CN106978517A - 改质转炉放散煤气资源化应用于炼钢底吹的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，涉及一种将现有转炉放散煤气改质并资源化应用于炼钢底吹、减少Ar/N2消耗、强化炼钢动力学的方法。本发明将转炉吹炼前期和后期的低品质放散煤气经降温、除尘后进入燃烧室，将低品质煤气中的CO组分转变为CO2，使CO2含量平均达到30%以上，提高放散煤气作为喷吹气的利用价值，通过底吹控制系统实现改质气资源化应用于炼钢底吹整个冶炼周期，采用分阶段控制。本发明适用于30‑350吨炼钢转炉，可资源化利用改质转炉放散煤气量3‑50Nm3/t钢，回收蒸汽量5‑15kg/t钢，CO2用于底吹搅拌，使底吹搅拌功提高20%以上。本发明的改质放散煤气也可部分用于转炉炼钢溅渣护炉和炼钢设备的密封。

Description

改质转炉放散煤气资源化应用于炼钢底吹的方法和装置
技术领域
本发明属于冶金工艺领域，特别涉及一种适用于30-400吨转炉改质放散煤气应用于炼钢底吹实现资源化循环利用的方法和装置。
背景技术
转炉炼钢过程中每生产1t钢可回收煤气70-140m3，煤气中含CO 40％-80％，CO215％-20％，同时含有少量的N2、H2以及微量O2，但目前转炉煤气回收主要集中在吹炼中期的脱碳阶段。吹炼前期和后期碳氧反应较弱，煤气中CO含量较低，钢铁企业均对此阶段的煤气进行放散处理，既造成资源和能源浪费，又污染环境。若能将目前转炉的放散煤气进行改质处理，作为资源循环应用于钢铁冶炼过程，将有利于减少炼钢过程的废气排放。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种将转炉放散煤气进行改质并资源化应用于炼钢的方法和装置，实现改质煤气替代Ar/N2用于转炉炼钢过程，既能有效利用放散煤气资源、减少Ar/N2消耗，也能促进熔池搅拌，强化炼钢过程动力学条件。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种改质转炉放散煤气资源化应用于炼钢底吹的方法，所述方法为：
将低品质的转炉放散煤气经过降温、除尘后利用助燃剂燃烧，将放散煤气中的CO组分燃烧转变为CO2，回收燃烧过程产生的热量，得到改质气；
改质气经冷却、加压后进入转炉底吹控制系统，将改质气应用于炼钢底吹。
进一步地，所述改质气应用于炼钢底吹过程采用分阶段控制，具体包括以下步骤：
吹炼前期，采用大强度底吹改质气，促进造渣脱磷，底吹强度为0.05-0.3Nm3/min/t；
吹炼中期，降低改质气底吹强度，利于脱碳升温平稳，底吹强度为0.03-0.2Nm3/min/t；
吹炼后期，采用较大底吹强度，均匀熔池温度和成分、降低炉渣铁损，底吹强度为0.05-0.3Nm3/min/t；
溅渣护炉过程，采用大强度底吹改质气，防止底吹元素堵塞，底吹强度为0.08-0.3Nm3/min/t；
装料、出钢等冶炼过程，底吹强度为0.03-0.08Nm3/min/t，保护底吹元件。
进一步地，所述的助燃剂为O2，助燃剂喷吹量随放散煤气中CO含量变化而变化，为保证煤气充分改质，应保持流量比O2:CO＝0.5-1.5:1。
进一步地，放散煤气改质采用间断性操作，仅在吹炼前期和后期完成；改质气资源化应用于炼钢底吹整个冶炼周期。
进一步地，所述改质气也可部分用于转炉炼钢溅渣护炉过程，将改质气管道和溅渣护炉系统的氮气管道连接，利用溅渣护炉的控制系统，实现改质气用于转炉炼钢溅渣护炉。
