一種高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法
【專利摘要】本發明提供了一種高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法，該方法使用的高爐爐料包括熱壓鐵焦，高爐內的礦石層由燒結礦和球團礦以一定比例混合組成，焦炭層由焦炭和熱壓鐵焦按一定比例混合組成，采用富氧、熱風、噴煤操作。不僅可以降低高爐熱空區溫度、提高反應效率、縮短冶煉時間、降低焦比、減少CO2排放，而且可以保護焦炭，從而維持料層透氣性，保證高爐順利進行，還可顯著提高生產效率。
【專利說明】
-種高妒使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法
技術領域
[0001] 本發明設及高爐煉鐵技術領域，具體設及一種高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方 法。
【背景技術】
[0002] 近年來，全球因使用化石能源而引起的Ofe排放量迅猛增加，溫室氣體C〇2減排已成 為當今世界應對氣候變化問題的核屯、內容。而我國近年來C0油巧義量幾乎呈指數增長，2013 年全球化石能源C0油巧義量為322億t，中國0?排放量為90.2億t，占世界總排放量29 %，因此 我國在未來較長時期內都將面臨國內C〇2減排的艱巨任務和嚴峻的國際壓力。
[0003] 鋼鐵工業是能源密集型行業，鋼鐵生產過程中需消耗大量化石燃料，從而排放大 量的C〇2。我國鋼鐵工業C〇2排放量占全國C〇2總排放量的15 %左右，遠高于全球平均水平 (5%~6%)。在鋼鐵生產過程中，高爐工序C〇2排放量占整個系統C〇2總排放量的70%~ 80 %。若再加上燒結、球團和焦化等鐵前工序，整個煉鐵系統C0油巧義量將達到90 % W上。另 夕h高爐是一種傳統煉鐵設備，經過長期發展仍然保持著旺盛的生命力，在現有各種煉鐵流 程中，高爐煉鐵都占據無可爭議的主要地位。我國鋼鐵工業W高爐-轉爐流程為主，該流程 生產的粗鋼產量占全部粗鋼產量的90%左右。2015年我國高爐生鐵產量已達6.9141億t，占 全球高爐生鐵總產量的59.97%。在未來相當長的一段時間內，高爐-轉爐流程仍是鋼鐵工 業的主導流程。因此，高爐煉鐵工藝的改進與完善是我國鋼鐵工業節能降耗和C〇2減排的關 鍵技術環節。
[0004] 我國煤炭資源總儲量相對豐富，占世界總儲量的12.6%。我國煤炭資源種類也較 齊全，但煤炭資源數量分布極不平衡，尤其是優質煉焦煤資源，僅占探明儲量的9.%%左 右。近年來，隨著鋼鐵工業的高速發展，優質煉焦煤資源越來越匿乏。而高爐煉鐵工藝對優 質煉焦煤資源具有嚴重的依賴性，W重點企業高爐平均焦比（約349kg/t歷)推算，2012年我 國高爐煉鐵共消耗焦炭約2.99億t，約合6.437億t煉焦煤原煤。近年來，高爐噴煤量逐漸增 加，高爐冶煉對焦炭的質量要求越來越高。目前，國內許多鋼廠煉焦配煤中肥煤和主焦煤的 配比已超過50 %。按此消耗速度，估計我國主焦煤和肥煤資源將在40年內消耗殆盡。因此， 加強稀缺優質煉焦煤資源的高效綜合利用W及大規模開發利用低變質煤資源對實現我國 鋼鐵工業乃至整個社會的可持續發展具有重要意義。
[0005] 鐵焦是將含鐵物料添加至適宜的煤中，利用室式煉焦工藝或豎爐炭化工藝制成含 碳復合爐料。運里所說的含鐵物料可W是冶金含鐵廢棄物或低品位鐵礦石等，煤可W是弱 黏結性煤或非黏結性煤。高爐使用鐵焦后可降低爐內熱空區溫度，提高反應效率，降低焦 比，減少C0油巧義，大幅提高弱粘結煤和低品位鐵礦石的使用比例。
