CN110484665A - 一种喷吹煤气冶炼过程中的热补偿方法 - Google Patents

一种喷吹煤气冶炼过程中的热补偿方法 Download PDF

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赵贵清
谢绍玮
徐世彪
王世刚
王昌文
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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Abstract

本发明公开了一种喷吹煤气冶炼过程中的热补偿方法，该方法包括以下步骤：（1）将焦炉煤气经加压机加压至高于热风压力至少100kPa后，通过管道输送至高炉；（2）将步骤（1）中管道中的焦炉煤气在高炉风口区域经喷枪喷入高炉，与煤粉一起参与炉内反应；（3）通过高炉风口回旋区的富氧管路，增加供氧量，来提高的氧过剩系数n，以增强燃烧带的燃烧，进而提高该区域的温度。本发明能够有效解决回旋区温度下降，使得铁水温度、炉缸热量的供应等发生改变，不利于焦炉煤气的有效喷吹,对高炉冶炼炉况产生影响的问题。

Description

一种喷吹煤气冶炼过程中的热补偿方法
技术领域
本发明涉及喷吹煤气冶炼技术领域，特别涉及一种喷吹煤气冶炼过程中的热补偿方法。
背景技术
目前，在喷煤高炉中，随着焦炉煤气喷吹量的逐渐增加，高炉风口回旋区温度是呈下降趋势的，由此引起的变化势必改变铁水温度、炉缸热量的供应等，不利于焦炉煤气的有效喷吹,并对高炉冶炼炉况产生较大的影响。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种喷吹煤气冶炼过程中的热补偿方法，能够有效解决回旋区温度下降，使得铁水温度、炉缸热量的供应等发生改变，不利于焦炉煤气的有效喷吹,对高炉冶炼炉况产生影响的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：
一种喷吹煤气冶炼过程中的热补偿方法，包括以下步骤：
（1）将焦炉煤气经加压机加压至高于热风压力至少100kPa后，通过管道输送至高炉；
（2）将步骤（1）中管道中的焦炉煤气在高炉风口区域经喷枪喷入高炉，与煤粉一起参与炉内反应；
（3）通过高炉风口回旋区的富氧管路，增加供氧量，来提高的氧过剩系数n，以增强燃烧带的燃烧，进而提高该区域的温度。
所述步骤（3）中，氧过剩系数n，满足等式n=1+2/Kp，其中1gKp=-11792/T+9.04，T为绝对温度。
所述步骤（1）中，焦炉煤气需要经过精脱硫工序处理。
本发明的有益效果是：本发明通过研究高炉风口回旋区的燃烧机理、分析该区域温度降低的原因，并进一步研究碳在该区域不完全燃烧的热力学和动力学条件，创造性的提出了通过增加富氧量来提高风口回旋区的氧过剩系数即本发明步骤（3），以增强燃烧带的燃烧，进而提高该区域的温度，本发明能够快速的通过增加富氧量来提高风口回旋区的氧过剩系数，进行高炉回旋区的热补偿，并取得以下有益变化：一是强化回旋区的燃烧，提高回旋区的温度，保证其热状态；二是节焦效果明显，在步骤（1）和步骤（2）中，因为焦炉煤气压力升高，单位时间内焦炉煤气喷吹量的增加，大量氢气参与间接还原，氢还原气氛的加强使得吸热的直接还原反应和熔损反应都显著减少，因此焦比和固体还原剂消耗均有所降低；三是回旋区的燃烧明显加强，使得炉料的下降速度加快，产量增加。
具体实施方式
一种喷吹煤气冶炼过程中的热补偿方法，包括以下步骤：
（1）焦炉煤气经过精脱硫工序处理之后，焦炉煤气经加压机加压至高于热风压力100kPa后，通过管道输送至高炉；
（2）将步骤（1）中管道中的焦炉煤气在高炉风口区域经喷枪喷入高炉，与煤粉一起参与炉内反应；
（3）通过高炉风口回旋区的富氧管路，增加供氧量，来提高的氧过剩系数n，以增强燃烧带的燃烧，进而提高该区域的温度，其中，氧过剩系数n，满足等式n=1+2/Kp，其中1gKp=-11792/T+9.04，T为绝对温度。
