CN116200567A - 一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金技术领域，具体公开了一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，包括还原竖炉、与还原竖炉连通并用于供入脱碳净化气的煤气环管、与煤气环管连通并用于供入高温煤气的煤气管路和与煤气管路连通并用于供入氮气的氮气吹扫管路，还原竖炉一侧连通有还原竖炉短管，还原竖炉短管与煤气环管之间连通有金属软管，金属软管上沿气体行进方向依次设有短管用单向阀和软管用硬密封球阀，还原竖炉短管和金属短管连接处还设有竖炉喷吹烧嘴，解决了传统的还原竖炉在持续的反应过程中，内部温度升高，会降低还原竖炉金属化率和还原效果的问题。

Description

一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统

技术领域

本申请涉及冶金技术领域，具体公开了一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统。

背景技术

随着时代的进步与科技的发展，人类对于自然的改造、对于自然资源的利用方式以及利用规模正在逐步创新与发展，而随之而来的是对自然资源的利用量年年增多。而随着多年而来的长久利用，已经有部分地区的自然资源量达到了岌岌可危的地步，且随着资源的消耗，使用过后所产生的污染物也与日俱增，过剩的污染物对环境、生态的破坏成了现如今全球生态环境的重要难题。

现如今，威胁人类生存并已被人类认识到的环境问题主要有温室效应、臭氧层破坏、酸雨、雾和霾天气的变化等。而导致全球气候变暖以及雾霾天气的主要原因是人类活动和自然界中排放的大量温室气体，如二氧化碳等，而二氧化碳主要来源自人类大量使用煤炭、石油和天然气的企业，主要是钢铁行业。

对于我国的钢铁行业，其行业面临总体产能过剩、原料成本压力日益加重，且以铁为主的多金属共生矿为代表，高炉冶铁较为困难，产量低，产生的废弃物、废弃气体较多。

其中，欧冶炉作为高炉冶铁的代表，采取非焦煤为主要燃料，主要使用氧气作为助燃气体，燃烧时主要依靠氧气从汽化炉风口和汽化炉拱顶进入炉内，燃烧后形成一氧化碳和氢气等还原性气体并产生热量。将产生的还原煤气通过发生煤气管道通入还原竖炉，对还原竖炉的生矿、烧结、球团进行预加热与还原。如何提高还原竖炉金属化率，增加还原效果，提升煤气量成了节能降排的重要途径之一。

因此，发明人有鉴于此，提供了一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，以便解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于解决传统的还原竖炉在持续的反应过程中，内部温度升高，会降低还原竖炉金属化率和还原效果的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，包括还原竖炉、与还原竖炉连通并用于供入脱碳净化气的煤气环管、与煤气环管连通并用于供入高温煤气的煤气管路和与煤气管路连通并用于供入氮气的氮气吹扫管路；

煤气管路上设有用于控制高温煤气流通并防止气体回流的煤气控制组件，氮气吹扫管路上设有用于控制氮气流通并防止气体回流的氮气控制组件；

还原竖炉一侧设有还原竖炉短管，还原竖炉短管与煤气环管之间连通有金属软管，金属软管上设有用于控制气体流通并防止气体回流的气体控制组件，还原竖炉短管和金属短管连接处还连通有竖炉喷吹烧嘴。

进一步，所述气体控制组件包括沿气体行进方向依次设于金属软管上的短管用单向阀和软管用硬密封球阀。

进一步，所述还原竖炉短管和金属短管之间还设有管道连接结构，管道连接结构包括三通管、与三通管一端连通的法兰盖和与三通管另一端连通的无缝钢管，三通管余下一端与软管用硬密封球阀连通，竖炉喷吹烧嘴两端分别与无缝钢管和还原竖炉短管连通。

进一步，所述三通管的三个管口均设有法兰。

进一步，所述煤气控制组件包括沿气体行进方向依次设于煤气管路上的煤气流量计、煤气压力表、煤气快切阀和煤气调节阀。

进一步，所述氮气吹扫管路包括沿气体行进方向依次设于氮气吹扫管路上的氮气流量计、氮气压力表、氮气快切阀和氮气调节阀，氮气吹扫管路末端与煤气快切阀和煤气调节阀之间的煤气管路连通。

进一步，所述竖炉喷吹烧嘴包括管体和设于管体内的凸台，凸台沿气体行进方向依次包括相连的向内斜台、过渡台和向外斜台，向内斜台内径逐渐减小，过渡台内径不变，向外斜台内径逐渐增大直至与管体等径。

