CN101597661A - 一种熔融还原炼铁方法 - Google Patents

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一种熔融还原炼铁方法，于熔融还原技术领域。采用闪速炉作为熔融还原反应炉，以粒度范围为0.1mm～50mm的粉矿、块矿、氧化球团和烧结矿为原料，以小于3mm的粉煤、循环煤气和城市垃圾为燃料、以预热块煤为还原剂，采用先熔融后还原的工艺路线。优点在于，充分利用有色冶炼设备以及钢铁工业现有成熟的喷吹技术和设备，与传统高炉炼铁工艺相比，不但可以省略焦化、烧结、球团等环节，降低CO2的排放量，减轻了对环境的污染；而且对原燃料的要求较低，可以直接使用粒度范围为0.1mm～50mm的粉矿、块矿、氧化球团和烧结矿为原料、小于3mm的粉煤、循环煤气和城市垃圾，扩大了原燃料的使用范围，降低了生产成本。

Description

一种熔融还原炼铁方法
技术领域
本发明属于熔融还原技术领域，特别是提供了一种熔融还原炼铁方法，可以直接使用粒度范围为0.1mm～50mm的铁矿为原料，以小于3mm的粉煤、循环煤气和城市垃圾作为燃料，充分利用现有资源，扩大了原料和燃料的使用范围。
背景技术
熔融还原是冶金领域的一项重大工艺，其本意是用非焦煤代替焦煤进行炼铁生产操作。氧化铁在熔融状态下还原，具有以煤代焦、省略烧结和焦化等环节、减轻环境污染等优点。熔融还原是未来炼铁工业发展的方向之一，也是目前各国钢铁工业竞相研究开发的重要领域。德国、日本、美国、前苏联、澳大利亚、韩国等国家经过长期的研究开发，产生了众多熔融还原工艺，其中较为著名的有澳港联的COREX工艺(CN1032185A)、韩国浦项和奥钢联联合开发的FINEX工艺(CN1248297A)、澳大利亚的HIsmelt工艺(CN07102252)、日本的DIOS工艺(CN1054446)和美国的AISI工艺(CN1071202)等。
到目前为止，只有COREX工艺实现了工业化生产，其它工艺还处在实验室试验或(半)工业试验阶段。COREX工艺的主要特征是以氧化球团、块矿和烧结矿为原料，采用预还原和终还原二步法；预还原在竖炉中进行，终还原在熔融气化炉中完成。但是由于COREX工艺仍然沿用含铁料气-固相的间接还原和碳氧直接燃烧的供热方式，而且无法彻底摆脱焦炭的束缚，因此在产率和能耗方面，与传统高炉相比并没有多大改观，缺乏竞争力。以HIsmelt、DIOS工艺为代表的采用“低预还原+高二次燃烧率”模式的各种铁浴熔融还原工艺，由于要求还原炉内上部气相具有较高的氧化势，很难控制下部熔池内渣、铁两相保持很高的还原势，铁水容易被二次氧化，因此目前尚未有任何工艺实现工业化生产。
本发明采用闪速炉作为熔融还原反应炉，目的在于提供一种以粒度范围为0.1mm～50mm的粉矿、块矿、氧化球团和烧结矿为原料，充分利用资源的熔融还原炼铁方法。
发明内容
本发明的的目的在于提供一种熔融还原炼铁方法，采用闪速炉作为熔融还原反应炉，以粒度范围为0.1mm～50mm的粉矿、块矿、氧化球团和烧结矿为原料，以小于3mm的粉煤、循环煤气和城市垃圾为燃料、以预热块煤为还原剂，采用先熔融后还原的工艺路线。
整个工艺可以分为两个阶段：熔化期和还原期。
熔化期，粒度介于0.1mm～8mm的粉矿和粒度大于8mm的块矿、氧化球团和烧结矿均加入到熔融还原反应炉垂直段内部的熔池以上的空间；循环煤气从熔池表面进入熔融还原反应炉的垂直段，纯氧/富氧空气喷枪位于循环煤气喷枪上部1m以内的位置，纯氧或者是富氧空气可经过预热，使其温度升高至300℃～1200℃，循环煤气与纯氧或富氧空气中的氧气发生如下的燃烧反应，并放出热量，使得熔池上部空间的温度升至1300℃～1600℃，固相的粉矿和块矿、氧化球团、烧结矿在熔池上部的高温区域受热并熔化，进而形成液相熔体并下落进入熔池。
2CO+O2＝2CO2
2H2+O2＝2H2O
粒度小于3mm的粉煤与氧气通过煤氧枪喷入渣中，30％～90％的粉煤与氧气燃烧，释放出热量来熔化落入熔池中尚未熔化的固相，其余的粉煤进入熔池，与熔池中的Fe2O3、Fe3O4以及FeO发生如下的还原反应：
6Fe2O3+C＝4Fe3O4+CO2
2Fe3O4+C＝6FeO+CO2
2FeO+C＝2Fe+CO2
