CN106048114A - 一种高炉使用热压铁焦低碳炼铁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高炉使用热压铁焦低碳炼铁的方法，该方法使用的高炉炉料包括热压铁焦，高炉内的矿石层由烧结矿和球团矿以一定比例混合组成，焦炭层由焦炭和热压铁焦按一定比例混合组成，采用富氧、热风、喷煤操作。不仅可以降低高炉热空区温度、提高反应效率、缩短冶炼时间、降低焦比、减少CO2排放，而且可以保护焦炭，从而维持料层透气性，保证高炉顺利进行，还可显著提高生产效率。

Description

一种高炉使用热压铁焦低碳炼铁的方法
技术领域
本发明涉及高炉炼铁技术领域，具体涉及一种高炉使用热压铁焦低碳炼铁的方法。
背景技术
近年来，全球因使用化石能源而引起的CO2排放量迅猛增加，温室气体CO2减排已成为当今世界应对气候变化问题的核心内容。而我国近年来CO2排放量几乎呈指数增长，2013年全球化石能源CO2排放量为322亿t，中国CO2排放量为90.2亿t，占世界总排放量29％，因此我国在未来较长时期内都将面临国内CO2减排的艰巨任务和严峻的国际压力。
钢铁工业是能源密集型行业，钢铁生产过程中需消耗大量化石燃料，从而排放大量的CO2。我国钢铁工业CO2排放量占全国CO2总排放量的15％左右，远高于全球平均水平(5％～6％)。在钢铁生产过程中，高炉工序CO2排放量占整个系统CO2总排放量的70％～80％。若再加上烧结、球团和焦化等铁前工序，整个炼铁系统CO2排放量将达到90％以上。另外，高炉是一种传统炼铁设备，经过长期发展仍然保持着旺盛的生命力，在现有各种炼铁流程中，高炉炼铁都占据无可争议的主要地位。我国钢铁工业以高炉-转炉流程为主，该流程生产的粗钢产量占全部粗钢产量的90％左右。2015年我国高炉生铁产量已达6.9141亿t，占全球高炉生铁总产量的59.97％。在未来相当长的一段时间内，高炉-转炉流程仍是钢铁工业的主导流程。因此，高炉炼铁工艺的改进与完善是我国钢铁工业节能降耗和CO2减排的关键技术环节。
我国煤炭资源总储量相对丰富，占世界总储量的12.6％。我国煤炭资源种类也较齐全，但煤炭资源数量分布极不平衡，尤其是优质炼焦煤资源，仅占探明储量的9.34％左右。近年来，随着钢铁工业的高速发展，优质炼焦煤资源越来越匮乏。而高炉炼铁工艺对优质炼焦煤资源具有严重的依赖性，以重点企业高炉平均焦比(约349kg/tHM)推算，2012年我国高炉炼铁共消耗焦炭约2.99亿t，约合6.437亿t炼焦煤原煤。近年来，高炉喷煤量逐渐增加，高炉冶炼对焦炭的质量要求越来越高。目前，国内许多钢厂炼焦配煤中肥煤和主焦煤的配比已超过50％。按此消耗速度，估计我国主焦煤和肥煤资源将在40年内消耗殆尽。因此，加强稀缺优质炼焦煤资源的高效综合利用以及大规模开发利用低变质煤资源对实现我国钢铁工业乃至整个社会的可持续发展具有重要意义。
铁焦是将含铁物料添加至适宜的煤中，利用室式炼焦工艺或竖炉炭化工艺制成含碳复合炉料。这里所说的含铁物料可以是冶金含铁废弃物或低品位铁矿石等，煤可以是弱黏结性煤或非黏结性煤。高炉使用铁焦后可降低炉内热空区温度，提高反应效率，降低焦比，减少CO2排放，大幅提高弱粘结煤和低品位铁矿石的使用比例。
