CN102242230A - 一种生石灰粉喷吹方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生石灰粉喷吹方法。本发明提供的生石灰粉喷吹方法包括将生石灰粉与压缩气体混合之后，输送到高炉或者制气炉的风口前，并喷吹到高炉或者制气炉的炉膛内的步骤。通过采用本发明提供的生石灰粉喷吹方法，能够避免从炉顶加入CaCO3在炉内发生分解反应消耗焦炭等、消耗热量，喷入生石灰粉每58kg/(吨铁)大约可以简约焦比约53kg/(吨铁)，大大降低能源消耗，能够为提高高炉冶炼效率和节约生产成本发挥重要作用，而且可以避免CaCO3在炉内发生分解反应产生的CO2影响煤气质量，避免在高温区CaCO3在炉内发生分解反应产生的CO2与碳素发生溶解反应。喷吹CaO粉末达到冶炼要求，同时也可以避免CaCO3在炉内分解、溶解碳素反应发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁冶金炼铁行业所采用的生石灰的添加方法，尤其涉及生石灰粉喷吹方法。
背景技术
在高炉或制气炉的冶炼条件下，脉石及灰分不能熔化，必须加入熔剂，使其与矿石脉石和灰分作用生成低熔点化合物，形成流动性好的炉渣，实现渣铁分离并自炉内顺畅排出。通过调节炉渣成分，可以使之具有保证生铁质量所需的性能，例如造碱性渣脱硫，调节炉渣碱度控制硅、锰的还原等。一定碱度的炉渣，如R＝CaO/SiO2＝1.0-1.2，可去除生铁中有害杂质硫，提高生铁质量。总之，通过调节炉渣成分具有促进有益元素和抑制有害元素还原的职能。
随着高炉或制气炉冶炼入炉原料的矿焦比加大，尤其是随着入炉原料的球团矿比例增大，需要在冶炼过程(高炉或制气炉生产过程)中加入碱性物料。高炉或制气炉主要采用碱性熔剂，如石灰石(CaCO3)、白云石(CaCO3·MgCO3)等。目前高炉或制气炉以造渣为目的加入石灰石等碱性物料主要有以下途径：
通过烧结矿配入一定量的石灰石等碱性物料，通过提高烧结矿碱度满足高炉冶炼要求，该方法是从熟料烧结中带入碱性物料；
通过炉顶上料与原料一起加入石灰石；
通过在煤粉中混入一定量的CaO或MgO，提高煤粉燃烧率，对高炉或制气炉冶炼提供少量碱性熔剂。
但是，上述方式存在以下一些不足：
1、高炉或制气炉冶炼采用烧结矿和球团矿炉料结构，通过烧结矿配入石灰石，由于受烧结矿理化性能指标控制，烧结矿配入石灰石量受到限制。
2、高炉或制气炉冶炼采用全部球团矿冶炼或球团矿配入部分块矿冶炼，由于入炉原料全部为酸性原料或低碱度原料，必须在高炉和制气炉冶炼过程中加入碱性熔剂CaO，但由于CaO为粉末，无法直接加入，只能通过炉顶加入CaCO3碱性杂矿。
CaCO3在炉内冶炼过程如下(具体反应如图1所示)：
第一步：在温度达到700℃时，石灰石(CaCO3)开始分解：
CaCO3＝CaO+CO2 -178.0KJ/mol
第二步：在温度达到900℃时，石灰石高温区分解产生的CO2与固体碳发生碳素溶解损失反应，此反应吸收高温区热量、并消耗碳素。
CaCO3＝CaO+CO2 -178.0KJ/mol
CO2+C＝2CO -165.8KJ/mol
由此可见，从高炉或制气炉炉顶加入石灰石等碱性杂矿会引起高炉消耗焦炭增多，增加生产成本，降低生产效率，降低炉顶煤气热值。通过炉顶加入的石灰石分解时，其表面分解生成的CaO层导热性极差，中心部分尚未分解便进入高温区，其结果是不仅其本身分解吸热，而且产物CO2发生焦炭溶损反应也吸热，对低温区铁氧化物的还原产生非常不利的影响。
3、通过在煤粉中混入一定量的CaO或MgO，主要目的是提高煤粉燃烧率，可对高炉或制气炉冶炼提供少量碱性熔剂。该工艺加入CaO是以提高煤粉燃烧率为目的，与煤粉一同喷入炉内，CaO数量配比与煤粉喷吹量有关，喷入量无法任意调节，由于喷入CaO数量少，对炉渣调节作用不大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于高炉/制气炉冶炼的生石灰添加方法以及喷吹系统，该喷吹方法以及喷吹系统在高炉/制气炉的风口之前添加生石灰粉，具有冶炼效率高，生产成本低等特点。