通过上述还原反应，可以得到富含FeO的液态铁水和熔渣，根据其比重的不同分为上部熔渣和下部熔液两相，熔渣通过设置在与熔池交界面以上0.5m范围内的渣口排出，熔液则进入熔融还原反应炉的水平段。
本发明采用厚度介于1m～3m之间的厚渣层进行操作。厚渣层不但可以起到隔绝氧化性气体、分离氧化区域和还原区域、防止铁水二次氧化的重要作用；而且液态熔渣的热容较高、蓄热能力大，粉煤在熔渣中燃烧，不但可以将大部分热量储存在渣层中，弥补气相燃烧可能出现的热量不足，而且还可将燃烧产生的热量有效地传入熔池中。
熔化期产生的炉顶煤气经过除尘、脱除H2O和CO2、热量补充工序，与还原期产生的热煤气一同用于块煤的预热。粉尘做为返尘100％送入熔融还原反应炉垂直段渣层上部0.5-3m位置。预热后的煤气作为循环煤气送入熔融还原反应炉的垂直段与氧气燃烧放出热量，使垂直段的温度升至1300℃以上，这样做可以充分利用煤气中的还原性气体以及气体中的显热和化学潜热。
进入水平段的熔液从熔化期进入了还原期。熔融还原反应炉水平段内设置由预热温度300℃～800℃的块煤形成的碳基填充床，熔液流过该填充床，与固体碳发生如下直接还原反应，生成铁水。碳基填充床同时还起到向铁水渗碳的作用。
FeO+C＝Fe+CO
2FeO+C＝2Fe+CO2
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：以闪速炉为熔融还原反应炉；以粒度范围为0.1mm～50mm的粉矿、块矿、氧化球团和烧结矿为原料，以小于3mm的粉煤、循环煤气和城市垃圾为燃料，以预热块煤为还原剂；炉顶煤气中以CO、CO2、H2、H2O为主，块煤预热后煤气的主要成分为CO。
本发明的有益效果是：充分利用有色冶炼设备以及钢铁工业现有成熟的喷吹技术和设备，与传统高炉炼铁工艺相比，不但可以省略焦化、烧结、球团等环节，降低CO2的排放量，减轻了对环境的污染；而且对原燃料的要求较低，可以直接使用粒度范围为0.1mm～50mm的粉矿、块矿、氧化球团和烧结矿为原料、小于3mm的粉煤、循环煤气和城市垃圾，扩大了原燃料的使用范围，降低了生产成本。
附图说明
图1是熔融还原炉炼铁方法工艺流程的示意图。其中块矿、氧化球团和烧结矿料仓1、熔剂料仓2、粉矿料仓3、纯氧/富氧空气喷枪4、循环煤气喷枪5、煤氧枪6、熔融还原炉7、熔渣8、上渣口9、熔液10、铁水11、碳基填充床12、出铁口13、炉顶煤气14、除尘15、返尘16、H2O、CO2脱除17、CO2排放18、热量补充19、预热煤气20、反应热煤气21、块煤料仓22、热块煤23、块煤预热器24。
具体实施方式
以闪速炉为熔融还原反应炉进行铁水生产操作。熔融还原反应炉炉体分为垂直熔化段和水平还原段。粉矿、块矿、氧化球团和烧结矿从垂直段加入到炉中，循环煤气和纯氧气、富氧空气中的氧在渣层上部燃烧放热熔化80％以上的入炉粉矿、块矿、氧化球团和烧结矿，喷入渣层中的粉煤燃烧放热熔化剩余20％的固体，形成熔液，燃烧放热的同时向熔液中进行传热，以满足后续还原的热量需求。燃烧后由炉顶溢出的炉顶煤气经过除尘、脱除H2O和CO2、热量补充后的作为热源送至块煤预热。经预热至300℃以上的块煤加入到熔融还原炉水平段内形成碳基填充床，熔液在碳基填充床内完成主要的还原任务，生成铁水。还原产生的热煤气与经处理的炉顶煤气一同送预热器预热块煤，预热后的煤气作为循环煤气送至渣层上部进行燃烧放热。
如图1所示，图中块矿、氧化球团和烧结矿由料仓1、熔剂由料仓2、粉矿由料仓3分别加入到熔融还原炉8中，循环煤气和纯氧气或富氧空气分别由循环煤气喷枪5和纯氧/富氧空气喷枪4喷入熔融还原炉7的垂直段渣层以上1m处并燃烧放热，渣层8中设有煤氧枪6，为渣层8提供热量，以便熔化所加入的块矿、氧化球团、烧结矿和粉矿，渣可从渣层下部的上渣口9排出；炉顶煤气14经过除尘15，返尘16加入到熔融还原炉7中，煤气经过17脱除H2O和CO2，净化煤气经过热量补充19升温后与还原反应生产的反应热煤气21一同进入块煤预热器24预热块煤，热块煤23从熔融还原炉7的水平段加入到液态熔池10中形成碳基填充床12，预热后煤气作为循环煤气从5返回熔融还原炉7中燃烧放热。熔液10位于熔融还原炉7的下部水平段，水平段中设有由预热块煤23形成的碳基填充床12，主要的还原反应发生在碳基填充床12中，生成的铁水11由出铁口13排出。

