CN104894322B - 一种多层渣熔融还原炼铁的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于炼铁领域，涉及一种多层渣熔融还原炼铁的方法及其装置，所述方法在竖式熔炼炉中进行，将助燃气体，矿粉+熔剂的混合物和助燃气体以及燃料和助燃气体分别流体连接至设置在竖式熔炼炉的上、中、下部的上层喷枪(1)、中层喷枪(2)和下层喷枪(3)；三层喷枪同时将准备好的物料喷入竖式熔炼炉内，通过反应生成铁水和渣，并在炉内自上而下分别形成熔化渣层(6)、还原渣层(7)、静置渣层(8)、铁水层(9)和死铁层(10)；通过设置在炉体下部铁水层(9)处的铁/渣出口(4)，出铁或渣。本发明是一种高效、节能、低成本的一步法熔融还原炼铁方法，且其装置设计简单，易于实现。

Description

一种多层渣熔融还原炼铁的方法及其装置

技术领域

本发明属于炼铁领域，特别是涉及一种熔融还原炼铁的方法及其装置。

背景技术

冶金工业中的炼铁技术长期以来是以高炉冶炼的长流程为主，即矿粉先要经过烧结或造球成块，具有一定强度后才能进入高炉，同时，高炉冶炼过程中的燃料主要是焦炭，这就决定了高炉炼铁流程长、能耗高、污染大、投资大等缺点。

针对传统高炉的问题，一直以来广大冶金工作者都在寻求一种能够短流程、少焦炭或无焦炭的非高炉炼铁工艺，出现了如COREX、FINEX等已经实现工业化的工艺，但是，COREX是将原有的高炉工艺分成了还原和熔融两段进行，虽然降低了焦炭消耗，但增加了煤耗，整体能耗高于高炉；而FINEX工艺也是采用多级还原和熔融两段进行，其中，还原后的矿粉还需要压块才能进入熔融气化炉，冶炼过程中也需要少量的焦炭或焦煤。而仅处于试验阶段的一步熔融还原法还有日本的DIOS、美国的AISI，澳大利亚的HIsmelt和俄罗斯的Romelt流程等，而这些流程尽管都是在一个炉内进行粉矿的还原和熔化，但有的矿粉从上部落下，有的喷入渣中，同时，所有的助燃气体都是在顶部吹入，但这些工艺在试验过程中存在耐材烧损严重、能耗高、流程工艺不顺行等问题，因此，还没有实现工业化。

总之，在目前的非高炉工艺中，一步冶炼法还有许多没有解决的问题，如冶炼过程中产生的CO气体利用效率不高，都在炉子顶部燃烧，或不完全燃烧。因此，急需一种新的熔融还原炼铁工艺来弥补目前存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多层渣熔融还原炼铁的方法，能够实现采用粉矿一步冶炼铁水的目的，本工艺能够提高粉矿利用效率，降低冶炼能耗，进而促进炼铁工业朝着低能耗、短流程方向发展。

本发明的另一个目的是提供一种使用上述多层渣熔融还原炼铁方法的装置，结构简单，易于实现。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种多层渣熔融还原炼铁的方法，所用的原料为粉状的矿粉、熔剂和燃料，在竖式熔炼炉中进行，该方法包括如下步骤：

(1)原料准备：将助燃气体，矿粉+熔剂的混合物和助燃气体以及燃料和助燃气体分别流体连接至设置在竖式熔炼炉的上、中、下部的上层喷枪1、中层喷枪2和下层喷枪3；

(2)一步法冶炼：上层喷枪1、中层喷枪2和下层喷枪3同时将准备好的物料喷入竖式熔炼炉内，在炉内一步完成了粉矿的熔化、还原、造渣步骤，生成铁水和渣，并在炉内自上而下分别形成熔化渣层6、还原渣层7、静置渣层8、铁水层9和死铁层10；

