CN111485060B - 一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统及炼钢方法 - Google Patents

一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统及炼钢方法 Download PDF

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Abstract

一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统及炼钢方法，所属冶金技术领域，系统包上料系统、炉体、除尘器、变频引风机、煤气柜、烟囱、煤炭气化炉、旋风除尘器、可升降保温罩、料仓、微调中间包和钢包。本发明系统利用竖炉自身高温烟气喷煤发生煤气，实现燃气自循环的全废钢铁冶炼，并且可使冶炼环节的烟气零排放，达到能源流的合理循环利用的效果；同时也使能源流更加合理，减少了煤气发生过程的热量消耗，避免了煤气发生过程的废水处理设备和费用；节能减排效果显著，冶炼环节能耗只是传统电弧炉冶炼的25％左右，整个制造成本比电弧炉降低180～260元/吨钢；本发明的全废钢冶炼工艺是融节能、低碳、环保、低成本于一体的绿色冶炼工艺。

Description

一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统及炼钢方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统及炼钢方法。
背景技术
目前钢铁冶炼的主流方法有两种：一种是长流程，包括采矿、选矿、烧结、高炉炼铁、转炉炼钢、精炼、连铸等工序；另一种是短流程，包括电弧炉或中频炉熔化、精炼、连铸等工序。受排放压力和废钢资源不断增加的因素影响，短流程备受行业青睐。
我国的电力结构是以火力发电为主，火力发电是热能转换为电能的过程，这个过程的最高转化率在40％左右，可见在这个转化过程中有60％左右的能源被浪费掉了，同时发电运行过程还会产生相当的运行费用，输电到用电客户还会有电的传输费用和损耗，用户的电热转换过程还会有电能损失，并且电弧炉冶炼还会有电极的消耗，而电极的生产过程是个高耗能高污染过程。可见从能源流和能源利用率的角度看电弧炉冶炼工艺存在耗能高、成本高、转化率低的问题。
目前，煤气发生炉存在很多问题，由于其结构的原因，发生煤气过程顶部煤炭是渐进式升温，煤炭是低温干馏，产生大量长链有机物，苯、萘、焦油类物质，生成燃气必须经过水洗脱除这些物质及除尘，产生很多废水，环境污染严重，因此政府对该工艺严加限制，制约了很多使用燃气企业的发展。再有该工艺热损失大，控制复杂，产生燃气热值低，大大降低使用燃气的优势。
另外，我国大部分钢铁企业的烧结工艺燃料在使用无烟煤，烧结工艺的焙烧过程是渐进式加热，煤炭中的挥发分还没有到燃点就被蒸馏挥发逃逸，根本没有燃烧就逃逸了，造成了热值的巨大浪费，同时排入大气都变成了VOC，污染了大气，是目前工业VOC最大的排放源。居民散煤燃烧炉具容积都非常小，添加煤炭过程使炉温迅速降低，新添加的煤炭被低温干馏，干馏出的挥发分没有得到燃烧就已经逃逸，既损失了热值，也造成了VOC逃逸，这是散煤燃烧最大的污染。
上述问题都是急需要解决的社会难题，为了解决这些问题，我们开发了一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统及炼钢方法。
发明内容