进一步，所述管体内凸台内侧一段为第一腔室，凸台内的向内斜台、过渡台和向外斜台分别为第二腔室、第三腔室和第四腔室。

进一步，所述煤气管路、煤气环管和氮气吹扫管路均为无缝管。

进一步，所述无缝管的型号为DN150。

本方案的原理及效果在于：

1、本发明通过煤气总管向还原竖炉内导入高温煤气进行对含铁原料的预加热和预还原，与欧冶炉煤气脱碳处理的工艺相互搭配使用，通过煤气环管向还原竖炉内通入脱碳净化气，采用将欧冶炉经脱碳产生的净化气进行回喷至还原竖炉，对提高还原竖炉的还原煤气质量，增强还原竖炉的还原势，提升竖炉预还原的效果显著然。

2、本发明通过增加氮气吹扫管路，在向还原竖炉内喷吹脱碳净化气之前，可先向内吹入氮气，随着氮气喷吹量的增加，可有效降低还原竖炉内的温度，提升还原煤气单耗，提升金属化率，同时可降低熔融气化炉原料使用量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例提出的一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统的管道及阀的连接的示意图；

图2示出了本申请实施例提出的一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统的管道连接结构的示意图；

图3示出了本申请实施例提出的一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统的竖炉喷吹烧嘴的结构示意图。

实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

说明书附图中的附图标记包括：法兰1、法兰盖2、连接法兰3、短管用硬密封球阀4、无缝钢管5、加工喷嘴6、三通管7、向内斜台8、过渡台9、向外斜台10、管体11、还原竖炉12、还原竖炉短管13、硬密封球阀14、软管用单向阀15、煤气环管16、煤气调节阀17、煤气快切阀18、煤气总管19、氮气总管20、氮气快切阀21、氮气调节阀22、氮气安全阀23。

一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，实施例如图1所示：

本系统包括还原竖炉12、与还原竖炉12连通的煤气环管16、与煤气环管16连通的煤气管路和与煤气管路连通并用于向还原竖炉12通入氮气的氮气吹扫管路。

其中，煤气管路依次包括一根与熔融汽化炉出气口连通的煤气总管19、安装在煤气总管19上并与煤气总管19连通的煤气流量计、安装在煤气流量计后方的煤气总管19上并与煤气总管19连通的煤气压力表、安装在煤气压力表后方的煤气总管19上并与煤气总管19连通的煤气快切阀18、安装在煤气快切阀18后方的煤气总管19上并与煤气总管19连通的煤气调节阀17。

煤气调节阀17后方连通的煤气总管19还连通有一根煤气环管16。在本实施例中，煤气总管19、煤气环管16均采用无缝管，且无缝管的型号均为DN150。

煤气环管16与欧冶炉连通，并用于导入脱碳产生的净化气。

对于沿煤气总管19进气方向依次安装的煤气流量计、煤气压力表、煤气快切阀18和煤气调节阀17的具体功能如下：

煤气流量计：用于监测煤气总管19内所流通的煤气的实时流量及实时流速；

煤气压力表：用于监测煤气总管19内所流通的煤气的实时压力值；

煤气快切阀18：用于控制该段煤气总管19内煤气流通状态的控制；

煤气调节阀17：用于控制该段煤气总管19内煤气流通状态的控制。

其中，氮气吹扫管路包括一根用于导入氮气的氮气总管20、安装在氮气总管20上并与氮气总管20连通的氮气流量计、安装在氮气流量计后方的氮气总管20上并与氮气总管20连通的氮气压力表、安装在氮气压力表后方的氮气总管20上并与氮气总管20连通的氮气快切阀21、安装在氮气快切阀21后方的氮气总管20上并与氮气总管20连通的氮气调节阀22。

在氮气调节阀22后方的氮气总管20上还安装有一个氮气安全阀23，氮气安全阀23两侧的阀口均连接有一根氮气总管20，且后方的氮气总管20末端的管口连通在煤气快切阀18和煤气调节阀17之间的煤气总管19上。在本实施例中，氮气总管20仍采用无缝管，且无缝管的型号为DN80。

