CN101724721A - 一种生产热铁水工艺 - Google Patents

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邹忠平
陈映明
张昭贵
杨艳
郭隆
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Abstract

本发明属于冶金技术领域，特别是一种生产热铁水工艺。本发明是煤气化炉产生的高温还原气直接从高炉炉缸风口鼓入；原料场来的块矿/球团、石灰石/白云石及焦炭从高炉炉顶加入；从高炉炉顶导出的高炉煤气，经炉顶煤气干法除尘器净化处理；由铁口排放铁水及炉渣。本发明输出的产品为：优质热铁水、水渣、优质高炉煤气。高炉无煤粉喷吹系统、无热风炉系统、高炉风口部位造成强烈的还原性气氛回旋区，无粉尘、无废液、无废气排放。可广泛应用在于生产热铁水。

Description

一种生产热铁水工艺
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别是一种生产热铁水工艺。
背景技术
现代炼铁的主体高炉法炼铁无论从理论和技术上讲可以说发展到鼎盛时期，已达到十分完善的程度。但高炉炼铁法存在着必须使用焦炭、流程长、投资大、环境污染严重等缺点。
我国能源消耗以煤为主，大致占总能耗的70％。煤炭资源虽很丰富(已探明的可采量达6000亿吨以上)，但炼焦煤仅占6％，且分布不均(山西省炼焦煤资源占50％以上)。因此，我国炼铁生产的发展完全建立在大量消耗焦煤的基础上，显然是不现实的。炼焦煤的缺乏和人们对环保要求的提高，迫使人们开展炼铁新工艺研究。对于高炉炼铁法，由于喷煤技术的发展，特别是富氧(或全氧)大喷煤技术，将使高炉焦比大幅度降低(焦比降到300kg/t以下，煤比喷到200kg/t以上)，从而给高炉炼铁法注入了新的活力。但是，如果要进一步的降低焦比，如焦比降到200kg/t以下，煤比喷到300kg/t以上。其难度就显现出来了：其1为炉内热量表现不足；其2为炉内未燃煤增加。从而导致高炉操作困难。如果采用高效洁净煤气化炉和直接还原竖炉连接工艺，形成一种用非炼焦煤的粉煤生产海绵铁。海绵铁作为电炉生产优质钢的原料。此工艺是可行的，但存在着如下缺点：①海绵铁系固态，作为电炉生产优质钢的原料。因此生产海绵铁的含铁炉料必需是优质的块矿或球团，优质的块矿或球团在国内难以获得。②煤气化炉(如shell工艺)产生的高温还原气(1200-1700℃、含尘、含H2S)不能直接用于直接还原竖炉，必须降温、除尘、脱硫后才能送到直接还原竖炉使用。③煤气化炉(如shell工艺)产生的高温还原气加工成满足直接还原竖炉工艺要求的合格还原气的煤气处理工序极其复杂，而且耗资巨大。
熔融还原技术是钢铁工业的几项前沿高新技术之一，是一种用煤和矿生产热铁水的新工艺。由于该法有不用或少用焦炭、环境保护好、能耗低、投资省、应变能力强等特点，因而受到世界各国的关注。据统计，迄今熔融还原法已有35种之多，其中较有竞争价值的有13种。仅有COREX、FINEX、FINMET及HIsmelt等少数几种熔融还原工艺具备有工业生产规模。但到目前为止，只有COREX及FINEX炼铁法是已投入工业规模生产。COREX法炼铁采用块矿、球团或烧结矿为含铁炉料，直接用块煤作能源。铁氧化物的预还原及终还原分别在两个反应装置(即预还原竖炉和熔融气化炉)中进行。COREX装置中的熔融气化炉自带了一个所谓的“焦化厂”，即熔融气化炉中有一个煤的结焦过程，从而可在炉内形成一个所谓的焦炭床层，正因为有此焦炭层，才能提高铁水温度及对铁水成分进行控制，生产出类似于高炉的铁水。COREX装置存在着必须使用块煤及结构庞大的缺点。
FINEX是一种新的溶融还原工艺，该工艺使用非炼焦煤为能源和还原剂熔炼含铁粉矿生产类似高炉或COREX炉生产的热铁水。FINEX工艺是在COREX工艺的基础上发展起来的。该工艺分为两部份，首先采用流动床将矿粉还原成直接还原铁，然后利用COREX炉的熔融气化炉将固态海绵铁熔化、深度还原、提温、调整铁水成份，最终获得优质铁水，同时还能得到适宜温度及化学成份的优质还原煤气。FINEX工艺还存在着如下缺点：
a、FINEX工艺原料为含铁粉矿(-8mm的烧结含铁料)，FINEX流动床生产的粉状海绵铁需压块后才能加入COREX气化炉。
b、FINEX工艺仍然要使用块煤或粉煤压块。
本发明在高炉富氧(或全氧)大喷煤工艺、煤气化炉和直接还原竖炉连接工艺及COREX工艺的基础上创建出一种全新工艺，即煤气化炉和高炉连接工艺(煤造气外燃式环保型高炉)。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产热铁水工艺。本发明是煤气化炉产生的高温还原气直接从高炉炉缸风口鼓入；原料场来的块矿/球团、石灰石/白云石及焦炭从高炉炉顶加入；从高炉炉顶导出的高炉煤气，经炉顶煤气干法除尘器净化处理；由铁口排放铁水及炉渣。本发明输出的产品为：优质热铁水、水渣、优质高炉煤气；无粉尘、无废液、无废气排放。
