專利名稱：一種熔融還原煉鐵方法
種熔融還原煉鐵方法
射糊
本發明涉及一種在一個反應爐內直接熔融還原煉鐵的方法，屬于冶金熔煉 領域。
蘿激術
鋼鐵工業是國民經濟的支柱產業，但是，在生產過程中需要消耗大量能源， 各生產工序中伴隨能源和原料的使用而產生的污染物排放量相當龐大，其污染 源主要有燒結、焦化、煉鐵、煉鋼及附屬工序，其中空氣污染物排放引起的污
染問題尤其嚴重。鋼鐵工業能源消費量占全國能源消費總量的9.54%，全國工業 能源消費量的12.93%，噸鋼綜合能耗為1.281噸標準煤，遠高于發達國家噸鋼凈 能耗O. 590 0. 683噸標準煤(1994年)，而顆粒物和二氧化硫的排放量分別占全 國工業排放總量的IO. 93%和6. 25%。鋼鐵工業能耗高效率低的一個主要原因是在 煉鐵系統中噸鐵凈能耗的29. 5%用于礦石燒結和焦化工序，這部分能量在提高原 料的理化性能之后，未得到充分回收和利用。另外，這兩工序排放的顆粒物和 二氧化硫分別占鋼鐵工業總排放量的45. 6%和67. 7%。
引起鋼鐵工業的高能耗問題的原因是多方面的，但是，在冗長的生產過程 中，需要頻繁地加熱和冷卻物料，因此而引起的能量貶值和損失是鋼鐵工業能 耗較高的一個重要原因。即使在技術比較先進的日本，其鋼鐵聯合企業中，廢 熱排放損失約占總能耗的38.5%。對我國鋼鐵工業余熱分析表明，過程各種產物 的物理余熱占總能耗的29-39%，其中煉焦廢氣顯熱、焦炭顯熱、燒結礦顯熱、 燒結煙氣顯熱、高爐煤氣顯熱等占有很大比例。但是由于其能質較低，這部分 能量一般不能得到充分利用，經技術經濟分析確定的可以回收利用的余熱資源 并不多，大約占總能耗的10%，其中煉鐵系統占46%，可見，因流程冗長而造成 的生產過程能量損失是非常巨大的。
在鋼鐵工業內部，煉鐵系統既消耗大量能源，又引起非常嚴重的污染，同 時需要使用日益減少的焦煤，因此，對鋼鐵工業的革新從煉鐵系統入手是必然 的。但是，從末端治理環境污染不僅需要大量的投資，而且需要大量的運行和 維護費用。據統計，鋼鐵工業中15%的投資是用于環保目的，這大致上相當于每 年每噸鋼生產能力需要增加420-480元，運轉這些設備的費用為70-150/噸鋼， 特別是在焦炭生產中，為了滿足環保要求，年噸焦炭生產能力需要至少增加投 資77.5元。況且，在鋼鐵工業中真正嚴重的污染排放源是無組織排放源， 一般 的控制措施很難奏效。因此，解決鋼鐵工業的污染應重點考慮工藝流程的革新， 也就是通過清潔生產從源頭上控制污染物的產生。如果能采用短流程煉鐵技術，即可大幅度降低生產成本，又可以大量減少 無組織排放源污染物的產生，這將是鋼鐵行業可持續發展的一條有效途徑。
發辦棼
本發明的目的是提供一種氧氣頂吹與氮氣底吹相組合的熔融還原爐內煉鐵 的方法，其反應速度快，可縮短反應時間，物料混合較均勻，可減少污染物的 產生，且可強化熱量、質量的傳遞，大大提高生產效率，工藝技術靈活，可降 低投資成本。
本發明的技術方案如下
噴槍從爐頂插入爐內，噴槍懸掛在熔渣層上部，槍位根據冶煉所處的具體 時期相應上下調整，熔煉的燃料、空氣及富氧氧氣通過噴槍噴入熔池，鐵礦石 粉、熔劑等爐料從爐頂進料口風力輸送，氮氣從爐底直接吹入溶池，氧氣頂吹 與氮氣底吹的共同作用使熔池處于攪動狀態，冶煉產生的煙氣經過余熱鍋爐后 換熱后送到后續工序。
本發明所述的富氧的濃度在30% 95%間調整，氧氣壓力控制在0.3 lMPa，氮氣0.1 1 MPa熔池反應溫度控制在1450°C 1600°C 。
