CN114250329A - 一种回旋区外置的炼铁工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种回旋区外置的炼铁工艺，包括如下步骤：煤粉与富氧热风在回旋区外置设备中发生反应生成超高温煤气；所述超高温煤气从炉身下部风口喷入高炉或熔融还原炉，完成铁氧化物的还原。该炼铁工艺将煤粉与富氧热风发生反应的回旋区外置，使得煤粉的燃烧时间长增长，保证了煤粉充分燃烧，从而提高了冶炼过程中的煤粉喷吹量，降低了铁水生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及黑色冶金领域，尤其涉及一种回旋区外置的炼铁工艺，适用于传统高炉和熔融还原炼铁工艺。
背景技术
目前制约钢铁业可持续发展的诸多因素中最主要的有两点：一是优质的焦煤资源日益枯竭及质量逐渐劣化，其价格不断的大幅度上涨；二是钢铁工业排放了大量的温室气体，而温室气体(特别是CO2)的排放控制已经成为一项全球性的环境问题；由于钢铁生产中焦煤的消耗和CO2的排放集中在铁水冶炼工序，因此降低炼铁工序中焦煤的消耗以及减少冶炼过程中的CO2排放是实现钢铁工业可持续发展的重要途径。
世界上的铁水绝大多数来源于传统的高炉炼铁工艺和熔融还原炼铁工艺；就高炉工艺而言，铁水冶炼的主要燃料是焦炭和喷吹煤粉，焦炭通过炼焦煤高温干馏制得，因而提高吨铁水的喷吹煤粉用量是减少炼铁焦煤用量、减少CO2排放和降低铁水成本最有效的措施之一；当前高炉吨铁水的喷煤比一般在100～200kg/tHM，由于煤粉在回旋区不能完全燃烧、料柱的透气性差，导致高炉吨铁煤粉喷吹量难以进一步上升，想要进一步提升高炉煤粉喷吹量，就需要解决煤粉燃烧率的问题；而对于熔融还原来说，铁水冶炼主要燃料为块煤和喷吹煤粉，还有部分熔融还原工艺会使用少量焦炭，因此提高喷吹煤粉用量对于减少块状燃料、降低铁水成本同样意义重大；由此可见，熔融还原炼铁工艺想要实现大量喷吹煤粉同样需要解决喷吹煤粉的燃烧率问题。
现有技术中，高炉炼铁工艺或熔融还原炼铁工艺的煤粉喷吹都是利用鼓风或鼓氧的动能在炉内吹开炉内料柱形成一定空间的回旋区，以便煤粉在回旋区内与氧混合和燃烧，但由于炉内填充着各种炉料、导致回旋区空间有限，而煤粉的运动十分快速，且其在回旋区停留时间过短，很难实现完全燃烧就离开了回旋区。
鉴于上述情况，亟待研发一种新的炼铁工艺，能够解决煤粉喷吹时煤粉燃烧率低的问题，保证煤粉充分燃烧，提高铁水冶炼过程中煤粉喷吹用量以及降低铁水生产成本。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明目的是提供一种回旋区外置的炼铁工艺，将煤粉与富氧热风发生反应的回旋区外置，使得煤粉的燃烧时间长增长，保证了煤粉充分燃烧，从而提高了冶炼过程中的煤粉喷吹量，降低了铁水生产成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明提供的一种回旋区外置的炼铁工艺，包括如下步骤：
S1，煤粉与富氧热风在回旋区外置设备中发生反应生成超高温煤气；
S2，所述超高温煤气从风口喷入高炉或熔融还原炉，在风口回旋区与焦炭或半焦反应生成高还原势的煤气，同时完成煤气的初次分布，高还原势的煤气在上升的过程中完成铁氧化物的还原。
优选地，所述步骤S1具体包括如下步骤：
S11，所述煤粉采用喷吹用煤在制粉喷吹系统作用下经制粉、干燥、流化、加压后得到，通过喷吹支管送至喷煤枪中；
