CN102876827A - 熔融还原纯氧加湿装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种熔融还原纯氧加湿装置及其工艺。该工艺为向熔融还原炉的风口中鼓入氧气和蒸汽的混合物，鼓入氧气的温度为100-150℃，混合物的湿度为5%-20%。该装置包括供氧装置、换热装置、及蒸汽包。该换热装置用于将熔融还原炉产生的煤气的余热提供给该供氧装置输出的氧气进行加热，该换热装置输出的加热后的氧气与蒸汽包输出的蒸汽混合后鼓入熔融还原炉的风口。熔融还原采用纯氧加湿鼓风，有利于降低风口理论燃烧温度，有效防止风口损坏，有利于工艺稳定顺行，保证产量。而且鼓风湿分在风口区分解产生还原性气体H2和CO，有利于提高炉内还原度，有利于降低燃料比。最后，熔融还原采用纯氧加湿鼓风，投资费用低，工艺简单，技术成熟可靠，易于实现，操作灵活。

Description

熔融还原纯氧加湿装置及工艺
技术领域
本发明属于炼铁技术领域，尤其涉及一种熔融还原纯氧加湿装置及工艺。
背景技术
熔融还原是用煤粉和部分焦炭将高温熔融的铁氧化物(铁矿石、精矿粉)还原熔炼成液态生铁的非高炉炼铁工艺。FINEX和COREX是目前已开发并成功应用于生产的熔融还原炼铁工艺。
COREX工艺由奥钢联(SAVI)开发，目前已建设并投产7座，包括宝钢COREX-3000两座，南非撒旦那钢厂COREX-2000 一座，印度JSW钢厂COREX-2000两座，印度埃萨钢铁厂COREX-2000两座。COREX工艺主体设备为上部熔融气化炉和下部还原竖炉。块矿和球团矿经炉顶加料装置进入熔融气化炉，被上升的还原煤气还原成海绵铁，进入下部的还原竖炉。还原竖炉上部加入块煤，下部吹入纯氧，使得海绵铁进一步还原成铁水。
FINEX工艺是由POSCO开发的，起源于COREX，但针对COREX存在的问题进行了技术创新，形成了其特有的工艺特点如流态化还原、煤压块、还原铁压块等。其工艺流程为：矿粉和添加剂粉料首先经过干燥，然后通过气动加料系统加到3或4级流化还原系统，完成预热、还原和焙烧过程。从气体中分离出来的热粉料加到DRI压块系统中形成热压铁，热压铁连续加入到气化炉中。煤通过煤压块系统处理成型煤，与添加剂和焦炭连续地加入到气化炉中。最终在气化炉内生成铁水和炉渣。
熔融还原炼铁工艺由于采用纯氧鼓风，风口理论燃烧温度高达3000℃，而普通高炉风口前理论燃烧温度一般不大于2500℃。此外由于采用纯氧鼓风，风口流量比高炉小得多，鼓风动能不到高炉的1/10，因此回旋区深度较短，致使火焰封面温度更靠近风口，高达3000℃的风口理论燃烧温度足以熔化熔点为1084℃的纯铜，甚至熔点更高的Ni、Co合金，因此，对熔融还原炼铁工艺来说，在如此高的温度下维持风口工作的稳定，是一项重大的挑战。
目前解决熔融还原风口破损的措施主要有以下几种：①加大冷却强度、在风口前镶嵌耐高温陶瓷和合金；②适度降低风口氧气流速，降低氧气流对回旋区流体的卷吸作用，减小风口破损概率；③降低单风口熔炼率，即增加风口数量，减少氧气流对回旋区内流体的卷吸作用；④风口通入氮气，降低纯氧理论燃烧温度，改善风口所处工作环境；⑤增加焦比。以块煤或型煤为主要燃料的熔融还原炼铁工艺，焦炭使用比例很低，风口前是大量的由煤裂解而产生的半焦。由于半焦的强度不高，风口半焦的平均粒度比高炉风口焦粒度小很多，因此炉缸回旋区活跃面积小，透气性、透液性较高炉差，风口前端工作环境极为恶劣，风口破损概率较高。因此增加焦比有利于降低风口破损的概率。
