CN111635972A - 一种喷氧熔融还原炼铁工艺 - Google Patents

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Abstract

一种喷氧熔融还原炼铁工艺，包括以下步骤，铁矿石配加合理白云石及生石灰粉后经矿粉加热系统，通过矿粉喷枪(2)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，煤粉采用惰性或还原性气体通过煤粉喷枪(3)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，通过渣层喷入铁液熔池中为铁水补碳；常温高纯氧气经喷氧装置(1)由熔融反应炉上方吹入，通过喷氧确保渣中气体组分比例：(H2+CO)/(CO2+H2O)＜10，控制渣量＞0.5t/tFe控制出渣温度＞1400℃，碱度控制，出铁温度大于1350℃，出铁后对铁水进行脱硫，脱硫后残留镁量应控制在0.010％～0.020％。该工艺提高了中心氧气喷吹深度，降低了环境因素的扰动，提高了冶炼效率。

Description

一种喷氧熔融还原炼铁工艺
技术领域
本发明属于熔融还原炼铁技术领域，涉及非高炉熔融炼铁领域，涉及喷氧熔融还原炼铁工艺，适用于黑色和有色冶金领域进行的高温熔融还原冶炼领域。
背景技术
在众多的非高炉炼铁工艺中，最具开发潜力的应属熔融还原法，该工艺具有反应速率快，铁水熔炼强度约是高炉的5到10倍。直接利用非焦煤粉与铁矿粉作为原料，取消传统高炉炼铁的铁前处理工艺，降低炼铁过程中产生的污染、提高能源利用率以及炼铁的经济效益。而现有的氧枪往往结构简单，在使用过程中容易烧损，并且，并且氧气喷吹过程中产生大量损耗，耗能，并且影响了冶炼的节奏。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种喷氧熔融还原炼铁工艺，包括以下步骤，
铁矿石配加合理白云石及生石灰粉后经矿粉加热系统，加热至300℃以上，采用惰性或还原性气体分别通过矿粉喷枪(2)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，穿过渣层喷入铁水中，被铁水中溶解的碳元素还原同时，煤粉采用惰性或还原性气体通过煤粉喷枪(3)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，通过渣层喷入铁液熔池中为铁水补碳；
常温高纯氧气经喷氧装置(1)由熔融反应炉上方吹入，通过喷氧确保渣中气体组分比例：(H2+CO)/(CO2+H2O)＜10，，控制渣量＞0.5t/tFe控制出渣温度＞1400℃，碱度控制目标为1.05±0.05，出铁温度大于1350℃，出铁后对铁水进行脱硫，脱硫后残留镁量应控制在0.010％～0.020％。
进一步地，所述铁矿石中磷含量＜0.15％，铁矿品位＞53％，矿粉粒度＜8mm；煤粉粒度＜6mm，煤粉水分＜3％，温度≥80℃。
进一步地，所述还原气体为焦炉煤气、熔融还原炉煤气和/或氢气，配加合理白云石及生石灰粉是指配加比例根据组分不同，炉渣碱度目标为1.05±0.05，碱度采用四元碱度＝(CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2)。
进一步地，熔融还原反应炉熔池温度控制在1450-1550℃范围内，煤粉喷枪(3)载气量为1500～4000Nm3/h，矿粉喷枪(2)输送气用量7000～10000Nm3/h，同时保证炉内压力保持在50～100kPa。
进一步地，所述喷氧装置(1)包括喷氧装置本体和设置在本体一端的喷头，所述喷氧装置本体包括由内至外依次套装的氧气内管(11)，助燃套管(12)，可燃气体外管(13)；所述氧气内管(11)内为拉瓦尔机构(15)形成拉瓦尔氧气通道，所述氧气内管(11)和助燃套管(12)之间形成助燃气体通道(14)，助燃套管(12)和可燃气体外管(13)之间形成可燃气体通道(17)，所述喷头与本体连接，并且喷头的喷孔分别与拉瓦尔氧气通道，助燃气体通道(14)，可燃气体通道(17)相连通。
