉塵、和/或含鐵塵泥中的一種或幾種。步驟4)所述熔劑為生石灰、白雲石、 螢石中的一種或幾種。
4. 如權利要求1所述的連續煉鋼工藝，其特徵是，含鐵物料製成球團，在轉底爐預還原 得到金屬化率80 97%、溫度800 1200°C的預還原含鐵物料，經高溫螺旋輸料機送入 串罐式布料器被加入熔煉爐中，已預還原的含鐵物料熔化變成鋼水進入渣層下的鋼水區， 3% 20% (wt%)的未預還原含鐵料熔化變成液態鐵氧化物被泡沫渣中的碳快速還原得 到鋼水，鋼水C含量1. 0 2. 5% (wt% )。
5. 如權利要求1所述的連續煉鋼工藝，其特徵是，步驟4)所述熔劑隨預還原含鐵物料 經高溫螺旋輸料機送入串罐布料器加入爐內；步驟5)中，在熔煉爐渣層上方設置2個煤氣 氧燃燒槍；步驟6)中熔煉爐熔池氬氣槍從熔煉爐的側壁插入到鋼水中，氬氣槍是l-3支，氬 氣槍是可更換的，步驟6)所述的惰性氣體選自氬氣或氮氣，步驟8)中吹氧爐通過虹吸口與 熔煉爐相連。
6. 如權利要求1所述的所述的連續煉鋼工藝，其特徵是，步驟2)中煤氧槍為2到16支； 煤氧槍是可更換的，煤氧槍的心部管道是氧氣、外部管道是煤粉，煤氧槍向下斜插到到渣的中部，燃燒含碳物料向熔煉爐提供所需熱量、控制煤氧比、減少渣向鋼水中大量增C。
7. —種轉底爐雙聯連續煉鋼裝置，包括轉底爐(1)、熔煉爐(9)和吹氧爐(21);轉底爐(I) 與熔煉爐(9)通過高溫加料系統相連；熔煉爐(9)和吹氧爐(21)通過熔煉爐虹吸出鋼 口 (18)相連；熔煉爐(9)上安裝有煤氣氧燃燒槍(11)、煤氧槍(12)、熔池氬氣槍(13)，熔 煉爐下部設置熔煉爐出渣口 (14)、熔煉爐底部放鋼口 (15)、熔煉爐虹吸出鋼口 (18);吹氧 爐(21)上安裝有吹氧爐氧槍(22)、吹氧爐熔劑加入系統(24)、吹氧爐出鋼口 (27)、吹氧爐 出渣口 (26)、吹氧爐底部放鋼口 (28);吹氧爐頂部設有煤氣輸出裝置(23)，優選的，熔煉爐 底部和吹氧爐底部分別裝有熔煉爐底吹氧透氣磚和吹氧爐底吹氧透氣磚。
8. 如權利要求7所述的連續煉鋼裝置，其特徵是，高溫加料系統與轉底爐(1)的轉底 爐螺旋出料機(2)相連，依次包括轉底爐出料倉(3)、一級高溫螺旋輸料機(5)、中間儲料罐 (6) 、二級高溫螺旋輸料機(7)和串罐式布料器(8)，然後與熔煉爐爐蓋(19)相連，轉底爐出 料倉(3)上方設置有溶劑料倉(4)，熔煉爐(9)和吹氧爐(21)是圓柱形爐子。
9. 如權利要求7所述的連續煉鋼裝置，其特徵是，高溫加料系統依次包括轉底爐出料 倉(3)、高溫輸料小車(34)、輸料小車軌道(35)、卸料倉(36)，然後通過串罐式布料器(8) 與熔煉爐爐蓋(19)相連；轉底爐出料倉(3)上方設置有溶劑料倉(4)。
10. 如權利要求7所述的連續煉鋼裝置，其特徵是，熔煉爐的上方有煤氣輸出裝置(10) 與吹氧爐頂部的煤氣輸出裝置(23)相聯；熔煉爐的上方兩側壁設有二個煤氣氧燃燒槍(II) 插入到熔煉爐上方的氣相空間；熔煉爐側壁設有煤氧槍(12)插入渣區中層的渣中；氬 氣槍(13)插入到鋼水中;熔煉爐出渣口 (14)位於熔煉爐外側爐牆中上部渣層的上限部位；在熔煉爐外側爐牆下部開有熔煉爐虹吸出鋼口 (18)，以保證無渣出鋼，熔煉爐虹吸出鋼口與吹氧爐(21)相 連；在熔煉爐的底部設有放鋼口 (15)供熔煉爐大修時使用。
11. 如權利要求7所述的連續煉鋼裝置，其特徵是，熔煉爐側壁的煤氧槍(12)與渣層 水平面成a角；同時與熔煉爐直徑方向成13角，並插入渣區中層的渣中，優選的，a角為 15 60度夾角；13角為0 45度夾角，所述的熔煉爐熔池氬氣槍(13)從熔煉爐的的側壁 插入到鋼水中，氬氣槍的數目是是1-2支，氬氣槍是可更換的。
12. 如權利要求7所述的連續煉鋼裝置，其特徵熔煉爐底吹氧透氣磚分別布置在虹吸 出鋼口 (18)前面和熔煉爐底中心處，設2 4個；吹氧爐底吹氧透氣磚設1 3個。
13. 如權利要求7所述的連續煉鋼裝置，其特徵是熔煉爐(9)和吹氧爐(21)的下部熔 池部分的外殼以及虹吸出鋼口 (18)的外殼均採用水冷爐壁結構。
全文摘要
本發明涉及一種用含鐵物料轉底爐雙聯連續生產鋼水的工藝，熔煉爐內預先形成熔池，噴吹含碳物料和氧氣，形成泡沫渣；含鐵物料通過轉底爐還原成金屬化率90～97％、溫度900～1200℃的含鐵物料，通過高溫家料系統加入到熔煉爐內被熔化還原；吹入高溫氧氣或富氧空氣，與熔煉爐產生的CO燃燒；鋼水通過虹吸口連續流入吹氧爐，並加入少量熔劑到吹氧爐內造渣脫硫、脫磷，用插入式氧槍吹氧進一步調整鋼水中的C含量和溫度，以獲得鋼水直接供LF或RH精煉爐。本發明的生產率高，熱效率高，爐子壽命長，用一座轉底爐、熔煉爐、吹氧爐組成的連續煉鋼設備實現了從礦石或含鐵物料直接生產鋼水，節省設備和基建投資、節約土地、簡化物流，易於生產的連續化和自動控制。
文檔編號C21B13/14GK101696460SQ20091001546
公開日2010年4月21日 申請日期2009年5月25日 優先權日2009年5月25日
發明者曾暉, 李豐功, 王學斌, 董傑 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司;