其中，矿粉和熔剂由中层喷枪2喷入熔化渣层6，煤粉由下层喷枪3喷入还原渣层7；

(3)出铁/渣：通过设置在炉体下部铁水层9处的铁/渣出口4，出铁或渣；

所述竖式熔炼炉，顶部设有烟囱5，炉体的上、中、下部分别设置有上层喷枪1、中层喷枪2和下层喷枪3，炉体下部设置有铁/渣出口4。

步骤(1)中助燃气体为空气、富氧空气或纯氧。

所用原料为以下粒度小于100目的物料：矿粉为含铁粉状原料，熔剂为石灰石粉、白云石粉或生石灰粉，燃料为普通煤粉、烟煤或无烟煤。

步骤(2)中上层喷枪1的助燃气体压力小于0.10Mpa，温度为0℃～1200℃。

步骤(2)中中层喷枪2的助燃气体压力为0.05～0.30Mpa，温度为0℃～1200℃。

步骤(2)中下层喷枪3的助燃气体压力为0.10～0.50Mpa，温度为0℃～1200℃。

步骤(2)中熔炼炉内烟气温度为1400℃～1700℃。

本方法中CO主要在熔化渣层中燃烧。

一种应用上述多层渣熔融还原炼铁方法的装置，包括竖式熔炼炉、烟囱5和铁/渣出口4，竖式熔炼炉的上、中、下部分别设置有上层喷枪1、中层喷枪2和下层喷枪3。

竖式熔炼炉可以是圆形炉也可以是方形炉。

上层喷枪1设置在熔化渣层6上方的净空区，中层喷枪2和下层喷枪3分别设置在熔化渣层6和还原渣层7，各层喷枪均匀分布在炉体墙体上，或设置在相对的炉体墙体上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)一步法短流程冶炼，即本发明仅通过一步法就可以实现原始矿粉熔炼和还原的全过程，省略了传统高炉炼铁过程中原料烧结等前段工序，简化了熔炼还原过程。

(2)矿粉直接冶炼，即矿粉无需前处理，直接以粉状形式加入炉内冶炼，降低了原料准备的成本。

(3)无焦冶炼，即本发明中的燃料仅为煤粉，并对煤粉没有特别要求，消除了传统冶炼过程中必须使用焦炭的缺点。

(4)能源效率高，即粉矿在还原过程中产生的CO一般都在渣层外燃烧或在炉外燃烧，而本发明中CO主要在熔化渣层中燃烧，最大地利用了烟气中的化学能来促进冶炼的进行，大大提高了能源的利用效率。

(5)投资少，即相比传统高炉，使用本发明的工艺投资将比高炉流程投资降低30％以上。

(6)熔炼炉设计简单，容易实现。

附图说明

图1为多层渣熔融还原冶炼的方法示意图。

图2为圆形炉每层喷枪的布置A-A俯视图。

图3为方形炉每层喷枪的一种布置A-A俯视图，仅在对应的两个墙体上布置。

图4为方形炉每层喷枪的另一种布置A-A俯视图，在四面墙体上都均匀布置。

其中的附图标记为：

1 上层喷枪 2 中层喷枪 3 下层喷枪

4 铁/渣出口 5 烟囱 6 熔化渣层

7 还原渣层 8 静置渣层 9 铁水层

10 固态死铁层

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明进行进一步说明。

本发明涉及一种新的一步熔融还原炼铁方法及设备，其核心是原燃料的加入方式、加入位置等与传统方法不同，并且，炉内的形成了功能不同的多层渣，这有利于提高能源的利用效率。

冶炼过程在一个竖式熔炼炉中进行，所用固体原料都为粉料，采用载气将粉料喷入还原炉内，在炉内一步完成了矿粉的熔化、造渣和还原等，实现一步冶炼法，得到炼钢用铁水。

竖式熔炼炉顶部设有烟囱，炉身安装了三层喷枪，分别为上层喷枪、中层喷枪和下层喷枪，每层喷枪均匀地布置在炉身上，炉子下部设有铁/渣出口。

熔炼炉内的物料自上而下分别是熔化渣层、还原渣层、静置渣层、铁水层、死铁层。

矿粉和熔剂从还原炉的中层喷枪喷入熔化渣层，而煤粉从还原炉的下层喷枪喷入还原渣层；助燃气体分别从三层喷枪中喷入。

上层喷枪安装在炉体上部的净空区，喷枪仅用来喷吹助燃气体，助燃气体可以是空气、富氧空气或者是纯氧，上层喷枪的作用是将熔化渣层中还未燃烧的CO气体通过上层喷枪喷入的助燃气体燃烧。