但是以上方法并未能从根本上解决熔融还原炼铁工艺风口破损问题。风口前镶嵌耐高温陶瓷和合金、增加风口数量都将增加COREX的投资成本；降低风口前氧气流速，将使得原本就很短的风口回旋区变得更短更贴近风口，还将影响生产效率；向氧气中通入氮气的方法不仅使高价得到的纯氧品质降低，还增加运行费用，得不偿失；增加焦比将使本来就高成本运行的熔融还原炼铁工艺更无优势可言。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术提出一种有效解决风口理论燃烧温度高、风口易破损的熔融还原纯氧加湿装置及工艺，其有利于降低风口理论燃烧温度，保护风口，有利于工艺稳定运行，同时有利于提高炉内还原度。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：
熔融还原纯氧加湿工艺，其特征在于，向熔融还原炉的风口中鼓入氧气和蒸汽的混合物，所述鼓入氧气的温度为100-150℃，所述混合物的湿度为5%-20%。
上述方案中，所述鼓入氧气的纯度不小于90%。
上述方案中，所述鼓入的氧气量490-530Nm3/tHM。
熔融还原纯氧加湿装置，其特征在于，它包括供氧装置、换热装置、及蒸汽包，所述换热装置用于将熔融还原炉产生的煤气的余热提供给所述供氧装置输出的氧气进行加热，所述换热装置输出的加热后的氧气与蒸汽包输出的蒸汽混合后鼓入熔融还原炉的风口。
本发明的原理是：熔融还原采用纯氧加湿鼓风冶炼，鼓风带入炉内的湿分（水蒸汽）在风口前的燃烧带内与碳发生分解反应：H2O＋C＝CO＋H2，生成还原性气体H2和CO。水蒸气的分解反应为大量吸热的反应（10800kJ/m3H2O或13400kJ/kgH2O），吸收了风口区大量的热，降低了风口理论燃烧温度，鼓风中每1%湿分降低风口理论燃烧温度45℃左右，因此通过调整全氧鼓风湿度，达到调节风口理论燃烧温度的目的，有效防止风口损坏，有利于工艺稳定顺行。此外由于水蒸气的分解反应消耗了部分碳，因此减少了风口前燃烧1kg碳所需要的氧气量，有利于降低鼓风量。水蒸气分解反应生成的还原性气体，增加了炉缸内C0+H2的浓度，使煤气的还原能力增大，还原速度加快，间接还原得到发展，有利于进一步降低燃料比。
本发明的有益效果是：采用纯氧加湿冶炼技术具有如下优点：首先，熔融还原采用纯氧加湿鼓风，有利于降低风口理论燃烧温度，有效防止风口损坏，有利于工艺稳定顺行，保证产量。其次，熔融还原采用纯氧加湿鼓风，鼓风湿分在风口区分解产生还原性气体H2和CO，有利于提高炉内还原度，有利于降低燃料比。最后，熔融还原采用纯氧加湿鼓风，投资费用低，工艺简单，技术成熟可靠，易于实现，操作灵活。
附图说明
图1为本发明实施例六提供的熔融还原纯氧加湿装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本发明的限制。
本发明中，原燃料包括铁矿石（块矿、球团、热压铁等）和还原剂（块煤、型煤、焦炭等）。熔融还原炉产生的煤气送换热器与氧气换热后进入煤气回收系统。炉渣和铁水至气化炉排出，经渣铁分离后铁水送炼钢。
实施例一
本实施例FINEX使用热压铁和型煤原燃料。生产技术指标如下：焦比：50Kg/tHM，煤比：650Kg/tHM，选用风口耐热温度：2600℃。
本实施例提供一种熔融还原纯氧加湿工艺，该工艺采用如下步骤：
1）将热压铁和型煤连续加入熔融还原炉内；
2）向熔融还原炉内鼓入氧气和蒸汽的混合物。鼓入氧气的温度为100℃，氧气体积纯度为99%，鼓入的氧气量为490Nm3/tHM，混合物的湿度为9%。
在本实施例中，氧气是通过与熔融还原炉产生的煤气换热的方式加热到100℃。
采用了本实施例的工艺后，风口理论燃烧温度2595℃左右，处于风口耐热温度范围内，且明显低于常规的全氧鼓风工艺。
实施例二
