CN108728176B - 一种废钢预热系统中煤气改质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种炼钢炉废钢预热系统中煤气改质方法，其针对于废钢预热系统中使用的含有O₂和CO₂的高温煤气，在需预热废钢中混入含碳材料A和含碳酸盐材料B，在废钢预热系统增加感应加热装置。本发明方法可使废钢预热温度提高，增加转炉废钢比，缩短电炉冶炼周期；在废钢中配入碳酸盐，不仅可以提升煤气中CO含量，而且产物可以替代部分价格较高的炉料作为造渣剂，降低生产成本；采用本发明的煤气改质方法后，可以减少甚至停止不达标煤气的放散，不仅减少对环境的污染，而且提高了煤气的热值，增加了煤气的回收量，显著提高企业经济效益。

Description

一种废钢预热系统中煤气改质的方法

技术领域

本发明涉及一种废钢预热系统中煤气改质的方法，属于冶金技术领域。

背景技术

目前，世界各国炼钢手段以转炉炼钢和电炉炼钢为主，在炼钢过程中，转炉和电炉均会产生大量高温煤气，高温煤气是炼钢过程中产生的重要二次能源，它的回收利用是节能减排的重要环节。

目前高温煤气主要以预热废钢、收集煤气的手段进行回收利用。炼钢炉产生的高温煤气的主要成分有脱碳过程产生的大量CO，CO₂，在冶炼过程中吹入的部分未反应的O₂，以及少量N₂等。在废钢预热过程中，往往是直接将煤气/烟气通入预热通道中，利用去余热进行废钢加热，但煤气进出通道过程成分并未发生大的改变，仍是CO\CO₂\O₂等。在炼钢过程中，吹炼前期和吹炼末期，烟气中CO含量较低，CO₂与O₂含量较高，考虑到煤气的热值及回收的安全性，对于CO≤35％、O₂＞2％的煤气，一般进行点燃放散处理，这样不仅浪费了资源，而且还会污染环境。因此，提高炼钢炉煤气中CO含量，改善煤气质量成为一个亟待解决的问题。

“炼钢即是炼渣”。在炼钢过程中，熔渣可以去除钢液中的P、S等有害元素，防止热量散失，吸收钢液中的夹杂物。造渣材料主要有石灰，萤石，白云石等，石灰由石灰石高温煅烧制得，在石灰石煅烧过程中，要使石灰石分解需要达到1000℃以上的高温，因此不仅需要消耗很多能源，而且会产生大量温室气体CO₂。另外，石灰极易水化潮解生成Ca(OH)₂，因此炼钢过程中应尽量使用新制的干燥石灰。

中国专利公开号为CN 105886695 A公开了一种转炉煤气的脱氧方法和装置，其是将转炉煤气除尘后，送入填充镀铜的不锈钢球脱氧器中，控制脱氧器内温度进行脱除煤气中的氧气。该发明利用铜和氧气反应生成氧化铜的原理消耗氧气，原理虽然简单，但企业需要额外增加设备，而且镀铜的不锈钢球属于一次消耗品，需频繁更换才能保证脱氧效果，故从实用性及经济性角度出发显然是不能广泛使用的。为了提高煤气中的CO含量，中国专利公开号为CN 204385230 U公开了一种提高转炉回收煤气中一氧化碳含量的装置，其采用在转炉上方喷入煤粉的方式来增加煤气中CO含量，但是煤粉与转炉煤气接触时间太短，煤粉温度未到CO₂(g)+C(s)＝2CO(g)发生反应温度，故反应不充分，改善效果不佳。另外，直接将煤粉喷吹至转炉烟罩下料口处，在转炉烟气上升的过程会带走一部分煤粉颗粒，这些颗粒一部分会沉积在烟道中，影响烟道排气效果，另一部分会增加煤气除尘系统负担。中国专利公开号为CN 102311812 A公开了一种转炉煤气降温改质的装置与方法，其利用碳基填充床提高CO浓度，同时加入水蒸气进行降温处理，这种方法可以实现对转炉煤气的成分改质，降温及净化转炉煤气，但是该煤气改质方法会增加企业的设备投入及长期的维护成本，而且采用水蒸气降温处理会造成煤气物理热的浪费。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种炼钢炉废钢预热系统中煤气改质方法，其使炼钢炉产生的高温烟气中CO₂、O₂含量降低，CO含量提高，废钢得到预热，煤气得到改质，同时产生的造渣材料随废钢加入炉内，减少劳动强度，降低生产成本。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种炼钢炉废钢预热系统中煤气改质方法，该方法针对于在炼钢过程中产生的含有O₂和CO₂的高温煤气用于预热废钢，在需预热的废钢中混入含碳材料A和含碳酸盐材料B，在废钢预热系统增加感应加热装置。