对于沿氮气总管20进气方向依次安装的氮气流量计、氮气压力表、氮气快切阀21、氮气调节阀22和氮气安全阀23的具体功能如下：

氮气流量计：用于监测氮气总管20内所流通的氮气的实时流量及实时流速；

氮气压力表：用于监测氮气总管20内所流通的氮气的实时压力值；

氮气快切阀21：用于控制该段氮气总管20内氮气流通的状态；

氮气调节阀22：用于控制该段氮气总管20内氮气流通的状态；

氮气安全阀23：用于主动调节氮气总管20的开闭，实现氮气的供入至煤气总管19内，通过煤气总管19输送至还原竖炉12内或实现氮气总管20的关闭。

在本实施例中，对于煤气环管16与还原竖炉12之间的管道连接关系如下：

沿煤气环管16内煤气流通方向，位于煤气总管19后方的煤气环管16一段连通有一根金属软管，在金属软管的进口安装有一个软管用单向阀15，在软管用单向阀15后方的金属软管上依次安装有八台单向阀和八台软管用硬密封球阀14。

在还原竖炉12上还连通有一根还原竖炉短管13，在软管用硬密封球阀14后方连通的金属软管与还原竖炉短管13连通，可将金属软管内流通的气体通过还原竖炉12软管导入至还原竖炉12内。

在本实施例中，还原竖炉短管13部分的管道连接结构的具体结构如下：

首先包括一根三通管7，三通管7的三个管口均安装有一个法兰1，在三通管7的左端的法兰1外侧安装有一个法兰盖2。在三通管7的上方的法兰1外侧，也安装有一个短管用硬密封球阀4，此短管用硬密封球阀4既是金属软管末端的软管用硬密封球阀14，在短管用硬密封球阀4的两端端口处，均安装有一个法兰1，短管用硬密封球阀4和三通管7之间通过法兰1连接，短管用硬密封球阀4也通过顶端的法兰1与金属软管连通。在三通管7右端连接有一根无缝钢管5，三通管7与无缝钢管5之间也通过法兰1连接，此为连接法兰3。同时，在无缝钢管5的右端端部，安装有一个与还原竖炉12内腔连通的加工喷嘴6。

如图3所示，加工喷嘴6（也即管道煤气喷吹嘴、竖炉喷吹烧嘴）的具体结构如下：

外层为圆柱形的管体11，管体11的左端为第一腔室，第一腔室右侧的管体11内侧一体成型有一圈凸台，凸台分为三段，从管口进气方向沿管口出气方向依次分为向内斜台8、过渡台9和向外斜台10。过渡台9连接向内斜台8和向外斜台10的端部，且向内斜台8逐渐向内收缩，内径逐渐减小，过渡台9的内径不变，而向外斜台10逐渐向外扩张，内径逐渐变大。

在向内斜台8内侧的管体11腔室为第二腔室，在过渡台9内侧的管体11腔室为第三腔室，在向外斜台10内侧的管体11腔室为第四腔室。

管体11内的第一腔室、第二腔室、第三腔室与第四腔室依次相连并用于依次输出气体至还原竖炉12内。

在本系统搭建之前，欧冶炉还原竖炉12依靠熔融气化炉发生的煤气进行原料的预加热与还原。在使用的过程中，熔融气化炉内发生煤气的一氧化碳含量在62%左右，二氧化碳的含量在8-10%之间波动，而还原竖炉12内金属化率在20-30%之间波动。

而在日常的冶铁过程中，还原竖炉12的金属化率受到煤气单耗与质量的影响，当煤气单耗降低以及当煤气中一氧化碳的含量降低时，金属化率会发生下行。根据生产实践，在欧冶炉生产过程中，金属化率一般维持在30%左右，而当煤气单耗降低与煤气一氧化碳含量降低时，金属化率将会降低至10%到20%之间，严重影响金属化程度。

而当金属化率下降时，需要向熔融气化炉增加燃料来保持还原竖炉12内炉况的稳定性。

根据生产实践，还原竖炉12内的金属化率每降低1%，需向汽化炉增加至少10kg/t冶金焦，同时还需对炉况进行调整，以提升还原竖炉12金属化率，并还需增加熔融汽化炉拱顶喷煤比20kg/t，待还原竖炉12低金属化率提升并稳定后，根据竖炉金属化率提升情况及铁水温度进行逐步降低冶金焦，直至冶金焦降低至正常水准。

由于欧冶炉脱碳净化气一氧化碳含量在75%左右，二氧化碳含量在0.8%左右，当还原竖炉12喷吹脱碳净化气时，根据还原竖炉12喷吹净化气量，可以提高还原竖炉12整体的还原势，通过本系统的搭建，当还原竖炉12喷吹净化气含量到达10000m³/h，增加竖炉还原煤气一氧化碳含量2%，当还原竖炉12喷吹净化气含量到达20000m³/h，增加竖炉还原煤气一氧化碳含量4%，由于脱碳净化气温度在50℃，喷吹20000m³/h可降低还原竖炉12整体温度5℃，提升熔融汽化炉进还原竖炉12煤气量30000m³/h，

