CN101555532A - 一种基于冷固结含碳球团氧气高炉炼铁方法 - Google Patents

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杨天均
郭豪
陈永星
左海滨
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Abstract

一种冷固结含碳球团氧气高炉炼铁方法，属于高炉炼铁领域。其特征是以70～100％含碳球团和0～30％烧结矿作为炼铁原料从炉顶加入高炉，以焦炭、喷吹煤粉作为高炉燃料，其中吨铁焦炭用量在200～250kg/tHM；含碳球团的碳含量在1～20％之间，TFe含量在50～65％之间；含碳球团平均抗压强度在1000～2000N/个。含碳球团在高炉内进行自还原过程，从而改变还原反应的气相分压，降低高炉焦炭负荷，同时在高炉风口鼓入常温氧气，取消传统的热风炉，氧气用量为200～500Nm3/tHM；可向外供给高热值(7000～8000kJ/Nm3)的煤气，高炉产生的煤气经过除尘和预热装置后循环利用，分别从炉身下部和风口喷入高炉；该工艺的理论燃烧温度控制在1900～2300℃；该炼铁工艺焦比可降到200～250kg/tHM，煤比200～300kg/tHM以上。

Description

一种基于冷固结含碳球团氧气高炉炼铁方法
技术领域
本发明属于高炉炼铁领域。具体是用氧气代替高炉热风，并使用冷固结含碳球团作为高炉部分或全部含铁原料的氧气高炉炼铁工艺。
背景技术
目前传统高炉炼铁工艺生产的铁水占世界生铁总量的90％以上，在传统高炉炼铁工艺中，主要燃料以焦炭和煤粉为主，高炉焦比大多在300～400kg/tHM，同时辅助喷吹煤粉100～200kg/tHM，并且通过热风炉向高炉输送热风，风温一般控制在1000～1300℃，鼓风富氧率为0～5％。对于传统的高炉炼铁工艺，使用大量的价格昂贵冶金焦，而炼焦工序的高能耗、高污染、高成本以及由此带来的焦炭资源紧缺已成为世界性的制约钢铁生产的主要因素。
冷固结球团与烧结矿和氧化球团相比，不需要高温烧结或焙烧，具有设备简单、工艺流程短、建设投资费用低和节约能源等优点，特别是具有在高温下快速自还原的特性，能够改善高炉还原效率，节省高炉燃料消耗。氧气高炉是区别于常规炼铁高炉的一种炼铁工艺技术，一般是采用超高富氧鼓风(富氧率＞40％)或全氧鼓风的一种冶炼方式。开发冷固结含碳球团氧气高炉的目的就是在高炉冶炼过程中使用部分或全部的冷固结含碳球团作为含铁原料，在保持高煤焦置换比的条件下，使高炉所用燃料中廉价煤粉的用量达到或超过300kg/tHM，同时降低价格昂贵的冶金焦的用量在300kg/tHM以下，改变传统炼铁的原燃料结构，降低生产成本。
发明内容
本发明目的是通过改善高炉炉料结构和改善高炉冶炼工艺两方面来实现提高高炉冶炼效率，降低高炉焦比。
高炉全氧鼓风时，高炉煤气中无氮，炉腹中还原性气体浓度由普通高炉的40％左右变为接近100％。在高炉的炉身还原条件与直接还原竖炉相似，铁矿石的间接还原度大幅度提高，直接还原度很低，同时含碳球团本身还存在着自还原。炉身还原过程得到加强，高炉内的冶炼过程大大改善，提供了大量的高热值煤气。而冷固结含碳球团的使用进一步改善了高炉冶炼效率，保持较低的冶炼焦比。
一种冷固结含碳球团氧气高炉炼铁方法，工艺过程如下：
1.将0～30％的烧结矿、70～100％的冷固结含碳球团作为炼铁原料，连同焦炭作为高炉部分燃料一起从炉顶加入高炉，其中吨铁焦炭用量在200～300kg/tHM；
2.向高炉中鼓入常温氧气，氧气用量为吨铁200～500Nm3/tHM，富氧率在40％以上，最高可达到100％；
3.部分高炉炉顶煤气经除尘系统净化处理及CO2脱除以后，经预热(700～1000℃)处理后从高炉炉身下部喷入高炉内，补偿氧气高炉所带来煤气量减少、炉身热量不足的问题。部分高炉炉顶煤气经除尘系统净化处理直接从风口喷入，起到降低氧气高炉风口理论燃烧温度的目的。其余炉顶煤气储藏或再利用。炉身煤气循环量整个高炉炉顶煤气量的1/5～1/3；即100～500Nm3/tHM，循环煤气成分为：CO2：0～3％，CO：30～70％，H2：0～10％，N2：0～10％，其余：0～10％。风口煤气循环量为：100～300Nm3/tHM，循环煤气成分为：CO2：10～40％，CO：10～40％，H2：0～20％，N2：0～10％，其余：0～10％。
含碳球团氧气高炉炼铁工艺设备包括：上料系统、高炉重力除尘器、高炉布袋除尘器、煤气加压装置，CO2脱除装置、煤气预热装置，氧气制备装置。
冷固结含碳球团的工艺参数及冶金性能特点：
1.冷固结含碳球团生产工艺：首先将精矿粉和复合粘结剂充分混合并加水造球，经150～250℃左右低温干燥后，最后在回转窑中进行直接还原即可得到相应冷固结含碳球团的产品。该工艺与普通氧化球团生产工艺相比，工艺流程短，能耗低，投资省，成本低；
2.根据原料条件和生产工艺不同，含碳球团的碳含量在1～20％之间，TFe含量50～65％之间，SiO2含量5～15％，其余成分含量0～10％；
3.对于不同碳含量的冷固结含碳球团，干球的平均抗压强度在1000～2000N/个，随着含碳球团中碳含量的增加，干球的抗压强度会逐渐下降；
4.与普通球团矿、烧结矿相比，含碳球团的开始软化温度较低，软熔区间较宽；
5.在高炉冶炼过程中，含碳球团内外还原同时进行，由于高炉喷煤同时存在，因此其作为高炉用原料会大幅降低高炉焦比。
本发明优点在于：
1.高炉操作中利用全氧鼓风取代传统的预热空气鼓风操作，同时高炉炉顶煤气部分循环利用；
2.大大减轻环境污染、满足环保要求并且能够提供高热值煤气，因减少了焦炭用量和取消了热风炉，故可减少CO2排放15～20％，符合我国经济社会发展现状；
3.取消N2入炉和采用冷固结球团作为炼铁原料，使得间接还原得到充分发展，大大提高了炉料在炉身部位的金属化率，软熔带变薄甚至消失，高炉生产率大幅度提高，技术经济指标得到改善，高炉冶炼过程得到全面优化，冶炼效率提高；
4.冷固结含碳球团中的碳来源于廉价的煤粉，同时为解决全氧鼓风或超高富氧而带来的高炉‘下热’问题，也需要喷吹大量喷吹煤粉，从而可以使焦比降低到200～300kg/tHM，既减少了价格昂贵的焦煤用量，又可以降低生产成本。
5.高炉下部煤气中CO分压较高，减少碳的溶损反应发生，焦炭可保持好的高温强度，高反应性的焦炭或型焦可能会获得应用。同时抑制了炉缸中Si、Ti、K、Na等合金元素还原及其对高炉冶炼的危害。
6.可以根据钢铁厂的需要量，向外供给高热值(7000～8000kJ/Nm3)的煤气，从而解决由于焦炭需求减少后，钢铁厂内焦炉煤气供应不足的问题。
附图说明
图1含碳球团氧气高炉工艺流程示意图。
1-高炉本体；2-除尘装置；3-加压装置；4-CO2脱除装置；5-预热装置
具体实施方式
实施例1
经理论计算，高炉使用70％配碳量为10％的冷固结含碳球团作为入炉原料，并从风口鼓入100％的氧气，其生产技术指标如下：
氧气消耗量：350Nm3/tHM
焦比：250kg/tHM
喷吹用煤：250kg/tHM
冷固结含碳球团使用煤粉：145kg/tHM
理论燃烧温度：2155℃
炉顶煤气量：1550Nm3/tHM
炉顶煤气成分：H2：5.75％，CO：48.65％，CO2：36.65％，N2：0.33％
实施例2
经理论计算，在高炉上使用70％配碳量为15％的冷固结含碳球团作为入炉原料，并从风口鼓入100％的氧气，其生产技术指标如下：
氧气消耗量：350Nm3/tHM
焦比：225kg/tHM
喷吹用煤：237kg/tHM
冷固结含碳球团用煤：225kg/tHM
理论燃烧温度：2185℃
炉顶煤气量：1600Nm3/tHM
炉顶煤气成分：H2：5.71％，CO：45.20％，CO2：38.95％，N2：0.33％
实施例3
经理论计算，在高炉上使用70％配碳量为20％的冷固结含碳球团作为入炉原料，并从风口鼓入100％的氧气，其生产技术指标如下：
氧气消耗量：350Nm3/tHM
焦比：220kg/tHM
喷吹用煤：230kg/tHM
冷固结含碳球团用煤：295kg/tHM
理论燃烧温度：2220℃
炉顶煤气量：1600Nm3/tHM
炉顶煤气成分：H2：5.35％，CO：47.28％，CO2：36.75％，N2：0.35％

