CN109750130B - 一种强化钒钛矿高炉冶炼的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种强化钒钛矿高炉冶炼的系统及方法。该系统包括：第一气道，其收集来自转炉顶部排出的转炉煤气；第二气道，其连接余热及转炉煤气回收系统，将转炉煤气导入余热及转炉煤气回收系统进行余热回收，并经除尘除杂处理后送入转炉煤气柜；第三气道，其连接钒钛矿高炉，将转炉煤气送入钒钛矿高炉内；在第一气道上设有强制阀，强制阀带有CO浓度检测器；强制阀根据CO浓度检测器检测到的转炉煤气中的CO浓度值来决定导通方向，实现第一气道与第二气道的导通或第一气道与第三气道的导通。本发明的系统既使得转炉煤气得到资源化综合利用，又提高了钒钛矿的冶金性能。

Description

一种强化钒钛矿高炉冶炼的系统及方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金炼铁技术领域，尤其涉及一种强化钒钛矿高炉冶炼的系统及方法。

背景技术

钢铁企业生产过程中有丰富的副产煤气资源，尤其是炼钢过程中产生的副产煤气，有相当一部分被转炉处理，造成了严重的能源资源浪费。为降低焦比，实现“低碳炼铁，绿色冶金”，考虑将转炉煤气喷吹至钒钛磁铁矿高炉中进行冶炼，实现钢铁企业的资源循环利用。

目前，全钒钛磁铁矿的高炉冶炼中有几项难题，其中渣中TiO₂含量25％是个界限问题一直没有满意的理论解释，若能找出界限量的原因，再采取措施将TiO₂含量提高到30％，就可实现全钒钛矿冶炼。

此外，高钛渣冶炼最佳时期铁损要高出普通矿3～5倍，而且随着炉温升高，TiO₂含量增加等因素还有所升高。现有的技术是在高钛矿冶炼过程中，当软熔还原情况恶化时，在风口进行富氧喷吹，提高软熔区氧势，降低钛氧化物的还原程度，但喷吹氧气同时也会对减缓高炉还原进程，也会造成炉温上升，以及大量燃料能源消耗，增加生产成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了提高对转炉煤气的资源化综合利用率、减少资源浪费和碳排放、节省冶金企业的生产成本，同时提高高钛矿冶炼技术。本发明提供了一种强化钒钛矿高炉冶炼的系统及方法，将转炉煤气通入钒钛矿高炉中冶炼钒钛矿。本发明的系统既使得转炉煤气得到资源化综合利用，又提高了钒钛矿的冶金性能。

(二)技术方案

本发明提供一种强化钒钛矿高炉冶炼的系统，包括：

第一气道，其收集来自转炉顶部排出的转炉煤气；第二气道，其连接余热及转炉煤气回收系统，将转炉煤气导入余热及转炉煤气回收系统进行余热回收，并经除尘除杂处理后送入转炉煤气柜；第三气道，其连接钒钛矿高炉，将转炉煤气送入钒钛矿高炉内；在第一气道上设有强制阀，强制阀带有CO浓度检测器；强制阀根据CO浓度检测器检测到的转炉煤气中的CO浓度值来决定导通方向，实现第一气道与第二气道的导通或第一气道与第三气道的导通。

进一步地，当CO浓度检测器检测到转炉煤气中CO体积浓度超过40％时，强制阀实现所述第一气道与第二气道的导通；当CO浓度检测器检测到转炉煤气中CO体积浓度不超过40％时，强制阀实现第一气道与第三气道的导通。

进一步地，还包括烟罩和高温旋风分离器，烟罩设置于转炉的顶部，烟罩的顶部连接第四气道的一端，第四气道的另一端与高温旋风分离器的侧部连接，高温旋风分离器的顶部与第一气道连接；转炉煤气通过第四气道进入高温旋风分离器进行分离除尘后，进入第一气道。

进一步地，所述第四气道为汽化降温烟道。

所述钒钛矿高炉的出气口与第一对流换热器的第一端连接，从钒钛矿高炉中出来的转炉煤气经过第一对流换热器循环换热后变为低温煤气，从第一对流换热器的第三端导出，储存至高炉煤气柜。