为使全废钢铁冶炼更加低碳绿色，同时解决上述社会问题，本发明提出了一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统及炼钢方法，利用竖炉自身高温烟气干馏煤炭，同时将烟气中的二氧化碳与部分煤炭发生气化反应，过剩碳粉做铁矿烧结燃料或做型煤，高温烟气是高热值燃气，高温燃气通过与废钢换热降温，然后经除尘器除尘后进入煤气柜回收备用。产生的煤气量会大于炼钢炉需要，因此可以供轧钢等其它用气设备使用，无需另建煤气发生设施。实现燃气自循环的全废钢铁冶炼，并且可使冶炼环节的烟气零排放，达到能源流的合理循环利用的效果，其具体技术方案如下：
一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统，包括上料系统1、竖炉2、除尘器3、变频引风机4、煤气柜5、烟囱6、煤炭气化炉7、旋风除尘器8、可升降保温罩9、料仓10、微调中间包11和钢包12；
所述竖炉2底部侧壁设置有出钢口13，竖炉2的熔化段下部设置有钢水加热氧燃烧嘴14，竖炉2的熔化段上部设置有主氧燃烧嘴15，竖炉2的过渡段1200～1700℃温度处设置有环形烟道16，竖炉2的预热段设置有降温喷淋系统17，竖炉2的炉顶设置有密封加料系统18；
所述煤炭气化炉7上设置有喷煤枪20、氧气喷嘴21和蒸汽喷吹装置22；
所述可升降保温罩9上设置有测温取样口24和氧燃枪25；
所述微调中间包11侧壁下部设置有流钢口26，微调中间包11底部设置有底吹透气砖27；
所述上料系统1的上料端与竖炉2顶部的封闭加料系统18相连接，所述竖炉2的上部出烟口通过管道连接除尘器3的进气口，所述除尘器3的出气口通过管道连接变频引风机4的引风口，所述除尘器3与变频引风机4的连接管道上设置有进气管19，所述变频引风机4的出风口通过管道分别连接煤气柜5和烟囱6；
所述环形烟道16的下烟道通过管道依次连接有煤炭气化炉7和旋风除尘器8，所述旋风除尘器8通过返回烟气管道与环形烟道16的上烟道连接；
所述竖炉2的出钢口13通过管道连接微调中间包11，所述微调中间包11上加盖可升降保温罩9，所述可升降保温罩9上的辅助料加料口通过管道与料仓10的底部出料口连接，所述可升降保温罩9上的回烟口通过回烟管道23与环形烟道16连接；
所述微调中间包11的流钢口26下设钢包12，用于承接钢水；
所述除尘器3的出气口设置有控气阀门，所述进气管19设置有控气阀门，所述变频引风机4与煤气柜5的连接管道上设置有控气阀门，所述变频引风机4与烟囱6的连接管道上设置有控气阀门；
所述环形烟道16的下烟道出烟口设置有控气阀门，环形烟道16的上烟道进烟口设置有控气阀门；
所述竖炉2的出钢口13设置有封堵塞棒；
所述微调中间包11的流钢口26外设塞棒；
所述降温喷淋系统17尾端通有水源；
所述竖炉2的熔炼区设置有流钢沟，流钢沟覆盖耐材盖板；
所述煤炭气化炉7内部还设置有干馏煤收集仓、碳粉降温回收装置和温度传感器；
所述钢水加热氧燃烧嘴14和主氧燃烧嘴15的数量根据竖炉2设备规模大小确定；所述喷煤枪20、氧气喷嘴21和蒸汽喷吹装置22的数量根据煤炭气化炉7设备规模大小确定；
所述钢水加热氧燃烧嘴14用氧燃枪替代；所述主氧燃烧嘴15用氧燃枪替代；
所述微调中间包11可用钢包12替代；
上述的一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统的炼钢方法，包含如下步骤：
步骤1，加料：
在新炉开炉时，将炉料布置到竖炉2的炉底中心区，先铺垫两层浸油枕木，然后在枕木上布置焦炭，之后在焦炭中心区上布置一定长度的废钢，并给钢水加热氧燃烧嘴14和主氧燃烧嘴15喷出的火焰留出燃烧反应区，废钢上部布置轻薄钢料或破碎钢料，正常冶炼时废钢表面的氧化铁等低熔点物质会熔化，使轻薄钢料或破碎钢料粘结在一起，形成钢料柱，不会散落到燃烧预留空间或落到竖炉2内的流钢沟内，为防止未熔化废钢散落到流钢沟内降低钢水温度，在流钢沟上覆盖耐材盖板，盖板上带有缝隙，熔化的钢水可以流下，而未熔化废钢不能漏下；
步骤2，煤气发生：