S12，所述富氧热风从热风炉中进入所述回旋区外置设备中，与所述喷煤枪喷出的煤粉在所述回旋区外置设备的回旋区发生反应，生成超高温煤气。
优选地，所述步骤S11中，所述煤粉中粒度为200目的占比为60wt％～70wt％，所述煤粉的水含量＜2wt％。
优选地，所述步骤S12中，所述富氧热风的温度为1000～1250℃。
优选地，所述步骤S12中，所述煤粉的输送介质为氮气或压缩空气。
优选地，所述步骤S2中，所述超高温煤气的温度为3000～3500℃，主要成分为：18～21wt％CO2，4～6wt％H2O，70～74wt％N2，以及0～5wt％O2。
优选地，所述步骤S2中，所述高温煤气的鼓风速度为110～280m/s。
优选地，所述炼铁工艺的喷煤比为150～300kg/tHM。
优选地，所述回旋区外置设备包括内设回旋区的回旋区壳体以及设于所述回旋区壳体外部的冷却壁；
所述回旋区壳体采用碳化硅耐材，所述回旋区壳体上设有入口端和出口端；
所述冷却壁与所述回旋区壳体相贴合，所述冷却壁上设有冷却水入口和冷却水出口；所述冷却水入口与所述冷却水出口分设在所述回旋区内壁入口端的两侧。
优选地，所述回旋区外置设备的深度为1.5～3m，高度为0.5～1.5m，宽度为0.5～1.5m。
本发明的有益效果为：
1.本发明的回旋区外置的炼铁工艺，将煤粉与富氧热风发生反应的回旋区外置，使得煤粉的燃烧时间增长，其煤粉燃烧时氧气过剩，保证了煤粉充分燃烧，从而提高了冶炼过程中的煤粉喷吹量，降低了铁水生产成本；
2.本发明的回旋区外置的炼铁工艺，煤粉在回旋区外置设备的入口与热风混合后，剧烈燃烧，直至高炉或熔融还原炉内部因煤气鼓入动能形成的回旋区结束，燃烧时间长，煤粉燃烧率可达100％；
3.本发明的回旋区外置的炼铁工艺，因煤粉燃烧率高，没有未燃煤粉，料柱的透气性好，从而提高了吨铁水的喷煤比，大幅降低焦炭的消耗量以及铁水的生产成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的回旋区外置的工艺流程图；
图2为本发明的回旋区外置设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
图1所示，本发明所提供的回旋区外置的炼铁工艺，包括如下步骤：
S1，煤粉与富氧热风在回旋区外置设备4中发生反应生成超高温煤气；具体包括如下步骤：
S11，煤粉采用喷吹用煤在制粉喷吹系统1作用下经制粉、干燥、流化、加压后得到，通过喷吹支管21送至喷煤枪2中；其中煤粉中粒度为200目的占比为60wt％以上，煤粉的水含量＜2wt％。
S12，富氧热风从热风炉3中进入回旋区外置设备4中，与喷煤枪2喷出的煤粉在回旋区外置设备4的回旋区41混合后发生碳与氧的燃烧反应(CO2+C→2CO，C+O2→CO2)和挥发分的裂解反应并释放大量热量，生成超高温煤气，超高温煤气的温度为3000～3500℃，主要成分为：18～21％CO2，4～6％H2O，70～74％N2，和0～5％O2；其中，富氧热风的温度为1000～1250℃；喷煤枪2输送煤粉的输送介质为氮气或者压缩空气。煤粉在回旋区外置设备4的入口与富氧热风混合后就开始剧烈燃烧，燃烧后形成的超高温煤气在不断输入富氧热风以及煤粉与富氧热风持续燃烧生成超高温煤气带来的压力作用下，经煤气导管5送往高炉6或熔融还原炉7的风口61；
