CN109517934B - 一种精确控制热损失值的冶炼纯净金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种精确控制热损失值的冶炼纯净金属的方法，所述方法包括将含有目标金属的原始矿物直接喷入冶炼炉的熔池中，并将还原气体以及助燃气体同时喷入冶炼炉中，使熔池产生“沸腾”现象，还原气体将含有目标金属的原始矿物进行还原，多余的还原气体在冶炼炉上部与助燃气体燃烧产生热量，其特征在于，所述还原气体中H2的含量为80‑100%，所述助燃气体中O2的含量为80‑100%，助燃气体的温度控制在300‑400K；所述熔池中包括炉渣和目标金属液体。本发明通过调整还原气体H2含量、助燃气体O2含量以及助燃气体温度，使冶炼炉中的热量流动符合最优的经济效益，控冶炼炉中的热损失值维持在一个稳定范围。
Description
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，特别涉及一种精确控制热损失值的冶炼纯净技术的方法。
背景技术
目前，在金属冶炼领域，传统的高炉炼铁仍然占据着炼铁工艺的主导地位，高炉炼铁工艺流程复杂，包括烧结、球团、焦化等多项工艺流程，不仅工艺流程长、工艺复杂，并且能耗很高、污染严重，使得高炉炼铁已经站在节能减排的风口浪尖上。
虽然，目前已经有很多类型的非高炉炼铁工艺被开发，但这些工艺在产能及工艺成熟度方面，均无法占据主流地位。并且，多数工艺无法完全摆脱烧结、焦化等大污染流程。其中，烧结工艺虽然可以消耗掉我国许多劣质矿粉，但是其大大加剧了企业的生产成本和污染排放。并且焦化厂在焦炼过程中，污染气体的排放，很难迎合如今的环保理念。另外，现有的金属冶炼工艺，需要有氧加热，很多又要不完全燃烧产生一氧化碳还原铁矿物，都存在热量损失较为严重的问题，大量流失的热量造成极大的浪费，同时影响冶炼效率、对原材料的要求高，操作复杂，很难达到工业化生产的要求等问题。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种精确控制热损失值的冶炼纯净技术的方法。通过调整还原气体H2含量、助燃气体O2含量以及助燃气体温度，使冶炼炉中的热量流动符合最优的经济效益，控冶炼炉中的热损失值维持在一个稳定范围。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种精确控制热损失值的冶炼纯净金属的方法，所述方法包括将含有目标金属的原始矿物直接喷入冶炼炉的熔池中，并将还原气体以及助燃气体同时喷入冶炼炉中，使熔池产生“沸腾”现象，还原气体将含有目标金属的原始矿物进行还原，多余的还原气体在冶炼炉上部与助燃气体燃烧产生热量，其中，所述还原气体中H2的含量为80-100%，所述助燃气体中O2的含量为80-100%，助燃气体的温度控制在300-400K。
进一步的，所述还原气体包括含有H2和CO的焦炉煤气、改制煤气和煤制气，以及由C、H元素组成的有机气体。所述由C、H元素组成的有机气体包括甲烷和乙烯。
进一步的，所述含有目标金属的原始矿物中，还添加有增碳剂，所述增碳剂的质量百分比为0.1-5%。
进一步的，所述含有目标金属的原始矿物中，还添加有熔剂，所述熔剂的质量百分比为0.1-5%。
进一步的，所述熔剂为炼钢产生的炼钢渣、高炉渣或含CaO的任意物质。
本发明相比现有技术的有益效果为：
1、本发明所述的精确控制热损失值的冶炼纯净金属的方法，通过调整还原气体H2含量、助燃气体O2含量以及助燃气体温度，使冶炼炉中的热量流动符合最优的经济效益，控冶炼炉中的热损失值维持在一个稳定范围。
2、本发明所述的精确控制热损失值的冶炼纯净金属的方法中，通过提高还原气体中H2的含量，可有效减少所需还原气体的质量，由于相同体积的CO和H2燃烧所消耗氧气量相同，所以助燃气体所需量不变，并且导致冶炼炉所产生废气量降低，由于还原气体喷入量减少，所以导致冶炼吨铁产生煤气量逐渐减少，最终导致煤气带走热量逐渐降低，因此冶炼吨铁所需总热量降低。因为入炉总热量降低，冶炼效率提高，所以冷却水支出热量也逐渐降低；还原气体含H2量由0增加到100%，冶炼吨铁消耗还原气体质量可减少0-1400kg，煤气量可减少0-55%，从而降低冶炼金属所需的热量以及冶炼炉炉顶废气所带走的热量；
