CN106834573B - 一种全氧高炉炼铁方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及全氧高炉炼铁方法，其主体设备包括全氧高炉和煤气提质加热炉，在全氧高炉炉缸上环形设置有氧气鼓风口、喷煤口和下部提质煤气入口，在高炉炉身中下部设置有上部提质煤气入口，所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔和液渣室。通过对主体设备和具体流程参数进行改进，使得焦炭使用率得到大幅度下降，炉顶煤气的利用率大幅度提高，从而改善了炼铁工序中的工艺参数。

Description

一种全氧高炉炼铁方法
技术领域
本发明属于全氧高炉优化炼铁领域，具体涉及一种富氢煤气提质循环利用全氧高炉炼铁方法。
背景技术
现代钢铁冶炼流程中最为常规的流程为，高炉炼铁+铁水预处理+转炉炼钢+连铸。其中高炉炼铁以铁矿石和焦炭为主原料，焦炭作为主要的还原剂并且形成高炉内部骨架从而对顶端入高炉的铁矿石原料进行还原。但是炼焦对环境的污染极其严重。随着环保意识的逐步提高，降低焦炭在炼铁工艺中的使用量成为非常迫切的技术需要。现有高炉常规都会在下部鼓风，鼓风的时候会鼓入大量的氮气，氮气在上升过程中会将热量大量的带入到炉顶煤气中，不但造成能耗非常大的问题，同时还会造成炉顶煤气热值降低，且对炉顶煤气的进一步处理带来成本增加的增加。
富氧高炉的利用也在逐步增加，富氧高炉使得单位碳素燃烧生成的煤气量减少，风口前理论燃烧温度上升。热量集中于高炉下部，炉缸温度上升，对硅、锰等一些难还原元素的还原十分有利。富氧鼓风后，氮含量相对降低，生成煤气中还原剂CO浓度增高，尤其喷吹含H/C比高的燃料时，煤气中H2含量增加，有利于高炉间接还原的发展，减少焦炭消耗。煤气内氮含量减少，发热值相应提高，从而改善了炉顶煤气质量。富氧鼓风使风口前理论燃烧温度提高，可进一步增加喷吹燃料数量，产生更大的经济效益。而全氧高炉基本不鼓入氮气，提高了还原效率，主要的还原物质变成了煤粉，焦炭最主要的作用为其骨架作用。但是由于全氧高炉流到炉身上部的气体量较之前有了大幅度的减少，因此带入高炉上部的热量随之大幅度减少，从而造成高炉上冷下热的问题，从而影响炉料顺畅。
发明内容
本发明的目的在于提出一种全氧高炉炼铁方法。
具体通过如下技术手段实现：
一种全氧高炉炼铁方法，包括如下步骤和设定方式：
(1)将纯氧、煤粉和高温提质煤气喷入到全氧高炉中，炉顶加入矿石和焦炭，炉顶煤气通入到煤气提质加热炉中，将炉顶煤气中的CO2转化为CO，形成高温提质煤气，将其再喷入到全氧高炉中。
(2)所述全氧高炉炼铁的设备包括全氧高炉和煤气提质加热炉，在全氧高炉炉缸上环形设置有氧气鼓风口、喷煤口和下部提质煤气入口，在高炉炉身中下部设置有上部提质煤气入口，所述下部提质煤气入口与所述上部提质煤气入口之间的距离为L，上部提质煤气入口与炉顶的距离为L’，其中L：L’为0.5～1：1.5～2.1，所述上部提质煤气入口与炉身外壁下部的夹角为α，所述α的夹角度数范围为98～132°，所述氧气鼓风口用于鼓入纯氧，喷煤口用于喷入煤粉，下部提质煤气入口和上部提质煤气入口用于鼓入从煤气提质加热炉中产生的高温提质煤气，所述高温提质煤气入高炉的温度为900～1200℃。
(3)炉料结构为烧结矿：球团矿：块矿重量比为(5～6):(2～2.5):(1～1.5)，炉顶煤气包括CO、CO2、H2和H2O。
(4)所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔和液渣室，所述上部内管插入到下部外管中，上部内管和下部外管整体位于反应腔上部并与反应腔连通，液渣室位于反应腔下部，煤粉通过上部内管顶端加入到煤气提质加热炉中，炉顶煤气入口和氧气入口均设置在反应腔外侧，通过氧气与煤粉不完全燃烧产生CO并且产生大量的热量，炉顶煤气中的CO2在高温环境下与煤粉中的C反应生成CO，从而将炉顶煤气进行提质和加热操作，产生的提质煤气向上流动，从上部内管中流出的煤气通过与新加入的煤粉进行热交换对煤粉进行预热并从上部内管排出形成低温提质煤气，从上部内管和下部外管之间流出的提质煤气在高温的情况下直接排出形成高温提质煤气，所述高温提质煤气包括CO、CO2、H2和H2O。
