CN102676722A

CN102676722A - 熔融气化炉的冶炼方法

Info

Publication number: CN102676722A
Application number: CN2011100572810A
Authority: CN
Inventors: 林金嘉; 熊林; 李建; 朱锦明; 况志华; 胡双柏; 徐万仁; 周海忠
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Xinjiang Bayi Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: CN102676722B

Abstract

本发明公开了一种熔融气化炉的冶炼方法，该方法包括原燃料装入、设置风口氧枪、通过燃烧产生煤气的同时进行还原冶炼，该方法还包括通过输氮管道输入氮气，并与氧气混合后一起通过风口吹入炉内，从而控制降低风口区域的温度，减少纯氧鼓风冶炼炉风口破损，延长风口的使用寿命。

Description

熔融气化炉的冶炼方法

技术领域

本发明涉及熔融还原冶炼工艺，更具体地说，涉及一种熔融气化炉的冶炼方法。

背景技术

请参阅图1所示，在熔融还原炼铁工艺中(以下简称为COREX)，由于采用的是在风口1处连接氧枪3并通过氧气管道4进行纯氧鼓风，其风口1氧气流量要小于高炉的热风(富氧)鼓风，导致鼓风动能下降。根据COREX回旋区2深度的经验公式计算，风口回旋区2深度只有0.7～0.8米左右，小于同炉缸直径的热风(富氧)鼓风高炉1.5米左右的回旋区2深度。同时，由于COREX采用纯氧鼓风，其风口1理论燃烧温度高达3900℃左右，远高于传统热风(富氧)鼓风高炉2200℃左右的风口1理论燃烧温度。根据辐射传热方程，辐射热为温度四次方的函数，COREX回旋区2火焰辐射热为高炉的10倍，再加上回旋区深度较短，致使火焰烽面更靠近风口1，风口1所处工作环境极为恶劣，风口容易破损，平均每月风口破损11个，最高时一个月风口破损高达30个。由于风口1破损导致的休风占总休风时间的17.67％，风口1大量、频繁破损不仅严重影响了COREX生产稳定、铁水产量、煤气需求和公司物流平衡，而且极大地增加了燃料消耗、检修费用和生产备件消耗，给COREX生产成本造成了很大压力，极大地削弱了COREX的市场竞争力。

为提高COREX纯氧风口1的使用寿命，目前国外主要是从降低入炉块煤的粉率、提高半焦床透液性、降低单风口熔炼强度等方面进行改进，取得了一定的效果，但风口1使用寿命依然较短。而国内在延长纯氧风口1使用寿命方面，采取了加大冷却强度、使用喇叭口形状以及在风口1前端镶嵌耐高温陶瓷和合金等措施，但都未能有效延长风口1使用寿命。

综上所述，COREX纯氧风口1的容易破损问题一直困扰着各大采用熔融还原炼铁工艺的钢铁企业，始终都无法得到有效的解决。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的是提供一种熔融还原冶炼工艺，用以减少纯氧鼓风冶炼炉风口破损，延长风口的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

该熔融气化炉的冶炼方法包括以下具体步骤：

A.在熔融气化炉顶部加入冶炼原料和燃料；

B.在熔融气化炉下部的风口处设置连有氧气管道的氧枪，并通过氧枪从风口向炉内吹入氧气；

D.氧气和燃料在风口区域燃烧产生供给冶炼过程的热量，并产生还原煤气从炉顶排出，冶炼后的物料向下进入炉底形成炉渣和铁水排出；

其特征在于：

还包括步骤C.在氧气管道上连接一氮气管道，通过输入氮气并与氧气混合一起吹入炉内，用以降低风口前端的燃烧温度。

在步骤C中，所述的氮气管道与氧气管道的直径比为1/5～1/3，氮气管道与氧气管道间的设置夹角为30°～50°，输入氮气压力为氧气压力的1.2～2倍。

在步骤C中，在风口吹入的氮氧混合气体中，氮气的百分比设定值N_r采用以下公式计算得到：

N_{r} = \frac{(G_{g} \times N_{l} - N_{f} \times 4) \times 100}{(G_{g} \times N_{l} - N_{f} \times 4) + O_{t}}