进一步地，所述第一对流换热器的第二端与蓄热器的一端连接，对流换热器中换热得到的过热水蒸汽储存在蓄热器中。

进一步地，所述蓄热器的另一端与第一余热锅炉的一端连接，第一余热锅炉的另一端与第一蒸汽发电机组连接，蓄热器和第一余热锅炉内的水蒸汽通入第一蒸汽发电机组进行蒸汽发电，当第一余热锅炉内的压力不足或过高时，蓄热器起到稳定压力的作用。

进一步地，所述余热及转炉煤气回收系统包括:第二对流换热器、第二余热锅炉、第二蒸汽发电机组和转炉煤气柜；转炉煤气进入第二对流换热器通过换热回收转炉煤气的一部分热能，接着通入第二余热锅炉再次回收部分热能；从第二余热锅炉出来的转炉煤气变为低温煤气，经除尘和除杂处理后，存储至转炉煤气柜中供使用；其中第二对流换热器和第二余热锅炉产生的水蒸汽通入第二蒸汽发电机组进行蒸汽发电；

其中所述第二对流换热器中包括转炉煤气-水换热过程，并且加热后的水或水蒸汽通过管道通入第二余热锅炉内；所述第二蒸汽发电机组发电后产生的冷却水返回至第二对流换热器中，以吸收转炉煤气的物理显热，或者通入冷水冲淋塔对转炉煤气进行湿法除尘处理；

第二余热锅炉还与蒸汽储蓄塔串联连接，蒸汽储蓄塔起到对第二余热锅炉内的蒸汽进行补充和储存的作用。

本发明还提供一种强化钒钛矿高炉冶炼的方法，包括：

收集来自转炉顶部排出的转炉煤气，经降温、除尘处理后，对转炉煤气中CO浓度进行实时检测，根据CO浓度检测结果是否超过40％作为判断标准：

当检测到转炉煤气中CO体积浓度超过40％时，将转炉煤气进行余热回收、除尘除杂处理后送入转炉煤气柜，供市政和用户使用；

当检测到转炉煤气中CO体积浓度不超过40％时，将转炉煤气通入钒钛矿高炉冶炼钒钛矿，从所述钒钛矿高炉出来的转炉煤气经过余热回收和处理后储存至高炉煤气柜，作为企业自用燃气。

进一步地，通入钒钛矿高炉的转炉煤气的温度为900～1100℃。

(三)有益效果

本发明提供一种强化钒钛矿高炉冶炼的系统及方法，利用转炉产生的高温(1400℃～1600℃)转炉煤气，经过高温旋风除尘后，将粉尘从30～100g/Nm³降低至5～10g/Nm³，经CO浓度检测器判断转炉煤气成分，将CO体积浓度超过40％的转炉煤气进行余热回收、除尘除杂处理后送入转炉煤气柜，供市政和用户使用；将CO体积浓度不超过40％的转炉煤气通入钒钛矿高炉冶炼钒钛矿，从钒钛矿高炉出来的转炉煤气经过余热回收和处理后储存至高炉煤气柜，作为企业自用燃气。

本发明的方法具有以下优点：1)综合利用钢铁企业中内部产生的能源资源，降低了废气排放和处理成本，提高了企业效益；2)以钢铁企业副产煤气为还原气，反应过程中二氧化碳浓度低，碳的转化率提高，煤耗下降，降低了二氧化碳的排放；3)利用转炉煤气进行全钒钛磁铁矿的高炉冶炼，全钒钛磁铁矿的软熔温度高，软熔区间窄，有较优的冶金性能。

附图说明

图1为本发明提供的强化钒钛矿高炉冶炼的系统的工艺流程图；

图2为本发明提供的强化钒钛矿高炉冶炼的系统的装置示意图。

【附图标记说明】

1：转炉；2：烟罩；3：高温旋风分离器；4：CO浓度检测器；5：钒钛矿高炉；6：第一对流换热器；7：蓄热器；8：第一余热锅炉；9：第一蒸汽发电机组；10：高炉煤气柜；11：强制阀；12：第一气道；13：第二气道；14：第三气道；15：第四气道；02：余热及转炉煤气回收系统；A1:第二对流换热器；A2：蒸汽蓄热塔；A3:第二余热锅炉；A4:转炉煤气柜；A5：第二蒸汽发电机组。

