CN114959157B - 高磷还原铁生产低磷铁水的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高磷还原铁生产低磷铁水的方法及装置，包括如下步骤：将高磷还原铁加入至脱磷炉中，向脱磷炉中加入氧化剂和脱磷剂，得到位于脱磷炉中的待熔化物料；通过浸没式喷枪向脱磷炉内喷入富氧空气和燃料，对待熔化物料进行熔化处理，得到熔化铁水物料；控制富氧空气中的空气的过剩系数为1.0～2.0，使燃料燃烧后得到的气体为弱氧化性气体，并通过弱氧化性气体对熔化铁水物料进行脱磷处理，当终点渣的二元碱度为2.0～5.0时，完成脱磷处理，得到低磷铁水、含磷炉渣和高温烟气。利用本发明能够解决现有高磷还原铁生产低磷铁水的技术存在由于顶吹采用的是全量氧气顶吹，导致铁水中的铁和碳过度氧化，铁蒸发量增加，终点碳减少较多，铁损量增大等问题。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，更为具体地，涉及一种高磷还原铁生产低磷铁水的方法及装置。
背景技术
高磷铁矿中铁磷紧密结合，难以分离，通过直接还原工艺，将生产出磷含量大于1.0％的高磷还原铁，经熔化后产生高磷铁水。而磷在绝大多数钢种中是有害元素，易导致钢材出现偏析现象、冷脆现象等，需要在炼钢工序中去除。目前，在工业上应用的铁水预处理脱磷技术包括两种：一种是在盛铁水的铁水包或鱼雷罐车中进行脱磷；另一种是在转炉内进行铁水脱磷预处理。但两种方法均是处理常规钢铁流程生产的铁水，铁水含磷量相对较低，而不能有效处理高磷铁水。因此，对高磷还原铁及高磷铁水有效脱磷是利用高磷铁矿的前提。
现有的高磷还原铁脱磷技术主要将铁在电炉中熔化，再加入脱磷剂对铁水脱磷，但该技术仅适用于电能供应充裕地区。现有技术铁水脱磷的主体设备系统主要采用粉剂喷吹装置/散料加入装置+氧气顶吹装置+底吹搅拌装置，这种铁水脱磷处理工艺存在的不完善之处在于由于顶吹采用的是全量氧气顶吹，导致铁水中的铁和碳过度氧化，铁蒸发量增加，终点碳减少较多，铁损量增大。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种高磷还原铁生产低磷铁水的方法及冶炼装置，以解决目前的现有高磷还原铁生产低磷铁水的技术存在由于顶吹采用的是全量氧气顶吹，导致铁水中的铁和碳过度氧化，铁蒸发量增加，终点碳减少较多，铁损量增大等问题。
本发明提供一种高磷还原铁生产低磷铁水的方法，包括如下步骤：
将高磷还原铁加入至脱磷炉中，向所述脱磷炉中加入氧化剂和脱磷剂，得到位于所述脱磷炉中的待熔化物料；
通过浸没式喷枪向所述脱磷炉内喷入富氧空气和燃料，对所述待熔化物料进行熔化处理，得到熔化铁水物料；
控制所述富氧空气中的空气的过剩系数为1.0～2.0，使所述燃料燃烧后得到的气体为弱氧化性气体，并通过所述弱氧化性气体对所述熔化铁水物料进行脱磷处理，当终点渣的二元碱度为2.0～5.0时，完成所述脱磷处理，得到低磷铁水、含磷炉渣和高温烟气。
此外，优选的方案是，所述氧化剂为废钢、烧结矿、块矿、氧化铁皮中的一种或按照任意比例的混合的几种；和/或，
所述脱磷剂为石灰或轻烧白云石；和/或，。
所述脱磷剂从所述脱磷炉的顶部加入或采用富氧空气作为载气喷吹至所述脱磷炉内。
此外，优选的方案是，在所述通过浸没式喷枪向所述脱磷炉内喷入富氧空气和燃料，对所述待熔化物料进行熔化处理，得到熔化铁水物料的过程中，
通过调整所述富氧空气和所述燃料的喷吹量控制所述脱磷炉的炉内温度为1350℃～1550℃。
此外，优选的方案是，所述富氧空气的氧气浓度为40％～99.5％；和/或，
所述燃料为煤粉、天然气、高炉煤气、柴油、汽油和重油中的任意一种。
此外，优选的方案是，所述浸没式喷枪为侧吹喷枪或侧底复吹喷枪。
此外，优选的方案是，所述方法还包括
对所述高温烟气依次进行二次燃烧处理、余热回收处理和净化收尘得到净化烟气；
将所述净化烟气通过所述浸没式喷枪通入所述熔化铁水物料中，对熔化铁水物料进行脱磷处理。