式中，G_g为1小时的发生煤气量；N_l为还原煤气中氮气的含量；N_f为1小时粉尘烧嘴的氮气用量；O_t为风口吹入的氧气量。

所述的氮气的百分比设定值N_r还满足以下条件：2％≤N_r≤10％。

所述的输入氮气的时间为与输入氧气同时，或者稍晚于输入氧气的时间。

在上述技术方案中，本发明的熔融气化炉的冶炼方法包括原燃料装入、设置风口氧枪、通过燃烧产生煤气的同时进行还原冶炼，该方法还包括通过输氮管道输入氮气，并与氧气混合后一起通过风口吹入炉内，从而控制降低风口区域的温度，减少纯氧鼓风冶炼炉风口破损，延长风口的使用寿命。

附图说明

图1是现有技术的熔融气化炉的冶炼原理示意图；

图2是本发明的熔融气化炉的冶炼方法的流程框图；

图3是本发明的氮气管道的设置结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图2所示，本发明的熔融气化炉的冶炼方法与现有技术相同的部分包括以下几个主要步骤，在熔融气化炉顶部加入冶炼原料和燃料；在熔融气化炉下部风口处设置连有氧气管道的氧枪，并通过氧枪从风口向炉内吹入纯氧；氧气和燃料在风口区域燃烧产生供给冶炼过程的热量，并产生还原煤气从炉顶排出，供原料预还原竖炉使用，冶炼后的物料向下进入炉底形成炉渣和铁水排出。请结合图3所示，不同的是，本发明还包括在氧气管道4上连接一氮气管道5，通过输入氮气并与氧气混合一起后由氧枪3并通过风口1吹入炉内，用以降低风口1前端的燃烧温度的步骤。该输入氮气的时间为与输入氧气同时，或者稍晚于输入氧气的时间。该氮气管道5与氧气管道4的直径比为1/5～1/3，氮气管道5与氧气管道4间的设置夹角为30°～50°，输入氮气压力为输入氧气压力的1.2～2倍。

由于氮气进入熔融气化炉后不和回旋区内的焦炭或半焦燃烧产生热量，根据下面理论燃烧温度计算公式(1)可知，由风口吹入的氮气量和理论燃烧温度成反比，增加风口氧气中的氮气含量可以有效降低风口前端的理论燃烧温度，降低燃烧的高温火焰对风口的辐射传热，改善风口所处工作环境。

T_{g} = \frac{\frac{110540 C}{12} + Q - q}{\frac{38.65 C}{12} + \frac{35.45 H}{2} + \frac{38.53 N}{28} + \frac{38.53 N^{*}}{22.4} + A} \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot (1)

式1中：C为1kg燃料在风口前燃烧的碳含量；H为1kg燃料在风口前燃烧的氢含量；N为1kg燃料在风口前燃烧的氮含量；N*为1kg燃料在风口前燃烧时对应的吹入氮气量；A为1kg燃料在风口前燃烧的灰分含量；q为挥发分分解热；Q为进入回旋区燃料(半焦)的物理热。

以下是输氮百分比的计算原理：

在风口吹入的氮氧混合气体中，氮气的百分比设定值N_r采用以下公式计算得到：

N_{r} = \frac{(G_{g} \times N_{l} - N_{f} \times 4) \times 100}{(G_{g} \times N_{l} - N_{f} \times 4) + O_{t}} \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot (2)

式2中，G_g为1小时的发生还原煤气量；N_l为还原煤气中氮气的百分比含量；N_f为1小时粉尘烧嘴的氮气用量；O_t为风口吹入的氧气量。在此需要说明的是，炉内氮气除了有风口吹入的以外，还有在粉尘烧嘴处有氮气输入，其作为粉尘吹入的载气。