具体实施方式

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。

如图1、2所示，分别为本发明提供的强化钒钛矿高炉冶炼的系统的工艺流程图及其装置示意图。

本实施例包括一种强化钒钛矿高炉冶炼的系统，其包括：

转炉1、烟罩2、高温旋风分离器3、CO浓度检测器4、钒钛矿高炉5、第一对流换热器6、蓄热器7、第一余热锅炉8、第一蒸汽发电机组9、高炉煤气柜10、强制阀11、第一气道12、第二气道13、第三气道14、第四气道15、余热及转炉煤气回收系统02、第二对流换热器A1、蒸汽蓄热塔A2、第二余热锅炉A3、转炉煤气柜A4、第二蒸汽发电机组A5。

其中，将烟罩2设置于转炉1的顶部，用于收集从转炉1排放的高温转炉煤气，高温转炉煤气的温度为1300～1600℃。高温转炉煤气通过第四气道15进入高温旋风分离器3中。优选地，第四气道15选用汽化降温烟道，汽化降温烟道可将高温转炉煤气的温度从1300～1600℃降至900～1100℃。高温旋风分离器3对进入的转炉煤气进行高温除尘，将烟尘从30～100g/Nm3降低至5～10g/Nm3，随后转炉煤气从高温旋风分离器3顶部进入第一气道12。在第一气道12上设有强制阀11，强制阀11上带有CO浓度检测器4，由该CO浓度检测器4对经过强制阀11的转炉煤气中CO浓度进行实时检测。

当转炉煤气中CO超过40％时，强制阀11导通第一气道12与第二气道13，而第二气道13连接余热及转炉煤气回收系统02，对转炉煤气的余热和CO进行回收，储存到转炉煤气柜，供市政和用户使用。

其中，余热及转炉煤气回收系统02包括第二对流换热器A1、第二余热锅炉A3、第二蒸汽发电机组A5和转炉煤气柜A4；高温烟气进入第二对流换热器A1通过换热回收高温烟气的一部分热能，接着通入第二余热锅炉A3再次回收部分热能；从第二余热锅炉A3出来的烟气变为低温烟气，经除尘和除杂处理后，存储至转炉煤气柜A4中供使用；其中第二对流换热器A1和第二余热锅炉A3产生的水蒸汽通入第二蒸汽发电机组A5进行蒸汽发电；

其中所述第二对流换热器A1中包括烟气-水换热过程，并且加热后的水或水蒸汽通过管道通入第二余热锅炉A3内；所述第二蒸汽发电机组A5发电后产生的冷却水返回至第二对流换热器A1中，以吸收高温烟气的物理显热，或者通入冷水冲淋塔对烟气进行湿法除尘处理；

第二余热锅炉A3还与蒸汽储蓄塔A2串联连接，蒸汽储蓄塔A2起到对第二余热锅炉A3内的蒸汽进行补充和储存的作用。

当转炉煤气中CO不超过40％时，强制阀11导通第一气道12与第三气道14，而第三气道14连接钒钛矿高炉5的炉腹，将转炉煤气吹入钒钛矿高炉5炉腹的鼓风口，与钒钛矿高炉5内的全钒钛球团矿进行还原反应，根据还原反应可以测试转炉煤气对钒钛矿高炉冶炼的软熔滴落性能的作用。

其中，全钒钛球团矿的原料来自于红格地区的低铬型钒钛磁铁矿，其中低铬型钒钛磁铁矿中的TFe含量按质量百分比为53％～57％，TiO₂含量为10％～12％，Cr₂O₃含量为0.3％～0.6％，V₂O₅含量为0.9％～1.4％，MgO含量为2.5％～4％，CaO含量为0.5％～1.0％，SiO₂含量为1％～3％。