[0006] 關于高爐使用鐵焦進行冶煉的方法有幾種，如專利公開號為CN104334748中公開 的，在高爐內形成焦炭層和礦石層進行高爐冶煉。礦石層由至少兩批礦石組成，且在其中至 少一批中添加鐵焦，并在至少另一批中不添加鐵焦。鐵焦的加入位置是礦石層厚度比(礦石 層厚度/(礦石層厚度+焦炭層厚度））較大的位置。如專利公開號為CN102597275中公開的， 將鐵焦與礦石混合，并與焦炭交替加入高爐進行冶煉。鐵焦使用比率為焦炭質量的25%~ 50%，鐵焦粒度范圍為15mm~40mm，鐵焦含鐵量為質量分數10%~40%。又如專利公開號為 CN102471809中公開的，高爐內交替形成焦炭層和礦石層進行冶煉。焦炭層由焦炭形成，礦 石層由鐵焦、焦炭和礦石混合形成，且礦石層分兩批入爐。礦石層中鐵焦添加比例為礦石質 量的1 % W上，焦炭加入比例為礦石質量的0.5%~6%，鐵焦和焦炭總添加比例為礦石質量 的1.5%~20%。礦石層中焦炭粒度為36mm~100mm，鐵焦含鐵量為質量分數10%~40%。
[0007] 但運些方法均是將鐵焦添加至礦石層中，運會導致W下問題：由于鐵焦具有較高 的反應性，氣化反應后局部區域C0分壓較高，從而加速礦石的還原。然而，鐵焦反應后強度 較差，氣化反應后產生較多粉末，當礦石層達到軟烙帶時，礦石層呈現軟烙狀態，礦石層的 透氣性在鐵焦粉末存在下會受到嚴重影響，從而影響高爐正常生產和操作。
【發明內容】
[0008] 針對現有煉鐵技術存在的問題，本發明提出了一種高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的 方法。該方法將熱壓鐵焦添加至高爐焦炭層中。熱壓鐵焦具有較高的反應性，高爐冶煉時焦 炭層中的熱壓鐵焦氣化反應在較低溫度下即可發生，從而促進礦石的還原，提高生鐵產量。 焦炭層中的熱壓鐵焦優先發生氣化反應，從而保護高爐焦炭。盡管焦炭層中的熱壓鐵焦在 軟烙帶氣化反應后也會產生粉末，但此時焦炭可起到骨架的作用，維持料層的透氣性，從而 保證高爐的正常生產和操作。另外，高爐加入熱壓鐵焦后，爐內熱空區溫度降低，反應效率 提高，冶煉時間縮短，高爐焦比降低，C0油巧義減少。
[0009] 本發明提供了一種高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法，該方法使用的高爐爐料由 燒結礦、球團礦、焦炭和熱壓鐵焦組成，爐料從高爐爐頂加入，并在高爐內部依次交替形成 礦石層和焦炭層，采用富氧、熱風、噴煤操作，進行高爐冶煉，生成鐵水和爐渣，包括：
[0010] (1)礦石層由燒結礦和球團礦均勻混合而成，燒結礦的添加比例按質量百分數為 礦石層總質量的60%~80%，球團礦的添加比例按質量百分數為礦石層總質量的20%~ 40%;
[0011] (2)焦炭層由焦炭和熱壓鐵焦均勻混合而成，焦炭用量為320~380kg/t歷，熱壓鐵 焦添加量按質量百分數為焦炭質量的5%~20% ;
[0012] (3)礦石層爐料和焦炭層爐料從爐頂依次交替加入高爐，將焦炭與熱壓鐵焦、燒結 礦與球團礦分別裝入不同的料罐。高爐裝料時采用較大料批重、分裝裝料操作，高爐料線控 制在1.0~1.5m;
[0013] (4)高爐鼓風溫度為1100°C~1200°C，富氧率為1%~3%，噴煤量不超過150kg/ tHM，爐料從裝入到出鐵水和爐渣的時間為6.0~8.化；
[0014] 本發明所用燒結礦的轉鼓指數不低于72%，低溫還原粉化指數RDI".15不低于 75% ;球團礦抗壓強度不低于2000N，還原膨脹指數RSI不高于15% ;
[0015] 本發明所用焦炭的灰分Ad不超過焦炭總質量的13%，硫分St,d不超過焦炭總質量 的0.8%，揮發分Vdaf不超過焦炭總質量的1.8%，抗碎強度M25不低于85%，耐磨強度化0不超 過7%，反應性CRI不超過30%，反應后強度CSR不低于55% ;
[0016] 本發明所用熱壓鐵焦是由鐵礦粉和弱黏結性煤均勻混合后采用熱壓工藝制成，其 外形為球形或楠球形，粒度為25~40mm，抗壓強度不低于5000N，反應性CRI為40 %~50 %， 反應后強度CSR為30 %~40 %。
[0017] 本技術應用可W帶來如下積極效果，推動傳統煉鐵技術的進步與創新：
[0018] (1)添加 5%~20%的熱壓鐵焦至焦炭中可起到保護焦炭的作用，從而用更少的焦 炭維持高爐透氣性，保證高爐正常生產和操作；