Claims (2)

1.一种冷固结含碳球团氧气高炉炼铁方法，其特征是工艺过程如下：
1).以0～30％的烧结矿、70～100％的冷固结含碳球团作为炼铁原料，以焦炭作为高炉燃料，其中吨铁焦炭用量在200～250kg/tHM；含碳球团的碳含量在1～20％之间，TFe含量在50～65％之间；含碳球团平均抗压强度在1000～2000N/个；
2).向高炉中鼓入常温氧气，氧气用量为吨铁200～500Nm3/tHM，富氧率为40％～100％；
3).在炉身下部设一排风口，喷吹脱除CO2的高温煤气，温度700～1000℃，补偿氧气高炉所带来煤气量减少、煤气水当量不够的问题；炉身煤气循环量整个高炉炉顶煤气量的1/5～1/3；即100～500Nm3/tHM，炉身循环煤气成分为：CO2：0～3％，CO：30～70％，H2：0～10％，N2：0～10％，其余：0～10％；另外高炉从风口喷吹部分炉顶煤气，起到降低氧气高炉风口理论燃烧温度的目的；风口煤气循环量为：100～300Nm3/tHM，风口循环煤气成分为：CO2：10～50％，CO：10～50％，H2：0～10％，N2：0～10％，其余：0～10％。
2.如权利要求1所述，冷固结含碳球团氧气高炉炼铁工艺设备包括：上料系统、高炉重力除尘器、高炉布袋除尘器、煤气加压装置，CO2脱除装置、煤气预热装置，氧气制备装置。
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