鐵礦石粉、熔劑從爐頂所述的進料口的加料量為10 30噸/小時。所述的爐 料的粒度為1 80毫米。
氧氣頂吹時所述的氧氣流量為5 15立方米/分鐘。
本發明所述的噴槍是由富氧空氣管、水冷管和柴油管組成的復合式套管， 噴槍由鉻鎳鈦合金材料制成，噴槍末端裝有一個可更換的噴嘴。噴槍的直徑為 108毫米。
冶煉操作時，燃料(油)、富氧空氣通過噴槍噴入熔池，鐵礦石粉、熔劑等 爐料從爐頂給料口加入，氮氣從爐底直接吹入溶池。在富氧氧空氣頂吹和氮氣 底吹的共同作用下，熔池處于強烈的攪動狀態，物料在高溫、高湍動下迅速熔 化并進行強烈的物理化學反應。熔池的劇烈攪拌增大了爐渣層和金屬相與爐氣 的接觸，強化了金屬鐵的還原率。
富氧空氣流通過噴嘴噴到熔池表面上部，與從熔池中溢出的CO發生劇烈的 燃燒，給熔池反應提供充足的能量，底吹氮氣使得熔體處于回流狀態，對熔池 劇烈攪動，為熔池內氣液固三相的充分接觸提供有利條件，加速爐料的熔化和 金屬還原的冶金過程。另外，頂吹富氧空氣能夠抑制了底吹氣流對熔池的吹穿 而造成的能量損失。通過調節噴槍流量、氧氣含量、底吹氮氣的流量、煤量及 噴槍的槍位，可實現對熔池冶煉過程的控制，使得溶池中的反應溫度基本處于 穩定的狀態，最終保證熔池的冶煉效率。
該工藝為連續進料，熔鐵和熔渣則間斷放出。氧氣頂吹熔融還原爐的煙氣經過余熱鍋爐換熱后送到后續工序，使冶煉中的熱能得到再利用。生產工藝控 制主要是針對物料、氧氣頂吹熔融還原爐的工藝指標進行控制。氧氣頂吹熔融
還原爐的控制與調節由DCS系統完成。熔煉時，只需對煤量、流量、氧氣含量、
氮氣量、給料速度進行設定，就能實現熔融還原爐的熔煉。而操作人員只需定
時對渣型渣樣進行觀察分析，判斷爐子的熔煉狀況；并通過調節噴槍高度、噴 槍噴吹流量、氧氣含量、氮氣量來控制還原鐵的品位。穩定的爐溫和穩定的渣 型是氧氣頂吹熔融還原爐熔煉的關鍵參數。 本發明具有以下優點
① 原料的靈活性
頂底復合噴吹熔融還原煉鐵技術能夠使用多種類的含鐵爐料，包括無法通 過燒結廠回收的廢棄物，物料中的C、 CaO和MgO也得到利用，減少了鋼鐵生產 的資源消耗。
燃料可包括從無煙煤到高揮發分煤(5%<揮發分<38%);焦粉；其它含碳
物質如橡膠碎粉或者廢塑料粉末。
釆用富氧頂吹技術使反應溫度提高至145(TC以上，反應加快，縮短了反應 時間，大大提高了生產效率。
② 操作的靈活性
頂底復合噴吹熔融還原煉鐵工藝技術的反應速度靈活，可以使操作技術人 員根據需求來選擇生產強度，或者為降低成本變換原、燃料種類，尤其是在開、 停爐和增、減量生產方面容易控制。
③ 降低新建或者改造投資成本
頂底復合噴吹熔融還原煉鐵工藝不需要煉焦爐、燒結廠或球團廠，極大降 低了新鋼鐵廠總的投資成本，也降低了鋼鐵生產的運行成本。
頂底復合噴吹熔融還原煉鐵工藝可使用許多與高爐相同的設備，如鼓風機、 熱風爐、煤氣清洗系統，水渣系統、原料系統和高爐的基礎等，因此它廠可以 充分利用原有設備，建在現有的高爐煉鐵廠里。
④ 排出的煙氣量少，熱損失小，煙氣中S02的濃度增大，煙塵小，有利于S02 的回收制酸，防止了酸雨的形成。
厥厫說欲
圖1為本發明的工藝流程圖。
實施例l:將1 20mm的煤粒和爐料混合均勻，由進料口一起加到爐內， 煤粒起到還原Fe304并生成金屬鐵及作為燃料提供熱量的作用。加料量15t/h ，氧 壓0.5MPa ,氧氣流量6.0mVmin ，氧槍直徑108mm，氧利用率92%，氮氣壓力0.3MPa，熔池反應溫度控制在1450°C，煙氣中的S02: 17%，煙塵3%，煙氣 經過濕法除塵后，送到制酸車間。