如上所述的方法，优选地，所述含碳材料A为木炭、煤粉、电极粉、石油焦粉、焦粉或者其他含碳材料中的一种或前述几种的任意组合，所述含碳酸盐材料B为石灰石、白云石或其他含碳酸盐材料中的一种或前述几种的任意组合。

如上所述的方法，优选地，所述炼钢炉为转炉或电炉，对应产生的高温煤气为转炉煤气或电炉煤气。

如上所述的方法，优选地，将所述含碳材料均匀地混在废钢料中，在废钢预热过程使煤气中的CO₂与含碳材料发生反应：CO₂(g)+C(s)＝2CO(g)，使煤气中的O₂与含碳材料反生反应：O₂(g)+2C(s)＝2CO(g)，从而使煤气中的CO₂与O₂转化成CO，提高煤气中CO浓度。

如上所述的方法，优选地，所述含碳酸盐材料B在高温条件下发生反应：MCO₃(s)＝MO(s)+CO₂(g)，其中，所述M代表金属元素，产物CO₂与所述含碳材料发生反应：CO₂(g)+C(s)＝2CO(g)，从而提高煤气中CO浓度，产物MO作为造渣材料随废钢加入炉内。

如上所述的方法，优选地，所述感应加热装置，对废钢进行感应加热，保证废钢温度在入炉前达到800℃～1200℃。通过增加感应加热装置可确保预热终端温度达到800℃～1200℃，使得MCO₃(s)＝MO(s)+CO₂(g)和CO₂(g)+C(s)＝2CO(g)的反应更加快速与充分。通过增加感应加热装置，由于废钢温度的提高，可有效增加转炉或电炉的废钢比，这样不仅可以回收铁资源，而且可以降低转炉生产成本。对于电炉炼钢流程，提高废钢温度，可缩短电炉冶炼周期，提高生产效率。

进一步地，所述感应加热装置由感应加热线圈构成，设于预热系统的末端。

如上所述的方法，优选地，所述含碳材料A的加入量为废钢质量的0.1～3％，粒度为3～40mm。

如上所述的方法，优选地，所述含碳酸盐材料B的加入量为炼钢总质量的3～15％，所述含碳酸盐材料B的大小为20～60mm。

含碳材料的粒度选择为3～40mm，有利于减少粉尘，增大反应面积，促进CO的大量生成，含碳酸盐材料B的大小选择为20～60mm，有利于增大比表面积，加快反应速度。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种炼钢炉废钢预热系统中煤气改质方法，在废钢中配入含碳材料和碳酸盐材料，不仅可以提升煤气中CO含量(最高可达90％以上)，而且产物可以替代部分价格较高的炉料作为造渣剂，降低生产成本；同时在预热过程中采用设置的感应加热装置进行加热，可使废钢预热温度提高，这样电炉中的炼钢周期缩短，增加转炉废钢比，缩短电炉的冶炼周期，在连续生产中，增加炼钢产量，从而提高了经济效益。采用本发明的煤气改质方法后，可以减少甚至停止不达标煤气的放散，不仅减少对环境的污染，而且提高了煤气的热值，增加了煤气的回收量，显著提高企业经济效益。