钒钛矿高炉5的出气口与第一对流换热器6的第一端连接，第一对流换热器6的第二端与蓄热器7的一端连接，蓄热器7的另一端与第一余热锅炉8的一端连接，第一余热锅炉8的另一端与第一蒸汽发电机组9连接，第一对流换热器6的第三端与高炉煤气柜10连接。待反应结束，转炉煤气从钒钛矿高炉5的出气口通入第一对流换热器6中，循环换热后变为低温煤气，从第一对流换热器6的第三端导出，储存至高炉煤气柜10，其中，低温煤气的成分为CO，可用作企业自用燃气，如用于加热热轧钢锭、预热钢水包等。

优选地，在低温煤气进入到高炉煤气柜10之前，可以对低温煤气进行深度净化除杂、干燥和压缩。

第一对流换热器6中的循环水经过转炉煤气的循环换热后变为水蒸汽，并储存至蓄热器7中。蓄热器7中的水蒸汽进入第一余热锅炉8，利用水蒸汽可以对第一蒸汽发电机组9进行蒸汽发电。当第一余热锅炉8内的压力不足或过高时，蓄热器7起到稳定压力的作用。

优选地，第一对流换热器6连接有冷水塔，通过冷水塔向对流换热器6提供冷水，以与转炉煤气热交换吸收其的物理显热。

优选地，第一蒸汽发电机组9发电后产生的冷却水返回至第一对流换热器6中，以吸收转炉煤气的物理显热，或者通入冷水塔对转炉煤气进行湿法除尘处理。

本发明方法的整体构思为：

收集来自转炉顶部排出的高温转炉煤气，经降温、除尘处理后，对转炉煤气中CO浓度进行实时检测，根据CO浓度检测结果是否超过40％作为判断标准：

当检测到转炉煤气中CO体积浓度超过40％时，将转炉煤气进行余热回收、除尘除杂处理后送入转炉煤气柜，供市政和用户使用；

当检测到烟气中CO体积浓度不超过40％时，将转炉煤气通入钒钛矿高炉冶炼钒钛矿，从钒钛矿高炉出来的转炉煤气经过余热回收和处理后储存至高炉煤气柜，作为企业自用燃气。

另外，目前在高钛矿冶炼过程中，当软熔还原情况恶化时，在风口进行富氧喷吹，提高软熔区氧势，降低钛氧化物的还原程度，但喷吹氧气同时也会对减缓钒钛矿高炉还原进程，也会造成炉温上升，以及大量燃料能源消耗，增加生产成本。

二氧化碳也是一种氧化性气体，在转炉煤气中含有较高的浓度，将炼钢过程中原本转炉的转炉煤气重新收集喷吹至钒钛矿高炉内，代替原有的部分热风炉功能，强化冶金过程，起到了降低焦比，改善软熔滴落带性能的作用。炼钢高温转炉煤气为喷吹气代替热风炉，碳的转化率提高且煤耗下降，降低了CO₂排放，同时还能改善全钒钛磁铁矿高炉冶炼的软熔滴落带性状。

应用例1

将转炉产生的1400℃高温转炉煤气经过汽化降温和高温旋风除尘后，转炉煤气温度降低至900℃，其中烟尘从100g/Nm³降低至10g/Nm³。经过CO浓度检测器检测，转炉煤气中CO的浓度为30％，同时CO₂的浓度为20％，N₂的浓度为50％，转炉煤气通入钒钛矿高炉中，与钒钛矿高炉内的全钒钛球团矿还原反应。其中，钒钛矿高炉以10℃/min的升温速率先升温至900℃，再以15℃/min的升温速率升温至1100℃，再以5℃/min的升温速率升温至1580℃，并保温30min，当钒钛矿高炉温度为500℃时，转炉煤气通入钒钛矿高炉。待反应结束，转炉煤气从钒钛矿高炉的出气口引入至对流换热器，进行下一步处理。根据测量得到全钒钛球团矿的软化开始温度平均为1130℃，熔化温度平均为1280℃，滴落温度平均为1490℃，软化区间平均为140℃，软熔温度高，软熔区间窄，有较优的冶金性能。