如图2所示，上述过程中所用的回旋区外置设备4包括内部设置回旋区41的回旋区壳体42以及设于回旋区壳体42外部的冷却壁43；回旋区壳体42采用碳化硅耐材，回旋区壳体42上设有入口端44和出口端45；冷却壁43与回旋区壳体42相贴合，冷却壁43上设有冷却水入口431和冷却水出口432；冷却水入口431与冷却水出口432分设在回旋区壳体42入口端44的两侧。回旋区外置设备4的深度为1.5～3m，高度为0.5～1.5m，宽度为0.5～1.5m。
S2，超高温煤气从炉身下部风口61喷入高炉6或熔融还原炉7中，在风口回旋区与焦炭或半焦反应生成高还原势的煤气，同时完成煤气的初次分布，高还原势的煤气在上升的过程中完成铁氧化物的还原。
具体过程如下：超高温煤气从炉身下部风口61喷入高炉6或熔融还原炉7中，保证超高温煤气的鼓风速度在110～280m/s之间，与传统高炉6或熔融还原炉7的风口设置和鼓风参数大体相同，在鼓风动能的作用下吹开炉料形成一个物理上的风口回旋区，超高温煤气中CO2和H2O会与风口回旋区边缘的高温焦炭或半焦发生溶损反应生成CO和H2(高还原势的煤气)，溶损反应为强吸热反应，超高温煤气的温度会降低至1900～2400℃之间；这样外置回旋区产生的超高温低还原势的煤气在高炉6或熔融还原炉7内部转化为较高温度、高还原势的CO、H2和N2等气体并在风口区域完成了煤气的初次分布；之后高还原势的煤气在高炉6或熔融还原炉7内部自下而上运动、与自上而下运动的炉料完成热量的交换，同时完成铁氧化物的还原，还原后的含铁炉料最终熔化、渣铁完成分离，生成的铁水和炉渣从铁口62排出；而喷吹煤燃烧后剩余的灰分也随着超高温煤气一并进入高炉6或熔融还原炉7，随着炉渣排出。
上述炼铁工艺的最高喷煤比可达300kg/tHM；上述炼铁工艺采用的设备包括制粉喷吹系统1、喷煤枪2、热风炉3、回旋区外置设备4和高炉6/熔融还原炉7；在高炉6或熔融还原炉7炼铁的过程中,首先喷吹用煤在制粉喷吹系统1中经制粉、干燥、流化、加压后成为粒度、湿分均符合标准的煤粉，通过喷吹支管21输送至喷煤枪2中；来自热风炉3的富氧热风在高压作用下通过热风导管31进入回旋区外置设备4的回旋区41，与喷煤枪2喷入的煤粉在回旋区41内混合燃烧后生成超高温煤气，在燃烧过程中，冷却水从冷却壁43的冷却水入口431进入，从冷却水出口432排出，便于吸收一部分燃烧过程中产生的热量，使得超高温煤气维持在要求范围内；超高温煤气从煤气导管5进入高炉6或熔融还原炉7的风口61，在鼓风动能作用下吹开炉料形成一个物理的风口回旋区，超高温煤气中少料的CO2会与风口回旋区边缘的高温焦炭发生溶损反应生成CO，具有超高温、高还原势的CO、H2和N2气体等气体在风口61区域完成了超高温煤气流的初次分布；超高温煤气流在高炉6或熔融还原炉7内部自下而上运动、与自上而下运动的炉料完成热量的交换，同时完成铁氧化物的还原，还原后的含铁炉料最终熔化、渣铁完成分离，生成的铁水和炉渣从铁口62排出。
下面结合具体的例子对本发明的回旋区外置的炼铁工艺进一步介绍，其中回旋区外置设备4的深度为1.5～3m，高度为0.5～1.5m，宽度为0.5～1.5m；高炉6或熔融还原炉7的下部填充着经过预热和预还原后的各种炉料和焦炭。
实施例1
本实施例中，喷吹用煤在制粉喷吹系统1中经制粉、干燥、流化、加压后成为煤粉通过喷吹支管21输送至喷煤枪2中，其中煤粉的粒度为200目的占比为65wt％，水含量为1.8wt％；
来自热风炉3的1000℃富氧热风在高压作用下通过热风导管31进入回旋区外置设备4的回旋区41，与喷煤枪2喷入的煤粉在回旋区41内混合燃烧后生成超高温煤气，在燃烧过程中，冷却水从冷却壁43的冷却水入口431进入，从冷却水出口432排出，以便保护外置回旋区的耐材和设备的安全长寿。