对于不同的炉型，各层喷枪布置不同，对于圆形炉，每层喷枪均匀分布在炉体上；对于方形炉，四面墙体上都可以均匀布置喷枪，也可以仅在对应的两个墙体上布置。

中层喷枪用来喷吹助燃气体、矿粉和熔剂，其中助燃气体可以是空气、富氧空气或者是纯氧，矿粉为含铁粉状原料，要求原料粒度小于100目，熔剂为冶炼过程中造渣用的辅料，根据具体的冶炼原料，可以为石灰石粉、白云石粉、生石灰粉等等，熔剂的粒度也要小于100目，中层喷枪的作用是利用喷入的助燃气体与还原渣层产生的CO燃烧放热，将喷入的矿粉和熔剂熔化并进行部分的造渣。

下层喷枪用来喷吹助燃气体和煤粉，其中助燃气体可以是空气、富氧空气或者是纯氧，煤粉可以是普通煤粉，烟煤或无烟煤都可以，无特别要求，要求煤粉粒度小于100目，下层喷枪的作用是喷入的煤粉与助燃气体反应放热生产CO，同时，煤粉燃烧放出的热量促进煤粉与铁氧化物反应，还原出铁。

上层喷枪的助燃气体压力小于0.10Mpa，助燃气体是常温也可以是加热后的高温烟气；中层喷枪的助燃气体压力在0.05-0.30Mpa，助燃气体温度0℃～1200℃；下层喷枪的助燃空气压力在0.1-0.5Mpa，助燃气体温度0℃～1200℃。

上层喷枪的助燃空气压力小于0.10Mpa，中层喷枪的助燃空气压力在0.05-0.30Mpa，下层喷枪的助燃空气压力在0.1-0.5Mpa。

熔炼炉内的烟气温度高于1400℃。

熔炼炉设有一个铁/渣口，在冶炼过程中铁和渣都在此口出。

实施例1

矿粉：铁矿粉，含铁54％，粒度小于100目。

熔剂：生石灰粉，CaO含量81％，粒度小于100目；白云石粉，CaO含量29％，MgO含量19％，粒度小于100目。

燃料：煤粉，固定碳含量79％，粒度小于100目。

把铁矿粉和熔剂(生石灰粉和白云石粉)按一定的比例混合后，将混料和温度为900℃的富氧空气(富氧率10％)从中层喷枪2中喷入熔化渣层6中，富氧空气的压力为0.1Mpa，喷入熔化渣层的富氧空气和从还原渣层进入熔化渣层的CO气体反应放热，将铁矿粉和部分熔剂熔化，形成一定的冶炼渣。

将煤粉和温度为900℃的富氧空气(富氧率10％)从下层喷枪3中喷入还原渣层7中，喷入还原渣层的富氧空气和喷入的煤粉反应放热，生产CO，同时，煤粉还和铁氧化物反应生成金属铁，并熔化为铁水，同时也进行最后的造渣。

生成的铁水和形成的渣一起随炉料下降进入静置渣层8，在静置渣层8中实现铁水和渣的分离，进而由于铁水密度大于渣，铁水进入铁水层9，在冶炼过程中为保护炉底，在炉底还形成一个固态死铁层10。

在铁水层设置了一个铁/渣口4，定时将铁/渣口4打开，出铁和渣，即一个口同时起到出铁和出渣的作用，铁水质量能够满足炼钢需求，渣的二元碱度为1.1。

从熔化渣层6溢出的烟气含有少量的CO，因此，通过上层喷枪1将25℃的冷空气喷入熔炼炉上部的净空区，并且，空气与高温烟气中的CO反应，生产CO₂，烟气温度在1500℃-1600℃之间。