本发明提供的高磷还原铁生产低磷铁水的装置，包括脱磷炉和浸没式喷枪；其中，
在所述脱磷炉的顶部设置有进料口和高温烟气出口；在所述脱磷炉的侧壁上设置有出渣口；在所述脱磷炉的底部的侧壁上设置有出铁口；
所述浸没式喷枪的喷口设置在所述脱磷炉内。
此外，优选的方案是，还包括高温烟气处理装置；其中，
所述高温烟气处理装置包括与所述高温烟气出口连接的二次燃烧装置、与所述二次燃烧装置连接的余热回收发电装置和与所述余热回收发电装置连接的净化收尘装置；
所述净化收尘装置的净化烟气出口与所述浸没式喷枪的进料口连接。
从上面的技术方案可知，本发明提供的高磷还原铁生产低磷铁水的方法及装置，通过将高磷还原铁送入脱磷炉内，通过浸没式喷枪向炉中喷吹富氧气体及燃料，利用燃料燃烧过程中产生的热量熔化固体炉料，通过燃料燃烧后产生的氧化性气体对高磷铁水进行脱磷，气体对熔池产生扰动可加快脱磷过程的进行，调节空气过剩系数及富氧空气与燃料的喷吹量灵活控制铁水中的氧势及温度，在脱磷过程中可避免铁和碳过度氧化，进而实现铁水高效脱磷过程。本发明能够有效解决现有技术中由于顶吹采用的是全量氧气顶吹，导致铁水中的铁和碳过度氧化，铁蒸发量增加，终点碳减少较多，铁损量增大等问题。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的高磷还原铁生产低磷铁水的方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的高磷还原铁生产低磷铁水的方法的工艺框图；
图3为根据本发明实施例的高磷还原铁生产低磷铁水的装置的结构示意图。
在附图中，1-脱磷炉，11-进料口，12-高温烟气出口，13-出渣口，14-出铁口，2-浸没式喷枪，3-二次燃烧装置，4-余热回收发电装置，5-净化收尘装置。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
针对前述提出的目前的现有高磷还原铁生产低磷铁水的技术存在由于顶吹采用的是全量氧气顶吹，导致铁水中的铁和碳过度氧化，铁蒸发量增加，终点碳减少较多，铁损量增大等问题，提出了一种高磷还原铁生产低磷铁水的方法及冶炼装置。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
为了说明本发明提供的高磷还原铁生产低磷铁水的方法，图1示出了根据本发明实施例的高磷还原铁生产低磷铁水的方法的流程，图2示出了根据本发明实施例的高磷还原铁生产低磷铁水的方法的工艺；图3示出了根据本发明实施例的高磷还原铁生产低磷铁水的装置的结构。
如图1至图3共同所示，本发明提供的高磷还原铁生产低磷铁水的方法，包括如下步骤：
S1、将高磷还原铁加入至脱磷炉中，向脱磷炉中加入氧化剂和脱磷剂，得到位于脱磷炉中的待熔化物料；
S2、通过浸没式喷枪向脱磷炉内喷入富氧空气和燃料，对待熔化物料进行熔化处理，得到熔化铁水物料；
S3、控制富氧空气中的空气的过剩系数为1.0～2.0，使燃料燃烧后得到的气体为弱氧化性气体，并通过弱氧化性气体对熔化铁水物料进行脱磷处理，当终点渣的二元碱度为2.0～5.0时，完成脱磷处理，得到低磷铁水、含磷炉渣和高温烟气。
其中，终点渣的二元碱度为2.0～5.0指的是碱性物质的含量为2.0～5.0。渣中FeO的含量为5～20％。
本发明提供的高磷还原铁生产低磷铁水的方法及装置也可用于处理高磷铁水。
通过将高磷还原铁送入脱磷炉内，通过浸没式喷枪向炉中喷吹富氧气体及燃料，利用燃料燃烧过程中产生的热量熔化固体炉料，通过燃料燃烧后产生的氧化性气体对高磷铁水进行脱磷，气体对熔池产生扰动可加快脱磷过程的进行，调节空气过剩系数及富氧空气与燃料的喷吹量灵活控制铁水中的氧势及温度，在脱磷过程中可避免铁和碳过度氧化，进而实现铁水高效脱磷过程。本发明能够有效解决现有技术中由于顶吹采用的是全量氧气顶吹，导致铁水中的铁和碳过度氧化，铁蒸发量增加，终点碳减少较多，铁损量增大等问题。
作为本发明的一个优选实施例，氧化剂为废钢、烧结矿、块矿、氧化铁皮中的一种或按照任意比例的混合的几种；和/或，