应用例2

将转炉产生的1500℃高温转炉煤气经过汽化降温和高温旋风除尘后，转炉煤气温度降低至1000℃，其中烟尘从80g/Nm³降低至8g/Nm³。经过CO浓度检测器检测，转炉煤气中CO的浓度为30％，同时CO₂的浓度为25％，N₂的浓度为45％，转炉煤气通入钒钛矿高炉中，与钒钛矿高炉内的全钒钛球团矿还原反应。其中，钒钛矿高炉以10℃/min的升温速率先升温至900℃，再以15℃/min的升温速率升温至1100℃，再以5℃/min的升温速率升温至1580℃，并保温30min，当钒钛矿高炉温度为500℃时，转炉煤气通入钒钛矿高炉。待反应结束，转炉煤气从钒钛矿高炉的出气口引入至对流换热器，进行下一步处理。根据测量得到全钒钛球团矿的软化开始温度平均为1128℃，熔化温度平均为1268℃，滴落温度平均为1470℃，软化区间平均为130℃，软熔温度高，软熔区间窄，有较优的冶金性能。

应用例3

将转炉产生的1600℃高温转炉煤气经过汽化降温和高温旋风除尘后，转炉煤气温度降低至1100℃，其中烟尘从30g/Nm³降低至5g/Nm³。经过CO浓度检测器检测，转炉煤气中CO的浓度为30％，同时CO₂的浓度为30％，N₂的浓度为40％，转炉煤气通入钒钛矿高炉中，与钒钛矿高炉内的全钒钛球团矿还原反应。其中，钒钛矿高炉以10℃/min的升温速率先升温至900℃，再以15℃/min的升温速率升温至1100℃，再以5℃/min的升温速率升温至1580℃，并保温30min，当钒钛矿高炉温度为500℃时，转炉煤气通入钒钛矿高炉。待反应结束，转炉煤气从钒钛矿高炉的出气口引入至对流换热器，进行下一步处理。根据测量得到全钒钛球团矿的软化开始温度平均为1137℃，熔化温度平均为1300℃，滴落温度平均为1510℃，软化区间平均为160℃，软熔温度高，软熔区间窄，有较优的冶金性能。

对比例1

将标准还原气氛(CO的浓度为30％，N₂的浓度为70％)通入钒钛矿高炉中，与高炉内的全钒钛球团矿还原反应。其中，钒钛矿高炉以10℃/min的升温速率先升温至900℃，再以15℃/min的升温速率升温至1100℃，再以5℃/min的升温速率升温至1580℃，并保温30min，当钒钛矿高炉温度为500℃时，标准还原气氛通入钒钛矿高炉。待反应结束，根据测量得到全钒钛球团矿的软化开始温度平均为1130℃，熔化温度平均为1270℃，滴落温度平均为1540℃，软化区间平均为200℃，软熔温度高，软熔区间较宽，冶金性能较差。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种强化钒钛矿高炉冶炼的系统，其特征在于，包括：

第一气道(12)，其收集来自转炉(1)顶部排出的转炉煤气；

第二气道(13)，其连接余热及转炉煤气回收系统(02)，将所述转炉煤气导入所述余热及转炉煤气回收系统(02)进行余热回收，并经除尘除杂处理后送入转炉煤气柜(A4)；

第三气道(14)，其连接钒钛矿高炉(5)，将所述转炉煤气送入所述钒钛矿高炉(5)内；

在所述第一气道(12)上设有强制阀(11)，所述强制阀(11)带有CO浓度检测器(4)；

所述强制阀(11)根据所述CO浓度检测器(4)检测到的所述转炉煤气中的CO浓度值来决定导通方向，实现所述第一气道(12)与所述第二气道(13)的导通或所述第一气道(12)与所述第三气道(14)的导通。

2.根据权利要求1所述的强化钒钛矿高炉冶炼的系统，其特征在于，当所述CO浓度检测器(4)检测到所述转炉煤气中CO体积浓度超过40％时，所述强制阀(11)实现所述第一气道(12)与所述第二气道(13)的导通；