将研磨好的粒径＜3mm低硫煤粉利用喷煤枪20喷入煤炭气化炉7，炉内熔炼产生的高温烟气通过环形烟道16的下烟道进入煤炭气化炉7，将低硫煤粉干馏；在1100℃以上的高温环境下干馏出的煤气会发生裂解，将长链的碳氢化合物裂解成短链的烷、烃和氢气等低液化点燃气，同时高温烟气中的CO2和残留O2及蒸汽喷吹装置22喷入的蒸汽会与干馏出的挥发物及新生成的干馏炭发生化学反应，生成复合煤气，复合煤气的热值控制在1500～2500Kcal/m3；当煤炭气化炉7的内部温度低于1100℃时，通过氧气喷嘴21补吹适量氧气使煤炭气化炉7升温并保持1100℃以上，优选气化温度在1400℃～1700℃；
步骤3，煤气循环、预热：
煤气发生后的复合煤气温度在900℃以上，煤炭气化炉7产生的干馏煤和烟尘通过旋风除尘器8回收，经旋风除尘器8洁净后复合煤气则通过返回烟气管道进入环形烟道16的上烟道，进而引回竖炉2内，完成利用复合煤气对废钢进行预热；干馏未被气化的干馏煤落入煤炭气化炉7内部的干馏煤收集仓，经过余热回收冷却收集，连同除尘灰一起送炼铁烧结做燃料；
步骤4，熔炼：
开启变频引风机4进行冷运行，待变频引风机4正常工作后，启动钢水加热氧燃烧嘴14和主氧燃烧嘴15，控制钢水加热氧燃烧嘴14和主氧燃烧嘴15的过氧系数为1.5～3.0，然后通过燃烧焦炭使炉底升温，待钢水达到出钢温度时打开出钢口13的封堵塞棒，连续出钢；
进入正常冶炼阶段时，将钢水加热氧燃烧嘴14和主氧燃烧嘴15的过氧系数调至1.0以下，使未燃尽煤气与废钢表面的氧化铁发生间接还原反应，避免废钢氧化；
步骤5，钢水成分微调：
打开出钢口13的封堵塞棒，使熔化后的钢水流入微调中间包11，开启氧燃枪25对微调中间包11内的钢水进行升温至1550℃以上，优选1600℃以上；出钢前根据钢水成分需要，将料仓10中的脱氧剂、合金、造渣辅料加入至微调中间包11内，对钢水进行合金化成分微调及增碳和扩散脱氧；
钢水成分微调时，底吹透气砖27吹氩气搅拌，使钢水温度、成分均匀，由于有了扩散脱氧，合金收得率很高，可少加铝脱氧剂，因此钢水夹杂物很少；
出钢过程及成分微调时，氧燃枪25一直在工作状态，供气强度可根据加热需要调整，氧燃比控制在1～1.01，回烟管道23的阀门受微调中间包11内压力传感器控制，始终保持微负压-20～30Pa，既要保证不能烟气外溢，又不能吸进太多空气；燃烧的高温烟气全部通过回烟管道23进入煤炭气化炉7内，高温烟气将低硫煤粉干馏，生成复合煤气；
步骤6，出钢：
当微调中间包11钢水够一罐钢水时，打开微调中间包11出钢口的塞棒，钢水流入钢包12，钢包12转移至LF炉工位精炼，做最后微调及等待；
更换微调中间11包时，首先用塞棒封堵出钢口13停止出钢，并将微调中间包11中的钢水全部出尽，然后移出并更换微调中间包11，工作复位继续连续出钢。
本发明的一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统及炼钢方法，与现有技术相比，有益效果为：
一、本发明的竖炉内冶炼产生的高温烟气通过竖炉过度段环形烟道的下烟道进入煤炭气化炉；微调时氧燃枪加热产生的高温烟气通过回烟管道进入煤炭气化炉；两种渠道高温烟气在煤炭气化炉中对低硫煤粉进行高温干馏，使低硫煤粉干馏、裂解、气化，并于二氧化碳反应气化，制成复合煤气，高温余热得到了高效循环利用，避免了余热的低效率转化，含二氧化碳烟气也得到了利用，没有水消耗和废水产生，投资小，运行成本低，是真正的绿色煤气发生工艺。
二、由于烟气不外排，二恶英在燃烧时会被燃烧，重金属会在循环燃烧中被钢水稀释吸附，而硫会在系统里循环，本发明选择低硫煤，在钢水承受范围内，烟气可以不用脱硫，直接除尘即可以进入煤气柜，经过与废钢换热后的炉顶烟气温度降至100℃左右，经过除尘后进入煤气柜，这样就做到了在冶炼环节没有烟气排放，避免大气污染。