为达到上述目的，本发明首先提供了一种生石灰粉喷吹方法，其包括将生石灰粉与压缩气体混合之后，输送到高炉或者制气炉的风口前，并喷吹到高炉或者制气炉的炉膛内的步骤。
本发明所提供生石灰粉的喷吹方法喷吹生石灰粉末是以造渣为目的，通过从风口前喷吹生石灰粉可以避免从炉顶加入CaCO3对高炉或制气炉所带来的不利影响，而且，采用这种喷吹方式还可以通过控制喷吹作业的开始与停止，以随时控制CaO的喷入量。
根据本发明的具体技术方案，优选地，上述生石灰粉喷吹方法包括以下具体步骤：
将生石灰粉送入生石灰粉仓内，再使其进入喷吹罐并与压缩气体混合，然后通过输送总管(包括喷吹管道和喷吹主管)、分配器将生石灰粉与压缩气体的混合物输送到高炉或者制气炉的风口前，通过喷吹装置将生石灰粉与压缩气体的混合物喷吹到高炉或者制气炉的炉膛内。
根据本发明的具体技术方案，优选地，上述生石灰粉喷吹方法还包括在生石灰粉与压缩气体混合之前，对压缩气体进行加热的步骤。
根据本发明的具体技术方案，优选地，上述生石灰粉喷吹方法中，对压缩气体进行加热的步骤为将贮气罐中的压缩气体通过气体管道输送到喷吹罐使其与生石灰粉混合，通过设置在气体管道上的加热器对压缩气体进行加热。
根据本发明的具体技术方案，优选地，上述生石灰粉喷吹方法中，生石灰粉的喷吹量按照以下公式确定：
其中，Ф为喷吹CaO用量，单位为kg/s；
R为高炉或制气炉中冶炼所需要的碱度；
A为第(time-T，time-T+t)区间内加入的炉矿的批次用量，单位为kg；
K为第(time-T，time-T+t)区间内加入的炉焦的批次用量，单位为kg；
T为高炉或制气炉的冶炼周期，单位为s；
t为上料周期，单位为s；
time为高炉或者制气炉生产用的日历时间；
SiO2矿、SiO2焦、SiO2煤和SiO2熔分别为矿石、焦炭、煤粉和生石灰粉中SiO2的含量，单位为kg；
CaO矿、CaO焦、CaO煤和CaO熔分别为矿石、焦炭、煤粉和生石灰粉中CaO的含量，单位为kg；
(SiO2)r为1个批次中Si还原消耗的SiO2的量，单位为kg；
M为喷煤量，单位为kg/s。
上述生石灰粉喷吹方法中，风口前的生石灰粉的喷吹量通常在2t/h到30t/h之间，需要独立的喷吹入口装置(即喷吹装置)，优选地，本发明采用的喷吹装置为一风口直吹管，该风口直吹管包括一本体、一生石灰粉喷枪和一煤粉喷枪。更优选地，该风口直吹管的本体为圆锥形，其中心具有一通孔，该通孔是向炉内鼓入热空气的通道；生石灰粉喷枪和煤粉喷枪设置通孔的孔壁内，并且，石灰粉喷枪和煤粉喷枪的末端与通孔连通。在上述喷吹装置中，生石灰粉喷枪与煤粉喷枪可以成中心对称方式进行设置。在使用中，喷枪出口与风口小套出口的距离为约200-250mm，生石灰粉喷枪与煤粉喷枪出口的射流速度可以控制为80-120m/s。与现有的喷枪相比，采用本发明提供的这种喷吹装置可实现煤粉射流与喷吹生石灰粉射流混合，生石灰粉与煤粉射流中的灰分在进入炉内时，会形成低熔点物质，能够有效地防止煤粉中的灰分高温结壳，提高煤粉燃烧率。
根据本发明的具体技术方案，优选地，上述生石灰粉喷吹方法中，生石灰粉喷枪和煤粉喷枪与风口直吹管的中心线(即通孔的中心线)成10°-12°夹角。通过控制喷枪与风口直吹管之间的角度可避免射流对风口小套磨损，利于生石灰粉和煤粉混合。
本发明还提供了一种生石灰粉喷吹系统，其包括喷吹装置、喷吹支管、分配器、喷吹主管、喷吹罐、生石灰粉仓、贮气罐、气体管道和喷吹管道，其中，
生石灰粉仓设有生石灰粉进料口，并且通过管道与喷吹罐连接；在该系统中，可以设置两个以上的喷吹罐，分别与生石灰粉仓连接，轮流进行作业；
喷吹罐通过喷吹管道以及喷吹主管连接到分配器，然后通过喷吹支管连接到喷吹装置；喷吹管道和喷吹主管连接在一起，并且设有阀门，而且，可以在喷吹管道上设置流量检测和调节装置，用于控制流量；
喷吹装置设置在制气炉或高炉的风口前；该喷吹装置可以上述的风口直吹管；
贮气罐通过气体管道分别连接到喷吹罐的顶部以及底部。
在上述喷吹系统中，各个管道上都可以设置有相应的阀门，以控制各个管道的通断。