Claims (1)

1、一种熔融还原炼铁方法，其特征在于，工艺分为熔化期和还原期两个阶段：；
熔化期，粒度介于0.1mm～8mm的粉矿和粒度大于8mm的块矿、氧化球团和烧结矿均加入到熔融还原反应炉垂直段内部的熔池以上的空间；循环煤气从熔池表面进入熔融还原反应炉的垂直段，纯氧/富氧空气喷枪位于循环煤气喷枪上部1m以内的位置，纯氧或者是富氧空气可经过预热，使其温度升高至300℃～1200℃，循环煤气与纯氧或富氧空气中的氧气发生如下的燃烧反应，并放出热量，使得熔池上部空间的温度升至1300℃～1600℃，固相的粉矿和块矿、氧化球团、烧结矿在熔池上部的高温区域受热并熔化，进而形成液相熔体并下落进入熔池；
2CO+O2＝2CO2
2H2+O2＝2H2O
粒度小于3mm的粉煤与氧气通过煤氧枪喷入渣中，30％～90％的粉煤与氧气燃烧，释放出热量来熔化落入熔池中尚未熔化的固相，其余的粉煤进入熔池，与熔池中的Fe2O3、Fe3O4以及FeO发生如下的还原反应：
6Fe2O3+C＝4Fe3O4+CO2
2Fe3O4+C＝6FeO+CO2
2FeO+C＝2Fe+CO2
通过上述还原反应，可以得到富含FeO的液态铁水和熔渣，根据其比重的不同分为上部熔渣和下部熔液两相，熔渣通过设置在与熔池交界面以上0.5m范围内的渣口排出，熔液则进入熔融还原反应炉的水平段；
进入水平段的熔液从熔化期进入了还原期，熔融还原反应炉水平段内设置由预热温度300℃～800℃的块煤形成的碳基填充床，熔液流过该填充床，与固体碳发生如下直接还原反应，生成铁水；碳基填充床同时还起到向铁水渗碳的作用；
FeO+C＝Fe+CO
2FeO+C＝2Fe+CO2。
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