三、本发明系统产生的复合煤气发热值可以控制在1500～2500Kcal/m3，既可以用于竖炉加热熔化废钢，也可以用于轧钢加热炉或其它用途；出煤炭气化炉的煤气温度仍可达900～1050℃；煤气引回竖炉进行预热废钢，由于竖炉上部是还原性气氛，没有氧化烧损，而且废钢表面的氧化铁还能被还原，有价金属锌也可以有效回收。
四、由于上部有煤气发生，氧燃烧嘴或氧燃枪的氧燃比可以小于1，废钢下部氧化会大大减少，竖炉上部是还原性气氛，废钢表面的氧化铁皮都会被还原，因此金属收得率会大大提高，钢水的含氧量也会大大降低，后部的钢水可以不用铝脱氧，可以减少脱氧剂成本，也避免了钢水的三氧化二铝夹杂，大大减轻了后部精炼的工序压力，精炼成本会大量降低。
五、由于全氧燃烧，烟气量少，带走的热量少，没有氮气参与循环，发生的煤气热值高；利用烟气的高温特性干馏裂解煤炭，去除了煤气里的高液化点物质，方便了后续的煤气处理，也方便了煤气的存储和输送，烟气中的二氧化碳与干馏煤反应，生成燃气，冶炼环节没有二氧化碳排放。
综上所述，本发明利用竖炉温度分布特性，自身发生煤气，既避免了再建煤气发生设备，也使能源流更加合理，减少了煤气发生过程的热量消耗，避免了煤气发生过程的废水处理设备和费用；节能减排效果显著，冶炼环节能耗只是传统电弧炉冶炼的25％左右，整个制造成本比电弧炉降低180～260元/吨钢；本发明的全废钢冶炼工艺是融节能、低碳、环保、低成本于一体的绿色冶炼工艺。
附图说明
图1为本发明一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统的结构示意图：图中，1-上料系统，2-竖炉，3-除尘器，4-变频引风机，5-煤气柜，6-烟囱，7-煤炭气化炉，8-旋风除尘器，9-可升降保温罩，10-料仓，11-微调中间包，12-钢包，13-出钢口，14-钢水加热氧燃烧嘴，15-主氧燃烧嘴，16-环形烟道，17-降温喷淋系统，18-密封加料系统，19-进气管，20-喷煤枪，21-氧气喷嘴，22-蒸汽喷吹装置，23-回烟管道，24-测温取样口，25-氧燃枪，26-流钢口，27-底吹透气砖。
具体实施方式
下面结合具体实施案例和附图1对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
如图1所示，一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统，包括上料系统1、竖炉2、除尘器3、变频引风机4、煤气柜5、烟囱6、煤炭气化炉7、旋风除尘器8、可升降保温罩9、料仓10、微调中间包11和钢包12；
所述竖炉2底部侧壁设置有出钢口13，竖炉2的熔化段下部设置有钢水加热氧燃烧嘴14，竖炉2的熔化段上部设置有主氧燃烧嘴15，竖炉2的过渡段1200～1700℃温度处设置有环形烟道16，竖炉2的预热段设置有降温喷淋系统17，竖炉2的炉顶设置有密封加料系统18；
所述煤炭气化炉7上设置有喷煤枪20、氧气喷嘴21和蒸汽喷吹装置22；
所述可升降保温罩9上设置有测温取样口24和氧燃枪25；
所述微调中间包11侧壁下部设置有流钢口26，微调中间包11底部设置有底吹透气砖27；
所述上料系统1的上料端与竖炉2顶部的封闭加料系统18相连接，所述竖炉2的上部出烟口通过管道连接除尘器3的进气口，所述除尘器3的出气口通过管道连接变频引风机4的引风口，所述除尘器3与变频引风机4的连接管道上设置有进气管19，所述变频引风机4的出风口通过管道分别连接煤气柜5和烟囱6；
所述环形烟道16的下烟道通过管道依次连接有煤炭气化炉7和旋风除尘器8，所述旋风除尘器8通过返回烟气管道与环形烟道16的上烟道连接；
所述竖炉2的出钢口13通过管道连接微调中间包11，所述微调中间包11上加盖可升降保温罩9，所述可升降保温罩9上的辅助料加料口通过管道与料仓10的底部出料口连接，所述可升降保温罩9上的回烟口通过回烟管道23与环形烟道16连接；
所述微调中间包11的流钢口26下设钢包12，用于承接钢水；