进一步地，氧气内管(11)内径为200-280mm，氧气内管(11)中拉瓦尔机构(15)的拉瓦尔喉口(18)直径为100-200mm，可燃气体外管(13)内径为220-300mm；所述助燃气体通道(14)为环形；助燃套管(12)内径为205-290mm。
进一步地，氧气内管(11)氧气送风风量为4～7万立方米/小时，出口速度为1.8～2.3马赫，助燃气体通道(14)出口气流速度控制在0.7～1.3马赫，可燃气体通道(17)喷入轻质可燃气体，流速控制在1马赫以内，流量低于1万立方米/小时，氧枪总长10～20m，有效冲击深度为5m～10m，冲击渣层深度达50～800mm。
进一步地，所述轻质可燃气体为天然气、焦炉煤气和/或氢气等轻质可燃气体。
进一步地，助燃气体通道喷入的氧气或富氧空气。
进一步地，采用双喂丝机同时双孔喂镁线线脱硫，镁线为高镁包芯线，直径为Φ13mm，采用0.30mm冷扎带钢包扎，线密度380～400g/m，内容物重为240g/m，内容物中镁含量25％～30％，硅含量40％～44％，石墨5-10％，氧化钙25-35％，内容物中各组分之和为100％，芯线加入量为铁水质量的0.5～1.0％。
进一步地，利用该工艺生产铁水主要成为为P≤0.06％，Cr+V+Mo+Sn+Sb+Pb+Bi+Te+As+B+Al≤0.11％，具体地，铁水的化学组分及重量百分比为：C：3.8-4.1％，Si：1.4-1.5％，Mn：0.07-0.1％，P：0.020-0.028％，S：0.02-0.028，Cr：0.005-0.010，V：0.0001-0.015％，Mo：0.002-0.010，Sn：0.0001-0.005％，Sb：0.0005-0.003％，Pb：0.0005-0.0011％，Bi：0.0001-0.0005％，Te：0.0002-0.0006％，As：0.0002-0.0015％，B：0.0001-0.0010％，Al：0.005-0.015％，余量为Fe。
进一步地，所述助燃气体通道(4)为环形。
进一步地，助燃套管(2)内径为205-290mm。
进一步地，所述助燃气体通道(4)为在所述氧气内管(1)和助燃套管(2)之间间隔设置1-10个圆形通道(6)，所述圆形通道(6)直径为10-50mm。
进一步地，所述圆形通道(6)为4个，圆形通道(6)在氧气内管(1)与助燃套管(2)之间对称分布。
进一步地，所述圆形通道(6)为2个，2个圆形通道(6)在氧气内管(1)与助燃套管(2)之间非对称分布。
进一步地，所述可燃气体外管(3)设置有水冷套筒。
进一步地，所述喷氧装置外表面设置有若干凸起。
进一步地，所述氧气内管(1)，助燃套管(2)，可燃气体外管(3)内表面设置有耐氧化耐冲刷涂层。
本发明的优点及效果：通过各个原料的配比的优化，以及喷吹参数的优化，保证了熔融还原的顺畅，保证了铁水的质量。
喷吹参数的优化确保喷吹系统稳定，以便熔池反应稳定，保证炉内压力保持在50～100kPa。喷吹装置的设置，通值模拟计算冲击渣层深度达50～800mm，换热效率大幅提高，枪体内部采用耐氧化耐冲刷涂层，有效提高氧枪寿命。提高了中心氧气喷吹深度，降低了环境因素的扰动，提高了冶炼效率。同时，外套喷枪表面的凸起也确保了及时挂渣。可满足现场对冲击深度及冲击范围的不同要求。
利用此氧枪可确保渣中气体组分比例：(H2+CO)/(CO2+H2O)＜10，通过碱度控制，可控制渣量＞0.5t/tFe化渣效果好，可有效避免泡沫渣危害。