(5)所述低温提质煤气用于燃气发电或轧钢加热。
作为优选，所述α的夹角度数范围为102～130°。
作为优选，在所述下部提质煤气入口中还进一步同时通入H2，H2的通入体积量为高温提质煤气通入体积量的8～18％。
作为优选，炉料结构中烧结矿：球团矿：块矿重量比为(5～5.5):(2.2～2.5):(1.1～1.5)，炉顶煤气中四者体积比为CO：CO2：H2：H2O＝(40～65):(20～35):(4～15):(5～18)。
作为优选，所述高温提质煤气中四者体积比为CO：CO2：H2：H2O＝(55～75):(4～10):(15～25):(0.5～5)。
本发明的效果在于：
1，通过在高炉炉身部位也设置了高温提质煤气入口，解决了全氧高炉上冷下热的问题，同时还进一步的对铁矿石进行了一定程度的预热，使得高炉内部整体热量利用和炉料顺行达到了最佳的优化效果。同时由于解决了全氧高炉上冷下热的问题，煤粉能够更加合理的充分利用，从而使得炉顶添加的焦炭使用量大幅度降低，减少了焦炭的使用从而减少了环境污染。
2，通过合理设定上部提质煤气入口喷嘴和下部提质煤气入口喷嘴之间的距离与上部气体存续区的距离比值，使得高温提质煤气对上部冷炉区的热量补充作用更加充分还不会造成过度提热而造成资源浪费，同时还能对内部焦炭骨架不造成不良的破坏。结合合理设定喷嘴的角度使得内部热气体的气体动力学能够不在喷嘴附近形成小范围的紊流，而形成大的热循环，更加充分的对炉身部分进行热量补充。
3，通过将炉顶煤气合理的通过煤气提质加热炉进行CO2和部分H2O的去除，由于氧气和煤粉的不充分燃烧带来大量的热量(同时还有炉顶煤气带入的热量)，使得CO2+C—CO的反应能够顺利高效的进行，而产生的煤气由于去除了CO2，从而煤气质量得到了大幅度提升，并且煤气是带有大量热量的，高温煤气上升过程中大部分进入到内管和外管中间的区域(由于内管内部有新加入的煤粉，阻碍气体的进入)从而形成高温提质煤气，少部分进入到内管中与新加入的煤粉进行热交换，从而实现对煤粉的预热，本身温度降低，产出的低温提质煤气无需降温即可以进行常规煤气储存，用于钢厂其他生产需要。从而非常合理的利用了炉顶煤气，同时也非常合理的利用了过程中的热量，使得从物质到能量都得到了很优化的循环利用，大大降低了成本和环境承载压力。
附图说明
图1为本发明全氧高炉设备结构示意图。
其中：11‐炉身，12‐炉缸，13‐喷煤口，14‐氧气鼓风口，15‐上部提质煤气入口，16‐矿石和焦炭入口，17‐炉顶煤气出口，18‐下部提质煤气入口，21‐上部内管，22‐下部外管，23‐反应腔，24‐液渣室，25‐氧气入口，26‐炉顶煤气入口，27‐低温提质煤气出口，28‐煤粉物料入口，29‐高温提质煤气出口，L‐下部提质煤气入口与所述上部提质煤气入口之间的距离，L’‐上部提质煤气入口与炉顶的距离，α‐上部提质煤气入口与炉身外壁下部的夹角。
具体实施方式
实施例1
一种全氧高炉炼铁方法，包括如下步骤：
将纯氧、煤粉和高温提质煤气喷入到全氧高炉中，炉顶加入矿石和焦炭，炉顶煤气通入到煤气提质加热炉中，将炉顶煤气中的CO2转化为CO，形成高温提质煤气，将其再喷入到全氧高炉中。
所述全氧高炉炼铁的设备包括全氧高炉和煤气提质加热炉，在全氧高炉炉缸上环形设置有氧气鼓风口、喷煤口和下部提质煤气入口，在高炉炉身中下部设置有上部提质煤气入口，所述下部提质煤气入口与所述上部提质煤气入口之间的距离为L，上部提质煤气入口与炉顶的距离为L’，其中L：L’为0.8：1.6，所述上部提质煤气入口与炉身外壁下部的夹角为α，所述α的夹角度数为103°，所述氧气鼓风口用于鼓入纯氧，喷煤口用于喷入煤粉，下部提质煤气入口和上部提质煤气入口用于鼓入从煤气提质加热炉中产生的高温提质煤气，所述高温提质煤气入高炉的温度为930～990℃。
在所述下部提质煤气入口中还进一步同时通入H2，H2的通入体积量为高温提质煤气通入体积量的11％。
(3)炉料结构为烧结矿：球团矿：块矿重量比为5.2:2.1:1.1，炉顶煤气包括CO、CO2、H2和H2O，并且四者体积比约为CO：CO2：H2：H2O＝53:28:8:11。