进一步地，所述改质气可接入转炉顶吹系统、除尘系统和加料系统的氮封管道，代替N2用于转炉顶吹喷枪、除尘烟罩、加料系统设备的密封，防止空气进入烟道。
一种改质转炉放散煤气资源化应用于炼钢底吹的装置，装置包括炼钢转炉、冷却装置一、除尘装置、放散烟囱；炼钢转炉与冷却装置相连，除尘装置与冷却装置相连，放散烟囱与除尘装置相连；炼钢过程中产生的煤气依次通过冷却装置、除尘装置进行冷却、除尘后经管道一进入放散烟囱前的管道；
所述装置还包括燃烧室、冷却装置二、压缩机、缓冲装置、管道三；
所述燃烧室的进气口通过管道二与管道一相连；
所述燃烧室的出气口和冷却装置二相连；
冷却装置二、压缩机、缓冲装置依次相连；
缓冲装置出口和底吹系统相连；
经冷却除尘的放散煤气进入燃烧室，将放散煤气中的CO组分燃烧转变为CO2得到改质气，改质气经冷却加压进入缓冲装置，随后改质气进入炼钢转炉底吹系统作为底吹气体。
进一步地，管道一上还连接有管道二，所述管道二与煤气冷却器相连，除尘后的煤气可经管道二进入煤气冷却器，经煤气冷却器冷却后输入煤气柜供用户使用。
进一步地，燃烧室包括助燃剂喷嘴和点火装置，燃烧室内衬采用耐火材料、外壳采用汽化冷却管道，汽化冷却管道连接蒸汽汽包，回收燃烧过程产生的热量。
进一步地，所述燃烧室的出气口处设置有气体分析仪。
本发明的有益技术效果：该方法适用于30-400吨炼钢转炉，吨钢改质转炉放散煤气量为3-50Nm3，同时利用燃烧室的汽化冷却装置可回收蒸汽量5-15kg，将改质气用于炼钢底吹过程可完全替代底吹Ar或N2，吨钢煤气回收量提高2Nm3，且使底吹搅拌功提高20％以上，本发明的改质放散煤气也可部分用于转炉炼钢溅渣护炉和炼钢设备的密封。
附图说明
图1、改质转炉放散煤气资源化应用于炼钢底吹的装置；
图中，1.转炉、201.汽化冷却烟道、202.冷却器喷嘴、203.蒸发冷却器、3.电除尘器、4.风机、5.放散烟囱、6.燃烧室、601.助燃器喷嘴、7.回收蒸汽装置、8.气体分析仪、9.气体冷却器、10.压缩机、11.缓冲装置、12.回收侧钟型阀、13.底吹系统、14.放散侧钟型阀、15.切换阀一、16.切换阀二、17.管道三、18.管道一、19.管道二、20.煤气冷却器、21.煤气柜、22.煤气用户。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
一种改质转炉放散煤气资源化应用于炼钢底吹的方法，所述方法为：
将低品质的转炉放散煤气经过降温、除尘后利用助燃剂燃烧，将放散煤气中的CO组分燃烧转变为CO2，回收燃烧过程产生的热量，得到改质气；
改质气经冷却、加压后进入转炉底吹控制系统，将改质气应用于炼钢底吹。
所述改质气应用于炼钢底吹过程采用分阶段控制，具体包括以下步骤：
吹炼前期，采用大强度底吹改质气，促进造渣脱磷，底吹强度为0.05-0.3Nm3/min/t；
吹炼中期，降低改质气底吹强度，利于脱碳升温平稳，底吹强度为0.03-0.2Nm3/min/t；
吹炼后期，采用较大底吹强度，均匀熔池温度和成分、降低炉渣铁损，底吹强度为0.05-0.3Nm3/min/t；
溅渣护炉过程，采用大强度底吹改质气，防止底吹元素堵塞，底吹强度为0.08-0.3Nm3/min/t；
装料、出钢等冶炼过程，底吹强度为0.03-0.08Nm3/min/t，保护底吹元件。
所述的助燃剂为O2，助燃剂喷吹量随放散煤气中CO含量变化而变化，为保证煤气充分改质，应保持流量比O2:CO＝0.5-1.5:1。