关于高炉使用铁焦进行冶炼的方法有几种，如专利公开号为CN104334748中公开的，在高炉内形成焦炭层和矿石层进行高炉冶炼。矿石层由至少两批矿石组成，且在其中至少一批中添加铁焦，并在至少另一批中不添加铁焦。铁焦的加入位置是矿石层厚度比(矿石层厚度/(矿石层厚度+焦炭层厚度))较大的位置。如专利公开号为CN102597275中公开的，将铁焦与矿石混合，并与焦炭交替加入高炉进行冶炼。铁焦使用比率为焦炭质量的25％～50％，铁焦粒度范围为15mm～40mm，铁焦含铁量为质量分数10％～40％。又如专利公开号为CN102471809中公开的，高炉内交替形成焦炭层和矿石层进行冶炼。焦炭层由焦炭形成，矿石层由铁焦、焦炭和矿石混合形成，且矿石层分两批入炉。矿石层中铁焦添加比例为矿石质量的1％以上，焦炭加入比例为矿石质量的0.5％～6％，铁焦和焦炭总添加比例为矿石质量的1.5％～20％。矿石层中焦炭粒度为36mm～100mm，铁焦含铁量为质量分数10％～40％。
但这些方法均是将铁焦添加至矿石层中，这会导致以下问题：由于铁焦具有较高的反应性，气化反应后局部区域CO分压较高，从而加速矿石的还原。然而，铁焦反应后强度较差，气化反应后产生较多粉末，当矿石层达到软熔带时，矿石层呈现软熔状态，矿石层的透气性在铁焦粉末存在下会受到严重影响，从而影响高炉正常生产和操作。
发明内容
针对现有炼铁技术存在的问题，本发明提出了一种高炉使用热压铁焦低碳炼铁的方法。该方法将热压铁焦添加至高炉焦炭层中。热压铁焦具有较高的反应性，高炉冶炼时焦炭层中的热压铁焦气化反应在较低温度下即可发生，从而促进矿石的还原，提高生铁产量。焦炭层中的热压铁焦优先发生气化反应，从而保护高炉焦炭。尽管焦炭层中的热压铁焦在软熔带气化反应后也会产生粉末，但此时焦炭可起到骨架的作用，维持料层的透气性，从而保证高炉的正常生产和操作。另外，高炉加入热压铁焦后，炉内热空区温度降低，反应效率提高，冶炼时间缩短，高炉焦比降低，CO2排放减少。
本发明提供了一种高炉使用热压铁焦低碳炼铁的方法，该方法使用的高炉炉料由烧结矿、球团矿、焦炭和热压铁焦组成，炉料从高炉炉顶加入，并在高炉内部依次交替形成矿石层和焦炭层，采用富氧、热风、喷煤操作，进行高炉冶炼，生成铁水和炉渣，包括：
(1)矿石层由烧结矿和球团矿均匀混合而成，烧结矿的添加比例按质量百分数为矿石层总质量的60％～80％，球团矿的添加比例按质量百分数为矿石层总质量的20％～40％；
(2)焦炭层由焦炭和热压铁焦均匀混合而成，焦炭用量为320～380kg/tHM，热压铁焦添加量按质量百分数为焦炭质量的5％～20％；
(3)矿石层炉料和焦炭层炉料从炉顶依次交替加入高炉，将焦炭与热压铁焦、烧结矿与球团矿分别装入不同的料罐。高炉装料时采用较大料批重、分装装料操作，高炉料线控制在1.0～1.5m；
(4)高炉鼓风温度为1100℃～1200℃，富氧率为1％～3％，喷煤量不超过150kg/tHM，炉料从装入到出铁水和炉渣的时间为6.0～8.0h；
本发明所用烧结矿的转鼓指数不低于72％，低温还原粉化指数RDI+3.15不低于75％；球团矿抗压强度不低于2000N，还原膨胀指数RSI不高于15％；
本发明所用焦炭的灰分Ad不超过焦炭总质量的13％，硫分St,d不超过焦炭总质量的0.8％，挥发分Vdaf不超过焦炭总质量的1.8％，抗碎强度M25不低于85％，耐磨强度M10不超过7％，反应性CRI不超过30％，反应后强度CSR不低于55％；
本发明所用热压铁焦是由铁矿粉和弱黏结性煤均匀混合后采用热压工艺制成，其外形为球形或椭球形，粒度为25～40mm，抗压强度不低于5000N，反应性CRI为40％～50％，反应后强度CSR为30％～40％。
本技术应用可以带来如下积极效果，推动传统炼铁技术的进步与创新：