氧气内管拉瓦尔喉口尺寸可达100-200mm，主氧送风风量4～10万立方米/小时，出口速度可达1.8～2.5马赫，助燃套管喉口宽度为10～100mm，助燃套管喷吹高纯氧气或富氧空气，可燃气体通道喷入可燃气体，可燃气体可采用天然气、焦炉煤气、氢气等轻质可燃气体进行喷吹。其余喷头可采用环形，也可以采用多个喷枪环形分布，出口气流速度根据需要控制在0.7～1.3马赫，氧枪总长10～20m，有效冲击深度可达5m～10m，内部采用耐氧化耐冲刷涂层，有效提高氧枪寿命，可适用于50～200万吨的熔融还原炉。这样的设置提高了中心氧气喷吹深度，降低了环境因素的扰动，提高了冶炼效率。同时，外套喷枪表面的凸起也确保了及时挂渣。另外，根据实际使用环境及冲击深度，也可将助燃喷枪和燃气喷枪使用位置进行调换，已满足现场对冲击深度及冲击范围的不同要求。
由于采用纯氧喷吹，大幅减少还原炉煤气氮气含量，不补充天然气或焦炉煤气，可确保煤气热值稳定在800千卡以上，提高煤气适用范围。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书来实现和获得。
附图说明
图1是熔融还原反应炉示意图；
图2是喷氧装置横截面示意图；
图3是喷氧装置纵截面示意图。
是喷氧装置在熔融还原炉中的位置示意图。
1-喷氧装置；2-矿粉喷枪；3-煤粉喷枪；4-炉渣口；5-出铁室；6-还原区；7-氧化区；
11-氧气内管，12-助燃套管，13-可燃气体外管，14-助燃气体通道，15-拉瓦尔机构，16-圆形通道，17-可燃气体通道，18-拉瓦尔喉口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的解释和说明。
实施例1
一种喷氧熔融还原炼铁工艺，包括以下步骤，
矿石原料选取时，严控控制矿石中磷含量＜0.15％，铁矿品位＞53％，严格控制矿粉粒度＜8mm，配加合理白云石及生石灰粉后经矿粉加热系统，加热至300℃以上，采用惰性或还原性气体分别通过矿粉喷枪(2)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，穿过渣层喷入铁水中，被铁水中溶解的碳元素还原。其中还原气体可采用焦炉煤气、熔融还原炉煤气或氢气作为载气。配加合理白云石及生石灰粉是指配加比例根据组分不同，炉渣碱度目标为1.05±0.05碱度采用四元碱度＝(CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2)。
同时，确保煤粉粒度＜6mm，煤粉水分＜3％，温度≥80℃，采用惰性或还原性气体分别通过煤粉喷枪(3)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，通过渣层喷入铁液熔池中为铁水补碳，熔池温度控制在1450-1550℃范围内，煤粉喷吹系统载气量1500～4000Nm3/h，热矿喷吹输送气用量7000～10000Nm3/h，确保喷吹系统稳定，以便熔池反应稳定，保证炉内压力保持在50～100kPa。
常温高纯氧气经聚合射流喷枪由熔融反应炉上方吹入，氧气内管拉瓦尔喉口尺寸可达100-200mm，主氧送风风量4～7万立方米/小时，出口速度可达1.8～2.3马赫助燃套管喉口宽度为10～100mm，助燃套管喷吹高纯氧气或富氧空气，可燃气体通道喷入可燃气体，可燃气体可采用天然气、焦炉煤气、氢气等轻质可燃气体进行喷吹。其余喷头可采用环形，也可以采用多个喷枪环形分布，出口气流速度根据需要控制在0.7～1.3马赫，氧枪总长10～20m，有效冲击深度可达5m～10m，经数值模拟计算冲击渣层深度达50～800mm，换热效率大幅提高，枪体内部采用耐氧化耐冲刷涂层，有效提高氧枪寿命。提高了中心氧气喷吹深度，降低了环境因素的扰动，提高了冶炼效率。同时，外套喷枪表面的凸起也确保了及时挂渣。可满足现场对冲击深度及冲击范围的不同要求。
此喷吹制度可确保渣中气体组分比例：(H2+CO)/(CO2+H2O)＜10，通过碱度控制，可控制渣量＞0.5t/tFe化渣效果好，可有效避免泡沫渣危害。可保证出渣温度＞1400℃，出铁温度大于1350℃。
由于采用纯氧喷吹，大幅减少还原炉煤气氮气含量，不补充天然气或焦炉煤气，可确保煤气热值稳定在800千卡以上，提高煤气适用范围。
