CN102816885A - 炼铁炼钢直接熔融还原一体化高炉工艺 - Google Patents

Abstract

本发明炼铁炼钢直接熔融还原一体化高炉，矮胖型高压无料钟炉顶，石墨碳炉墙炉缸、绝热层，热风围管送风装制直吹管插氧、煤、精矿粉喷枪，风口下倾，氧枪侧底上倾均布炉缸；热电偶与电脑控制；2个钢口、2个渣口，4个支柱均布，高炉朝天管、与重除、布袋、静电除尘、悬链型球炉连接，高压鼓风机与冷风预热器，热风炉及围管相通。钢口与大沟、敝渣器、缓冲包、龙沟连铸连轧连接，覆盖吸热器，特点：一次性钢铁冶炼，直接熔融还原，节焦36％，减排90％，节水95％。

Description

炼铁炼钢直接熔融还原一体化高炉工艺

[0001] 技术领域本发明是一种炼铁炼钢直接熔融还原一体化高炉与连铸连轧机组成钢铁体系。

[0002] 其整个生产工艺流程是：由精矿粉——皮带I——球盘2——烘干螺旋隧道3——筛子4——皮带5——料仓7——振动筛8——称量料斗10——上料皮带11——无料钟炉

顶12——炉头13--布料器14——炉喉15——炼铁、炼钢直接熔融还原绝热侧底吹高炉

55——重力除尘44——布袋除尘系统39——静电除尘器38——悬链型球式热风炉41 ;炼 铁、炼钢直接熔融还原绝热侧底吹高炉55——大沟56——敝渣器57——缓冲包58--钢

水龙沟59——连铸连轧机冷凝器60——振动器61——二次冷却62——矫直机63——切割机64 ;钢水、渣池吸热器53和65--冷风预热系统51组成。

[0003] 背景技术传统冶金工艺不足之处是将炼铁、炼钢、直接熔融还原分为单独冶炼，造成能量分散，污染源增加，特别是炼钢污染和烧结污染最大，高炉冷却水用量较大，热损最高，这样人力物力、能源都不能集中利用，而且生产率低，能耗大，污染严重，影响气候变化。

[0004] 发明内容炼铁炼钢直接熔融还原一体化高炉循环利用热能，集中利用炼铁、炼钢、直接溶融还原的能源，全程绝热保温的最短钢铁工艺流程，用侧底吹炉缸代替转炉炼钢设备，用氧、煤、精矿粉喷枪连接直吹管于炉缸代替直接熔融还原炉，用绝热层代替高炉冷却设备，用吸热与预热分离器回收钢水、渣中物理热用于预热冷风，提高风温，并消除炼钢污染，直接熔融还原污染、烧结污染，是一个全方位的节能减排的钢铁工业体系。本发明的目的，可能通过以下措施来实现：精矿粉+煤粉+玻璃水进入皮带I到球盘2滚动粘结而成小20- 30含煤粉15 %、含玻璃水8 %、含石灰石粉+15 %的含煤球团，进入热风炉烟气螺旋隧道3烘干，被烘干后，经筛子4到皮带5与料仓7连接，含煤球团由料仓7下降到振动筛8，经过筛粉后结合炼铁配料计算，算出每吨铁所需的球团量，按每吨铁配加128kg左右的焦碳，进入称量料斗10，再下降到上料皮带11，运送到无料钟炉顶12，下降进入炉头13，经布料器14进入炉喉15，球团随煤气上升预热而逐步下降到软熔带18上方，含煤球团已变成多孔的氧化铁球团，再化成铁水进入炉缸31，而铁水32经过侧底氧枪多个和炉底中心正负氧枪37共同吹氧34和氧化钙粉、合金粉，按每吨铁水32吹氧34为60m3。炼铁炼钢直接熔融还原一体化高炉本体55，适合炉容500m3-5500m3的高径比在2. 7-1. 63之间，炼铁炼钢直接熔融还原一体化高炉55由炉缸31——炉腹——炉腰——炉身16均由石墨碳砖砌成，其荷重软化温度3500°C，炉身16上部采用碳硅质砖砌成炉墙16，其外侧用10-15cm绝热层17断绝炉墙16与外传热。炼铁炼钢直接熔融还原一体化绝热侧底吹高炉炉墙16与绝热层17相贴合，绝热层17最外层由钢壳69封闭，炉腰外部装有绝热性热风围管20，热风围管20与一套送风装制如：送风弯头21—波纹膨胀器直吹管22与石墨碳浇铸型风口 35相连接，并向下倾斜15° -18°与炉缸31相连通，同时氧、煤、精矿粉喷枪分为两个独立系统交叉与直吹管22连接与风口 35和炉缸31高温区相通。氧、煤、精矿粉喷枪是直接熔融还原的关键设备代替直接熔融还原铁炉于炉缸。