超高温煤气从煤气导管5进入高炉6的风口61，在鼓风动能作用下，以200m/s的鼓风速度吹开炉料形成一个物理的风口回旋区，超高温煤气中的CO2和H2O会与风口回旋区边缘的高温焦炭发生吸热溶损反应生成CO和H2(高还原势的煤气)，同时煤气温度也得以降低至工艺允许的范围。这样具有高温、高还原势的CO、H2和N2等气体在风口区域完成了煤气的初次分布；高还原势的煤气在高炉6内部自下而上运动、与自上而下运动的炉料完成热量的交换，同时完成铁氧化物的还原，还原后的含铁炉料最终熔化、渣铁完成分离，生成的铁水和炉渣从铁口62排出。
其中在回旋区外置设备4中，由于氧气过剩且燃烧时间长，煤粉的燃烧率达到100％，超高温煤气的主要成分为：18wt％CO2，4wt％H2O，73wt％N2，和3wt％O2，温度达到3000℃左右。
本实施例中的炼铁工艺的喷煤比为200kg/tHM，焦比为300kg/tHM。
实施例2
本实施例中，喷吹用煤在制粉喷吹系统1中经制粉、干燥、流化、加压后成为煤粉通过喷吹支管21输送至喷煤枪2中，其中煤粉的粒度为200目的占比为70wt％，水含量为1.3wt％；
来自热风炉3的1250℃富氧热风在高压作用下通过热风导管31进入回旋区外置设备4的回旋区41，与喷煤枪2喷入的煤粉在回旋区41内混合燃烧后生成超高温煤气，在燃烧过程中，冷却水从冷却壁43的冷却水入口431进入，从冷却水出口432排出，以便保护外置回旋区的耐材和设备的安全长寿。
超高温煤气从煤气导管5进入高炉6的风口61，在鼓风动能作用下，以110m/s的鼓风速度吹开炉料形成一个物理的风口回旋区，超高温煤气中的CO2和H2O会与风口回旋区边缘的高温焦炭发生吸热溶损反应生成CO和H2(高还原势的煤气)，同时煤气温度也得以降低至工艺允许的范围。这样具有高温、高还原势的CO、H2和N2等气体在风口区域完成了煤气的初次分布；高还原势的煤气在高炉6内部自下而上运动、与自上而下运动的炉料完成热量的交换，同时完成铁氧化物的还原，还原后的含铁炉料最终熔化、渣铁完成分离，生成的铁水和炉渣从铁口62排出。
其中在回旋区外置设备4中，由于氧气相对过剩且燃烧时间长，煤粉的燃烧率达到100％，超高温煤气的主要成分为：21wt％CO2，6wt％H2O，70wt％N2，温度达到3500℃左右。
本实施例中的炼铁工艺的喷煤比为300kg/tHM，焦比为220kg/tHM。
实施例3
本实施例中，喷吹用煤在制粉喷吹系统1中经制粉、干燥、流化、加压后成为煤粉通过喷吹支管21输送至喷煤枪2中，其中煤粉的粒度为200目的占比为60wt％，水含量为0.95wt％；
来自热风炉3的1150℃的富氧热风在高压作用下通过热风导管31进入回旋区外置设备4的回旋区41，与喷煤枪2喷入的煤粉在回旋区41内混合燃烧后生成超高温煤气，在燃烧过程中，冷却水从冷却壁43的冷却水入口431进入，从冷却水出口432排出，以便保护外置回旋区的耐材和设备的安全长寿。
超高温煤气从煤气导管5进入高炉6的风口61，在鼓风动能作用下，以280m/s的鼓风速度吹开炉料形成一个物理的风口回旋区，超高温煤气中的CO2和H2O会与风口回旋区边缘的高温焦炭发生吸热溶损反应生成CO和H2(高还原势的煤气)，同时煤气温度也得以降低至工艺允许的范围。这样具有高温、高还原势的CO、H2和N2等气体在风口区域完成了煤气的初次分布；高还原势的煤气在高炉6内部自下而上运动、与自上而下运动的炉料完成热量的交换，同时完成铁氧化物的还原，还原后的含铁炉料最终熔化、渣铁完成分离，生成的铁水和炉渣从铁口62排出。
