CN103045788A - 一种还原炼钢方法及装置 - Google Patents

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吴庆祥
游香米
杨宁川
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Abstract

一种还原炼钢方法,其步骤如下:1)铁矿石物料进入炉内的预还原区进行初还原反应,2)后进入炉内高温区被电弧或等离子弧加热升温熔化同时进行还原反应;3)钢水进入炉内熔池中进行深度还原反应形成合格钢水,4)通过出钢口和出渣口进行周期性地排出钢水和炉渣。本发明还提供了一种还原炼钢装置,本发明还原炼钢方法及装置生产流程短、总图占地小、从矿石到成品的金属收得率高、除炼特殊钢种外不需外加铁合金或少加铁合金、能耗低且不使用焦炭和大量氧气、降低了冶炼过程中的碳排放量和废气排放量,有利于节能减排。

Description

一种还原炼钢方法及装置
技术领域
[0001] 本发明属于冶金技术领域,具体涉及一种还原炼钢方法及装置。
背景技术
[0002] 当前以高炉一氧气顶吹转炉的长流程为代表的氧化法炼钢工艺,其冶金原理是利用焦炭将铁矿石中的金属氧化物在高炉内还原成铁水,在此还原过程中渗入了碳,同时还原出Mn、Si等合金元素和P、S等有害杂质并溶解于铁液中。因此,在炼钢过程中必须通过氧化和加入熔剂的方法将铁水中多余的C和有害杂质去除。由于化学热力学的原因,在去除这些杂质元素的时候,S1、Mn、V、Ti等合金元素将优先被氧化,因此出钢过程中必须额外向钢液中加入硅铁、锰铁等合金元素进行合金化。上述氧化法炼钢工艺是氧化物还原、再氧化、再还原的重复过程,此工艺流程存在以下三个方面的缺点:
I)这种重复的冶金工艺延长了工艺流程,增加了基建投资和生产成本。
[0003] 2)铁矿石中的S1、Mn、V、Ti等合金元素将被氧化进入渣中,未被充分利用,因此在炼钢出钢过程中需再加入大量铁合金;同时,炼钢过程铁损较大,造成了资源浪费。
[0004] 3)冶炼过程中增碳一脱碳的反复过程,不仅增加了能源消耗、氧气消耗,更增加了温室气体CO2的排放。
发明内容
[0005] 有鉴于此,本发明的目的在于提供一种还原炼钢方法及装置,该还原炼钢方法及装置不经过焦化工艺、直接集炼铁和炼钢工艺为一体,不仅降低铁矿石中的合金元素的损耗,而且降低废气的排放和氧 气的消耗;达到节能损耗、保护环境的目的。
[0006] 为了解决上述技术问题,本发明一种还原炼钢方法,其步骤如下:
1)将铁矿石物料装入还原炼钢炉,同时向还原炼钢炉内吹入还原气体,还原气体经过电极产生的电弧或等离子弧加热形成800°C〜9700°C的高温还原气体,铁矿石与高温还原气体在还原炼钢炉内的预还原区进行初还原反应,将矿石中的金属氧化物进行初步还原;
2)初还原后的铁矿石进入还原炼钢炉内高温区,被设置在高温区的电极产生的电弧或等离子弧加热升温熔化,同时进一步与高温还原气体在还原炼钢炉内高温区进行还原反应;
3)熔化后的钢水进入还原炼钢炉内熔池中,被底吹系统或侧吹系统处导入的还原气体搅动,并与高温还原气体进行深度还原反应且生产出碳含量为O. 03^2. 11%的合格钢水;
4)经过深度还原的合格钢水达到一定量后,通过出钢口和出渣口进行周期性地排出钢水和炉渣。
[0007] 进一步,所述高温还原气体由电极吹入还原炼钢炉炉内的还原气体经过电极产生的电弧或等离子弧加热形成。
[0008] 进一步,所述还原气体设置为H2、CO、碳氢化合物CmHn再生的还原性气体或上述气体的组合。[0009] 进一步,在步骤3)中,所述钢水中的碳含量通过控制还原能力R来进行控制,其表达公式为:
Figure CN103045788AD00041
其中还原气体设置为H2和CO的组合物。
[0010] 进一步,在步骤I)中所述铁矿石物料可以是铁矿粉经过烧结的烧结矿或者是铁矿粉经过球团处理的球团矿。
[0011] 本发明还揭示了一种还原炼钢装置,包括炉顶装料系统、排气系统、电极、出渣口、还原炼钢炉、底吹系统或侧吹系统和出钢口,所述炉顶装料系统布置在还原炼钢炉的顶部,所述还原炼钢炉内依次设置有预还原区、高温区和熔池,所述电极设置在还原炼钢炉高温区的炉壁上,所述电极内设置有向还原炼钢炉内喷入还原气体的通道。
[0012] 进一步,所述电极设置为不少于2根且均匀分布。