[0005] 在热风围管20上装有输氧管19含有氧化钙粉和合金粉，适合500-5500m3容积与20-48个细流氧枪25分别连接，而细流氧枪25从炉缸31侧底向上倾斜27°插入总数1/4数氧枪，另1/4数氧枪25从炉缸31侧底沿圆周方向内向上27°插入并与风口分别错开；而细流氧枪25采用旋转多孔喷头并用烃类汽化冷却；而炉缸31底部中心装正负氧枪37，即1/4+1/4数等于1/2总数氧枪为第一道防线设计，另1/2总数氧枪为第二道防线设计，同样均布。两出钢口 29在炉缸31底部水平圆周上，在两风口之间并与两渣口 33在炉缸圆周上，其夹角90°，渣口 33高出炉底1.33-2. 05m之间，风口 35为数20-48之间，高出炉底

2. 3-3. 42m之间，并均布炉缸31 —周，间距0. 8-1. Om之间，在炉身下部有4根支柱36均布炉外一周。高炉朝天管46由四根导出管45合并成两根，其上装放散阀47，阀47下方用下降管48和重力除尘器44—布袋除尘器系统39—静电除尘38——悬链型球式热风炉系统41连接。高压鼓风机通过4个冷风预热器51—悬链型球式热风炉41与热风围管20连接，围管20分别与弯头21——直吹管22——石墨碳浇铸型风口 35与炉缸31分别连通。

[0006] 炉外工艺高炉出钢口 31与大沟56——敝渣器57——缓冲钢包58——钢水龙沟59连接，钢水龙沟59与连铸连轧机冷凝器60——振动机构61——I次冷却区62——矫直机63—切割机64相连接。能量循环利用工艺：大沟5—缓冲钢包58采用循环吸热器53覆盖封闭吸收钢水物理热、连铸连轧机冷凝器60中气化冷却分别与冷风预热器51相连接，用于循环节能。钢渣池物理热采用渣池吸热器65与冷风预热器51相连接，形成循环节·能系统。炼铁炼钢直接熔融还原一体化绝热侧底吹高炉测温点和悬链型球式热风炉拱顶测温点热电偶及料仓下方机械控制分别与电脑70相连接。整个高炉操作经过探头电脑监控；与电路自动化控制相结合。

[0007] 附图说明图I是本发明含煤球团制作、烘干系统示意图I-皮带；2-球盘；

[0008] 3-烘干螺旋隧道；4_筛子；5_皮带；6_耐火材料保温层；I'-皮带；

[0009] 图2是本发明料仓、筛粉、称量、上料皮带结构7-料仓；8_振动筛；9_盛粉仓；10-称量料斗；11-皮带

[0010] 图3本发明无料钟炉顶11-上料皮带；12_无料钟炉顶；13_炉头；14_布料器。

[0011] 图4是本发明炼钢、炼铁、直接熔融还原绝热侧底吹高炉本体示意图：

[0012] 13-炉头；15_炉喉；16_炉墙；17-绝热层；18-软熔带；19-输氧管载氧化钙粉；20-热风围管；21_弯头；22_直吹管和膨胀器；23_氧、煤、精矿粉喷枪；24_氮气输送管；25-细流氧枪；26_炉底石墨碳砖；27_炉基；28_热电偶；29_钢口 ；30_大沟；31_炉缸；32-钢水；33_渣口 ；34_吹氧；35_石墨碳浇铸型风口装制；36_支柱；37_中心氧枪；69_炉壳;71-炉渣。

