CN104651562A - 一种qdf熔融炼铁工艺 - Google Patents

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周强
夏锋
秦涔
喻道明
胡雪萍
柳萌
钱宝能
范小刚
唐恩
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Abstract

本发明涉及一种QDF熔融炼铁工艺,包括以下步骤:将含铁的原料、粘结剂混匀后制粒,或者直接选用含铁的粒状块料;将得到的粒状原料与还原剂粉料混匀,装入各还原室,还原过程中,还原室和被还原物料均保持静止状态;燃烧室内燃料和助燃气体燃烧产生的热量均匀加热还原室内的物料,使粒状原料和还原剂进行还原反应;还原室为窄长的一段式反应器;待还原室物料反应完毕后,得到热态直接还原铁,通过热送方式将热态直接还原铁运至装料设备,热装进入熔融炉,得到铁水。该工艺具有流程短、原料适应性强、非焦炭冶炼、还原过程易控制、工序间能量利用充分、能耗低、产量高、环保好、明显减少CO2排放量、投资低、成本低、设备作业率高、操作维护方便等显著优点。

Description

一种QDF熔融炼铁工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及钢铁冶金技术领域,更具体地说,涉及一种熔融炼铁工艺。
背景技术
[0002]目前,钢铁行业占统治的炼铁技术为高炉炼铁工艺,但是传统的高炉炼铁流程较长,尤其是高炉冶炼必须使用焦炭,随着全球焦煤的短缺以及炼焦过程产生的环境污染,以上这些都是高炉炼铁工艺无法回避的问题。因此,开发一种流程短、投资低、不使用焦炭、生产成本低、产量大、环保好的非高炉熔融还原工艺是历史潮流的选择。
[0003] 国内外非高炉熔融还原技术工艺开发的较多,其中已经工业化或半工业化的技术有COREX(奥钢联开发的非焦炼铁技术)、FINEX(直接用粉矿和非炼焦煤粉冶炼铁水的技术)、Hismelt (力拓集团开发的以铁矿粉和非焦煤粉冶炼不同质量的铁矿粉的技术)、Romelt (以非焦煤为还原剂和燃料,以矿石和铁氧化物为原料冶炼铁水的技术)等。这些工艺可分为两大类,以Romelt为代表的一步法和以COREX为代表的二步法,其它工艺均受此启发。非高炉熔融还原炼铁技术发展至今,仍未出现一种完全可以取代高炉的技术,有各种方面的技术原因。其中COREX及FINEX工艺存在工艺复杂、流程长、配套设施多、原料要求高、预还原炉控制难度大、设备作业率低、气化炉煤气的化学能和物理热利用不充分、煤耗和氧耗过高等问题,造成了能耗大、成本高、投资非常高等问题;Romelt技术存在氧耗和煤耗高、设备寿命短、未工业化应用等问题。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题在于,提供了一种QDF(Q,Quiescent,静态的;D,Direct,直接;F,Furnace,炉)恪融炼铁工艺,该工艺具有流程短、原料适应性强、非焦炭冶炼、还原过程易控制、工序间能量利用充分、能耗低、产量高、环保好、明显减少C02排放量、投资低、成本低、设备作业率高、操作维护方便等显著优点。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种QDF熔融炼铁工艺,包括以下工艺步骤:
[0006] STl:将含铁的原料、粘结剂混勾后制粒,或者直接选用含铁的粒状块料;
[0007] ST2:将STl得到的粒状原料与还原剂粉料混匀,装入各还原室,在还原室中物料处于分散、均匀分布的状态,装料完毕后密封,在整个还原过程中,还原室和被还原物料均保持静止状态;
[0008] ST3:点燃燃烧室内持续供应的燃料和助燃气体,产生的热量均匀加热还原室内的物料,使粒状原料和还原剂在还原室内进行还原反应;所述还原室为窄长的一段式反应器,整个炉膛温度均匀一致,还原性气氛均匀一致;
[0009] ST4:待还原室物料反应完毕后,得到热态直接还原铁,通过热送方式将热态直接还原铁运至装料设备,热装进入熔融炉;