[0013] 本发明的有益效果在于:本发明采用高温还原气体直接对铁矿石进行还原,同时利用电极产生的电弧或等离子弧对预还原后金属进行加热熔化,与常规钢铁冶炼流程相t匕,大大缩短了钢铁冶炼工艺流程,减少了占地,减少了大量中间物料倒运环节,降低了投资和生产成本,降低了氧气等资源和能源的消耗,减少了 CO2及有害气体的排放,提高了金属元素的收得率,降低了钢铁料的消耗,具有极高的经济价值、环保性和社会效益。
附图说明
[0014] 图1为本发明一种还原炼钢的装置的结构示意图;
图2为本发明一种还原炼钢的装置中还原炼钢炉带有底吹系统的结构示意图;
图3为本发明一种还原炼钢的装置中还原炼钢炉带有侧吹系统的结构示意图。
[0015] 附图标记:1_炉顶装料系统;2-排气系统;3-预还原区;4-电极;5-出渣口 ;6-还原炼钢炉;7a-底吹系统;7b-侧吹系统;8-出钢口 ; 9-熔池10-高温区。
具体实施方式
[0016] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0017] 实施例一
如图1所示为本发明一种还原炼钢的装置的结构示意图;如图2所示为本发明一种还原炼钢的装置中还原炼钢炉带有底吹系统的结构示意图;如图3所示为本发明一种还原炼钢的装置中还原炼钢炉带有侧吹系统的结构示意图;
本发明一种还原炼钢方法,其步骤如下:
1)将铁矿石物料装入还原炼钢炉6,同时向还原炼钢炉6内吹入还原气体,还原气体经过电极4产生的电弧或等离子弧加热形成800°C〜9700°C的高温还原气体,铁矿石与高温还原气体在还原炼钢炉6内的预还原区3进行初还原反应,将矿石中的金属氧化物进行初步还原; 2)初还原后的铁矿石进入还原炼钢炉6炉腔内高温区10,被设置在高温区10的电极产生的电弧或等离子弧加热升温熔化,同时进一步与高温还原气体在还原炼钢炉6内高温区10进行还原反应;
3)熔化后的钢水进入还原炼钢炉6内熔池9中,被底吹系统7a或侧吹系统7b处导入的还原气体搅动,并与高温还原气体进行深度还原反应且生产出碳含量为O. 03^2. 11%的合格钢水;
4)经过深度还原的合格钢水达到一定量后,通过出钢口 8和出渣口 5进行周期性地排出钢水和炉渣。
[0018] 进一步,所述还原气体是通过电极4吹入还原炼钢炉6炉内,还原气体经过电极产生的电弧或等离子弧加热形成800°C〜9700°C的高温还原气体,电极4设置为三相中空电极,三相中空电极的三根电极中间均安装有用于喷入还原气体的气体喷管,电极4通电后产生的大约10000°C高温的电弧或等离子弧对还原炼钢炉6炉内还原气体进行加热以及熔化铁矿石。
[0019] 进一步,所述高温还原气体设置为H2、CO、碳氢化合物CmHn再生的还原性气体或上述气体的组合。
[0020] 进一步,在步骤3)中,所述钢水中的碳含量通过控制还原能力R来进行控制,其表达公式为:
Figure CN103045788AD00051
其中还原气体设置为H2和CO的组合物。
[0021] 进一步,在步骤I)中所述铁矿石物料可以是铁矿粉经过烧结的烧结矿或者是铁矿粉经过球团处理的球团矿。
[0022] 一种还原炼钢装置,包括炉顶装料系统1、排气系统2、电极4、出渣口 5、还原炼钢炉6、底吹系统7a或侧吹系统7b和出钢口 8,所述炉顶装料系统I布置在还原炼钢炉6的顶部,所述还原炼钢炉6内依次设置有预还原区3、高温区10和熔池9,所述电极4设置在还原炼钢炉6高温区10的炉壁上,所述电极4内设置有向还原炼钢炉6内喷入还原气体的通道。
[0023] 进一步,所述电极4设置为不少于2根且均匀分布,电极4设置为三相中空电极,三相中空电极的三根电极中间均设置有用于喷入还原气体的气体喷管。
[0024] 球团矿或烧结矿自炉顶装料系统I装入还原炼钢炉6炉内,在还原炼钢炉6内的预还原区3处被高温还原气体预还原,炉料下降至还原炼钢炉6处的高温区10,被装在还原炼钢炉6侧壁上的电极4产生的电弧高温熔融且与高温区10的高温还原气体进行还原,落入熔池9,再进一步被底吹系统7a或侧吹系统7b处导入的还原气体搅动,并与高温还原气体进行深度还原,熔池9中的钢水就成了合格粗钢水;待还原到一定钢水量时,打开出钢口
8和出渣口 5周期性地排出钢水和炉渣,完成冶炼过程。通过控制还原能力
Figure CN103045788AD00052
可以控制钢水中的碳含量,将熔池中的碳含量控制在O. 03^2. 11%,生产出合格钢水。
[0025] 最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述,但本领域的普通技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (7)