[0013] 图5是本发明钢铁工艺系统39-布袋除尘系统；40_炼钢、炼铁直接熔融还原绝热侧底吹高炉；41_悬链型球式热风炉系统；42_热风管；43_冷风管。

[0014] 图6是本发明钢铁煤气工艺图44-重力除尘器；45_导出管；46_上升朝天管；47-放散阀；48_下降管；49_重除与布袋煤气连接管；50_净煤气管；39_布袋除尘系统

[0015] 图7是本发明冷风预热器示意图51-冷风预热器A-A剖示视图

[0016] 图8是本发明循环吸热器示意图52-循环吸热器支架和保温层；53_循环吸热器

[0017] 图9是本发明悬链型球式热风炉示意图54-悬链型拱顶；65_镁铬砖衬与炉墙；67-炉墙外绝热层；68_拱顶绝热层；66_硅质耐火球

[0018] 图10是本发明炉外工艺示意图55-炼钢、炼铁直接熔融还原、绝热侧底吹高炉；

56-钢水大沟；57_敝渣器；58_钢水缓冲包；59_钢水龙沟；60_冷凝器；61_振动器；62_ 二次冷却区；63_矫直机；64_切割机

[0019] 图11是本发明渣池吸热器示意图65-循环吸热器；70_电脑（略）

[0020] 具体实施方式下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详述：先将品位65%左右的精矿粉按每吨铁所需的精矿粉量+15%的煤粉+20%的石灰粉+8%玻璃水用皮带I进球盘2滚动粘结而成¢20-0 30含煤球团经皮带I'进入烘干螺旋隧道3先预热、升温、再保温、降温过程，沿斜坡角度20°下滑到筛子4，再到皮带5送到料仓7，下降到振动筛8，筛粉后结合炼铁配料计算，按每吨铁量的球团约I. 9吨左右，进入称量料斗10，再下降到上料皮带11，由上料皮带11进入无料钟炉顶12，再下降进入炉头13，由布料器14布入炉喉15，进入炼铁、炼钢直接熔融还原绝热侧底吹高炉腔内，含煤球团+128公斤焦碳/吨铁，自上而下运动，受到自下而上煤气预热升温，预热到600°C左右含煤球团开始自身发生间接还原反应，到1000°C时完成间接还原反应，而成为网状氧化铁球团，强度极大，下降到1500°C左右时，到了软熔带18位置时，氧化铁球团熔化成渣铁液态，由软熔带18下落穿过动态渣层71进入炼钢区32炉缸31。 [0021] 高压鼓风机通过冷风预热器51，进入悬链型球式热风炉系统与拱顶54和硅质球床66交换热量成为1250°C以上热风，从热风围管20经过多个热风弯头21进入波纹管直吹管22，进入石墨碳浇铸型风口装制35，其下倾斜15° -18°，向炉缸31中的渣面71吹去1250°C左右的热风，同时热风夹带由氧、煤、精矿粉喷枪吹进氧气20%左右，煤粉250kg/吨钢，精矿粉250kg/吨钢，煤粉到风口前方得到燃烧，精矿粉在炉缸渣层71上面得到直接熔融还原铁和渣，铁水穿过渣层71进入炼钢区32，渣液浮在渣层71里，渣层定时从渣口 33放出，同时热风从风口以下倾15° -18°角度搅动渣层71与钢水接触面扩大，从而提高脱磷、脱硫系数，同时，1250°C的热风在炉缸31助燃下降焦炭和从风口吹入的煤粉，形成一氧化碳与精矿粉发生直接熔融还原反应，与软熔带18多孔氧化铁球团发生全方位的直接还原反应，生成渣、铁进入炉缸31，生成铁水穿过渣层71进入炼钢区32，渣液浮在渣层71内，从渣口 33定时排出。