[0010] ST5:熔融炉内完成熔融冶炼,得到铁水。[0011 ] 上述方案中,在所述步骤ST5中,煤粉、热风和\或氧气通过熔融炉下部设置的若干风口及喷煤口,喷入熔融炉内进行燃烧,提供足够的热量给熔融炉。
[0012] 上述方案中,所述熔融炉产生的炉顶煤气,可用于ST3中燃烧室的燃料、热风炉或发电。
[0013] 上述方案中,还原室和燃烧室都设置有多个,还原室和燃烧室间隔排列,或者一个还原室与分设在其两侧的两个燃烧室成组排列。
[0014] 上述方案中,所述还原室与燃烧室为模块化组合。
[0015] 上述方案中,还原室和燃烧室的水平方向截面均为梯形或矩形,垂直方向截面为矩形。
[0016] 上述方案中,所述燃烧室内排出的高温烟气,通过高温热交换器来预热燃料和助燃气体,高温热交换器为蓄热炉或耐高温金属换热器。
[0017] 实施本发明的QDF熔融还原炼铁工艺,具有以下有益效果:
[0018] I)直接还原过程中还原室和被还原物料均为静止状态,可达到的效果有:
[0019] a、由于物料在反应过程中处于静止状态,避免了发生破损,因此对粒状原料的强度要求降低,提高了制粒工序生产效率,减少粘结剂的使用量,从而降低制粒工序的能耗和成本;
[0020] b、由于物料在反应过程中处于静止状态,还原时间可以延长,提高还原产品的金属化率,或缩短还原时间以提高生产效率。
[0021] 2)还原室为一段式反应器,无预热区及冷却区,可达到的效果有:
[0022] a、可实现还原过程温度场均匀、还原室空间密闭、还原性气氛均匀一致,工况稳定,提尚还原广品的整体质量;
[0023] b、可实现还原温度可调、可控,提高还原产品金属化率,可使产品金属化率达90%以上。
[0024] 3)粒状原料和还原剂粉料在还原室中处于分散、均匀分布的状态,可达到的效果有:
[0025] a、还原剂和粒状原料充分接触,提高还原效率;
[0026] b、粒状原料处于疏松状态的还原剂粉料中,能充分消除还原过程中粒状原料的膨胀作用,整体物料对还原室大墙无应力作用,延长还原室大墙寿命。
[0027] 4)可使用无烟煤、烟煤、褐煤等的非焦炭原料作还原剂,整个工艺流程为非焦炭冶炼,降低成本,改善环保。
[0028] 5)热态直接还原铁通过热送、热装进入熔融炉,减少了热量损失,降低熔融炉能耗,能源利用充分。
[0029] 6)熔融炉主要是实现热态直接还原铁的融化,由于直接还原铁的金属化率高,呈热态,采用热风和煤粉燃烧提供热量即可满足熔炼要求,无需大量使用氧气或高热值燃料,提高熔炼效率,降低生产成本。
[0030] 7)由于流程工序短,相比于高炉炼铁工艺,省去了烧结及焦化工序,C02排放量明显降低。
[0031] 8)与传统的高炉流程相比,该流程主体设施仅还原装置和熔融炉,其它相关配套设施较少,该工艺投资将大大降低。
[0032] 9)与传统的高炉流程相比,工序大大简化,工序间衔接紧密,工序间能源介质循环利用程度高,大大减少了有害气体及固体排放,环保效果极佳。
附图说明
[0033] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
[0034] 图1为本发明QDF熔融炼铁工艺流程图;
[0035] 图2a为本发明QDF熔融炼铁工艺所采用的还原装置实施方式一的俯视图;
[0036] 图2b为本发明QDF熔融炼铁工艺所采用的还原装置实施方式二的俯视图。
具体实施方式
[0037] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
[0038] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0039] 如图1所示,本发明提供了一种QDF熔融炼铁工艺,其主要生产步骤包括:
[0040] I)将含铁原料、粘结剂等配料充分混均后制粒,粒度大小约1mm〜40mm,经干燥工序处理,直接运至料仓;所述含铁原料为铁矿粉、镍矿粉、含铁粉料、钒钛粉料等的至少一种。在本步骤中,也可以将还原剂和含铁原料一起制粒,可缩短还原时间,提高还原效率。本步骤中也可直接选用粒度大小约1mm〜40mm含铁的粒状块料,省去制粒的过程。