實施例2:將20 40 mm的煤粒和爐料混合均勻，由進料口一起加到爐內， 加料量20t/h ,氧壓0.7 MPa ，氧氣流量10mVmin，氧槍直徑108mm，氧利用率 95%，氮氣壓力0.6MPa，熔池反應溫度控制在1520°C，氧氣中的S02: 21%， 煙塵1%，煙氣經過濕法除塵后，送到制酸車間。
實施例3:將40 60 mm的粉煤和爐料混合均勻，由進料口一起加到爐內， 加料量13t/h ，氧壓0.8MPa ，氧氣流量5.8 mVmin ，氧槍直徑108mm ，氧利用 率94%，氮氣壓力0.9MPa，熔池反應溫度控制在1600°C，氧氣中的S02: 19 %，煙塵2.5%，煙氣經過濕法除塵后，送到制酸車間。
權利要求
1、一種熔融還原煉鐵的方法，其特征在于噴槍從爐頂插入爐內，噴槍懸掛在熔渣層上部，槍位根據冶煉所處的具體時期相應上下調整，熔煉的燃料、空氣及富氧氧氣通過噴槍噴入熔池，鐵礦石粉、熔劑等爐料從爐頂進料口風力輸送，氮氣從爐底直接吹入溶池，氧氣頂吹與氮氣底吹的共同作用使熔池處于攪動狀態，冶煉產生的煙氣經過余熱鍋爐后換熱后送到后續工序。
2、 根據權利要求1所述的熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的富氧的濃度在30% 95%間調整，氧氣壓力控制在0.3 lMPa，氮氣0.1 1 MPa熔 池反應溫度控制在1450°C 1600°C。
3、 根據權利要求1所述的熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的進料 口的加料量為10 30噸/小時。
4、 根據權利要求1所述的熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的氧氣 流量為5 15立方米/分鐘。
5、 根據權利要求1所述的熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的噴槍 由粉煤管、氧氣管、噴槍風管和重油管組成，噴槍管由軟鋼和不銹鋼制成，噴 槍末端裝有一個可更換的噴嘴。
6、 根據權利要求1所述的熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的噴槍的直徑為108毫米。
7、 根據權利要求1所述的熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的爐料的粒度為1 80毫米。
全文摘要
一種熔融還原煉鐵方法。本發明涉及一種在一個反應爐內直接熔融還原煉鐵的方法，屬于冶金熔煉領域。本方法是將噴槍從爐頂中心插入爐內，噴槍口懸掛在熔渣層上部，槍位根據冶煉所處的具體時期相應上下調整，熔煉的燃料、空氣及富氧氧氣通過噴槍噴入熔池，鐵礦石粉、熔劑等爐料從爐頂進料口加入，氮氣從爐底直接吹入溶池，氧氣頂吹與氮氣底吹的共同作用應達到熔池處于攪動狀態，冶煉產生的煙氣經過余熱鍋爐后換熱后送到后續工序。本發明反應速度快，可縮短反應時間，物料混合較均勻，可減少污染物的產生，且可強化熱量、質量的傳遞，大大提高生產效率，工藝技術靈活，可降低投資成本。
文檔編號C21B11/00GK101565767SQ20091009450
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月22日 優先權日2009年5月22日
發明者山 卿, 岳爭超, 湯忖江, 華 王, 趙魯梅, 齊翼龍 申請人:昆明理工大學