[0019] (2)高爐使用5%~20%的熱壓鐵焦可降低爐內熱空區溫度，提高反應效率，降低 焦比，減少C0油巧義；
[0020] (3)熱壓鐵焦制備可使用低品位難處理鐵礦石和弱黏結性煤，從而擴大了原燃料 的來源范圍，提高了資源利用率。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點會在實施例中描 述更為清楚，但運些實施例近似范例性質，并不對本發明的范圍構成任何限制。
[0022] 實施例1
[0023] 在本實施例中：
[0024] 燒結礦TFe含量為55.94%，其主要化學成分見表1，其轉鼓指數為75%，低溫還原 粉化指數畑1+3.15為80 %。
[0025] 球團礦TFe含量為65.33%，其化學成分如表2所示，其抗壓強度為2650N，還原膨脹 指數RSI為12%。
[0026] 熱壓鐵焦的化學成分如表3所示，其粒度為30mm，抗壓強度為5200N，反應性為 45%，反應后強度為35 %。
[0027] 焦炭工業分析如表4所示，其硫分St,d為0.77%，抗碎強度M25為90%，耐磨強度Mio 為6 %，反應性CRI為25.3 %，反應后強度CSR為64.5 %。
[0028] 表1燒結礦化學成分(wt%)
[0034] 表4焦炭工業分析(wt%)
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[0036] 將表1中的燒結礦和表2中的球團礦混合均勻后加入高爐形成礦石層，將表4中的 焦炭加入高爐形成焦炭層，礦石層和焦炭層在爐內交替形成并進行高爐冶煉。礦石層中燒 結礦和球團礦的質量百分比為70 %: 30 %，焦炭層中焦炭加入量為380kg/tHM。高爐噴吹煤 粉量為150kg/地M，熱風溫度為1150°C，富氧率為2%，冶煉時間為8.化。高爐物料平衡表和 能量平衡表分別如表5和表6所示。
[0041] 冶煉1000kg鐵水，產生爐渣359.54kg。該工藝的噸鐵能耗為380.00kg焦炭和150kg煤粉。
[0037] 表5未加熱壓鐵焦時高爐冶煉物料平衡 [00381
[
[
[0042] 實施例2
[0043] 采用實施例1中的燒結礦、球團礦、熱壓鐵焦、焦炭、煤粉等原燃料條件，將燒結礦 和球團礦均勻混合后加入高爐形成礦石層，將熱壓鐵焦和焦炭均勻混合后裝入高爐形成焦 炭層，礦石層和焦炭層交替加入并進行高爐冶煉。礦石層中燒結礦和球團礦的質量百分比 為70% :30%，焦炭層中熱壓鐵焦加入量按質量分數為焦炭用量的5.01%。高爐噴吹煤粉量 為150kg/t麗，熱風溫度為1150°C，富氧率為2%，冶煉時間縮短到7 .化。高爐物料平衡表和 能量平衡表分別如表7和表8所示。
[0044] 表7添加 5%熱壓鐵焦時高爐冶煉物料平衡
[0045]
[004引冶煉1000kg鐵水，產生爐渣359.00kg。該工藝的噸鐵能耗為363.80kg焦炭和150kg 煤粉，比實施例1顯著降低焦比約16kg。
[0049] 實施例3
[0050] 采用實施例1中的燒結礦、球團礦、熱壓鐵焦、焦炭、煤粉等原燃料條件，將燒結礦 和球團礦均勻混合后加入高爐形成礦石層，將熱壓鐵焦和焦炭均勻混合后裝入高爐形成焦 炭層，礦石層和焦炭層交替加入并進行高爐冶煉。礦石層中燒結礦和球團礦的質量百分比 為70 %: 30%，焦炭層中熱壓鐵焦加入量按質量分數為焦炭用量的10.01 %。高爐噴吹煤粉 量為150kg/t歷，熱風溫度為1150°C，富氧率為2%，冶煉時間縮短到6.化。高爐物料平衡表 和能量平衡表分別如表9和表10所示。
[0051]表9添加10%熱壓鐵焦時高爐冶煉物料平衡
[0化 2] L(K)56」冶煉1000kg鐵水，產生爐渣358.52kg。該工藝的啞鐵能耗為：M9.20kg焦炭和150kg 煤粉，比實施例2顯著降低焦比約15kg。
[0化7] 實施例4