本实施例FINEX使用热压铁和型煤原燃料。生产技术指标如下：焦比：45Kg/tHM，煤比：700Kg/tHM，选用风口耐热温度：2500℃。
本实施例提供一种熔融还原纯氧加湿工艺，该工艺采用如下步骤：
1）热压铁和型煤连续加入熔融还原炉内；
2）向熔融还原炉内鼓入氧气和蒸汽的混合物。鼓入氧气的温度为110℃，氧气体积纯度为98%，鼓入的氧气量为500Nm3/tHM，混合物的湿度为12%。
采用了本实施例的工艺后，风口理论燃烧温度2460℃左右，处于风口耐热温度范围内，且明显低于常规的全氧鼓风工艺。
实施例三
本实施例FINEX使用热压铁和型煤原燃料。生产技术指标如下：焦比：40Kg/tHM，煤比：750Kg/tHM，选用风口耐热温度：2400℃。
本实施例提供一种熔融还原纯氧加湿工艺，该工艺采用如下步骤：
1）热压铁和型煤连续加入熔融还原炉内；
2）向熔融还原炉内鼓入氧气和蒸汽的混合物。鼓入氧气的温度为100℃，氧气体积纯度为99%，鼓入的氧气量为490Nm3/tHM，混合物的湿度为20%。
采用了本实施例的工艺后，风口理论燃烧温度2100℃左右，处于风口耐热温度范围内，且明显低于常规的全氧鼓风工艺。
实施例四
本实施例COREX-1000使用块矿、球团和块煤作为原燃料。生产技术指标如下：焦比：49Kg/tHM，煤比：931Kg/tHM，选用风口耐热温度：2500℃。
本实施例提供一种熔融还原纯氧加湿工艺，该工艺采用如下步骤：
1）块矿、球团和块煤连续加入熔融还原炉内；
2）向熔融还原炉内鼓入氧气和蒸汽的混合物。鼓入氧气的温度为120℃，氧气体积纯度为98%，鼓入的氧气量为528Nm3/tHM，混合物的湿度为12%。
采用了本实施例的工艺后，风口理论燃烧温度2460℃左右，处于风口耐热温度范围内，且明显低于常规的全氧鼓风工艺。
实施例五
本实施例COREX-3000使用块矿、球团和块煤作为原燃料。生产技术指标如下：焦比：43Kg/tHM，煤比：930Kg/tHM，选用风口耐热温度：2600℃。
本实施例提供一种熔融还原纯氧加湿工艺，该工艺采用如下步骤：
1）块矿、球团和块煤连续加入熔融还原炉内；
2）向熔融还原炉内鼓入氧气和蒸汽的混合物。鼓入氧气的温度为150℃，氧气体积纯度为99%，鼓入的氧气量为525Nm3/tHM，混合物的湿度为9%。
采用了本实施例的工艺后，风口理论燃烧温度2595℃左右，处于风口耐热温度范围内，且明显大大低于常规的全氧鼓风工艺。
实施例六
如图1所示，本实施例提供一种熔融还原纯氧加湿装置，它包括供氧装置3、换热装置2、及蒸汽包4。换热装置2用于使供氧装置3输出的氧气与熔融还原炉1的炉顶产生的煤气换热从而对氧气进行加热。换热装置2输出的加热后的氧气与蒸汽包4输出的蒸汽混合后鼓入熔融还原炉风口。
需要说明的是，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.熔融还原纯氧加湿工艺，其特征在于，向熔融还原炉的风口中鼓入氧气和蒸汽的混合物，所述鼓入氧气的温度为100-150℃，所述混合物的湿度为5%-20%。
2.如权利要求1所述的熔融还原纯氧加湿工艺，其特征在于，所述鼓入氧气的纯度不小于90%。
3.如权利要求1或2所述的熔融还原纯氧加湿工艺，其特征在于，所述鼓入的氧气量为490-530Nm3/tHM。
4.熔融还原纯氧加湿装置，其特征在于，它包括供氧装置、换热装置、及蒸汽包，所述换热装置用于将熔融还原炉产生的煤气的余热提供给所述供氧装置输出的氧气进行加热，所述换热装置输出的加热后的氧气与蒸汽包输出的蒸汽混合后鼓入熔融还原炉的风口。
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