3、本发明所述的精确控制热损失值的冶炼纯净金属的方法中，通过提高助燃气体中O2的含量，提高助燃气体富氧量的过程中，冶炼吨铁助燃气体所需质量可降低0-662kg，降低煤气产生量0-591kg，从而降低冶炼金属所需的热量以及冶炼炉炉顶废气所带走的热量；
4、本发明所述的精确控制热损失值的冶炼纯净金属的方法中，助燃气体温度，由300K提高到1500K过程中，冶炼吨铁所需还原气体可降低0-69kg，冶炼吨铁所需助燃气体可降低0-132kg，冶炼吨铁产生煤气量可降低0-185kg，从而进一步降低冶炼金属所需的热量以及冶炼炉炉顶废气所带走的热量。
附图说明
图1为本发明所述冶炼炉的结构示意图；其中，1-冶炼炉炉身、2-富氧鼓风管、3-原料喷吹管、401、402-还原气体喷吹管、5-废渣排出管、6-金属液体排出管、7-废气排出口；
图2为调节还原气体中H2含量对还原气体喷入量、助燃气体喷入量以及所产生煤气量的影响示意图；
图3为调节还原气体中H2含量对冶炼吨铁所需总热量、炉顶煤气带走热量以及冷却水支出热损失热量的影响示意图；
图4为调节助燃气体中O2含量对还原气体喷入量、助燃气体喷入量以及所产生煤气量的影响示意图；
图5为调节助燃气体中O2含量对炉顶煤气带走热量、还原反应放热以及冶炼吨铁所需总热量的影响示意图；
图6为调节助燃气体温度对还原气体喷入量、助燃气体喷入量以及所产生煤气量的影响示意图；
图7为调节助燃气体温度对炉顶煤气带走热量、还原反应放热以及冶炼吨铁所需总热量的影响示意图。
具体实施方式
本实施例提供了一种精确控制热损失值的冶炼纯净铁水的方法，所述方法利用如图1所示的冶炼炉完成。所述方法包括将含有目标金属的原始矿物，通过原料喷吹管3直接喷入冶炼炉的熔池中，并将还原气体以及助燃气体分别通过还原气体喷吹管401、402和富氧鼓风管2同时喷入冶炼炉中，使熔池产生“沸腾”现象，还原气体将含有目标金属的原始矿物进行还原，多余的还原气体在冶炼炉上部与助燃气体燃烧产生热量，其中，所述还原气体为纯H2，所述助燃气体为纯O2，助燃气体的温度为300K；所述熔池中包括炉渣和目标金属液体。
冶炼炉炉腔内还原区的主要反应为：
XO(l)+H2(g)→X(l)+H2O(g)
XO(l)+CO(g)→X(l)+CO2(g)；
冶炼炉炉腔内燃烧区的主要反应为：
H2(g)+O2(g)→H2O(g)
CO(g)+O2(g)→CO2(g)；
经上述反应，纯净铁水被还原得到，由于比重不同，纯净铁水和熔融渣相自动分层，纯净铁水由金属液体排出管6排出，熔融渣相由废渣排出管5排出，反应中产生的废气由冶炼炉炉身顶部的多个废气排出口7排出装置。
针对还原气体中H2的含量对还原气体喷入量、助燃气体喷入量以及所产生煤气量的影响，由图2所示，当还原气体中H2含量由0增加到100%过程中，还原气体喷入量逐渐降低，最高可降低1400kg，所产生废气量最高同样可以减少1400kg。
针对还原气体中H2的含量对冶炼吨铁所需总热量、炉顶煤气带走热量以及冷却水支出热损失热量的影响。由图3所示，随着还原气体中H2含量由0增加到100%过程中，炉顶煤气带走热量最高可降低0.021GJ，冶炼吨铁所需总热量可降低1.448GJ。
针对助燃气体中O2含量对还原气体喷入量、助燃气体喷入量以及所产生废气量的影响。由图4所示，随着助燃气体中O2含量由40逐渐提高到100%过程中，助燃气体喷入量最高可降低662kg，煤气产生量可以降低591kg。
针对助燃气体中O2含量对炉顶煤气带走热量、还原反应放热以及冶炼吨铁所需总热量的影响。由图5所示，随着助燃气体中O2含量由40逐渐增加到100%过程中，炉顶废气带走热量最高可降低1.147GJ，冶炼吨铁所需总热量最高可降低1.21GJ，还原反应总放热不变。.