实施例2

矿粉：铜尾渣粉，含铁40％，粒度小于100目。

熔剂：生石灰粉，CaO含量82％，粒度小于100目。

燃料：煤粉，固定碳含量81％，粒度小于100目。

把铜尾渣粉和熔剂(生石灰粉)按一定的比例混合后，将混料和25℃的纯氧从中层喷枪2中喷入熔化渣层6中，纯氧的压力为0.15Mpa，喷入熔化渣层的纯氧和从还原渣层进入熔化渣层的CO气体反应放热，将铁矿粉和部分生石灰粉熔化，形成一定的冶炼渣。

将煤粉和25℃的纯氧从下层喷枪3中喷入还原渣层7中，喷入还原渣层的纯氧和喷入的煤粉反应放热，生产CO，同时，煤粉还和铁氧化物反应生成金属铁，并熔化为铁水，同时也进行最后的造渣。

生成的铁水和形成的渣一起随炉料下降进入静置渣层8，在静置渣层8中实现铁水和渣的分离，进而由于铁水密度大于渣，铁水进入铁水层9，在冶炼过程中为保护炉底，在炉底还形成一个固态死铁层10。

在铁水层设置了一个铁/渣口4，定时将铁/渣口4打开，出铁和渣，即一个口同时起到出铁和出渣的作用，铁水质量能够满足炼钢需求，渣的二元碱度为1。

从熔化渣层6溢出的烟气含有少量的CO，因此，通过上层喷枪1将25℃的冷空气喷入熔炼炉上部的净空区，并且，空气与高温烟气中的CO反应，生产CO2，烟气温度在1500℃-1650℃之间。

此方法还可用于其它含铁固废、低品位矿等不同类型矿粉的冶炼。

上述实施例，仅为本发明优选的可行实施例而已，并非用以局限本发明的保护范围，本领域技术人员，运用本发明说明书及权利要求书所作的等效变化，理应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种多层渣熔融还原炼铁的方法，所用的原料为粉状的矿粉、熔剂和燃料，在竖式熔炼炉中进行，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)原料准备：将助燃气体，矿粉+熔剂的混合物和助燃气体以及燃料和助燃气体分别流体连接至设置在竖式熔炼炉的上、中、下部的上层喷枪(1)、中层喷枪(2)和下层喷枪(3)；

(2)一步法冶炼：上层喷枪(1)、中层喷枪(2)和下层喷枪(3)同时将准备好的物料喷入竖式熔炼炉内，在炉内一步完成了粉矿的熔化、还原、造渣步骤，生成铁水和渣，并在炉内自上而下分别形成熔化渣层(6)、还原渣层(7)、静置渣层(8)、铁水层(9)和死铁层(10)；

其中，矿粉和熔剂由中层喷枪(2)喷入熔化渣层(6)，煤粉由下层喷枪(3)喷入还原渣层(7)；

(3)出铁/渣：通过设置在炉体下部铁水层(9)处的铁/渣出口(4)，出铁或渣；

所述竖式熔炼炉，顶部设有烟囱(5)，炉体的上、中、下部分别设置有上层喷枪(1)、中层喷枪(2)和下层喷枪(3)，炉体下部设置有铁/渣出口(4)；

所述步骤(1)中助燃气体为空气、富氧空气或纯氧；

所用原料为以下粒度小于100目的物料：矿粉为含铁粉状原料，熔剂为石灰石粉、白云石粉或生石灰粉，燃料为普通煤粉、烟煤或无烟煤；

所述步骤(2)中上层喷枪(1)的助燃气体压力小于0.10MPa，温度为0℃～1200℃；

所述步骤(2)中中层喷枪(2)的助燃气体压力为0.05～0.30MPa，温度为0℃～1200℃；

所述步骤(2)中下层喷枪(3)的助燃气体压力为0.10～0.50MPa，温度为0℃～1200℃；

所述步骤(2)中熔炼炉内烟气温度为1400℃～1700℃。

2.如权利要求1所述多层渣熔融还原炼铁的方法，其特征在于：本方法中CO主要在熔化渣层中燃烧。