本发明目的是通过增加富氧量来提高风口回旋区的氧过剩系数，加强回旋区的燃烧，进而提高该区域的温度，同时富化了炉缸还原气氛，改善了还原效果，有利于通过喷吹焦炉煤气实现低碳炼铁。
高炉冶炼中风口前理论燃烧温度t理（℃）是按风口区域热平衡计算的，代表高炉燃烧区所能达到的最高温度，其算式是：
此式是以冶炼1吨生铁作计算基准的。式中Q碳、Q风、Q焦分别为风口前碳量燃烧生产CO放出的热量和鼓风、焦炭带入的物理热，kJ。Q水、Q分是鼓风中湿分分解耗热和喷吹燃料的分解耗热，kJ。及是高炉炉缸煤气中CO及H2的比热容，kJ/(m3.℃)，CO与N2两者的热容极为相近；VCO、VN2、VH2是炉缸煤气中CO、N2、H2的数量，m3。
随着焦炉煤气喷吹量的增加，回旋区温度逐渐下降。这是因为焦炉煤气中CH4的裂解消耗量大量的热量（Q分）；同时焦炉煤气是以冷状态(常温)喷入炉内，鼓风带入的显热相比热风来说出现明显的降低（Q风）。
为了保证回旋区的温度不下降，通过增加富氧量提高回旋区的氧过剩系数来增强燃烧，进而提高回旋区的温度。
在高炉燃烧带碳参与的实际方程式为：
此式中n为过剩系数，其值随温度而变。
关于n值在不同的温度下的计算：
选定一定的温度即可知道对应的n。
不同温度下C燃烧的氧过剩系数n见下表
不同温度下碳燃烧的氧过剩系数对照表
温度 ℃ 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500
2C + nO2 = 2CO+（n-1）O2 4.81 4.59 4.42 4.28 4.17 4.08 4.01 3.94
在高炉风口回旋区碳的不完全燃烧反应（见反应式（2））为放热反应，保持过量的氧气氛围，有利于反应向着CO生成方向进行，这符合反应的动力学条件。也是高炉所需还原剂的主要反应。
氧过剩系数n是相对于高炉风口回旋区参与不完全燃烧的碳而言的，因此，每单位碳需要的氧气为n/2。参照表2的对应关系，高炉喷吹焦炉煤气后，富氧量一般要成倍增加才能达到热补偿的需要。
在喷吹焦炉煤气等富含H2还原剂的喷煤的高炉上，通过增加富氧量来进行热补偿后，在同比条件下可产生如下有益变化：一是强化回旋区的燃烧，进而提高回旋区的温度，保证其热状态；二是节焦效果明显，因为随着喷吹量的增加，大量氢气参与间接还原，氢还原气氛的加强使得吸热的直接还原反应和熔损反应都显著减少，因此焦比和固体还原剂消耗均有所降低；三是回旋区碳的燃烧明显加强，使得炉料的下降速度加快，产量增加。
在通过加大富氧量提高燃烧带的氧过剩系数的条件下，某高炉喷入46m3/tFe的焦炉煤气，吨铁成本降低20元，年产效益预计超过4000万元。同时由于富氧增产5%，年增产量10万吨以上；吨铁CO2减排89kg，年减排17.8万吨。取得较好的经济效益和环保效果。
富氧增加后喷吹焦炉煤气效果对比
本发明是基于高炉喷吹富含H2还原剂的喷煤高炉，如焦炉煤气、天然气等。如果喷吹富含CO还原剂的煤气，如经过净化处理（脱N2、脱CO2等）的高炉煤气、转炉煤气以及发生炉煤气等，可按照类似方法以此类推。

Claims (3)

1.一种喷吹煤气冶炼过程中的热补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将焦炉煤气经加压机加压至高于热风压力至少100kPa后，通过管道输送至高炉；
（2）将步骤（1）中管道中的焦炉煤气在高炉风口区域经喷枪喷入高炉，与煤粉一起参与炉内反应；
（3）通过高炉风口回旋区的富氧管路，增加供氧量，来提高的氧过剩系数n，以增强燃烧带的燃烧，进而提高该区域的温度。
2.根据权利要求1所述的一种喷吹煤气冶炼过程中的热补偿方法，其特征在于：所述步骤（3）中，氧过剩系数n，满足等式n=1+2/Kp，其中1gKp=-11792/T+9.04，T为绝对温度。
3.根据权利要求1所述的一种喷吹煤气冶炼过程中的热补偿方法，其特征在于：所述步骤（1）中，焦炉煤气需要经过精脱硫工序处理。
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