本发明含铁炉料仅用普通块矿/球团(TFe≥49％)、可不用烧结、仅用少量焦炭(≤100kg/t)和煤气化炉产生的高温还原性气体生产优质热铁水工艺。煤气化炉(如shell工艺)产生的高温还原气(1200-1700℃、含尘、含H2S)不降温、不除尘、不脱硫直接从高炉炉缸风口鼓入，即用鼓入高温还原性气体完全代替高炉热风系统和煤粉喷吹系统。从而大幅度地降低焦炭使用量及铁水成本。
本发明是在高炉富氧(或全氧)大喷煤工艺、煤气化炉和直接还原竖炉连接工艺及COREX工艺的的基础上创建出的一种全新工艺，即煤气化炉和高炉连接工艺。煤气化炉(如shell工艺)产生的高温还原气(1200-1700℃、含尘、含H2S)不降温、不除尘、不脱硫直接从高炉炉缸风口鼓入，即用鼓入高温还原性气体完全代替高炉热风系统和煤粉喷吹系统。高温还原气入炉前用少量氧气，部份氧化被提温到∽2100℃。在风口处吹入的氧气量为≤100m3/t铁，特殊情况可以≥100m3/t铁。
仅用少量焦炭，焦炭用量≤100kg/t，特殊情况可以焦炭用量≥100kg/t。焦炭从炉顶装入，随炉料下降，焦炭在炉内下降的过程中，被高温还原煤气加热，炽热的焦炭(～1800℃。)浮在液态渣铁面上，形成炽热的动态焦炭床层。炽热的焦炭床层起着对通过床层的铁水及炉渣提温、对铁水渗碳等作用。含H2S的煤气化炉(如shell工艺)产生的高温还原气，在炉内煤气中的H2S被炉料所吸收，最终转移到炉渣。炉顶煤气清洗工艺采用干法除尘。煤气灰及本工艺各产尘点收集的粉尘，经粉尘喷吹系统喷入高炉。
本发明输出的产品为：优质热铁水、水渣、优质高炉煤气。高炉无煤粉喷吹系统、无热风炉系统、高炉风口部位造成强烈的还原性气氛回旋区，无粉尘、无废液、无废气排放。可广泛应用生产热铁水。
附图说明
附图为本发明的工艺流程图
其中，件1为高炉，件2为煤气化炉，件3为块矿/球团，件4为石灰石/白云石，件5为焦炭，件6为炉顶粗煤气管，件7为炉顶煤气干法除尘器，件8为TRT，件9为煤气灰下降管，件10煤气灰及粉尘收集罐，件11为煤气灰及粉尘喷吹罐，件12为粉尘输送管，件13为造气炉煤粉喷入系统，件14为造气炉供氧系统，件15为粉尘分配器，件16为混合器，件17为粉尘输送的氮气/煤气系统，件18为高炉风口，件19高温还原气管道，件20为铁水，件21为高炉炉渣，件22为造气炉炉渣，件23为高炉水冲渣系统，件24为造气炉水冲渣系统，件25为输出煤气用于CCPP，件26为输出煤气用于生产DRI，件27为输出煤气用于化工，件28输出煤气用于本工艺再循环系统，件29为氧气系统，件30为高炉铁口。件31为炉顶煤气加压系统。
具体实施方式
以下结合附图对实施例作进一步描述：
原料场来的块矿/球团3、石灰石/白云石4及焦炭5从高炉1炉顶加入。高炉1和煤气化炉2连接。煤气化炉2使用非炼焦粉煤(～800kg/t铁)13和氧气(～450m3/t铁)14生产高温还原气(1200-1700℃、含尘、含H2S)经还原气管道直接经高炉风口18吹入高炉1，高温还原气量约为1600m3/t铁。
在风口处吹入少量氧气(～100m3/t铁)29，将高温还原气提温到(～2100℃)。高温还原气在炉内向上运动，对高炉1炉顶加入的下降的炉料加热和对铁氧化物还原。仅用少量焦炭或用非焦煤加粘结剂生产型煤作为焦炭的替代品，焦炭用量≤100kg/t。焦炭5从炉顶装入，随炉料下降，焦炭在炉内下降的过程中，被高温还原煤气加热，形成炽热的动态焦炭床层(～1800℃)浮在液态渣铁面上。炽热的焦炭床层起着对通过床层的铁水及炉渣提温、对铁水渗碳等作用。
穿过炽热的焦炭床层的铁水和炉渣积蓄于高炉炉缸，实现铁水和炉渣分离及最终调整铁水成分，定期出铁。由铁口30排放铁水20及炉渣21。液态炉渣21在冲渣装置23中冲制成水渣。在煤气化炉2中积蓄的液态煤渣22流入冲渣装置24中冲制成水渣。
高温还原气在炉内尽量发挥间接还原的功能，其还原条件优于直接还原竖炉工艺，原则上除受热力学条件限制达不到还原必要条件外的铁氧化物，都能还原。其金属化率≥92％，即间接还原度≥92％。高温还原气在炉内上升的过程中除对高炉1炉顶加入的下降的炉料加热和对铁氧化物还原外，高温还原气中的H2S(0.15％，体积百分数)，将被下降的炉料吸收，带入炉渣。即高温还原气中的硫向炉料中转移，高炉炉料起着对高温还原气的脱硫作用。高温还原气完成在炉内的种种功能后成为高炉煤气，从高炉炉顶导出高炉煤气(～200℃、含H2S＜120ppm)，经高炉煤气导出管6引入炉顶煤气干法除尘器7。煤气灰经煤气灰下降管9引入煤气灰及粉尘收集罐10。本工艺各产尘点收集的粉尘经粉尘输送管12送入煤气灰及粉尘收集罐10。煤气灰及粉尘收集罐10将粉料装入煤气灰及粉尘喷吹罐11。喷吹罐中的粉料经混合器16、粉尘分配器15从高炉风口18喷入。粉尘助喷气体采用氮气或炉顶煤气加压气17。炉顶煤气加压气系统31还对煤气化炉2输出的高温还原气起着调温作用。
经干法除尘器7除尘后的煤气采用TRT8发电回收炉顶压能。件25-件28为输出煤气用途选项。件25为输出煤气用于CCPP，件26为输出煤气用于生产DRI，件27为输出煤气用于化工，件28输出煤气用于本工艺再循环系统。
本发明输出的产品为：优质热铁水、水渣、优质高炉煤气。高炉无煤粉喷吹系统、无热风炉系统、高炉风口部位造成强烈的还原性气氛回旋区，无粉尘、无废液、无废气排放。可广泛应用在于生产热铁水。