当所述CO浓度检测器(4)检测到所述转炉煤气中CO体积浓度不超过40％时，所述强制阀(11)实现所述第一气道(12)与所述第三气道(14)的导通。

3.根据权利要求1所述的强化钒钛矿高炉冶炼的系统，其特征在于，还包括烟罩(2)和高温旋风分离器(3)，所述烟罩(2)设置于所述转炉(1)的顶部，所述烟罩(2)的顶部连接第四气道(15)的一端，第四气道(15)的另一端与所述高温旋风分离器(3)的侧部连接，所述高温旋风分离器(3)的顶部与所述第一气道(12)连接；所述转炉煤气通过所述第四气道(15)进入所述高温旋风分离器(3)进行分离除尘后，进入所述第一气道(12)。

4.根据权利要求3所述的强化钒钛矿高炉冶炼的系统，其特征在于，所述第四气道(15)为汽化降温烟道。

5.根据权利要求1所述的强化钒钛矿高炉冶炼的系统，其特征在于，所述钒钛矿高炉(5)的出气口与第一对流换热器(6)的第一端连接，从所述钒钛矿高炉(5)中出来的所述转炉煤气经过所述第一对流换热器(6)循环换热后变为低温煤气，从所述第一对流换热器(6)的第三端导出，储存至高炉煤气柜(10)。

6.根据权利要求5所述的强化钒钛矿高炉冶炼的系统，其特征在于，所述第一对流换热器(6)的第二端与蓄热器(7)的一端连接，所述第一对流换热器(6)中换热得到的过热水蒸汽储存在所述蓄热器(7)中。

7.根据权利要求6所述的强化钒钛矿高炉冶炼的系统，其特征在于，所述蓄热器(7)的另一端与第一余热锅炉(8)的一端连接，所述第一余热锅炉(8)的另一端与第一蒸汽发电机组(9)连接，所述蓄热器(7)和所述第一余热锅炉(8)内的水蒸汽通入所述第一蒸汽发电机组(9)进行蒸汽发电，当所述第一余热锅炉(8)内的压力不足或过高时，所述蓄热器(7)起到稳定压力的作用。

8.根据权利要求1所述的强化钒钛矿高炉冶炼的系统，其特征在于，所述余热及转炉煤气回收系统(02)包括:第二对流换热器(A1)、第二余热锅炉(A3)、第二蒸汽发电机组(A5)和转炉煤气柜(A4)；所述转炉煤气进入所述第二对流换热器(A1)，通过换热回收所述转炉煤气的一部分热能，接着通入所述第二余热锅炉(A3)再次回收部分热能；从所述第二余热锅炉(A3)出来的所述转炉煤气变为低温煤气，经除尘和除杂处理后，存储至所述转炉煤气柜(A4)中供使用；其中所述第二对流换热器(A1)和所述第二余热锅炉(A3)产生的水蒸汽通入所述第二蒸汽发电机组(A5)进行蒸汽发电；

其中所述第二对流换热器(A1)中包括转炉煤气-水换热过程，并且加热后的水或水蒸汽通过管道通入所述第二余热锅炉(A3)内；所述第二蒸汽发电机组(A5)发电后产生的冷却水返回至所述第二对流换热器(A1)中，以吸收所述转炉煤气的物理显热，或者通入冷水冲淋塔对所述转炉煤气进行湿法除尘处理。

9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的强化钒钛矿高炉冶炼系统的强化钒钛矿高炉冶炼的方法，其特征在于，包括：

收集来自转炉(1)顶部排出的转炉煤气，经降温、除尘处理后，对所述转炉煤气中的CO浓度进行实时检测，根据CO浓度检测结果是否超过40％作为判断标准：

当检测到所述转炉煤气中CO体积浓度超过40％时，将所述转炉煤气进行余热回收、除尘除杂处理后送入转炉煤气柜(A4)，供市政和用户使用；

当检测到所述转炉煤气中CO体积浓度不超过40％时，将所述转炉煤气通入钒钛矿高炉(5)冶炼钒钛矿，从所述钒钛矿高炉(5)出来的转炉煤气经过余热回收和处理后储存至高炉煤气柜(10)，作为企业自用燃气。

10.根据权利要求9所述的强化钒钛矿高炉冶炼的方法，其特征在于，通入所述钒钛矿高炉(5)的所述转炉煤气的温度为900～1100℃。

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