其中在回旋区外置设备4中，由于氧气相对过剩且燃烧时间长，煤粉的燃烧率达到100％，超高温煤气的主要成分为：19wt％CO2，4wt％H2O，72wt％N2，和1wt％O2，温度达到3200℃左右。
本实施例中的炼铁工艺的喷煤比为250kg/tHM，焦比为260kg/tHM。
结合实施例1～3，本发明的回旋区外置的炼铁工艺，将煤粉与富氧热风发生反应的回旋区外置，使得煤粉的燃烧时间长增长，保证了煤粉充分燃烧，从而提高了冶炼过程中的煤粉喷吹量，降低了铁水生产成本；该炼铁工艺中，煤粉在回旋区外置设备的入口与热风混合后，剧烈燃烧，直至高炉或熔融还原炉内部因煤气鼓入动能形成的回旋区结束，燃烧时间长，煤粉燃烧率可达100％；该回旋区外置的炼铁工艺，因煤粉燃烧率高，没有未燃煤粉，料柱的透气性好，从而提高了吨铁水的喷煤比，大幅降低焦炭的消耗量以及铁水的生产成本。
综上所述，上述实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种回旋区外置的炼铁工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1，煤粉与富氧热风在回旋区外置设备中发生反应生成超高温煤气；
S2，所述超高温煤气从风口喷入高炉或熔融还原炉，在风口回旋区与焦炭或半焦反应生成高还原势的煤气，同时完成煤气的初次分布，高还原势的煤气在上升的过程中完成铁氧化物的还原。
2.如权利要求1所述的炼铁工艺，其特征在于，所述步骤S1具体包括如下步骤：
S11，所述煤粉采用喷吹用煤在制粉喷吹系统作用下经制粉、干燥、流化、加压后得到，通过喷吹支管送至喷煤枪中；
S12，所述富氧热风从热风炉中进入所述回旋区外置设备中，与所述喷煤枪喷出的煤粉在所述回旋区外置设备的回旋区发生反应，生成超高温煤气。
3.如权利要求2所述的炼铁工艺，其特征在于，所述步骤S11中，所述煤粉中粒度为200目的占比为60wt％～70wt％，所述煤粉的水含量＜2wt％。
4.如权利要求2所述的炼铁工艺，其特征在于，所述步骤S12中，所述富氧热风的温度为1000～1250℃。
5.如权利要求2所述的炼铁工艺，其特征在于，所述步骤S12中，所述煤粉的输送介质为氮气或压缩空气。
6.如权利要求1所述的炼铁工艺，其特征在于，所述步骤S2中，所述超高温煤气的温度为3000～3500℃，主要成分为：18～21wt％CO2，4～6wt％H2O，70～74wt％N2以及0～5wt％O2。
7.如权利要求1所述的炼铁工艺，其特征在于，所述步骤S2中，所述超高温煤气的鼓风速度为110～280m/s。
8.如权利要求1～7任一项所述的炼铁工艺，其特征在于，所述炼铁工艺的喷煤比为150～300kg/tHM。
9.如权利要求1～7任一项所述的炼铁工艺，其特征在于，所述回旋区外置设备包括内设回旋区的回旋区壳体以及设于所述回旋区壳体外部的冷却壁；
所述回旋区壳体采用碳化硅耐材，所述回旋区壳体上设有入口端和出口端；
所述冷却壁与所述回旋区壳体相贴合，所述冷却壁上设有冷却水入口和冷却水出口；所述冷却水入口与所述冷却水出口分设在所述回旋区内壁入口端的两侧。
10.如权利要求9所述的炼铁工艺，其特征在于，所述回旋区外置设备的深度为1.5～3m，高度为0.5～1.5m，宽度为0.5～1.5m。
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2020
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