[0022] 热风燃烧煤粉、焦炭产生一氧化碳在炉缸31与精矿粉产生直接熔融还原反应，一氧化碳上升到软熔带18中与多孔氧化铁球团发生直接还原反应，分别产生渣71和铁水下落到炼钢区32，其产生二氧化碳和剩余的一氧化碳随炉内的煤气压力向上运动，经过软熔带18及其料柱到炉喉15上方，升到导出管45-朝天管46-下降管48-重力除尘器44-布袋除尘系统39-净煤气管50-静电除尘38-悬链型球式热风炉燃烧器和燃烧室72，燃烧产生高温烟气，将热量传递给悬链型球式热风炉球床66和拱顶54，将热量转移给冷风变成1250°C，热风送入热风围管20分别连接各风口 35进入炉缸31。

[0023] 从输氧总管19分别吹入细流氧枪上倾27°插入拉乌尔改造型旋转三孔细流氧枪25为总氧枪数量的1/4，相隔风口错开，另一 1/4数氧枪与前部分氧枪25和风口 35交叉错位向上倾27°又向圆周方向内倾斜，以推动钢水32在炉缸内产生旋转运动，同时，炉缸31底部中心以正负氧枪方式在炉缸中心吹氧开花，彻底消除剩余的焦碳和煤粉，这是炉缸31石墨碳砖衬第一道防线设计，以上用1/2氧枪数布置•’另1/2氧枪数用在炉缸31第二层炉缸炉衬内同样布置氧枪的第二道防线，所以本炉缸设计为双保险设计，氧枪冷却剂用烃类气化冷却，其枪头上方产生蘑菇型保护层，可使氧枪长寿，第二道防线又增加炉缸的长寿指数。而钢口 29两侧不设氧枪，每个使用氧枪按计算量和流量表吹足氧量，并载荷0 Imm左右的氧化钙粉，从炉缸侧底向上倾斜吹入钢水，使炼钢区32，铁水脱碳、脱磷、脱硫[c] + [o]=[co]反应大大提高，从炉缸侧底圆周和炉缸31底中心全方位吹氧、吹氧化钙粉、合金粉，以保证炼钢质量达到国标，保证一氧化碳到渣液71上方被充分利用于直接还原，侧底吹氧产生的氧化热被渣面71上方充分利用，达到节焦节能、消除炼钢污染，同时由氧、煤、精矿粉喷枪喷入炉缸风口前方，产生直接熔融还原的污染被消除在炉缸，其剩余热能被充分利用，同时充分综合了底吹，侧底吹转炉炼钢的共同优点，也综合直接熔融还原炉冶炼的优点，而且侧底吹氧枪25载石灰粉炼钢时，提前脱磷，脱碳、脱硫同时进行。

[0024] 由炉缸31产生高温煤气向上运动与含煤球团和焦碳向下运动中不断交换热量使煤气流达到无料钟高压炉顶12时，煤气温度降到300°C以下，最后通过朝天管一下降管一重力除尘一布袋除尘一静电除尘，变成净煤气进入热风炉拱顶54内部燃烧，将其球床烧热，悬链型热风炉顶设计温度1550°C，整个高度上半部炉衬使用镁铬熔铸性砖，荷重软化温度是1750°C -1800°C，下半部内衬砖用高铝砖荷重软化温度1600°C，而高压鼓风机将冷风通过冷风预热器51 —悬链型球式热风炉球床66和拱顶54进行热交换得到热风送到热风围管20，再通过石墨碳浇铸型倾斜风口 35吹入炉缸，整个形成闭合的绝热的、节能预热的 冷风变热风工艺流程，热风炉拱顶54顶端热电偶，高炉各测温点热电偶28均与电脑70连接，来测量控制高炉各部位温度。