(4)所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔和液渣室，所述上部内管插入到下部外管中，上部内管和下部外管整体位于反应腔上部并与反应腔连通，液渣室位于反应腔下部，煤粉通过上部内管顶端加入到煤气提质加热炉中，炉顶煤气入口和氧气入口均设置在反应腔外侧，通过氧气与煤粉不完全燃烧产生CO并且产生大量的热量，炉顶煤气中的CO2在高温环境下与煤粉中的C反应生成CO，从而将炉顶煤气进行提质和加热操作，产生的提质煤气向上流动，从上部内管中流出的煤气通过与新加入的煤粉进行热交换对煤粉进行预热并从上部内管排出形成低温提质煤气，从上部内管和下部外管之间流出的提质煤气在高温的情况下直接排出形成高温提质煤气，所述高温提质煤气包括CO、CO2、H2和H2O，并且四者体积比约为CO：CO2：H2：H2O＝68:10:18:4。
(5)所述低温提质煤气用于燃气发电或轧钢加热。
对比例1
其他参数都和实施例1相同，而仅将其中L：L’设定为1.1：1，α的夹角度数设定为65°，通过监控高炉炉料的顺行状况，推断出在喷嘴下侧存在冷温区，从而造成炉料顺行状况欠佳。
实施例2
如图1所示：
全氧高炉炼铁的主体设备包括全氧高炉和煤气提质加热炉，在全氧高炉炉缸上环形设置有氧气鼓风口、喷煤口和下部提质煤气入口，在高炉炉身中下部设置有上部提质煤气入口，所述下部提质煤气入口与所述上部提质煤气入口之间的距离为L，上部提质煤气入口与炉顶的距离为L’，其中L：L’为0.9：1.9，所述上部提质煤气入口与炉身外壁下部的夹角为α，所述α的夹角度数为112°，所述氧气鼓风口用于鼓入纯氧，喷煤口用于喷入煤粉，下部提质煤气入口和上部提质煤气入口用于鼓入从煤气提质加热炉中产生的高温提质煤气。全氧高炉顶端排出炉顶煤气，通过导管将炉顶煤气导管与煤气提质加热炉的炉顶煤气入口相连。
所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔和液渣室，所述上部内管插入到下部外管中，上部内管和下部外管整体位于反应腔上部并与反应腔连通，液渣室位于反应腔下部，煤粉通过上部内管顶端加入到煤气提质加热炉中，炉顶煤气入口和氧气入口均设置在反应腔外侧，通过氧气与煤粉不完全燃烧产生CO并且产生大量的热量，炉顶煤气中的CO2在高温环境下与煤粉中的C反应生成CO，从而将炉顶煤气进行提质和加热操作，产生的提质煤气向上流动，从上部内管中流出的煤气通过与新加入的煤粉进行热交换对煤粉进行预热并从上部内管排出形成低温提质煤气，从上部内管和下部外管之间流出的提质煤气在高温的情况下直接排出形成高温提质煤气，通过导管将高温提质煤气分别与全氧高炉的下部提质煤气入口和上部提质煤气入口相连。
实施例3
一种全氧高炉炼铁方法，包括如下步骤和设定方式：
(1)将纯氧、煤粉和高温提质煤气喷入到全氧高炉中，炉顶加入矿石和焦炭，炉顶煤气通入到煤气提质加热炉中，将炉顶煤气中的CO2转化为CO，形成高温提质煤气，将其再喷入到全氧高炉中。
(2)所述全氧高炉炼铁的设备包括全氧高炉和煤气提质加热炉，在全氧高炉炉缸上环形设置有氧气鼓风口、喷煤口和下部提质煤气入口，在高炉炉身中下部设置有上部提质煤气入口，所述下部提质煤气入口与所述上部提质煤气入口之间的距离为L，上部提质煤气入口与炉顶的距离为L’，其中L：L’为0.6：1.8，所述上部提质煤气入口与炉身外壁下部的夹角为α，所述α的夹角度数范围为105～118°，所述氧气鼓风口用于鼓入纯氧，喷煤口用于喷入煤粉，下部提质煤气入口和上部提质煤气入口用于鼓入从煤气提质加热炉中产生的高温提质煤气，所述高温提质煤气入高炉的温度为1010℃。
(3)炉料结构为烧结矿：球团矿：块矿重量比为5.6:2.3:1.1，炉顶煤气包括CO、CO2、H2和H2O，并且四者体积比为CO：CO2：H2：H2O＝63:21:7:9。
(4)所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔和液渣室，所述上部内管插入到下部外管中，上部内管和下部外管整体位于反应腔上部并与反应腔连通，液渣室位于反应腔下部，煤粉通过上部内管顶端加入到煤气提质加热炉中，炉顶煤气入口和氧气入口均设置在反应腔外侧，通过氧气与煤粉不完全燃烧产生CO并且产生大量的热量，炉顶煤气中的CO2在高温环境下与煤粉中的C反应生成CO，从而将炉顶煤气进行提质和加热操作，产生的提质煤气向上流动，从上部内管中流出的煤气通过与新加入的煤粉进行热交换对煤粉进行预热并从上部内管排出形成低温提质煤气，从上部内管和下部外管之间流出的提质煤气在高温的情况下直接排出形成高温提质煤气，所述高温提质煤气包括CO、CO2、H2和H2O，并且四者体积比为CO：CO2：H2：H2O＝73:5:17.5:4.5。
