CN109628676A - 一种直接生产纯净铁水的短流程工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种直接生产纯净铁水的短流程工艺，该方法是基于通过含铁矿粉和还原气体直接还原生产液态纯铁水的工艺。还原过程中不需要添加煤粉等固体还原剂。该直接熔融还原流程工艺包括：将含铁矿粉经过预还原和预热处理；将所制还原气体等离子化并预热处理；将含铁矿粉、还原气体、富氧气体、熔剂以及增碳剂一并喷入冶炼炉中，发生气液熔融还原反应，生成纯净铁水。本发明改善了传统高炉工艺复杂的流程，减小了投资成本以及污染性气体的排放，将氢冶金的概念熔融进来，具备优良前景。

Description

一种直接生产纯净铁水的短流程工艺
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及一种直接生产纯净铁水的短流程工艺。
背景技术
目前，在炼铁领域，传统高炉炼铁仍然占据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，流程长，工艺复杂，能耗高，污染严重，使得其已经站在节能减排的风口浪尖上。
虽然目前已经有多种非高炉炼铁工艺被开发，但其在产能方面以及成熟度方面均无法占据主流地位。并且其无法摆脱烧结、焦化等大污染流程。烧结工艺虽然可以消耗掉我国许多劣质矿粉，但是其大大加剧企业的生产成本和污染排放。并且焦化厂在炼焦过程中，污染气体的排放，很难迎合如今的环保理念。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种直接生产纯净铁水的短流程工艺。该方法结合铁钢一体化和氢冶金的理念，通过气液反应直接生产纯净铁水，通过此项工艺舍弃掉高炉原有的烧结、球团、焦化等流程，为高炉炼铁以及环保做出应有的贡献。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种直接生产纯净铁水的短流程工艺，包括以下步骤：
（1）将含铁矿粉首先经预处理装置，进行预还原处理以及预热处理，得到预还原处理后的含铁矿粉；
（2）由还原气体生成装置生成还原气体，再将得到的还原气体经等离子化处理，得到等离子态的还原气体；
（3）将富氧气体通过富氧鼓吹管喷入冶炼炉，将所述等离子态的还原气体通过还原气体喷吹管喷入冶炼炉中的液态炉料中，将预还原处理后的含铁矿粉以及熔剂和增碳剂按比例混合后，通过原料喷吹管喷入冶炼炉中，含铁矿粉与还原气体发生还原反应，富氧气体与还原气体燃烧为还原反应提供热量；
（4）经上述反应，由于比重不同，纯净铁水和熔融炉渣相自动分层，含铁矿粉经还原得到纯净铁水，纯净铁水由金属液体排出管排出，熔融炉渣相由废渣排出管排出，反应中产生的废气由冶炼炉炉身顶部的废气排出口排出熔炼炉，排出废气的余热用于步骤（1）中的预热处理，或发电、或经过废气再处理装置，生成还原气体，再次喷入冶炼炉内参与还原反应。
进一步的，所述含铁矿粉、熔剂及增碳剂的重量份数比为：80~100：0.1~10：0.1~10。
进一步的，步骤（1）中含铁矿粉的预还原指通过煤气等含H2和CO的还原气体对含铁矿粉进行预还原，预还原度控制在5%-50%，优选为50%。
进一步的，步骤（1）中预热处理的温度控制在25℃-1000℃，优选为800℃。
进一步的，所述还原气体为任意比例的CO和H2的混合气体，或间接产生还原性气体的碳氢化合物，或由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，所述还原气体预先进行升温处理，温度控制在25℃-1000℃。
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。
进一步的，所述增碳剂为包括煤粉、含碳含铁物料在内的含C物质，其添加量为含铁矿粉的0.1-5%。
进一步的，经所述工艺得到的纯净铁水中的C含量为0.01%-4%。
进一步的，所述富氧气体中氧气的体积比为50%-100%，其温度为25℃-1200℃，优选为常温全氧。
本发明相比现有技术的有益效果为：
本发明缩短了现有高炉炼铁的复杂流程工艺，减少其冶炼过程中的大量污染物排放，取消烧结、球团以及焦化等工艺，利用含铁矿粉和还原气体直接生产铁水；并且制备得到的铁水纯净度高，C、P、S、Mn等元素含量较低，所生成铁水可以直接用于铸造生铁或进行再合金化生产高级钢；此项工艺可以大大降低每吨铁水的成本消耗，同时可以为节能减排问题提供良好的解决办法。
附图说明
图1为本发明所述直接生产纯净铁水的短流程工艺示意图；
图2为所述冶炼炉的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种直接生产纯净铁水的短流程工艺，包括以下步骤：
（1）将含铁矿粉首先经预处理装置，进行预还原处理以及预热处理；
具体的，先通过含H2和CO的煤气对含铁矿粉进行预还原处理，预还原的还原度控制在50%，并将含铁矿粉预热到800℃，得到预还原处理后的含铁矿粉；
（2）由还原气体生成装置生成还原气体，再将得到的还原气体经等离子化处理，得到等离子态的还原气体；
具体的，所述等离子化处理是通过等离子喷枪，在15000V的高频电压的作用下，将还原气体电离为等离子体；
（3）在冶炼炉中预先加热含铁矿粉和炉渣，温度达到800℃，使含铁矿粉熔化为液态炉料，将富氧气体通过富氧鼓吹管喷入冶炼炉，将所述等离子态的还原气体通过还原气体喷吹管喷入冶炼炉中的液态炉料中，将预还原处理后的含铁矿粉、高炉渣和煤粉按比例混合后，通过原料喷吹管喷入冶炼炉中，含铁矿粉与还原气体发生还原反应，富氧气体与还原气体燃烧为还原反应提供热量；
所述富氧气体为常温全氧；所述还原气体为CO和H2的混合气体，其中H2体积占还原气体总体积的80%。
所述高炉渣的添加量为含铁矿粉的2%，所述煤粉的添加量为含铁矿粉的3%；
冶炼炉炉腔内还原区的主要反应为：
Fe2O3 (l)+H2(g)→Fe (l)+H2O(g)
Fe2O3 (l)+CO(g)→Fe (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)；
（4）经上述反应，由于比重不同，纯净铁水和熔融炉渣相自动分层，含铁矿粉经还原得到纯净铁水，纯净铁水由金属液体排出管排出，熔融炉渣相由废渣排出管排出，反应中产生的废气由冶炼炉炉身顶部的废气排出口排出熔炼炉，排出废气的余热用于步骤（1）中的预热处理，或发电、或经过废气再处理装置，生成还原气体，再次喷入冶炼炉内参与还原反应。
经所述工艺得到的纯净铁水中的C含量为3%。
如图2所示，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，炉身上部侧壁上设置有偶数个富氧鼓风管2，该偶数个富氧鼓吹管在炉身侧壁上呈对称分布，各富氧鼓吹管的出口端位于冶炼炉上部的燃烧区，炉身下部侧壁上设置有原料喷吹管3和还原气体喷吹管401，炉身底部侧壁上设有金属液体排出管6和废渣排出管5，所述炉身顶部设置有多个废气排出口7。并且，炉身底部也设置有多个还原气体喷吹管402。且从炉身底部伸出的还原气体喷吹管的出口端，位于冶炼炉中液态金属内部，以便气体喷入时，将液态金属形成“喷涌”形态，更利于还原反应的充分进行，以及热量的传递。