针对助燃气体温度对还原气体喷入量、助燃气体喷入量以及所产生废气量的影响。由图6所示，随着助燃气体文图由300K提高到1500K过程中，还原气体喷入量最高可降低69kg，助燃气体喷入量最高可降低132kg，冶炼所产生废气量最高可降低185kg。
针对助燃气体温度对炉顶煤气带走热量、还原反应放热以及冶炼吨铁所需总热量的影响。由图7所示，随着助燃气体温度由300K提高到1500K过程中，炉顶废气带走热量最高可降低0.464GJ，冶炼吨铁所需热量最高可降低0.487GJ，还原反应放热量不变。
经过上述实验，助燃气体选择常温全氧，因为温度的升高对还原气体的量并不会造成明显增加，所以提高的效果并不明显，因此常温即可；而全氧会降低废气量，从而减少热损失；还原气体选择全氢，全氢可以减少还原气体喷入质量，相应的就会减少动能的消耗，减少能量的损失。
Claims (1)
1.一种精确控制热损失值的冶炼纯净铁水的方法，其特征在于，所述方法包括将含铁的原始矿物直接喷入冶炼炉的熔池中，并将还原气体以及助燃气体分别通过还原气体喷吹管(401、402)和富氧鼓风管(2)同时喷入冶炼炉中，原料喷吹管(3)和还原气体喷吹管(401)的出口位于渣中，且保证原料喷吹管(3)和还原气体喷吹管(401)与竖直方向形成一定角度，使熔池产生“沸腾”现象，还原气体将含铁的原始矿物进行还原，多余的还原气体在冶炼炉上部与助燃气体燃烧产生热量，所述还原气体中H2的含量为80-100％，所述助燃气体中O2的含量为80-100％，助燃气体的温度控制在300-1500K；所述含铁的原始矿物中还添加有0.1-5％的增碳剂和0.1-5％的熔剂，所述熔剂为炼钢产生的炼钢渣、高炉渣或含CaO的任意物质；所述熔池中包括熔融渣和目标纯净铁水；
所述冶炼炉包括冶炼炉炉身(1)，所述冶炼炉炉身主体呈圆柱形，顶部和底部均呈锥形；
所述还原气体包括含有H2和CO的焦炉煤气、改制煤气和煤制气；
冶炼炉炉腔内还原区的主要反应为：
XO(l)+H2(g)→X(l)+H2O(g)
XO(l)+CO(g)→X(l)+CO2(g)；
式中，X为铁金属；
冶炼炉炉腔内燃烧区的主要反应为：
H2(g)+O2(g)→H2O(g)
CO(g)+O2(g)→CO2(g)；
经上述反应，纯净铁水被还原得到，纯净铁水由金属液体排出管(6)排出，熔融渣相由废渣排出管(5)排出，反应中产生的废气由冶炼炉炉身顶部的多个废气排出口(7)排出冶炼炉。
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