附图说明

图1为实施例1中转炉炼钢中废钢预热系统的结构示意图；

图2为实施例2中电炉炼钢中废钢预热系统的结构示意图；

图3为实施例3中连续生产的电炉炼钢中废钢预热系统的结构示意图。

【附图标记说明】

1：转炉；

2：转炉烟气罩；

3：废钢加热炉；

4：废钢及炉料；

5：回收管道；

6：感应加热装置；

7：废钢加热炉密封罩；

8：气体出口；

9：电炉；

10：加料装置。

具体实施方式

本发明是利用在炼钢过程中产生的含有O₂或CO₂的1500～1700℃的高温煤气对废钢进行预热的基础上，一是要充分利用高温煤气，提高废钢的预热温度，避免资源的浪费，二是通过添加含碳材料A和含碳酸盐材料B，使的后续产生的煤气质量进行了改进，提高了煤气中的CO的含量，并有效降低O₂或CO₂的含量，并产生的氧化物作为造渣材料随废钢加入炉内，可减少劳动强度，降低生产成本。

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

一种转炉废钢预热系统中煤气改质方法，如图1所示，转炉1在炼钢过程中产生的高温煤气，通过转炉烟气罩2回收高温煤气，高温煤气用于对废钢加热炉3中的废钢及炉料4进行预热。在此转炉1炼钢过程中产生1500～1700℃高温煤气中含有58％的CO，28％的CO₂，及2％的O₂，其余为N₂、H₂，焦炭的用量按废钢质量的0.1％添加，石灰石的用量按炼钢总质量的5％添加，将焦炭和石灰石均匀地混在废钢料中，加入废钢加热炉3进行预热，当回收的高温煤气的温度很高时，即在708℃左右时，即可发生CO₂(g)+C(s)＝2CO(g)，煤气中的CO₂转化为CO，当预热后到838℃石灰石开始分解，发生CaCO₃(s)＝CaO(s)+CO₂(g)，同时产物CO₂与焦炭材料发生反应：CO₂(g)+C(s)＝2CO(g)，从而提高煤气中CO浓度，可使CO浓度提高到91％。

但当回收的高温煤气通过较长的回收装置或回收管道5，热量有所损耗，当温度对刚加入废钢加热炉3的温度为300-400℃时，需要对混合原料和转炉煤气应用感应加热装置6对废钢及炉料4进行预热，可在废钢加热炉3的外侧壁上加设感应加热线圈进行，当感应加热装置6使加热的温度达到708℃左右时，即可发生CO₂(g)+C(s)＝2CO(g)，煤气中的CO₂转化为CO，当预热后到838℃石灰石开始分解，发生CaCO₃(s)＝CaO(s)+CO₂(g)，同时产物CO₂与木炭材料发生反应：CO₂(g)+C(s)＝2CO(g)，从而提高煤气中CO浓度，可使CO浓度提高到85％。产生的改质后煤气可采用废钢加热炉密封罩7进行收集，最后通过气体出口8将改质后的煤气进行收集，或再次利用。

由于含碳材料A和含碳酸盐材料B混入废钢中，在废钢预热的过程中，改质时间充分，同时也能使烟气中的含尘量下降，减轻后续除尘系统的负担。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，采用的是电炉9产生的高温煤气进行废钢的预热，如图2所示，对电炉9炼钢过程中产生1500～1700℃高温煤气中含有31％的CO，18％的CO₂，及13％的O₂，其余为N₂、H₂，将电极粉按废钢总质量的的1％添加，石灰石按照炼钢总质量的7％添加，最后产生的CO浓度提高到72％，氧气浓度降为0.6％。