所述除尘器3的出气口设置有控气阀门，所述进气管19设置有控气阀门，所述变频引风机4与煤气柜5的连接管道上设置有控气阀门，所述变频引风机4与烟囱6的连接管道上设置有控气阀门；
所述环形烟道16的下烟道出烟口设置有控气阀门，环形烟道16的上烟道进烟口设置有控气阀门；
所述竖炉2的出钢口13设置有封堵塞棒；
所述微调中间包11的流钢口26外设塞棒；
所述降温喷淋系统17尾端通有水源；
所述竖炉2的熔炼区设置有流钢沟，流钢沟覆盖耐材盖板；
所述煤炭气化炉7内部还设置有干馏煤收集仓、碳粉回收装置和温度传感器；
所述钢水加热氧燃烧嘴14和主氧燃烧嘴15的数量根据竖炉2设备规模大小确定；所述喷煤枪20、氧气喷嘴21和蒸汽喷吹装置22的数量根据煤炭气化炉7设备规模大小确定；
所述钢水加热氧燃烧嘴14用氧燃枪替代；所述主氧燃烧嘴15用氧燃枪替代；
所述微调中间包11可用钢包12替代；
本实施例在某钢铁企业新建一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统，竖炉2上部预热区内径2.4米，上部预热区高度16米，下部燃烧区内径3.5米，燃烧区高度3米，燃烧区到上部细段过度高度3米，竖炉2总高度22米，底部设废钢支撑平台，平台直径2.8米，平台周边为流钢沟，流钢沟为倾斜式，出钢口处最低，出钢口对面沟最浅，最浅处流钢沟深300mm，熔化后的钢液通过流钢沟流到出钢口处，钢水通过可控制液面的U型出钢口13流出。为防止未熔化废钢散落入流钢沟，在流钢沟上覆盖了耐火砖，留有流钢缝。在废钢支撑台上500mm处设6支环绕竖炉2的主氧燃烧嘴15，均匀分布炉子周边，枪口向下斜向布置，火焰下限至废钢支撑台中心，主要用于废钢熔化预热，是竖炉2的主要能源供给。在废钢支撑台上200mm处布置4支环绕竖炉2的钢水加热氧燃烧嘴14，切线下斜布置，火焰指向钢液流沟，冲击方向与钢液流向一致，主要用于给熔化后的钢水加热，钢水加热氧燃烧嘴14也可用于调整提高产能。在火焰区流钢沟上不覆盖耐火砖，留出加热区。
在竖炉2的过渡段1200-1400℃温度处设置8个引风孔，引风孔外设环形烟道16的下烟道，在距离引风孔上部2米处设8个进风孔，进风口外设环形烟道16的上烟道。
在竖炉旁设置煤炭气化炉7，煤炭气化炉7包括炉体、进风口、出风口、3支喷煤枪、3支氧气喷嘴、蒸汽喷吹装置、干馏煤收集仓和温度传感器。
一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统的炼钢方法，包含如下步骤：
步骤1，加料：
在新炉开炉时，将炉料布置到竖炉2的炉底中心区，先铺垫两层浸油枕木，然后在枕木上布置焦炭，之后在焦炭中心区上布置一定长度的废钢，并给钢水加热氧燃烧嘴14和主氧燃烧嘴15喷出的火焰留出燃烧反应区，废钢上部布置轻薄钢料或破碎钢料，正常冶炼时废钢表面的氧化铁等低熔点物质会熔化，使轻薄钢料或破碎钢料粘结在一起，形成钢料柱，不会散落到燃烧预留空间或落到竖炉2内的流钢沟内，为防止未熔化废钢散落到流钢沟内降低钢水温度，在流钢沟上覆盖耐材盖板，盖板上带有缝隙，熔化的钢水可以流下，而未熔化废钢不能漏下；
步骤2，煤气发生：
将研磨好的粒径＜3mm低硫煤粉利用喷煤枪20喷入煤炭气化炉7，炉内熔炼产生的高温烟气通过环形烟道16的下烟道进入煤炭气化炉7，将低硫煤粉干馏；在1100℃以上的高温环境下干馏出的煤气会发生裂解，将长链的碳氢化合物裂解成短链的烷、烃和氢气等低液化点燃气，同时高温烟气中的CO2和残留O2及蒸汽喷吹装置22喷入的蒸汽会与干馏出的挥发物及新生成的干馏炭发生化学反应，生成复合煤气，复合煤气的热值控制在1500～2500Kcal/m3；当煤炭气化炉7的内部温度低于1100℃时，通过氧气喷嘴21补吹适量氧气使煤炭气化炉7升温并保持1100℃以上，优选气化温度在1400℃～1700℃；干馏未被气化的干馏煤落入煤炭气化炉7内部的干馏煤收集仓，经过余热回收冷却收集，连同除尘灰一起送炼铁烧结做燃料；