(5)所述低温提质煤气用于燃气发电或轧钢加热。
在所述下部提质煤气入口中还进一步同时通入H2，H2的通入体积量约为高温提质煤气通入体积量的15％。

Claims (5)

1.一种全氧高炉炼铁方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将纯氧、煤粉和高温提质煤气喷入到全氧高炉中，炉顶加入矿石和焦炭，炉顶煤气通入到煤气提质加热炉中，将炉顶煤气中的CO2转化为CO，形成高温提质煤气，将其再喷入到全氧高炉中；
(2)所述全氧高炉炼铁的设备包括全氧高炉和煤气提质加热炉，在全氧高炉炉缸上环形设置有氧气鼓风口、喷煤口和下部提质煤气入口，在高炉炉身中下部设置有上部提质煤气入口，所述下部提质煤气入口与所述上部提质煤气入口之间的距离为L，上部提质煤气入口与炉顶的距离为L’，其中L：L’为(0.5～1)：(1.5～2.1)，所述上部提质煤气入口与炉身外壁下部的夹角为α，所述α的夹角度数范围为98～132°，所述氧气鼓风口用于鼓入纯氧，喷煤口用于喷入煤粉，下部提质煤气入口和上部提质煤气入口用于鼓入从煤气提质加热炉中产生的高温提质煤气，所述高温提质煤气入高炉的温度为900～1200℃；
(3)炉料结构为烧结矿：球团矿：块矿重量比为(5～6):(2～2.5):(1～1.5)，炉顶煤气包括CO、CO2、H2和H2O；
(4)所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔和液渣室，所述上部内管插入到下部外管中，上部内管和下部外管整体位于反应腔上部并与反应腔连通，液渣室位于反应腔下部，煤粉通过上部内管顶端加入到煤气提质加热炉中，炉顶煤气入口和氧气入口均设置在反应腔外侧，通过氧气与煤粉不完全燃烧产生CO并且产生大量的热量，炉顶煤气中的CO2在高温环境下与煤粉中的C反应生成CO，从而将炉顶煤气进行提质和加热操作，产生的提质煤气向上流动，从上部内管中流出的煤气通过与新加入的煤粉进行热交换对煤粉进行预热并从上部内管排出形成低温提质煤气，从上部内管和下部外管之间流出的提质煤气在高温的情况下直接排出形成高温提质煤气，所述高温提质煤气包括CO、CO2、H2和H2O；
(5)所述低温提质煤气用于燃气发电或轧钢加热。
2.根据权利要求1所述的全氧高炉炼铁方法，其特征在于，所述α的夹角度数范围为102～130°。
3.根据权利要求1所述的全氧高炉炼铁方法，其特征在于，在所述下部提质煤气入口中还进一步同时通入H2，H2的通入体积量为高温提质煤气通入体积量的8～18％。
4.根据权利要求1所述的全氧高炉炼铁方法，其特征在于，炉料结构中烧结矿：球团矿：块矿重量比为(5～5.5):(2.2～2.5):(1.1～1.5)，炉顶煤气中四者体积比为CO：CO2：H2：H2O＝(40～65):(20～35):(4～15):(5～18)。
5.根据权利要求1所述的全氧高炉炼铁方法，其特征在于，所述高温提质煤气中四者体积比为CO：CO2：H2：H2O＝(55～75):(4～10):(15～25):(0.5～5)。
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炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉综合数学模型;韩毅华 等;《北京科技大学学报》;20111031;第33卷(第10期);第1280-1286页 *

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CN106834573A (zh) 2017-06-13

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