脱磷剂为石灰或轻烧白云石；和/或，。
脱磷剂从脱磷炉的顶部加入或采用富氧空气作为载气喷吹至脱磷炉内。
通过脱磷剂和氧化剂对熔化铁水物料分别进行氧化和脱磷处理，从而得到低磷铁水。
作为本发明的一个优选实施例，在通过浸没式喷枪向脱磷炉内喷入富氧空气和燃料，对待熔化物料进行熔化处理，得到熔化铁水物料的过程中，
通过调整富氧空气和燃料的喷吹量控制脱磷炉的炉内温度为1350℃～1550℃。
通过调整富氧空气及燃料的喷吹量控制炉内温度为1350℃～1550℃，确保待熔化物料完全熔化，通过调整氧化剂及脱磷剂组成调整炉渣成分及熔点，控制终点渣的二元碱度为2.0～5.0，经脱磷处理后获得低磷铁水及含磷炉渣。
作为本发明的一个优选实施例，富氧空气的氧气浓度为40％～99.5％；和/或，燃料为煤粉、天然气、高炉煤气、柴油、汽油和重油中的任意一种。
通过富氧空气有助于燃料燃烧，燃料燃烧后产生的热量对待熔化物料进行熔化，产生的弱氧性气体对熔化铁水物料进行脱磷处理。
作为本发明的一个优选实施例，浸没式喷枪为侧吹喷枪或侧底复吹喷枪。
作为本发明的一个优选实施例，方法还包括
对高温烟气依次进行二次燃烧处理、余热回收处理和净化收尘得到净化烟气；
将净化烟气通过所述浸没式喷枪通入熔化铁水物料中，对熔化铁水物料进行脱磷处理。
对高温烟气进行二次利用减少环境污染的同时，降低成本。
本发明提供的高磷还原铁生产低磷铁水的方法的高磷还原铁生产低磷铁水的装置，包括脱磷炉1和浸没式喷枪2；其中，在脱磷炉1的顶部设置有进料口11和高温烟气出口12；在脱磷炉11的侧壁上设置有出渣口13；在脱磷炉1的底部的侧壁上设置有出铁口14；浸没式喷枪2的喷口设置在脱磷炉1内。
通过将高磷还原铁送入脱磷炉内，通过浸没式喷枪向炉中喷吹富氧气体及燃料，利用燃料燃烧过程中产生的热量熔化固体炉料，通过燃料燃烧后产生的氧化性气体对高磷铁水进行脱磷，气体对熔池产生扰动可加快脱磷过程的进行，调节空气过剩系数及富氧空气与燃料的喷吹量灵活控制铁水中的氧势及温度，在脱磷过程中可避免铁和碳过度氧化，进而实现铁水高效脱磷过程。本发明能够有效解决现有技术中由于顶吹采用的是全量氧气顶吹，导致铁水中的铁和碳过度氧化，铁蒸发量增加，终点碳减少较多，铁损量增大等问题。
作为本发明的一个优选实施例，还包括高温烟气处理装置；其中，
高温烟气处理装置包括与高温烟气出口12连接的二次燃烧装置3、与二次燃烧装置3连接的余热回收发电装置4和与余热回收发电装置4连接的净化收尘装置5；
净化收尘装置5的净化烟气出口与浸没式喷枪2的进料口连接。
通过高温烟气处理装置能够对氧化脱磷过程中产生的高温烟气进行二次利用。
本发明提供的高磷还原铁生产低磷铁水的方法及装置的工艺原理如下：
通过浸没式喷枪2将富氧空气和燃料直接喷入铁水中，燃料在铁水中燃烧产生热量，可加快固体物料的熔化。通过调整富氧空气及燃料的喷吹量可有效控制铁水温度。当铁水温度较低时，提高燃料的喷吹量，增加燃烧放出的热量对铁水进行补热，减少因物料熔化导致的温降，当铁水温度较高时，降低燃料的喷吹量及富氧空气中氧气的含量，减少燃料放出的热量。
利用燃料燃烧过程中生成的氧化性气体对铁水进行脱磷处理。由于燃料在铁水中燃烧，氧化性气体直接接触铁水进行脱磷。为了保证燃料充分燃烧生成氧化性气体对铁水进行脱磷，同时避免脱磷的过程铁和碳的过度氧化，控制空气过剩系数为1.0～2.0，使燃料燃烧后应呈弱氧化气氛二氧化碳、水、氧气、氮气的混合气氛)。氧化性气体在铁水中上浮时与铁水中的磷进行氧化反应，生成的磷氧化物随气体上浮至渣面，并被脱磷剂固定在渣中，进而实现铁水脱磷过程。脱磷反应如下：
2[P]+5[O]+4CaO＝4CaO·P2O5
由于燃烧产物气体中存在二氧化碳，相对于采用氧气脱磷，利用燃烧产物气体对铁水脱磷，可减少对铁水中碳的消耗，避免碳过氧化。
此外，燃烧烟气搅动熔池，强化熔池的传质过程，使得脱磷过程快速进行。
在脱磷过程中，控制终点渣的二元碱度为2.0～5.0，高碱度的渣有利于磷以氧化物的形式留在渣中，经脱磷过程后得到低磷铁水。