[0041] 2)将还原剂粉料和上述粒状原料等配料,充分混均后由布料器从还原室2顶部或侧部进料,除还原室2料面上方留有少量空间供还原气汇集外,其余空间由被还原物料填充,物料呈分散、均匀分布状态,还原室2中物料的填充率约90%,装料完毕后,还原室2各进料口完成自动封闭;还原剂为无烟煤、烟煤、褐煤、焦炭、木炭等的至少一种。
[0042] 3)燃烧室I位于还原室2两侧,还原过程所需热量完全由燃烧室I提供。燃烧室I内设置若干个烧嘴,实现不同燃料和助燃气体的燃烧,点燃燃料和助燃气体会产生1000〜1450°C的高温烟气,正常生产时为连续不间断燃烧,高温烟气热量整体均匀加热还原室2内被还原物料;燃料为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、煤制煤气、天然气等的至少一种。
[0043] 4)粒状原料与还原剂粉料在还原室2内进行充分的还原反应;根据不同的含铁原料,还原室2内的温度可调、可控,还原反应时间可调、可控。
[0044] 5)燃烧室I排出的烟气温度较高,约700〜1200°C,排出后的高温烟气通过热交换器进行热量回收,预热进入燃烧室I的燃料和助燃气体,燃料可预热至500〜1000°C,助燃气体可预热至500〜1000°C,热交换结束后的烟气温度降低至200〜300°C,还可用于干燥原料等,烟气除尘后通过烟囱外排。
[0045] 6)各个还原室2内部被还原物料在反应过程中,产生的还原性气体,如CO、H2等,在还原室2顶部空间富集后,由顶部导管导出,总管汇集后返回至各燃烧室I作为补充燃料。
[0046] 7)待还原室2物料化学反应完毕后,从还原室2的一侧或底部出料,就单个还原室2而言,采取一次整体出料方式。出料端的热态高金属化率直接还原铁呈独立、均匀、不粘结、无粉化的状态,由排料设备装入罐内,直接还原铁的金属化率高达90%以上。
[0047] 8)通过热送方式将热态直接还原铁运至装料设备,热装进入熔融炉。
[0048] 9)在熔融炉完成熔融冶炼,实现渣铁的熔融,渣铁分离后得到铁水和炉渣。煤粉、热风或氧气通过熔融炉下部设置的若干风口及喷煤口,喷入熔融炉内进行燃烧,提供足够的热量给熔融炉,同时产生的煤气可循环利用。
[0049] QDF熔融炼铁工艺还具有特征描述如下:
[0050] I)该工艺流程中涉及到的还原室2,及还原室2内填装的固态粒状含铁原料、还原剂粉料,在整个还原过程中,均为静止状态,即从装料完毕到开始出料的中间过程,以上还原室2及物料均为静止状态。
[0051] 2)该工艺流程中涉及到的还原室2,为一段式反应器,省去了物料预热区和冷却区,过程单一,温度场均匀。
[0052] 3)还原室2内固态还原剂粉料和固态粒状含铁原料处于分散、均匀分布。
[0053] 4)设置有多个还原室2和燃烧室1,燃烧室I向还原室2提供热量,燃烧室I与还原室2平行,各个单元之间均由普通的、简易的耐火材料砌筑的大墙隔开,耐火材料可选高销质、粘土质、娃质等的至少一种。
[0054] 可以有以下两种实施方式:
[0055] 如图2a所示,多个还原室2和燃烧室I间隔排列,相邻的还原室2和燃烧室I之间设有传热隔墙3,各还原室2内温度基本一致,适合于处理一种含金属原料;
[0056] 如图2b所示,一个还原室2与分设在其两侧的两个燃烧室I成组排列,每组之间采用隔热大墙4隔开,各还原室2温度可独立控制,彼此不受影响,可同时处理多种不同的含金属原料。
[0057] 5)各还原室2和燃烧室I的水平方向截面为梯形或矩形,垂直方向截面为矩形,还原室2具体尺寸可根据具体原料、产品质量要求、反应温度、反应时间等确定。
[0058] 6)高温热交换器可选择带有格子砖或耐火球的蓄热炉,或耐高温金属换热器。
[0059] 7)还原室2为窄长空间,单个还原室2的容积较大,被还原物料填充率高,容积率可达90%以上,还原室2与燃烧室I为模块化组合,还原室2的数量可根据产量需要调整。
[0060] 8)单个还原室2采取周期性上料及出料,整个QDF还原工艺为连续上料及出料。
[0061] 9)熔融炉内产生高温粗煤气,高温煤气经余热发电、净化后,一部分返回至所述QDF直接还原装置作为燃烧室I燃料,另一部分作为热风炉的燃料。