步骤3，煤气循环、预热：
煤气发生后的复合煤气温度仍然会在900℃以上，煤炭气化炉7产生的干馏煤和烟尘通过旋风除尘器8回收，经旋风除尘器8洁净后复合煤气则通过返回烟气管道进入环形烟道16的上烟道，进而引回竖炉2内，完成利用复合煤气对废钢进行预热；
步骤4，熔炼：
开启变频引风机4进行冷运行，待变频引风机4正常工作后，启动钢水加热氧燃烧嘴14和主氧燃烧嘴15，控制钢水加热氧燃烧嘴14和主氧燃烧嘴15的过氧系数为1.5～3.0，然后通过燃烧焦炭使炉底升温，待钢水达到出钢温度时打开出钢口13的封堵塞棒，连续出钢；
进入正常冶炼阶段时，将钢水加热氧燃烧嘴14和主氧燃烧嘴15的过氧系数调至1.0以下，使未燃尽煤气与废钢表面的氧化铁发生间接还原反应，避免废钢氧化；
步骤5，钢水成分微调：
打开出钢口13的封堵塞棒，使熔化后的钢水流入微调中间包11，开启氧燃枪25对微调中间包11内的钢水进行升温至1600℃以上，出钢前根据钢水成分需要，将料仓10中的脱氧剂、合金、造渣辅料加入至微调中间包11内，对钢水进行合金化成分微调及增碳和扩散脱氧；
钢水成分微调时，底吹透气砖27吹氩气搅拌，使钢水温度、成分均匀，由于有了扩散脱氧，合金收得率很高，可少加铝脱氧剂，因此钢水夹杂物很少；
出钢过程及成分微调时，氧燃枪25一直在工作状态，供气强度可根据加热需要调整，氧燃比控制在1～1.01，回烟管道23的阀门受微调中间包11内压力传感器控制，始终保持微负压-20～30Pa，既要保证不能烟气外溢，又不能吸进太多空气；燃烧的高温烟气全部通过回烟管道23进入煤炭气化炉7内，高温烟气将低硫煤粉干馏，生成复合煤气；
步骤6，出钢：
当微调中间包11钢水够一罐钢水时，打开微调中间包11出钢口的塞棒，钢水流入钢包12，钢包12转移至LF炉工位精炼，做最后微调及等待；
更换微调中间11包时，首先用塞棒封堵出钢口13停止出钢，并将微调中间包11中的钢水全部出尽，然后移出并更换微调中间包11，工作复位继续连续出钢。
本实施例在正常冶炼时，平均2小时出3包钢水，每包钢水60吨，正好与后部连铸匹配。在气化室喷吹1/3本地焦煤，喷煤量分7吨/小时、9吨/小时、12吨/小时，喷煤量越大，煤气热值越高，产气量越大，产生的干馏煤量也越大，但是烟气温降也随着喷煤量的增加而增加，供氧气量也越大，因此喷煤量也要却决于工厂对煤气的需求量而定；干馏煤中粉尘氧化铁含量较少，大部分氧化铁已经被还原成金属粉，干馏煤的热值在6000-6300千卡，用于铁矿烧结效果很好。
由于煤炭硫稍高，煤气中SO2达到500mg/m3，造成钢水硫超标，因此在竖炉排烟口外增加了SDS脱硫设备，后部除尘器一并将脱硫产物和尘回收。回收产物用水溶分离，液态水用于厂内其他烟气石灰石石膏法脱硫，作为脱硫促进剂使用，固废为氧化铁和碳粉，水洗后去炼钢烧结用，整个工艺没有废物排放。
经过热量计算，熔化环节能耗41万千卡，相当于58.7公斤标准煤，能量消耗远低于电弧炉冶炼的280公斤标煤，本工艺能耗只是我国电弧炉平均能耗的21％，可见节能减排效果显著。

Claims (9)

1.一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统的炼钢方法，其特征在于，包含如下步骤：
步骤1，加料：
在新炉开炉时，将炉料布置到竖炉（2）的炉底中心区，先铺垫两层浸油枕木，然后在枕木上布置焦炭，之后在焦炭中心区上布置一定长度的废钢，并给钢水加热氧燃烧嘴（14）和主氧燃烧嘴（15）喷出的火焰留出燃烧反应区，废钢上部布置轻薄钢料或破碎钢料，正常冶炼时废钢表面的氧化铁和低熔点物质会熔化，使轻薄钢料或破碎钢料粘结在一起，形成钢料柱，不会散落到燃烧预留空间或落到竖炉（2）内的流钢沟内，为防止未熔化废钢散落到流钢沟内降低钢水温度，在流钢沟上覆盖耐材盖板，盖板上带有缝隙，熔化的钢水可以流下，而未熔化废钢不能漏下；