贮气罐提供中压气源，压力可以根据喷吹管道和喷吹主管的长度确定，一般控制为0.8-1.2MPa；喷吹罐的最大操作压力低于贮气罐压力约0.2MPa。
当喷吹系统设有两个以上的喷吹罐时，贮气罐也分别通过不同的气体管道与每个喷吹罐连接。
以设置两个喷吹罐为例，贮气罐中的压缩气体分为两部分进入喷吹系统，一部分从贮气罐罐前的出口离开，通过气体管道进入一个喷吹罐底部与生石灰粉混合，同时进入喷吹管道的起始端，以提高管道内物料的输送速度；另一部分压缩空气从贮气罐后端的出口引出，通过气体管道进入喷吹罐顶部，以补充喷吹罐内粉料喷吹之后增大的气体空间。喷吹罐内的生石灰粉与压缩空气主要在喷吹罐底部处混合，并主要在罐内压力的作用下被压入喷吹管道。
在本发明提供的上述喷吹系统中，优选地，气体管道上还可以设有加热器。
通过采用本发明提供的生石灰粉喷吹方法，能够避免从炉顶加入CaCO3在炉内发生分解反应消耗焦炭、消耗热量等问题，喷入生石灰粉每58kg/(吨铁)可以节约焦比约53kg/(吨铁)，大大降低能源消耗，能够为提高高炉冶炼和节约使用成本发挥重要作用，而且可以避免CaCO3在炉内发生分解反应产生的CO2影响煤气质量，避免在高温区CaCO3在炉内发生分解反应产生的CO2与碳素发生溶解反应，喷吹生石灰粉末达到冶炼要求，也可以避免CaCO3在炉内分解、溶解碳素反应发生。同时，采用本发明提供的生石灰粉喷吹方法，能够提高高炉、制气炉排出的煤气质量，提高炉顶煤气热值，还能够提高高炉、制气炉的生产效率。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1为CaCO3在高炉内的冶炼过程示意图；
图2为实施例1提供的喷吹系统的结构示意图；
图3为实施例1所采用的风口直吹管的剖视示意图；
图4为实施例1所采用的风口直吹管的剖视示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现参照说明书附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种生石灰粉喷吹系统，其结构如图2所示，该喷吹系统包括：
喷吹装置2、喷吹支管3、分配器4、喷吹主管5、喷吹罐6、生石灰粉仓7、贮气罐11、第一气体管道12、第二气体管道13和喷吹管道15；其中，
生石灰粉仓7的顶部设有生石灰粉的入口，其底部通过两条管道分别与两个喷吹罐6连接；两个喷吹罐6轮换工作，一个进行喷吹作业，另一个进行装料倒灌；
喷吹罐6的中部与喷吹管道15连接，并通过喷吹管道15、喷吹支管5连接到分配器4，分配器4通过喷吹支管3连接到喷吹装置2，分配器4右侧表示为另一喷吹支管接口；喷吹罐6上设有电子秤10，用于称重喷入炉内的生石灰粉的重量；喷吹管道15上设有流量检测和调节装置9，通过喷吹罐6内压力和流量检测和调节装置(例如喷吹管道调节阀)9的开度控制喷吹量；
喷吹装置2设置在制气炉/高炉1的风口之前，并且，该喷吹装置2为一风口直吹管，其可以包括一本体23、一生石灰粉喷枪21和一煤粉喷枪22，其结构如图3和图4所示，其中，图3为图4的A-A向剖视图，图4为图3的C-C向剖视图。从图中可以看出，本体23为锥形，锥形的尖端通过风口伸入高炉/制气炉的炉膛内部，本体23的中心具有一通孔，生石灰粉喷枪21和煤粉喷枪22设置在本体23中靠近外侧的部分，并且，二者与通孔的中心线成10-12°夹角，其末端与上述通孔连通，用于将生石灰粉喷入炉膛内；
贮气罐11分别与两个喷吹罐6连接，其中，贮气罐11的后端出口通过第一气体管道12分别连接到两个喷吹罐6的顶部，贮气罐11的前端出口通过第二气体管道13分别连接到两个喷吹罐6的底部14；贮气罐11的左侧设有一外来气源接口，可以根据本领域的常规方式进行设置；
第一气体管道12和第二气体管道13上分别设有加热器8，用于对压缩气体进行加热；而且，第一气体管道12可以具有两个支管，分别连接到生石灰粉仓7的顶部和底部，第二气体管道13可以具有一个支管，连接到生石灰粉仓7的顶部，通过这些支管，可以引导一部分气体进入生石灰粉仓中，起到流化粉仓内粉料作用，提高下料速度。
