CN102041348A - 利用转炉进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用转炉进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业试验方法。对炼钢转炉进行改造：将转炉碱性内衬换为抗酸性、抗氧化性的耐火材料，在转炉炉口加数根喷枪，用于喷吹粉状炉料入炉。在首次冶炼时，为避免冷启动问题，可在转炉内加入少量高炉铁水启动熔融还原反应，出铁排渣后，留少量炉渣作为下次启动热量。必要时，可进行溅渣护炉操作。在冶炼过程中，由于炉渣含有大量CO气泡而膨胀。熔池受到氧气射流的强烈冲击和熔池沸腾的作用，一部分钢液飞溅起来，成为金属液滴弥散在熔渣中，形成气-渣-金属乳化相，提高了二次燃烧率和热传导，其泡沫渣的高度可以通过配入原料、氧枪高度等控制。此方法的发明对开发新型炼铁工艺有很大的促进作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用转炉进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业试验方法，属于能源与冶金技术领域。
背景技术
当今，中国经济飞速发展，现代化建设对钢铁的需求也持续增长。在年年压缩产量的压力下，国内的年钢产量依然快速增长，淘汰落后产能依然困难重重。近年来，国内外炼铁生产技术处于快速发展阶段，炼铁装备正在向大型化、自动化、高效化、长寿化、节能降耗、高效率方向发展。同时，钢铁企业已逐步加大环保方面的投入，向清洁生产方向发展。
高炉炼铁经过几百年的发展成为世界的主流工艺，然而其工艺流程长、投资大、对环境污染严重、操作灵活性差、对入炉原料选择性差，特别是焦煤资源的短缺和高炉系统的高能耗，阻碍了高炉炼铁的进一步发展。随着世界性焦煤日渐枯竭和对环保愈来愈严格的要求，采用非焦煤、矿石直接还原炼铁的新工艺受到各国的重视。熔融还原是用非焦煤直接生产出热态铁水的工艺，它具有高温化铁炉、还原反应快、对原料的限制条件少等特点，它可以使用块矿、球团、烧结矿及其混合物，对煤种的选择比较广泛，这种直接使用煤的特点使冶炼工艺成本低，能耗少，环境污染小，工艺流程简化且容易控制和实现自动化。如今，非高炉炼铁技术迅猛发展，COREX是唯一得以工业化的一项工艺，其它技术也逐渐日趋成熟。Rio-Tinto公司在澳大利亚西澳洲Kwinana已经建立第一家HIsmelt示范工厂，进入半工业化试产阶段。
在我国铁矿储量中，贫铁矿占总储量的98.1％。高炉对铁矿的要求比较高，使得我国诸多贫铁矿不能用于正常冶炼。然而当今国际铁矿石价格一路攀升，特别是2010年中钢协与三大矿山谈判失败，使得我国钢铁企业的生存更加困难。
所以，采用新冶炼技术开发我国现有的大量贫铁矿迫在眉睫，我国攀西地区储藏有几十亿吨的钒钛磁铁矿，另外云南地区也储藏有大量的高钛铁矿，这些铁矿在现有的高炉技术下，难以正常冶炼。采用富氧顶吹熔融还原技术冶炼已经被实验室试验验证具有较好的效果。利用熔融还原炉内的强氧化性气氛和钛氧亲和力高的特点使得钛在炉渣中富集，从而达到理想冶炼效果。然而其工业化还需要很长的路要走，在实验室试验成功的前提下，提出了利用改造过的炼钢转炉进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业试验方法，为其工业化做铺垫。
发明内容
本发明利用转炉进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业试验方法在实验室试验成功的前提下提出，为开发新型炼铁工艺做铺垫。此工艺的工业化有望替代高炉，从而有利于解决高炉炼铁技术能耗高、污染大、热效率低以及我国大储量贫铁矿在高炉难以冶炼的问题。
本发明的目的是对炼钢转炉进行改造，用来进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业化试验，为开发富氧顶吹熔融还原新型绿色炼铁工艺做铺垫。
为实现本发明的目的，采用以下技术方案：
一种利用转炉进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业试验方法，利用经过改造的转炉设备进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业化试验，其特征在于：将转炉内的碱性耐火材料替换为酸性或中性耐火材料，在转炉口增加喷枪数根，用于喷吹入炉，同时氧枪开始喷吹富氧，间歇性操作，在首次进行试验时，先加入少量高炉铁水，在达到反应温度时，再加炉料进行反应，其后，可在出铁后留有少量炉渣，并采用溅渣护炉技术。
所述碱性耐火材料为硅砖或刚玉砖烧成的油浸砖和镁碳砖。
所述在转炉口增加喷枪数，按照喷吹物料负荷添加数根喷枪。
所述炉料为粉状，为铁矿粉、煤粉和熔剂。
在冶炼过程中，其泡沫渣的高度可通过配入原料、氧枪高度等予以控制。
本发明的方法是：对炼钢转炉进行改造，将转炉内的碱性耐火材料替换为酸性或中性耐火材料，用以适合富氧顶吹熔融还原炼铁。其炉渣多为酸性氧化性渣，所以替换的耐火材料必须具备抗酸性、抗氧化性的能力。除此之外，在转炉口增加喷枪数根，用于喷吹炉料入炉。炉料铁矿、煤粉、熔剂等均为粉状，利于喷吹入炉，同时也可改善其反应动力学条件。另外，其操作和转炉炼钢一样，为间歇性操作，在首次进行试验时，为避免其冷启动问题，可先加入少量高炉铁水启动熔融还原反应，然后喷吹富氧和炉料。在检测铁水合格后，出铁排渣，必要时可采用溅渣护炉操作，保护炉衬，延长转炉使用寿命。在转炉内留有少量炉渣，作为下一炉启动热量来源。在冶炼的过程中，由于渣量比较大，所以在氧气射流的强烈冲击和熔池沸腾的作用下会形成气-渣-金属乳化相，从而提高二次燃烧率和热传导效率。