步骤2，煤气发生：
将研磨好的粒径＜3mm低硫煤粉利用喷煤枪（20）喷入煤炭气化炉（7），炉内熔炼产生的高温烟气通过环形烟道（16）的下烟道进入煤炭气化炉（7），将低硫煤粉干馏；在1100℃以上的高温环境下干馏出的煤气会发生裂解，将长链的碳氢化合物裂解成短链的烷、烃和氢气，同时高温烟气中的CO2和残留O2及蒸汽喷吹装置（22）喷入的蒸汽会与干馏出的挥发物及新生成的干馏炭发生化学反应，生成复合煤气，复合煤气的热值控制在1500~2500Kcal/m³；当煤炭气化炉（7）的内部温度低于1100℃时，通过氧气喷嘴（21）补吹适量氧气使煤炭气化炉（7）升温并保持气化温度在1400℃~1700℃；
步骤3，煤气循环、预热：
煤气发生后的复合煤气温度仍然会在900℃以上，煤炭气化炉（7）产生的干馏煤和烟尘通过旋风除尘器（8）回收，经旋风除尘器（8）洁净后复合煤气则通过返回烟气管道进入环形烟道（16）的上烟道，进而引回竖炉（2）内，完成利用复合煤气对废钢进行预热；干馏未被气化的干馏煤落入煤炭气化炉（7）内部的干馏煤收集仓，经过余热回收冷却收集，连同除尘灰一起送炼铁烧结做燃料；
步骤4，熔炼：
开启变频引风机（4）进行冷运行，待变频引风机（4）正常工作后，启动钢水加热氧燃烧嘴（14）和主氧燃烧嘴（15），控制钢水加热氧燃烧嘴（14）和主氧燃烧嘴（15）的过氧系数为1.5~3.0，然后通过燃烧焦炭使炉底升温，待钢水达到出钢温度时打开出钢口（13）的封堵塞棒，连续出钢；
进入正常冶炼阶段时，将钢水加热氧燃烧嘴（14）和主氧燃烧嘴（15）的过氧系数调至1.0以下，使未燃尽煤气与废钢表面的氧化铁发生间接还原反应，避免废钢氧化；
步骤5，钢水成分微调：
打开出钢口（13）的封堵塞棒，使熔化后的钢水流入微调中间包（11），开启氧燃枪（25）对微调中间包（11）内的钢水进行升温至1550℃以上；出钢前根据钢水成分需要，将料仓（10）中的脱氧剂、合金、造渣辅料加入至微调中间包（11）内，对钢水进行合金化成分微调及增碳和扩散脱氧；
钢水成分微调时，底吹透气砖（27）吹氩气搅拌，使钢水温度、成分均匀，由于有了扩散脱氧，合金收得率很高，可少加铝脱氧剂，因此钢水夹杂物很少；
出钢过程及成分微调时，氧燃枪（25）一直在工作状态，供气强度可根据加热需要调整，氧燃比控制在1~1.01，回烟管道（23）的阀门受微调中间包（11）内压力传感器控制，始终保持微负压-20~-30Pa，既要保证不能烟气外溢，又不能吸进太多空气；燃烧的高温烟气全部通过回烟管道（23）进入煤炭气化炉（7）内，高温烟气将低硫煤粉干馏，生成复合煤气；
步骤6，出钢：
当微调中间包（11）钢水够一罐钢水时，打开微调中间包（11）出钢口的塞棒，钢水流入钢包（12），钢包（12）转移至LF炉工位精炼，做最后微调及等待；
更换微调中间包（11）时，首先用塞棒封堵出钢口（13）停止出钢，并将微调中间包（11）中的钢水全部出尽，然后移出并更换微调中间包（11），工作复位继续连续出钢；
所述的一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统，包括上料系统（1）、竖炉（2）、除尘器（3）、变频引风机（4）、煤气柜（5）、烟囱（6）、煤炭气化炉（7）、旋风除尘器（8）、可升降保温罩（9）、料仓（10）、微调中间包（11）和钢包（12）；
所述竖炉（2）底部侧壁设置有出钢口（13），竖炉（2）的熔化段下部设置有钢水加热氧燃烧嘴（14），竖炉（2）的熔化段上部设置有主氧燃烧嘴（15），竖炉（2）的过渡段1200~1700℃温度处设置有环形烟道（16），竖炉（2）的预热段设置有降温喷淋系统（17），竖炉（2）的炉顶设置有封闭加料系统（18）；
所述煤炭气化炉（7）上设置有喷煤枪（20）、氧气喷嘴（21）和蒸汽喷吹装置（22）；