(1)添加5％～20％的热压铁焦至焦炭中可起到保护焦炭的作用，从而用更少的焦炭维持高炉透气性，保证高炉正常生产和操作；
(2)高炉使用5％～20％的热压铁焦可降低炉内热空区温度，提高反应效率，降低焦比，减少CO2排放；
(3)热压铁焦制备可使用低品位难处理铁矿石和弱黏结性煤，从而扩大了原燃料的来源范围，提高了资源利用率。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点会在实施例中描述更为清楚，但这些实施例近似范例性质，并不对本发明的范围构成任何限制。
实施例1
在本实施例中：
烧结矿TFe含量为55.94％，其主要化学成分见表1，其转鼓指数为75％，低温还原粉化指数RDI+3.15为80％。
球团矿TFe含量为65.33％，其化学成分如表2所示，其抗压强度为2650N，还原膨胀指数RSI为12％。
热压铁焦的化学成分如表3所示，其粒度为30mm，抗压强度为5200N，反应性为45％，反应后强度为35％。
焦炭工业分析如表4所示，其硫分St,d为0.77％，抗碎强度M25为90％，耐磨强度M10为6％，反应性CRI为25.3％，反应后强度CSR为64.5％。
表1 烧结矿化学成分(wt％)
表2 球团矿化学成分(wt％)
表3 热压铁焦化学成分(wt％)
表4 焦炭工业分析(wt％)
将表1中的烧结矿和表2中的球团矿混合均匀后加入高炉形成矿石层，将表4中的焦炭加入高炉形成焦炭层，矿石层和焦炭层在炉内交替形成并进行高炉冶炼。矿石层中烧结矿和球团矿的质量百分比为70％:30％，焦炭层中焦炭加入量为380kg/tHM。高炉喷吹煤粉量为150kg/tHM，热风温度为1150℃，富氧率为2％，冶炼时间为8.0h。高炉物料平衡表和能量平衡表分别如表5和表6所示。
表5 未加热压铁焦时高炉冶炼物料平衡
表6 未加热压铁焦时高炉冶炼能量平衡
冶炼1000kg铁水，产生炉渣359.54kg。该工艺的吨铁能耗为380.00kg焦炭和150kg煤粉。
实施例2
采用实施例1中的烧结矿、球团矿、热压铁焦、焦炭、煤粉等原燃料条件，将烧结矿和球团矿均匀混合后加入高炉形成矿石层，将热压铁焦和焦炭均匀混合后装入高炉形成焦炭层，矿石层和焦炭层交替加入并进行高炉冶炼。矿石层中烧结矿和球团矿的质量百分比为70％:30％，焦炭层中热压铁焦加入量按质量分数为焦炭用量的5.01％。高炉喷吹煤粉量为150kg/tHM，热风温度为1150℃，富氧率为2％，冶炼时间缩短到7.5h。高炉物料平衡表和能量平衡表分别如表7和表8所示。
表7 添加5％热压铁焦时高炉冶炼物料平衡
表8 添加5％热压铁焦时高炉冶炼能量平衡
冶炼1000kg铁水，产生炉渣359.00kg。该工艺的吨铁能耗为363.80kg焦炭和150kg煤粉，比实施例1显著降低焦比约16kg。
实施例3
采用实施例1中的烧结矿、球团矿、热压铁焦、焦炭、煤粉等原燃料条件，将烧结矿和球团矿均匀混合后加入高炉形成矿石层，将热压铁焦和焦炭均匀混合后装入高炉形成焦炭层，矿石层和焦炭层交替加入并进行高炉冶炼。矿石层中烧结矿和球团矿的质量百分比为70％:30％，焦炭层中热压铁焦加入量按质量分数为焦炭用量的10.01％。高炉喷吹煤粉量为150kg/tHM，热风温度为1150℃，富氧率为2％，冶炼时间缩短到6.8h。高炉物料平衡表和能量平衡表分别如表9和表10所示。
表9 添加10％热压铁焦时高炉冶炼物料平衡
表10 添加10％热压铁焦时高炉冶炼能量平衡