同时采用双喂丝机同时双孔喂线脱硫，脱硫完毕后静置5分钟，取样检验，残留镁量应控制在0.010％～0.020％。
镁线为高镁包芯线，直径为Φ13mm，采用0.30mm冷扎带钢包扎，线密度380～400g/m，内容物重为240g/m，内容物中镁含量25％～30％，硅含量40％～44％，石墨5-10％，氧化钙25-35％，内容物中各组分之和为100％，芯线加入量为铁水质量的0.5～1.0％。
该工艺生产铁水主要成为为P≤0.06％，
Cr+V+Mo+Sn+Sb+Pb+Bi+Te+As+B+Al≤0.11％。铁水的化学组分及重量百分比为：C：3.8-4.1％，Si：1.4-1.5％，Mn：0.07-0.1％，P：0.020-0.028％，S：0.02-0.028，Cr：0.005-0.010，V：0.0001-0.015％，Mo：0.002-0.010，Sn：0.0001-0.005％，Sb：0.0005-0.003％，Pb：0.0005-0.0011％，Bi：0.0001-0.0005％，Te：0.0002-0.0006％，As：0.0002-0.0015％，B：0.0001-0.0010％，Al：0.005-0.015％，余量为Fe。
基于本发明的改进，上述工艺还可以采用的喷氧装置喷氧装置包括喷氧装置本体和设置在本体一端的喷头，所述喷氧装置本体包括由内至外依次套装的氧气内管11，助燃套管12，可燃气体外管13；所述氧气内管11内为拉瓦尔机构15形成拉瓦尔氧气通道，所述氧气内管11和助燃套管12之间形成助燃气体通道14，助燃套管12和可燃气体外管13之间形成可燃气体通道17，所述喷头与本体连接，并且喷头的喷孔分别与拉瓦尔氧气通道，助燃气体通道14，可燃气体通道17相连通。
氧气内管11内径为220mm，氧气内管11中拉瓦尔机构15的拉瓦尔喉口18直径为115mm，主氧送风风量4～6万立方米/小时，出口速度按照1.8～2.3马赫控制，所述助燃气体通道14为在所述氧气内管11和助燃套管12之间间隔设置19个圆形通道16，所述圆形通道16内径为15mm，出口气流速度根据需要控制在0.9～1.2马赫。助燃套管12内径为250mm，可燃气体外管13内径为270mm，所述9个圆形通道16在助燃套管12与氧气内管11之间环形均匀分布，所述氧气内管11和圆形通道16均喷入氧气、富氧空气或空气，所述可燃气体通道17喷入轻质可燃气体，可以为氢气，工业煤气，或者甲烷等。氧枪总长12.53m，有效冲击深度可达6～7m，内部采用耐氧化耐冲刷涂层，有效提高氧枪寿命，可适用于60～80万吨的熔融还原炉，日产铁水2000～2300吨。
实际使用过程中，喷氧装置最外表面设置有若干凸起，所述凸起确保了及时挂渣，保护喷氧装置。
实际使用过程中，根据实际使用环境及冲击深度，也可将助燃气体通道14，可燃气体通道17使用位置进行调换，满足现场对冲击深度及冲击范围的不同要求。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种喷氧熔融还原炼铁工艺，其特征在于，包括以下步骤，
铁矿石配加合理白云石及生石灰粉后经矿粉加热系统，加热至300℃以上，采用惰性或还原性气体通过矿粉喷枪(2)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，穿过渣层喷入铁水中，被铁水中溶解的碳元素还原；同时，煤粉采用惰性或还原性气体通过煤粉喷枪(3)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，通过渣层喷入铁液熔池中为铁水补碳；
常温高纯氧气经喷氧装置(1)由熔融反应炉上方吹入，通过喷氧确保渣中气体组分比例：(H2+CO)/(CO2+H2O)＜10，控制渣量＞0.5t/tFe，控制出渣温度＞1400℃，碱度控制在1.05±0.05，出铁温度大于1350℃，出铁后对铁水进行脱硫，脱硫后残留镁量应控制在0.010％～0.020％，碱度采用四元碱度＝(CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2)。