为了更好的对本发明提供的高磷还原铁生产低磷铁水的方法及装置进行说明，提供了如下的具体实施例。
实施例1
高磷铁矿经直接还原后得到磷含量为0.6％的高磷还原铁，将其送入脱磷炉内，氧气体积浓度约70％的富氧空气和天然气通过侧吹喷枪喷入脱磷炉内对物料进行熔化，石灰及铁矿石从炉顶加入调节炉内熔池渣型和熔点，控制空气过剩系数为1.3，炉内温度为1400～1450℃，控制渣中二元碱度为2.5，渣中成分包括FeO 10％、MgO<10％、Al2O3<10％、CaO与SiO2，经脱磷处理后得到磷含量小于0.1％的低磷铁水及含磷炉渣；产生的炉渣由出渣口流出，产生的铁水由出铁口放出，产生的烟气在二次燃烧室燃尽后进入余热锅炉发电，经余热锅炉处理后的烟气再经收尘处理，得到净化烟气。将含有氧化性气体的净化烟气通过侧吹喷枪喷入脱磷炉内进行脱磷处理，以减少富氧空气和燃料的使用。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：以高磷铁水为原料进行脱磷处理。
通过上述具体实施方式可看出，本发明提供的高磷还原铁生产低磷铁水的方法及装置，通过将高磷还原铁送入脱磷炉内，通过浸没式喷枪向炉中喷吹富氧气体及燃料，利用燃料燃烧过程中产生的热量熔化固体炉料，通过燃料燃烧后产生的氧化性气体对高磷铁水进行脱磷，气体对熔池产生扰动可加快脱磷过程的进行，调节空气过剩系数及富氧空气与燃料的喷吹量灵活控制铁水中的氧势及温度，在脱磷过程中可避免铁和碳过度氧化，进而实现铁水高效脱磷过程。本发明能够有效解决现有技术中由于顶吹采用的是全量氧气顶吹，导致铁水中的铁和碳过度氧化，铁蒸发量增加，终点碳减少较多，铁损量增大等问题。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的高磷还原铁生产低磷铁水的方法及装置。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的高磷还原铁生产低磷铁水的方法及装置，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
Claims (4)
1.一种高磷还原铁生产低磷铁水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将高磷还原铁加入至脱磷炉中，向所述脱磷炉中加入氧化剂和脱磷剂，得到位于所述脱磷炉中的待熔化物料；其中，所述氧化剂为废钢、烧结矿、块矿、氧化铁皮中的一种或按照任意比例的混合的几种；所述脱磷剂为石灰或轻烧白云石；所述脱磷剂从所述脱磷炉的顶部加入或采用富氧空气作为载气喷吹至所述脱磷炉内；
通过浸没式喷枪向所述脱磷炉内喷入富氧空气和燃料，对所述待熔化物料进行熔化处理，得到熔化铁水物料；其中，通过调整所述富氧空气和所述燃料的喷吹量控制所述脱磷炉的炉内温度为1350℃～1550℃；
控制所述富氧空气中的空气的过剩系数为1.0～2.0，使所述燃料燃烧后得到的气体为弱氧化性气体，并通过所述弱氧化性气体对所述熔化铁水物料进行脱磷处理，当终点渣的二元碱度为2.0～5.0时，完成所述脱磷处理，得到低磷铁水、含磷炉渣和高温烟气。
2.根据权利要求1所述的高磷还原铁生产低磷铁水的方法，其特征在于，
所述富氧空气的氧气浓度为40％～99.5％；和/或，
所述燃料为煤粉、天然气、高炉煤气、柴油、汽油和重油中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的高磷还原铁生产低磷铁水的方法，其特征在于，
所述浸没式喷枪为侧吹喷枪或侧底复吹喷枪。
4.根据权利要求1所述的高磷还原铁生产低磷铁水的方法，其特征在于，所述方法还包括
对所述高温烟气依次进行二次燃烧处理、余热回收处理和净化收尘得到净化烟气；
将所述净化烟气通过所述浸没式喷枪通入所述熔化铁水物料中，对熔化铁水物料进行脱磷处理。
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