本发明的工业化试验流程如下：在改变耐火材料的转炉中，导入高炉铁水，使其热启动，然后利用增加的喷枪喷吹粉状炉料(铁矿粉，煤粉，熔剂)入炉，同时氧枪开始喷吹富氧，此时，氧枪喷出的富氧和炉料中的煤粉形成燃烧火焰强烈搅动熔池，在此搅拌下，炉料快速融入熔池进行还原反应。由于其还原反应熔池中有大量CO生成，炉渣也因含有大量CO气泡而膨胀，在CO浮出熔池后与富氧在熔池上方进行二次燃烧，燃烧的热量以辐射和热传导的方式传到熔池为熔融和还原反应持续提供热量。熔池受到氧气射流的强烈冲击和熔池沸腾的作用，一部分钢液飞溅起来，成为金属液滴弥散在熔渣中，形成气-渣-金属乳化相，提高二次燃烧率和热传导。其泡沫渣的高度可通过配入原料、氧枪高度等予以控制。在熔池中反应有：
2C+O2＝2CO
C+H2O＝CO+H2
CO+O2＝CO2
2H2+O2＝2H2O
3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO＝3FeO+CO2
FeO+CO＝Fe+CO2
3Fe2O3+H2＝2Fe3O4+H2O
Fe3O4+H2＝3FeO+H2O
FeO+H2＝Fe+H2O
6Fe2O3+C＝4Fe3O4+CO2
2Fe3O4+C＝6FeO+CO2
2FeO+C＝Fe+CO2
在检测铁水合格之后，进行出铁排渣，有必要时可进行溅渣护炉操作。留有少量热炉渣，作为下一炉启动的热量来源。
本发明在实验室试验的基础上提出利用转炉进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业试验，对富氧顶吹熔融还原炼铁工艺的工业化有很大的促进作用：此新型炼铁工艺的工业化有望替代高炉，从而有利于解决高炉炼铁技术能耗高、污染大、热效率低以及我国大储量贫铁矿在高炉难以冶炼的问题，而且此工艺工序简单，不需炼焦、烧结造球等工序，污染少，成本低。直接利用普通煤粉、粉矿即可，是一种符合科学发展观的绿色工艺。
具体实施方式
下面以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
实施例1
首先对转炉的内衬进行改造，用刚玉砖替代转炉中的镁白云石烧成油浸砖和镁碳砖，在对耐火材料要求不高的部位可以试着用其他造价便宜的硅砖替代。另外，在转炉炉口添加数根喷枪，用于喷吹粉状炉料入炉。对转炉改造完成后，开始转炉熔融还原试验：将炉料(铁矿，非焦煤，熔剂等)粉碎到可以用增设物料喷枪可以入炉的粒度，富氧程度可以根据需要而定。首先在转炉内加入少量铁水，避免转炉熔融还原冷启动的问题。然后用压缩空气喷吹炉料入炉，同时，氧枪开始喷吹富氧。氧枪喷出的富氧和炉料中的煤粉形成燃烧火焰强烈搅动熔池，在此搅拌下，炉料快速融入熔池进行还原反应。由于其还原反应熔池中有大量CO生成，炉渣也因含有大量CO气泡而膨胀，在CO浮出熔池后与富氧在熔池上方进行二次燃烧，燃烧的热量以辐射和热传导的方式传到熔池为熔融和还原反应持续提供热量。熔池受到氧气射流的强烈冲击和熔池沸腾的作用，一部分钢液飞溅起来，成为金属液滴弥散在熔渣中，形成气-渣-金属乳化相，提高二次燃烧率和热传导。在熔融还原冶炼反应的过程中，其泡沫渣的高度可通过配入原料、氧枪高度等予以控制。在检测铁水合格之后，进行出铁排渣，有必要时可进行溅渣护炉操作。留有少量热炉渣，作为下一炉启动的热量来源。
Claims (5)
1.一种利用转炉进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业试验方法，利用经过改造的转炉设备进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业化试验，其特征在于：将转炉内的碱性耐火材料替换为酸性或中性耐火材料，在转炉口增加喷枪数根，用于喷吹入炉，同时氧枪开始喷吹富氧，间歇性操作，在首次进行试验时，先加入少量高炉铁水，在达到反应温度时，再加炉料进行反应，其后，可在出铁后留有少量炉渣，并采用溅渣护炉技术。
2.根据权利要求1所述的利用转炉进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业试验方法，其特征是：所述碱性耐火材料为硅砖或刚玉砖烧成的油浸砖和镁碳砖。
3.根据权利要求1所述的利用转炉进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业试验方法，其特征是：所述在转炉口增加喷枪数，按照喷吹物料负荷添加数根喷枪。
4.根据权利要求1所述的利用转炉进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业试验方法，其特征是：所述炉料为粉状，为铁矿粉、煤粉和熔剂。
5.根据权利要求1所述的利用转炉进行富氧顶吹熔融还原炼铁的半工业试验方法，其特征是：在冶炼过程中，其泡沫渣的高度可通过配入原料、氧枪高度等予以控制。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20160420 Termination date: 20181101 |