[0062] 本发明还提供一种QDF熔融炼铁工艺具体实施例,用于生产铁水,生产步骤包括:
[0063] STl:将含铁品位50 %以上的铁矿粉、粘结剂充分混均后制粒,粒度大小约30mm,干燥处理后运至储料仓;
[0064] ST2:将以上得到的粒状原料和无烟煤还原剂等配料,粒状原料和还原剂质量比例约为1:0.3,充分混均后由布料器从还原室顶部下料,被还原物料处于松散、均匀分布,堆密度为2t/m3,还原室中物料的填充率约90%,装料完毕后,还原室各进料口完成自动封闭;
[0065] ST3:还原室为窄长形,其宽度为300〜550mm,长度为5〜18m,高度3〜8m ;
[0066] ST4:通过管道向燃烧室供应的预热煤气为900°C和预热助燃空气为900°C ;
[0067] ST5:燃烧室内煤气和助燃空气燃烧产生1450°C的高温烟气,粒状含铁原料与还原剂在还原室内进行还原反应;还原室内的温度控制在1100°C,还原反应时间控制在16h ;
[0068] ST6:燃烧室出来的烟气温度约1100°C,排出后的高温烟气通过热交换器进行热量回收,将进入燃烧室的煤气和助燃空气预热至900°C,热交换结束后的烟气温度降低至200〜300°C,进一步作为原料干燥气,最后通过烟囱外排;
[0069] ST7:各还原室含铁原料反应完毕后,直接还原铁及剩余碳粉由侧部或底部排出,得到金属化率达90%的粒状直接还原铁,无粘结及粉化现象,热料装入料罐内;
[0070] ST8:热料温度600〜800°C左右,通过热装料设备与溶剂等一起从顶部装入熔融炉;
[0071] ST9:熔融炉下部设置若干风口及喷煤口,风口连接有热风炉,送入温度800 °C以上热风,喷煤口通过煤粉制备及喷吹装置提供煤粉。风口区域的氧煤燃烧反应既提供了熔融炉所需的热量,又产生了大量的煤气,保证熔融炉炉料的还原、融化及渗炭过程。产生的高温粗煤气(900°C ),经过余热发电设施,然后进入除尘器净化,净化后的煤气一部分供直接还原装置燃烧室的补充燃料,另一部分作热风炉的燃料;
[0072] STlO:渣铁分离,铁水送至炼钢或铸造生铁块。
[0073] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种QDF熔融炼铁工艺,其特征在于,包括以下工艺步骤: STl:将含铁的原料、粘结剂混匀后制粒,或者直接选用含铁的粒状块料; ST2:将所述步骤STl中得到的粒状原料与还原剂粉料混匀,装入各还原室,在还原室中物料处于分散、均匀分布的状态,装料完毕后密封,在整个还原过程中,还原室和被还原物料均保持静止状态; ST3:点燃燃烧室内持续供应的燃料和助燃气体,产生的热量均匀加热还原室内的物料,使粒状原料和还原剂在还原室内进行还原反应;所述还原室为窄长的一段式反应器,整个炉膛温度均匀一致,还原性气氛均匀一致; ST4:待还原室物料反应完毕后,得到热态直接还原铁,通过热送方式将热态直接还原铁运至装料设备,热装进入熔融炉; ST5:熔融炉内完成熔融冶炼,得到铁水。
2.根据权利要求1中所述的QDF熔融炼铁工艺,其特征在于,在所述步骤ST5中,煤粉、热风和\或氧气通过熔融炉下部设置的若干风口及喷煤口,喷入熔融炉内进行燃烧,提供足够的热量给熔融炉。
3.根据权利要求2中所述的QDF熔融炼铁工艺,其特征在于,所述熔融炉产生的炉顶煤气,可用于ST3中燃烧室的燃料、热风炉或发电。
4.根据权利要求1中所述的QDF熔融炼铁工艺,其特征在于,还原室和燃烧室都设置有多个,还原室和燃烧室间隔排列,或者一个还原室与分设在其两侧的两个燃烧室成组排列。
5.根据权利要求1或4中所述的QDF熔融炼铁工艺,其特征在于,所述还原室与燃烧室为模块化组合。
6.根据权利要求1中所述的QDF熔融炼铁工艺,其特征在于,还原室和燃烧室的水平方向截面均为梯形或矩形,垂直方向截面为矩形。
7.根据权利要求1中所述的QDF熔融炼铁工艺,其特征在于,所述燃烧室内排出的高温烟气,通过高温热交换器来预热燃料和助燃气体,高温热交换器为蓄热炉或耐高温金属换热器。
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