放散煤气改质可应用于整个冶炼周期，但因吹炼中期的煤气可被处理后供给给用户，放散煤气改质也可采用间断性操作，仅在吹炼前期和后期完成；改质气资源化应用于炼钢底吹整个冶炼周期。
所述改质气也可部分用于转炉炼钢溅渣护炉过程，将改质气管道和溅渣护炉系统的氮气管道连接，利用溅渣护炉的控制系统，实现改质气用于转炉炼钢溅渣护炉。
所述改质气可接入转炉顶吹系统、除尘系统和加料系统的氮封管道，代替N2用于转炉顶吹喷枪、除尘烟罩、加料系统设备的密封，防止空气进入烟道。
其中，转炉顶吹系统、除尘系统和加料系统的氮封管道、溅渣护炉系统的氮气管道是现有技术转炉既有的。
一种改质转炉放散煤气资源化应用于炼钢底吹的装置，装置包括炼钢转炉1、冷却装置一、除尘装置、放散烟囱5。
其中，冷却装置一包括依次相连的汽化冷却烟道201、冷却器喷嘴202、蒸发冷却器203；除尘装置采用电除尘器3，电除尘器中包括气体分析仪。
转炉1与汽化冷却烟道201相连，电除尘器3与蒸发冷却器203相连，放散烟囱5与电除尘器3相连；炼钢转炉1包括底吹系统13；底吹系统13从转炉1底部吹入底吹气体，炼钢过程中产生的煤气依次通过汽化冷却烟道201、冷却器喷嘴202、蒸发冷却器203、电除尘器3进行冷却、除尘后进入放散烟囱5。
电除尘器3与放散烟囱5间通过管道一18连接，管道一18靠近电除尘器3侧设置有风机4，靠近放散烟囱5侧设置有放散侧钟型阀14，风机4的出口及放散侧钟型阀14间的管道一18上设有管道二19，放散侧钟型阀14与放散烟囱5间设置有切换阀15，放散侧钟型阀14与切换阀一15间连接有管道三17，管道二19上设有回收侧钟型阀12，管道三17上有切换阀二16。
通过放散侧钟型阀14与回收侧钟型阀12的开关控制煤气向回收侧或放散侧输送。
通过切换阀一15和切换阀二16的开关控制放散煤气向放散烟囱5或管道三17输送。
所述装置还包括燃烧室6、冷却装置二、压缩机8、缓冲装置11；冷却装置二采用气体冷却器9。
所述燃烧室6的进气口和管道三17相连，所述燃烧室6的出气口和气体冷却器9相连，气体冷却器9、压缩机10、缓冲装置11依次相连。
缓冲装置11出口和底吹系统13相连。
经冷却除尘的煤气进入燃烧室，将放散煤气中的CO组分燃烧转变为CO2得到改质气，改质气经冷却加压进入缓冲装置，随后改质气一部分进入转炉底吹系统作为底吹气体进入转炉1。
底吹改质气可通过4-16支环缝式或多孔塞式或套管式底吹元件吹入转炉1内。
燃烧室6包括助燃剂喷嘴601和点火装置，燃烧室内衬采用耐火材料、外壳采用汽化冷却管道，汽化冷却管道连接蒸汽汽包7，回收燃烧过程产生的热量。
管道二19与煤气冷却器20相连，除尘后的煤气可经管道二19进入煤气冷却器20，经煤气冷却器20冷却后输入煤气柜21供煤气用户22使用。当放散煤气改质采用间断性操作，仅在吹炼前期和后期完成时，在吹炼中期，除尘后的煤气经管道二19进入煤气冷却器20进一步供给用户。
所述燃烧室6的出气口处设置有气体分析仪8。
本发明的原理是：转炉吹炼中，尤其是前期和后期，碳氧反应较弱，煤气中CO含量较低，煤气品质差，钢铁企业均对此阶段的煤气进行放散处理，既造成资源和能源浪费，又污染环境。本发明利用燃烧室中设置的助燃剂喷嘴喷吹O2，发生反应2CO+O2＝2CO2，将目前无利用价值的低品质转炉煤气进行改质，CO转化为CO2，使改质气中的CO2含量达到30％以上，其中CO2属于弱氧化性物质，在炼钢温度下，与铁水中C、Fe、Si、Mn元素均能发生氧化反应，且与C、Fe元素反应是吸热反应，有利于保护转炉底吹喷嘴，同时CO2与熔池元素反应产生的大量CO气泡上浮具有强烈的化学搅拌力，强化炼钢过程动力学条件，产生的CO进一步提高了转炉煤气品质，有利于转炉煤气的回收及改质循环利用。