[0025] 采用与风口数相同的氧、煤、精矿粉喷枪，其中1/2喷枪每相隔一个风口与直吹管分别连接，另外1/2喷枪同样布置，本设计炉缸为双保险设计。氧、煤、精矿粉喷抢23从直吹管22插入进入风口 35，使风口前热风含氧浓度达40%左右，风口 35前方喷煤量250kg/吨钢以上，喷矿粉200kg/吨钢以上，在炉缸31内产生直接熔融还原，占整个还原的33%，使燃料比下降到320-270kg/吨钢，利用系数上升到4. 0-5. 01之间，这样高富氧20%，有利于以喷煤代焦碳，以喷矿粉、煤粉直接熔融还原于炉缸代替直接熔融还原炉，并消除其污染。

[0026] 从钢口按一次/2小时出钢，产量按利用系数5.0计算，不得减压操作出钢，防止堵抢和破坏钢水质量安全，或破坏风口与渣口，并用公式/6 Xn枪计算吹氧率:m3/分•支，Vu代表有效容积，n枪代表氧枪数，按上渣碱度为2. 0配制相应的氧化钙粉，按优质钢国标标准要求计算合金粉量，从细流氧枪吹入钢水，氧压等于风压十钢水渣面升高X 7. 8kg/cm3/即10-12kg/cm2以上，氧枪32是一种动态操作压力，是随钢水量增加，以保证每吨钢水吹氧60m3左右，前105分钟缓慢吹氧，保持渣面上直接还原平衡，热量平衡，最后用15分钟突击吹氧。

[0027] 用1250°C热风，稳定的含煤球团成份，稳定的精矿粉品位65%左右及用细流氧枪从炉缸31侧底吹入钢水32的氧化钙粉和钢水符合国标的合金粉量及偏硅操作法来控制低合金钢水成份，保证钢水质量。符合国家优质钢标准：[P] ^ 0. 03%, [S] ^ 0. 02% ；[C]彡 0. 2-0. 05%, [Mn] = I. 2-1. 6%, [Si] = 0. 25-0. 4%，合金元素总量< 5%0 富氧压力和喷煤、精矿粉压力等于热风压十Xkg/cm2，以保证炉顶压力2. 5kg/cm2细流氧枪25压力应在风压+渣钢水压力kg/cm2以上。当休风时，先改氧枪吹以N2气后，再缓慢挫料，确保氧枪畅通安全。出钢前先排下渣，碱度I. 2,MgO为10%以上，出钢时排出上渣碱度为2. 0-2. 2时再开口出钢。

[0028] 最后钢水达标后，从钢口-大沟-敝渣器-缓冲包-连铸连轧相冷凝器-振荡器-一次冷却区-矫直机-切割机-成品钢材。[0029] 节能方面大沟缓冲包、渣池分别履盖吸热器53和65及轧钢机冷凝器60和风口 35烃类气化冷却，分别与冷风预热器连接，形成循环预热与吸热分离系统代替水冷却全方位节水95%，节能36%热量即36%焦比。

[0030] 本发明的实质内容是用炉缸空间代替转炉炼钢，用氧、煤、精矿粉、喷枪连接直吹管代替直接熔融还原炼铁炉；用炉缸侧底均布氧枪、中心氧枪代替转炉顶底复合吹；用热风炉螺旋管烟道形成的空间代替球团烧结炉和烧结机。用自然悬链型热风炉拱顶及其上部高温区用镁铬熔铸性砖砌成，荷重软化温度1700-1800°C，其下半部用高铝砖荷重软化温度1600°C，悬链型热风炉拱顶温度1550°C代替传统材质的热风炉。用吸热与予热分离器循环吸收钢水、渣液所带物理热，予热冷风提高热风温度。