2.如权利要求1所述的喷氧熔融还原炼铁工艺，其特征在于，所述铁矿石中磷含量＜0.15％，铁矿品位＞53％，矿粉粒度＜8mm；煤粉粒度＜6mm，煤粉水分＜3％，温度≥80℃。
3.如权利要求1所述的喷氧熔融还原炼铁工艺，其特征在于，所述还原气体为焦炉煤气、熔融还原炉煤气和/或氢气，配加合理白云石及生石灰粉是指配加比例根据组分不同，炉渣碱度目标为1.05±0.05，碱度采用四元碱度＝
(CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2)。
4.如权利要求1所述的喷氧熔融还原炼铁工艺，其特征在于，熔融还原反应炉熔池温度控制在1450-1550℃范围内，煤粉喷枪(3)载气量为1500～4000Nm3/h，矿粉喷枪(2)输送气用量7000～10000Nm3/h，同时保证炉内压力保持在50～100kPa。
5.如权利要求1所述的喷氧熔融还原炼铁工艺，其特征在于，所述喷氧装置(1)包括喷氧装置本体和设置在本体一端的喷头，所述喷氧装置本体包括由内至外依次套装的氧气内管(11)，助燃套管(12)，可燃气体外管(13)；所述氧气内管(11)内为拉瓦尔机构(15)形成拉瓦尔氧气通道，所述氧气内管(11)和助燃套管(12)之间形成助燃气体通道(14)，助燃套管(12)和可燃气体外管(13)之间形成可燃气体通道(17)，所述喷头与本体连接，并且喷头的喷孔分别与拉瓦尔氧气通道，助燃气体通道(14)，可燃气体通道(17)相连通。
6.如权利要求1所述的喷氧熔融还原炼铁工艺，其特征在于，氧气内管(11)内径为200-280mm，氧气内管(11)中拉瓦尔机构(15)的拉瓦尔喉口(18)直径为100-200mm，可燃气体外管(13)内径为220-300mm。
7.如权利要求1所述的喷氧熔融还原炼铁工艺，其特征在于，氧气内管(11)氧气送风风量为4～7万立方米/小时，出口速度为1.8～2.3马赫，助燃气体通道(14)出口气流速度控制在0.7～1.3马赫，可燃气体通道(17)喷入轻质可燃气体，流速控制在1马赫以内，流量低于1万立方米/小时，氧枪总长10～20m，有效冲击深度为5m～10m，冲击渣层深度达50～800mm。
8.如权利要求7所述的喷氧熔融还原炼铁工艺，其特征在于，所述轻质可燃气体为天然气、焦炉煤气和/或氢气等轻质可燃气体。
9.如权利要求1所述的喷氧熔融还原炼铁工艺，其特征在于，采用双喂丝机同时双孔喂镁线线脱硫，镁线为高镁包芯线，直径为Φ13mm，采用0.30mm冷扎带钢包扎，线密度380～400g/m，内容物重为240g/m，内容物中镁含量25％～30％，硅含量40％～44％，石墨5-10％，氧化钙25-35％，内容物中各组分之和为100％，芯线加入量为铁水质量的0.5～1.0％。
10.如权利要求1所述的喷氧熔融还原炼铁工艺，其特征在于，利用该工艺生产铁水主要成为为P≤0.06％，Cr+V+Mo+Sn+Sb+Pb+Bi+Te+As+B+Al≤0.11％，具体地，铁水的化学组分及重量百分比为：C：3.8-4.1％，Si：1.4-1.5％，Mn：0.07-0.1％，P：0.020-0.028％，S：0.02-0.028，Cr：0.005-0.010，V：0.0001-0.015％，Mo：0.002-0.010，Sn：0.0001-0.005％，Sb：0.0005-0.003％，Pb：0.0005-0.0011％，Bi：0.0001-0.0005％，Te：0.0002-0.0006％，As：0.0002-0.0015％，B：0.0001-0.0010％，Al：0.005-0.015％，余量为Fe。
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