实施例3

本实施例是电炉废钢预热系统中煤气改质方法，采用的是连续生产，如图3所示，电炉9在炼钢过程中产生的高温烟气即电炉煤气，直接用于对废钢及炉料4进行预热，在电炉9的侧面上端开设有加废钢的入口，通过电炉9自身产生的电炉煤气对待进入电炉中的废钢及炉料4进行预热，预热后废钢及炉料进入电炉中进行冶炼。刚开始时产生的电炉煤气中含有28％的CO，22％的CO₂，及5％的O₂，其余为N₂、H₂，焦粉按废钢的1.2％添加，焦粉的粒度为3～40mm，白云石按炼钢的3％添加，石灰石的用量按炼钢质量的5％添加，块料的大小为20～60mm。将焦粉、石灰石和白云石均匀地混在废钢料中，从加料装置10中加入，当电炉煤气刚获得的温度较高可达1500-1700℃，只要高于850℃时，即可发生，CO₂(g)+C(s)＝2CO(g)，煤气中的CO₂转化为CO，同时白云石中MgCO₃开始分解，白云石和石灰石中CaCO₃也开始分解，产物CO₂与焦粉材料发生反应：CO₂(g)+C(s)＝2CO(g)，从而提高煤气中CO浓度，可使CO浓度提高到71％，氧气浓度降为0.5％。改质后的煤气从气体出口8出来进行收集，可用于加热使用或煤气的储存等，实现废气改质利用，提高经济效益。同时MgCO₃和CaCO₃分解产生的氧化镁和氧化钙可用于炼钢造渣，不需要再添加其它造渣材料，可减少劳动强度，降低生产成本。

当电炉煤气经过预热运输的生产线较长时，高温烟气温度会有损耗，当温度降到300-400℃时，则需要采用感应加热装置6对废钢进行预热，可在预热段的末端加设感应加热线圈进行。当采用感应加热装置的加热温度达到708℃左右时，即可发生CO₂(g)+C(s)＝2CO(g)，煤气中的CO₂转化为CO，同时白云石中MgCO₃开始分解，发生MgCO₃(s)＝MgO(s)+CO₂(g)，当温度达到838℃时，白云石中CaCO₃也开始分解，产物CO₂与焦粉材料发生反应：CO₂(g)+C(s)＝2CO(g)，从而提高煤气中CO浓度，可使CO浓度提高到71％。

本发明煤气改质方法不需要增加企业设备的投入和长期的维护成本，成本可控。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种炼钢炉废钢预热系统中煤气改质方法，其特征在于，该方法针对于在炼钢过程中产生的含有O₂和CO₂的高温煤气用于预热废钢，在需预热的废钢中混入含碳材料A和含碳酸盐材料B，在废钢预热系统增加感应加热装置；

所述含碳材料A为木炭、煤粉、电极粉、石油焦粉或焦粉中的一种或前述几种的任意组合，所述含碳酸盐材料B为石灰石或白云石中的一种或前述几种的任意组合；

所述含碳材料A的加入量为废钢质量的0.1～3％，粒度为3～40mm；

所述含碳酸盐材料B的加入量为炼钢总质量的3～15％，所述含碳酸盐材料B的大小为20～60mm；

将所述含碳材料均匀地混在废钢料中，在废钢预热过程使煤气中的CO₂与含碳材料发生反应：CO₂+C＝2CO，使煤气中的O₂与含碳材料反生反应：O₂+2C＝2CO，从而使煤气中的CO₂与O₂转化成CO，提高煤气中CO浓度；

所述含碳酸盐材料B在高温条件下发生反应：

MCO₃＝MO+CO₂，其中，所述M代表金属元素，产物CO₂与所述含碳材料发生反应：CO₂+C＝2CO，从而提高煤气中CO浓度，产物MO作为造渣材料随废钢加入炉内；

所述感应加热装置，对废钢进行感应加热，保证废钢温度在入炉前达到800℃～1200℃；

所述感应加热装置由感应加热线圈构成，设于预热系统的末端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述炼钢炉为转炉或电炉，对应产生的高温煤气为转炉煤气或电炉煤气。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温条件的温度为800℃～1200℃。

Images