根据实际使用经验，由风口吹入的混合气体中氮气的最小百分比应为2％。但由于氮气不是还原性气体，过多的吹入氮气会使还原煤气的还原能力下降，根据原料预还原竖炉对还原煤气中氮气含量的限制，由风口吹入的混合气体中氮气的最大百分比应为10％。因此，上述氮气的百分比设定值N_r还应以下条件：2％≤N_r≤10％，这样才能保证COREX工艺中的还原效果。

在熔炼率、燃料比和由风口吹入混合气体中氮气的百分比N_r一定时，通过以下公式可得到：

N^{*} = \frac{Q_{t} \times N_{r}}{(100 - N_{r}) \times H_{mr} \times F_{r}} \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot (3)

式3中：N_r为由风口吹入气体中氮气所占的百分比；O_t为风口吹入的氧气量；H_mr为熔炼率；F_r为燃料比。

将N^*代入上述公式1中，即可得到与风口氮气含量N_r相对应的风口区域理论燃烧温度值T_g。

下面进行具体举例说明：

实施例1

还原煤气中氮气的百分比含量为1.5％时，基本炉况参数和入炉燃料的成分如表1、表2所示：

表1基本炉况参数

	熔炼率t/h	燃料比kg/tHM	风口氧量Nm3/h
				参数	120	1000	48000

表2燃料的工业和化学分析，wt％

根据公式(2)计算可得：由风口吹入气体中氮气的百分比N_r为2％。

根据公式(1)和公式(3)计算可得：理论燃烧温度为3813℃，较不混吹氮气时的3838℃下降了25℃，试验，风口连续3个月不损坏。

实施例2

还原煤气中氮气的百分比为3.5％时，基本炉况参数和入炉燃料的成分如表3、表4所示：

表3基本炉况参数

	熔炼率t/h	燃料比kg/tHM	风口氧量Nm3/h
				参数	120	1000	48000

表4燃料的工业和化学分析，wt％

根据公式(2)计算可得：由风口吹入气体中氮气的百分比N_r为5％。

根据公式(1)和公式(30)计算可得：理论燃烧温度为3774℃，较不使用氮气时的3838℃下降了64℃，试验中，风口连续4个月不损坏。

实施例3

还原煤气中氮气的百分比为5％时，基本炉况参数和入炉燃料的成分如表5、表6：

表5基本炉况参数

	熔炼率t/h	燃料比kg/tHM	风口氧量Nm3/h
				参数	120	1000	48000

表6燃料的工业和化学分析，wt％

根据公式(2)计算可得：由风口鼓入气体中氮气的百分比N_r为10％。

根据公式(1)和公式(3)计算可得：理论燃烧温度为3706℃，较不使用氮气时的3838℃下降了132℃，试验中，风口连续4个月不损坏。

综上所述，本发明的熔融气化炉的冶炼方法具有以下优点：

一、将氮气与氧气一起由风口吹入气化炉，可降低风口前端理论燃烧温度，改善风口所处工作环境，延长风口使用寿命；

二、可以减少休风时间，提高作业率，降低燃料消耗、检修费用和生产备件消耗，实现降本增效；

三、可以稳定生产，减少铁水质量波动，提高铁水质量合格率；

四、适当增加吹入熔融气化炉的氮气量可以弥补过剩煤气的不足，有利于稳定工厂压力；

另外，本发明的熔融气化炉的冶炼方法还可以应用于其它采用纯氧鼓风的填充床型炼铁工艺，如其他型号的COREX炼铁工艺和FINEX炼铁工艺等。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims

1.一种熔融气化炉的冶炼方法，包括以下具体步骤：

A.在熔融气化炉顶部加入冶炼原料和燃料；

其特征在于：

2.如权利要求1所述的熔融气化炉的冶炼方法，其特征在于：

3.如权利要求1所述的熔融气化炉的冶炼方法，其特征在于，

N_{r} = \frac{(G_{g} \times N_{l} - N_{f} \times 4) \times 100}{(G_{g} \times N_{l} - N_{f} \times 4) + O_{t}}

4.如权利要求3所述的熔融气化炉的冶炼方法，其特征在于，

5.如权利要求1所述的熔融气化炉的冶炼方法，其特征在于：