实施例2
本实施例提供一种高炉/制气炉风口前喷吹生石灰粉的方法，其是采用图2所示的喷吹系统实现的，具体包括以下步骤：
将合格的石灰石细粉用压力吸排车运输，并将其贮存到石灰粉仓7内；石灰石细粉通过管线进入喷吹罐6，同时，由第一气体管道12输送过来的压缩气体也进入喷吹罐6，对喷吹罐6进行充压，并在喷吹罐6中与石灰石细粉混合形成二者的混合物；
在喷吹罐6中完成混合的气体与石灰石细粉的混合物通过喷吹管道15、喷吹主管5、分配器4和喷吹支管3进入风口前的喷吹装置2，并由喷吹装置2将其喷吹入制气炉/高炉的炉膛内部。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生石灰粉喷吹方法，其包括将生石灰粉与压缩气体混合之后，输送到高炉或者制气炉的风口前，并喷吹到高炉或者制气炉的炉膛内的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其包括以下步骤：
将生石灰粉送入生石灰粉仓内，再使其进入喷吹罐并与压缩气体混合，然后通过输送总管、分配器将生石灰粉与压缩气体的混合物输送到高炉或者制气炉的风口前，通过喷吹装置将生石灰粉与压缩气体的混合物喷吹到高炉或者制气炉的炉膛内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其还包括在生石灰粉与压缩气体混合之前，对压缩气体进行加热的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，对压缩气体进行加热的步骤为将贮气罐中的压缩气体通过气体管道输送到喷吹罐使其与生石灰粉混合，通过设置在气体管道上的加热器对压缩气体进行加热。
5.根据权利要求2或4所述的方法，其中，所述生石灰粉的喷吹量按照以下公式确定：
Ф为生石灰粉的喷吹量，单位为kg/s；
R为高炉或制气炉中冶炼所需要的碱度；
A为第(time-T，time-T+t)区间内加入的炉矿的批次用量，单位为kg；
K为第(time-T，time-T+t)区间内加入的炉焦的批次用量，单位为kg；
T为高炉或制气炉的冶炼周期，单位为s；
t为上料周期，单位为s；
time为高炉或者制气炉生产用的日历时间；
SiO2矿、SiO2焦、SiO2煤和SiO2熔分别为矿石、焦炭、煤粉和生石灰粉中SiO2的含量，单位为kg；
CaO矿、CaO焦、CaO煤和CaO熔分别为矿石、焦炭、煤粉和生石灰粉中CaO的含量，单位为kg；
(SiO2)r为1个批次中Si还原消耗的SiO2的量，单位为kg；
M为喷煤量，单位为kg/s。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述喷吹装置为一风口直吹管，该风口直吹管包括一本体、一生石灰粉喷枪和一煤粉喷枪。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述风口直吹管本体为圆锥形，其中心具有一通孔，所述生石灰粉喷枪和煤粉喷枪设置在所述通孔的孔壁内，并且，所述生石灰粉喷枪和煤粉喷枪的末端与所述通孔连通。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述生石灰粉喷枪和煤粉喷枪与所述风口直吹管的中心线成10°-12°的夹角。
9.一种生石灰粉喷吹系统，其包括喷吹装置、喷吹支管、分配器、喷吹主管、喷吹罐、生石灰粉仓、贮气罐、气体管道和喷吹管道，其中，
所述生石灰粉仓设有生石灰粉进料口，并且通过管道与所述喷吹罐连接；
所述喷吹罐通过所述喷吹管道以及喷吹主管连接到所述分配器，然后通过所述喷吹支管连接到所述喷吹装置；
所述喷吹装置设置在制气炉或高炉的风口前；
所述贮气罐通过所述气体管道分别连接到所述喷吹罐的顶部以及底部。
10.根据权利要求9所述的生石灰粉喷吹系统，其中，所述气体管道上设有加热器。
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