1. 一种还原炼钢方法,其特征在于:其步骤如下: 1)将铁矿石物料装入还原炼钢炉,同时向还原炼钢炉内吹入还原气体,还原气体经过电极产生的电弧或等离子弧加热形成800°C〜9700°C的高温还原气体,铁矿石与高温还原气体在还原炼钢炉内的预还原区进行初还原反应,将矿石中的金属氧化物进行初步还原; 2)初还原后的铁矿石进入还原炼钢炉内高温区,被设置在高温区的电极产生的电弧或等离子弧加热升温熔化,同时进一步与高温还原气体在还原炼钢炉内高温区进行还原反应; 3)熔化后的钢水进入还原炼钢炉内熔池中,被底吹系统或侧吹系统处导入的还原气体搅动,并与高温还原气体进行深度还原反应且生产出碳含量为0. 03^2. 11%的合格钢水; 4)经过深度还原的合格钢水达到一定量后,通过出钢口和出渣口进行周期性地排出钢水和炉渣。
2.根据权利要求1所述的一种还原炼钢方法,其特征在于:所述高温还原气体由电极吹入还原炼钢炉炉内的还原气体经过电极产生的电弧或等离子弧加热形成。
3.根据权利要求1或2所述的一种还原炼钢方法,其特征在于:所述还原气体设置为H2> CO、碳氢化合物C111Hn再生的还原性气体或上述气体的组合。
4.根据权利要求3所述的一种还原炼钢方法,其特征在于:在步骤3)中,所述钢水中的碳含量通过控制还原能力R来进行控制,其表达公式为:
Figure CN103045788AC00021
其中还原气体设置为H2和CO的组合物。
5.根据权利要求4所述的一种还原炼钢方法,其特征在于:在步骤I)中所述铁矿石物料可以是铁矿粉经过烧结的烧结矿或者是铁矿粉经过球团处理的球团矿。
6. 一种还原炼钢装置,包括炉顶装料系统、排气系统、电极、出渣口、还原炼钢炉、底吹系统或侧吹系统和出钢口,所述炉顶装料系统布置在还原炼钢炉的顶部,其特征在于:所述还原炼钢炉内依次设置有预还原区、高温区和熔池,所述电极设置在还原炼钢炉高温区的炉壁上,所述电极内设置有向还原炼钢炉内喷入还原气体的通道。
7.根据权利要求6所述的一种还原炼钢装置,其特征在于:所述电极设置为不少于2根且均匀分布。
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