Claims (10)

1.一种直接生产纯净铁水的短流程工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：
（1）将含铁矿粉首先经预处理装置，进行预还原处理以及预热处理，得到预还原处理后的含铁矿粉；
（2）由还原气体生成装置生成还原气体，再将得到的还原气体经等离子化处理，得到等离子态的还原气体；
（3）将富氧气体通过富氧鼓吹管喷入冶炼炉，将所述等离子态的还原气体通过还原气体喷吹管喷入冶炼炉中的液态炉料中，将预还原处理后的含铁矿粉以及熔剂和增碳剂按比例混合后，通过原料喷吹管喷入冶炼炉中，含铁矿粉与还原气体发生还原反应，富氧气体与还原气体燃烧为还原反应提供热量；
（4）经上述反应，由于比重不同，纯净铁水和熔融炉渣相自动分层，含铁矿粉经还原得到纯净铁水，纯净铁水由金属液体排出管排出，熔融炉渣相由废渣排出管排出，反应中产生的废气由冶炼炉炉身顶部的废气排出口排出熔炼炉，排出废气的余热用于步骤（1）中的预热处理，或发电、或经过废气再处理装置，生成还原气体，再次喷入冶炼炉内参与还原反应。
2.根据权利要求1所述的直接生产纯净铁水的短流程工艺，其特征在于，所述含铁矿粉、熔剂及增碳剂的重量份数比为：80~100：0.1~10：0.1~10。
3.根据权利要求1所述的直接生产纯净铁水的短流程工艺，其特征在于，步骤（1）中含铁矿粉的预还原指通过包括煤气在内的含H2和CO的还原气体对含铁矿粉进行预还原，预还原度控制在5%-50%。
4.根据权利要求1所述的直接生产纯净铁水的短流程工艺，其特征在于，步骤（1）中预热处理的温度控制在25℃-1000℃。
5.根据权利要求1所述的直接生产纯净铁水的短流程工艺，其特征在于，所述还原气体为任意比例的CO和H2的混合气体，或间接产生还原性气体的碳氢化合物，或由C、H元素组成的有机气体。
6.根据权利要求1或5所述的直接生产纯净铁水的短流程工艺，其特征在于，所述还原气体预先进行升温处理，温度控制在25℃-1000℃。
7.根据权利要求1所述的直接生产纯净铁水的短流程工艺，其特征在于，所述熔剂为炼钢产生的炼钢渣、高炉渣或含CaO的任意物质。
8.根据权利要求1所述的直接生产纯净铁水的短流程工艺，其特征在于，所述增碳剂为包括煤粉、含碳含铁物料在内的含C物质，其添加量为含铁矿粉的0.1-5%。
9.根据权利要求1所述的直接生产纯净铁水的短流程工艺，其特征在于，经所述工艺得到的纯净铁水中的C含量为0.01%-4%。
10.根据权利要求1所述的直接生产纯净铁水的短流程工艺，其特征在于，所述富氧气体中氧气的体积比为50%-100%，其温度为25℃-1200℃。
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