所述可升降保温罩（9）上设置有测温取样口（24）和氧燃枪（25）；
所述微调中间包（11）侧壁下部设置有流钢口（26），微调中间包（11）底部设置有底吹透气砖（27）；
所述上料系统（1）的上料端与竖炉（2）顶部的封闭加料系统（18）相连接，所述竖炉（2）的上部出烟口通过管道连接除尘器（3）的进气口，所述除尘器（3）的出气口通过管道连接变频引风机（4）的引风口，所述除尘器（3）与变频引风机（4）的连接管道上设置有进气管（19），所述变频引风机（4）的出风口通过管道分别连接煤气柜（5）和烟囱（6）；
所述环形烟道（16）的下烟道通过管道依次连接有煤炭气化炉（7）和旋风除尘器（8），所述旋风除尘器（8）通过返回烟气管道与环形烟道（16）的上烟道连接；
所述竖炉（2）的出钢口（13）通过管道连接微调中间包（11），所述微调中间包（11）上加盖可升降保温罩（9），所述可升降保温罩（9）上的辅助料加料口通过管道与料仓（10）的底部出料口连接，所述可升降保温罩（9）上的回烟口通过回烟管道（23）与环形烟道（16）连接；
所述微调中间包（11）的流钢口（26）下设钢包（12），用于承接钢水。
2.根据权利要求1所述的自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统的炼钢方法，其特征在于，所述除尘器（3）的出气口设置有控气阀门，所述进气管（19）设置有控气阀门，所述变频引风机（4）与煤气柜（5）的连接管道上设置有控气阀门，所述变频引风机（4）与烟囱（6）的连接管道上设置有控气阀门；所述环形烟道（16）的下烟道出烟口设置有控气阀门，环形烟道（16）的上烟道进烟口设置有控气阀门。
3.根据权利要求1所述的自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统的炼钢方法，其特征在于，所述竖炉（2）的出钢口（13）设置有封堵塞棒；所述微调中间包（11）的流钢口（26）外设塞棒。
4.根据权利要求1所述的自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统的炼钢方法，其特征在于，所述降温喷淋系统（17）尾端通有水源。
5.根据权利要求1所述的自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统的炼钢方法，其特征在于，所述竖炉（2）的熔炼区设置有流钢沟，流钢沟覆盖耐材盖板。
6.根据权利要求1所述的自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统的炼钢方法，其特征在于，所述煤炭气化炉（7）内部还设置有干馏煤收集仓、碳粉降温回收装置和温度传感器。
7.根据权利要求1所述的自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统的炼钢方法，其特征在于，所述钢水加热氧燃烧嘴（14）和主氧燃烧嘴（15）的数量根据竖炉（2）设备规模大小确定；所述喷煤枪（20）、氧气喷嘴（21）和蒸汽喷吹装置（22）的数量根据煤炭气化炉（7）设备规模大小确定。
8.根据权利要求1所述的自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统的炼钢方法，其特征在于，所述钢水加热氧燃烧嘴（14）用氧燃枪替代；所述主氧燃烧嘴（15）用氧燃枪替代。
9.根据权利要求1所述的自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统的炼钢方法，其特征在于，所述微调中间包（11）可用钢包（12）替代。
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