[0031] 本发明与现代分散冶炼法相比较确有以下优点：

[0032] 将炼钢、炼铁、直接熔融还原分散型冶炼集约化一体化，使各个能量集中利用，使煤粉为主焦碳为副的综合冶炼方式，有效地消灭炼钢，直接熔融还原和烧结污染，同时加大除尘能力和热风炉燃烧煤气能力，使钢铁污染消灭95%左右，利用系数由现有3. 2提高到 4. 0-5. 01之间，节水95%以上，其节能是钢渣物理热回收占全部热量36%，即节焦36%，适合500-5500m3高炉的改造和重建，或者直接运用本发明。

Claims (10)

1.本发明炼铁炼钢直接熔融还原一体化高炉，集约化高炉エ艺系统由高压无料钟炉顶，绝热高炉本体内衬由石墨碳砖砌成，炉腰处有热风围管，直吹管上有氧、煤、矿粉喷吹装制；侧底有倾上吹和圆周方向倾上吹氧枪，炉底中心正负氧枪，送风系统悬链型球式热风炉用冷风预热系统及工作台出钢ロ、渣ロ、大沟、缓冲包与连铸、连轧生产钢材及特征在于，精矿粉通过球团盘滚动含煤和石灰粉的玻璃水粘结成球，经过螺旋烟道，供干。

2.高炉本体属石墨碳砖砌成，耐高温3500°C，其内衬外层不是冷却水，而是IOcm以上绝热保温层，送风系统是下倾斜15° -18°风ロ进入炉缸。风ロ后直吹管连接弯头，弯头连接热风围管，围管上有富氧吹氧总管，直吹管上插氧、煤、矿粉喷枪是直接熔融还原外部设备，交叉使用的两个煤粉、矿粉混合器相连接，形成两喷吹系统。

3.除钢ロ处不设氧枪，其它风ロ间侧底都设氧枪，但1/2氧枪用第一层炉缸，1/2氧枪备用在第二层炉缸，炉底中心氧枪也分第一层和第二层氧枪备用称为炉缸和氧枪双保险设计，其中氧枪一部分向中心上倾斜27°，一部分氧枪向圆周方向向内倾斜27°，以推动钢洛液体旋转运动。

4. 一般设计两个出钢ロ，两渣ロ，略有上下之分，在水平面上分別夹角为90°，风口数按圆周间接距0. 8-1. Om来确定，高出炉缸底面2. 3-3. 4m,并且均布炉缸一周，并向下倾斜15° -18° ,在炉外有4根支柱,均布炉外一周。

5.采用高压鼓风机6. 5-9kg/cm2风压，风机通过冷风管中预热器多个，与球式热风炉系统与热风围管连接，悬链型热风炉，上部用镁铬砖，荷重软化温度是1700-1800度，下部用高铝砖，荷重软化温度1600°C，球床用硅质球。

6.大沟、敝渣器、缓冲包、渣池、连铸连轧机的冷凝器上的吸热器都分别与冷风管中预热器连接，形成回收渣钢、风ロ物理热占总热量36%。

7.用电脑70与高炉系统测温点热电偶连接，并用电脑与料仓下机械控制器连接，来控制上料系统。整个高炉操作用电脑探头监控与电路自动化控制相结合。

8.本高炉只用富氧喷煤和精矿粉喷枪，代替直接熔融还原设备，并采用含煤15%，含石灰粉15%、玻璃水8%粘结成球团用烟道螺旋隧道烘干后作高炉原料，焦碳只配128kg/吨钢左右。

9.只有石墨碳浇铸型风ロ代替水冷却风ロ，从而取消风ロ对炉缸的威胁。

10.炉外エ艺：炼铁炼钢直接熔融还原一体化高炉与大沟——敝渣器——缓冲钢包——连铸连轧机相连接；用螺旋烟道形成的空间代替球团烧结设备。