实施例2
本实施例应用是实施例1的方法和装置应用于120t转炉
对于120t转炉，吹炼前期和吹炼后期放散期煤气含量变化如表1所示。放散煤气瞬时流量为70000-80000Nm3/h，放散煤气经过汽化冷却烟道及干法除尘系统降温、除尘后，通过放散管道进入燃烧室，采用4支燃烧喷嘴喷吹助燃剂，助燃剂流量随放散煤气成分变化如下表1所示。
表1 120t转炉放散煤气和助燃剂流量
改质后的煤气进入气体冷却器降温，然后利用压缩机将改质气加压至1.6MPa以上储存于缓冲装置中，改质气平均成分为CO2:33％，N2：66.25％，其余为少量残余气体。将改质气通过底吹系统的6支多孔塞式底吹元件吹入炼钢转炉，具体吹炼包括以下步骤：
吹炼前期：采用大强度底吹改质气，促进造渣脱磷，底吹强度为0.1Nm3/min/t；
吹炼中期：降低改质气底吹强度，利于脱碳升温平稳，底吹强度为0.05Nm3/min/t；
吹炼后期：采用较大底吹强度，均匀熔池温度和成分、降低炉渣铁损，底吹强度为0.08Nm3/min/t；
溅渣护炉过程：采用大强度底吹改质气，防止底吹元素堵塞，底吹强度为0.15Nm3/min/t；
装料、出钢等冶炼过程：底吹强度为0.05Nm3/min/t，保护底吹元件。
将本发明的方法应用于120t转炉炼钢过程，吨钢改质转炉放散煤气量为35Nm3，同时利用燃烧室的汽化冷却装置可回收蒸汽量9kg。本发明的改质放散煤气完全代替N2应用于120t转炉炼钢溅渣护炉。
实施例3
本实施例应用是实施例1的方法和装置应用于300t转炉
对于300t转炉，吹炼前期和吹炼后期放散期煤气含量变化如表2所示。放散煤气瞬时流量为200000-240000Nm3/h，放散煤气经过汽化冷却烟道及干法除尘系统降温、除尘后，通过放散管道进入燃烧室，采用12支燃烧喷嘴喷吹助燃剂，助燃剂流量随放散煤气成分变化如下表2所示。
表2 300t转炉放散煤气和助燃剂流量
改质后的煤气进入气体冷却器降温，然后利用压缩机将改质气加压至2.0MPa以上储存于缓冲装置中，改质气平均成分为CO2:39.15％，N2：59.64％，其余为少量残余气体。将改质气通过底吹系统的16支环缝式底吹元件吹入300t炼钢转炉，具体吹炼包括以下步骤：
吹炼前期：采用大强度底吹改质气，促进造渣脱磷，底吹强度为0.12Nm3/min/t；
吹炼中期：由于脱碳反应剧烈进行，熔池搅拌力强，此时应降低改质气底吹强度，利于脱碳升温平稳，底吹强度为0.06Nm3/min/t；
吹炼后期：采用较大底吹强度，均匀熔池温度和成分、降低炉渣铁损，底吹强度为0.1Nm3/min/t；
溅渣护炉过程：采用大强度底吹改质气，防止底吹元素堵塞，底吹强度为0.15Nm3/min/t；
装料、出钢等冶炼过程：底吹强度为0.03Nm3/min/t，保护底吹元件。
将本发明的方法应用于300t转炉炼钢过程，吨钢改质转炉放散煤气量为41Nm3，同时利用燃烧室的汽化冷却装置可回收蒸汽量12kg。本发明的改质放散煤气完全代替N2应用于300t转炉顶吹设备的密封。

Claims (10)

1.一种改质转炉放散煤气资源化应用于炼钢底吹的方法，其特征在于，所述方法为：