冶炼1000kg铁水，产生炉渣358.52kg。该工艺的吨铁能耗为349.20kg焦炭和150kg煤粉，比实施例2显著降低焦比约15kg。
实施例4
采用实施例1中的烧结矿、球团矿、热压铁焦、焦炭、煤粉等原燃料条件，将烧结矿和球团矿均匀混合后加入高炉形成矿石层，将热压铁焦和焦炭均匀混合后加入高炉形成焦炭层，矿石层和焦炭层交替加入并进行高炉冶炼。矿石层中烧结矿和球团矿的质量百分比为70％:30％，焦炭层中热压铁焦加入量按质量分数为焦炭用量的20.00％。高炉喷吹煤粉量为150kg/tHM，热风温度为1150℃，富氧率为2％，冶炼时间缩短到6.0h。高炉物料平衡表和能量平衡表分别如表11和表12所示。
表11 添加20％热压铁焦时高炉冶炼物料平衡
表12 添加20％热压铁焦时高炉冶炼能量平衡
冶炼1000kg铁水，产生炉渣357.68kg。该工艺的吨铁能耗为323.20kg焦炭和150kg煤粉，比实施例3显著降低焦比约26kg。
从以上实施案例可以看出，与不使用热压铁焦的高炉传统操作相比，高炉焦炭层添加5％、10％、20％热压铁焦后，焦炭消耗分别减少16kg、31kg、57kg，因此，将热压铁焦添加到焦炭层进行高炉冶炼，不仅解决了现有高炉使用铁焦冶炼工艺存在的问题，而且可提高高炉冶炼效率，缩短冶炼时间，提高产量，降低焦比，降低能耗，减少CO2排放。

Claims (4)

1.一种高炉使用热压铁焦低碳炼铁的方法，所述方法使用的高炉炉料由烧结矿、球团矿、焦炭和热压铁焦组成，炉料从高炉炉顶加入，并在高炉内部依次交替形成矿石层和焦炭层，采用富氧、热风、喷煤操作进行高炉冶炼，从而生成铁水和炉渣，其特征在于：
(1)矿石层由烧结矿和球团矿均匀混合而成，烧结矿的添加比例按质量百分数为矿石层总质量的60％～80％，球团矿的添加比例按质量百分数为矿石层总质量的20％～40％；
(2)焦炭层由焦炭和热压铁焦均匀混合而成，焦炭用量为320～380kg/tHM，热压铁焦添加量按质量百分数为焦炭质量的5％～20％；
(3)将焦炭与热压铁焦、烧结矿与球团矿分别装入不同的料罐，并将矿石层炉料和焦炭层炉料从炉顶依次交替加入高炉，高炉装料时采用较大料批重、分装装料操作，高炉料线控制在1.0m～1.5m；
(4)高炉鼓风温度为1100℃～1200℃，富氧率为1％～3％，喷煤量不超过150kg/tHM，炉料从装入到出铁水和炉渣的时间为6.0～8.0h。
2.根据权利要求1所述的高炉使用热压铁焦低碳炼铁的方法，其特征在于：所述方法中所用烧结矿的转鼓指数不低于72％，低温还原粉化指数RDI+3.15不低于75％；球团矿抗压强度不低于2000N，还原膨胀指数RSI不高于15％。
3.根据权利要求1所述的高炉使用热压铁焦低碳炼铁的方法，其特征在于：所述方法中所用焦炭的灰分Ad不超过焦炭总质量的13％，硫分St,d不超过焦炭总质量的0.8％，挥发分Vdaf不超过焦炭总质量的1.8％，抗碎强度M25不低于85％，耐磨强度M10不超过7％，反应性CRI不超过30％，反应后强度CSR不低于55％。
4.根据权利要求1所述的高炉使用热压铁焦低碳炼铁的方法，其特征在于：所述方法中所用热压铁焦是由铁矿粉和弱黏结性煤均匀混合后采用热压工艺制成，其外形为球形或椭球形，粒度为25mm～40mm，抗压强度不低于5000N，反应性CRI为40％～50％，反应后强度CSR为30％～40％。
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