由于脱碳净化气的一氧化碳含量高，还原竖炉12喷吹20000m³/h的净化气可以使还原竖炉12的整体煤气量提升50000m³/h，提升还原竖炉12煤气单耗50m³/t，同步提升金属化率5%，降低熔融汽化炉燃料50kg/t。

在进行还原竖炉12喷吹净化气之前，先进行用工业氮气对还原竖炉12进行试验，在还原竖炉12喷吹氮气时，采用还原竖炉12原有螺旋吹保氮气及新架设氮气管路对还原竖炉12进行喷吹，在试验过程中，氮气对还原竖炉12还原势无影响，还原煤气中一氧化碳含量无明显变化，在还原竖炉12喷吹氮气量到10000m³/h时，还原竖炉12温度可降低5℃，提升还原煤气量15000m³/h，

当喷吹氮气量到20000m³/h时，还原竖炉12温度可降低8℃，提升还原煤气量30000m³/h，提升还原煤气单耗40m³/t，同步提升金属化率3%，降低熔融汽化炉燃料30kg/t

在本系统搭建之后，一个年产铁水120万吨的高炉，可降低吨铁燃料比50kg，年效益1200000×50÷1000=60000吨，可降低60000吨燃料，减少碳排放。同时降低成本60000×2113=126780000元。净化气代替还原竖炉12进行喷吹时，可减少氮气消耗及减少氮气所消耗费用。年效益未0.14×20000×24×365=24528000元。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，其特征在于：包括还原竖炉、与还原竖炉连通并用于供入脱碳净化气的煤气环管、与煤气环管连通并用于供入高温煤气的煤气管路和与煤气管路连通并用于供入氮气的氮气吹扫管路；

煤气管路上设有用于控制高温煤气流通并防止气体回流的煤气控制组件，氮气吹扫管路上设有用于控制氮气流通并防止气体回流的氮气控制组件；

还原竖炉一侧设有还原竖炉短管，还原竖炉短管与煤气环管之间连通有金属软管，金属软管上设有用于控制气体流通并防止气体回流的气体控制组件，还原竖炉短管和金属短管连接处还连通有竖炉喷吹烧嘴。

2.根据权利要求1所述的一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，其特征在于，所述气体控制组件包括沿气体行进方向依次设于金属软管上的短管用单向阀和软管用硬密封球阀。

3.根据权利要求2所述的一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，其特征在于，所述还原竖炉短管和金属短管之间还设有管道连接结构，管道连接结构包括三通管、与三通管一端连通的法兰盖和与三通管另一端连通的无缝钢管，三通管余下一端与软管用硬密封球阀连通，竖炉喷吹烧嘴两端分别与无缝钢管和还原竖炉短管连通。

4.根据权利要求3所述的一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，其特征在于，所述三通管的三个管口均设有法兰。

5.根据权利要求1所述的一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，其特征在于，所述煤气控制组件包括沿气体行进方向依次设于煤气管路上的煤气流量计、煤气压力表、煤气快切阀和煤气调节阀。

6.根据权利要求5所述的一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，其特征在于，所述氮气吹扫管路包括沿气体行进方向依次设于氮气吹扫管路上的氮气流量计、氮气压力表、氮气快切阀和氮气调节阀，氮气吹扫管路末端与煤气快切阀和煤气调节阀之间的煤气管路连通。

7.根据权利要求1所述的一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，其特征在于，所述竖炉喷吹烧嘴包括管体和设于管体内的凸台，凸台沿气体行进方向依次包括相连的向内斜台、过渡台和向外斜台，向内斜台内径逐渐减小，过渡台内径不变，向外斜台内径逐渐增大直至与管体等径。

8.根据权利要求7所述的一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，其特征在于，所述管体内凸台内侧一段为第一腔室，凸台内的向内斜台、过渡台和向外斜台分别为第二腔室、第三腔室和第四腔室。

9.根据权利要求1所述的一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，其特征在于，所述煤气管路、煤气环管和氮气吹扫管路均为无缝管。

10.根据权利要求6所述的一种欧冶炉还原竖炉高效冶炼系统，其特征在于，所述无缝管的型号为DN150。

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