将低品质的转炉放散煤气经过降温、除尘后利用助燃剂燃烧，将放散煤气中的CO组分燃烧转变为CO2，回收燃烧过程产生的热量，得到改质气；
改质气经冷却、加压后进入转炉底吹控制系统，将改质气应用于炼钢底吹。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述改质气应用于炼钢底吹过程采用分阶段控制，具体包括以下步骤：
吹炼前期，采用大强度底吹改质气，促进造渣脱磷，底吹强度为0.05-0.3 Nm3/min/t；
吹炼中期，降低改质气底吹强度，利于脱碳升温平稳，底吹强度为0.03-0.2 Nm3/min/t；
吹炼后期，采用较大底吹强度，均匀熔池温度和成分、降低炉渣铁损，底吹强度为0.05-0.3 Nm3/min/t；
溅渣护炉过程，采用大强度底吹改质气，防止底吹元素堵塞，底吹强度为0.08-0.3Nm3/min/t；
装料、出钢等冶炼过程，底吹强度为0.03-0.08 Nm3/min/t，保护底吹元件。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的助燃剂为O2，助燃剂喷吹量随放散煤气中CO含量变化而变化，为保证煤气充分改质，应保持流量比O2:CO=0.5-1.5:1。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，放散煤气改质采用间断性操作，仅在吹炼前期和后期完成；改质气资源化应用于炼钢底吹整个冶炼周期。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述改质气也可部分用于转炉炼钢溅渣护炉过程，将改质气管道和溅渣护炉系统的氮气管道连接，利用溅渣护炉的控制系统，实现改质气用于转炉炼钢溅渣护炉。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述改质气可接入转炉顶吹系统、除尘系统和加料系统的氮封管道，代替N2用于转炉顶吹喷枪、除尘烟罩、加料系统设备的密封，防止空气进入烟道。
7.一种改质转炉放散煤气资源化应用于炼钢底吹的装置，装置包括炼钢转炉、冷却装置一、除尘装置、放散烟囱；炼钢转炉与冷却装置相连，除尘装置与冷却装置相连，放散烟囱与除尘装置相连；炼钢过程中产生的煤气依次通过冷却装置、除尘装置进行冷却、除尘后经管道一进入放散烟囱；其特征在于，
所述装置还包括燃烧室、冷却装置二、压缩机、缓冲装置、管道三；
所述燃烧室的进气口通过管道二与管道一相连；
所述燃烧室的出气口和冷却装置二相连；
冷却装置二、压缩机、缓冲装置依次相连；
缓冲装置出口和底吹系统相连；
经冷却除尘的放散煤气进入燃烧室，将放散煤气中的CO组分燃烧转变为CO2得到改质气，改质气经冷却加压进入缓冲装置，随后改质气进入炼钢转炉底吹系统作为底吹气体。
8.如权利要求7所述装置，其特征在于，管道一上还连接有管道二，所述管道二与煤气冷却器相连，除尘后的煤气可经管道二进入煤气冷却器，经煤气冷却器冷却后输入煤气柜供用户使用。
9.如权利要求7所述装置，其特征在于，燃烧室包括助燃剂喷嘴和点火装置，燃烧室内衬采用耐火材料、外壳采用汽化冷却管道，汽化冷却管道连接蒸汽汽包，回收燃烧过程产生的热量。
10.如权利要求7所述装置，其特征在于，所述燃烧室的出气口处设置有气体分析仪。
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