[005引采用實施例1中的燒結礦、球團礦、熱壓鐵焦、焦炭、煤粉等原燃料條件，將燒結礦 和球團礦均勻混合后加入高爐形成礦石層，將熱壓鐵焦和焦炭均勻混合后加入高爐形成焦 炭層，礦石層和焦炭層交替加入并進行高爐冶煉。礦石層中燒結礦和球團礦的質量百分比 為70 % : 30 %，焦炭層中熱壓鐵焦加入量按質量分數為焦炭用量的20.00 %。高爐噴吹煤粉 量為150kg/t歷，熱風溫度為1150°C，富氧率為2%，冶煉時間縮短到6.化。高爐物料平衡表 和能量平衡表分別如表11和表12所示。
[0059] 表11添加20 %熱壓鐵焦時高爐冶煉物料平衡
[0060]
[0064] 冶煉1000kg鐵水，產生爐渣357.68kg。該工藝的噸鐵能耗為323.20kg焦炭和150kg 煤粉，比實施例3顯著降低焦比約26kg。
[0065] 從W上實施案例可W看出，與不使用熱壓鐵焦的高爐傳統操作相比，高爐焦炭層 添加5%、10%、20%熱壓鐵焦后，焦炭消耗分別減少161^、3化肖、574肖，因此，將熱壓鐵焦添 加到焦炭層進行高爐冶煉，不僅解決了現有高爐使用鐵焦冶煉工藝存在的問題，而且可提 高高爐冶煉效率，縮短冶煉時間，提高產量，降低焦比，降低能耗，減少C0油巧義。
【主權項】
1. 一種高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法，所述方法使用的高爐爐料由燒結礦、球團 礦、焦炭和熱壓鐵焦組成，爐料從高爐爐頂加入，并在高爐內部依次交替形成礦石層和焦炭 層，采用富氧、熱風、噴煤操作進行高爐冶煉，從而生成鐵水和爐渣，其特征在于： (1) 礦石層由燒結礦和球團礦均勻混合而成，燒結礦的添加比例按質量百分數為礦石 層總質量的60%~80%，球團礦的添加比例按質量百分數為礦石層總質量的20%~40% ; (2) 焦炭層由焦炭和熱壓鐵焦均勻混合而成，焦炭用量為320~380kg/tHM，熱壓鐵焦添 加量按質量百分數為焦炭質量的5%~20% ; (3) 將焦炭與熱壓鐵焦、燒結礦與球團礦分別裝入不同的料罐，并將礦石層爐料和焦炭 層爐料從爐頂依次交替加入高爐，高爐裝料時采用較大料批重、分裝裝料操作，高爐料線控 制在1 · 0m~1 · 5m; (4) 高爐鼓風溫度為1100°C~1200°C，富氧率為1%~3%，噴煤量不超過150kg/tHM，爐 料從裝入到出鐵水和爐渣的時間為6.0~8. Oh。2. 根據權利要求1所述的高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法，其特征在于:所述方法中 所用燒結礦的轉鼓指數不低于72%，低溫還原粉化指數RDI +3.15不低于75% ;球團礦抗壓強 度不低于2000N，還原膨脹指數RSI不高于15%。3. 根據權利要求1所述的高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法，其特征在于:所述方法中 所用焦炭的灰分Ad不超過焦炭總質量的13%，硫分S t,d不超過焦炭總質量的0.8%，揮發分 Vdaf不超過焦炭總質量的1.8%，抗碎強度M25不低于85%，耐磨強度M1Q不超過7%，反應性 CRI不超過30%，反應后強度CSR不低于55%。4. 根據權利要求1所述的高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法，其特征在于:所述方法中 所用熱壓鐵焦是由鐵礦粉和弱黏結性煤均勻混合后采用熱壓工藝制成，其外形為球形或橢 球形，粒度為25mm~40mm，抗壓強度不低于5000N，反應性CRI為40 %~50 %，反應后強度CSR 為 30% ~40%。
【文檔編號】C21B5/00GK106048114SQ201610573574
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月19日
【發明人】儲滿生, 王宏濤, 柳政根, 趙偉, 王崢, 汪燃, 唐玨
【申請人】東北大學