Claims (7)

1.一种生产热铁水工艺，其特征在于：煤气化炉产生的高温还原气直接从高炉炉缸风口鼓入；原料场来的块矿/球团、石灰石/白云石及焦炭从高炉炉顶加入；从高炉炉顶导出的高炉煤气，经炉顶煤气干法除尘器净化处理；由铁口排放铁水及炉渣。
2.根据权利要求1所述的生产热铁水工艺，其特征在于：高炉炉缸风口鼓入氧气。
3.根据权利要求1所述的生产热铁水工艺，其特征在于：经炉顶煤气干法除尘器收集的煤气灰及本工艺各产尘点收集的粉尘，在高炉炉缸风口采用氮气或经净化的炉顶煤气加压气经粉尘喷吹系统喷入高炉。
4.根据权利要求1所述的生产热铁水工艺及装置，其特征在于：使用少量焦炭或用非焦煤加粘结剂生产型煤作为焦炭的替代品从高炉炉顶加入，随炉料下降。
5.根据权利要求1所述的生产热铁水工艺及装置，其特征在于：经干法除尘器除尘净化后的煤气采用TRT发电回收炉顶压能；然后，输出煤气用于CCPP、用于生产DRI、用于化工和用于本工艺再循环系统。
6.根据权利要求1所述的生产热铁水工艺及装置，其特征在于：从高炉风口喷吹各种熔剂，如石灰石粉、白云石粉或熔剂和矿石混合粉。
7.根据权利要求1所述的生产热铁水工艺及装置，其特征在于：高炉的液态炉渣在冲渣装置中冲制成水渣；在煤气化炉中积蓄的液态煤渣流入冲渣装置中冲制成水渣。
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