CN116640893A - 一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用富氢煤基回转窑直接还原‑侧吹炉熔分炼铁方法，包括：S1、将铁精矿、膨润土按100：3～5质量比经配料、混合后，制成球团；S2、从回转窑出料端通入焦炉煤气和富氧空气，将所述球团与煤粒加入回转窑入料端，球团与煤粒和焦炉煤气在回转窑内发生气固反应，得到高温金属化球团；S3、将所述高温金属化球团直接热装进入侧吹熔分炉中，向炉中加入熔剂及还原剂，将富氧空气和燃料喷入渣层和铁水之间的过渡区，进行高温金属化球团终还原和渣铁分离过程，得到铁水和炉渣。该方法摒弃了传统高炉炼铁工艺中炼焦及烧结等过程，能大幅减少污染物和CO2排放，减少投资，降低企业生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及低碳炼铁技术领域，尤其涉及一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法。
背景技术
现代以高炉为核心的“铁烧焦”炼铁主流工艺，本质上是典型的碳冶金工艺。其生产工艺流程较长，有烧结(或球团)、焦化、炼铁三个工艺过程涉及废气排放，在当前环保政策日趋严格的形势下，传统高炉炼铁工艺将面临日益严峻的考验，在这一背景之下，各种非高炉炼铁工艺及装置应运而生。
在非高炉炼铁工艺中，直接还原工艺是在铁矿石为固态下，通过气体或固体还原剂，将铁矿石还原成金属化炉料，然后将金属化炉料冷压成金属化块料，金属化块料再采用电炉进行熔分生产铁水。目前，钢铁企业已经商业化运行的两步法熔融还原炼铁工艺COREX和FINEX，是最成功的非高炉炼铁技术，但仍然没有完全摆脱对焦炭的依赖。
申请号201910483436.3提出回转窑煤基直接还原增氧熔分炉短流程铁水生产工艺，其步骤为：将铁精矿与粘结剂按比例配料及混合后进行成制粒；将粒状物料加入到回转窑内进行还原；还原后的高温物料通过氮气喷入到增氧熔分炉中，并吹入富氧热风炉内，在增氧熔分炉中进行矿粉熔化、还原和造渣过程。由于熔分过程中通入氮气，导致部分热量损失，增加能耗。
申请号202110827000.9公开了一种铁精矿回转窑煤基氢冶金-热造块-电炉生产半钢工艺，以高挥发份煤种为还原剂及燃料，在回转窑进行还原，还原后的物料经过冷却降温后进行磁选，获得的金属物料经冷压机压块后加入电炉中进行深度还原和渣铁分离。该方法流程长，采用电炉对冷却物料进行熔化，增加能耗。
现有传统的铁矿石回转窑直接还原工艺采用以抗热震性高的无烟煤或冶金焦炭为还原剂及燃料，采用的是典型的碳冶金工艺。虽然能够得到金属化率90％左右的直接还原铁产品，但其原燃料适用性差、产能低、能耗高、成本高且生产稳定性差。当金属化炉料加入电炉使用时，由于金属化炉料的金属化率较低，电炉在进行物料熔化、渣铁分离的同时，还要进行物料的终还原，造成电炉冶炼时间长、产能低、能耗高等问题。因此亟需提供一种短流程低碳炼铁工艺，能有效解决传统铁矿石回转窑直接还原工艺中产能低、能耗高、以冶金焦炭为还原剂及燃料的问题，以及后续电炉冶炼时间长、能耗高的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，该方法摒弃了传统高炉炼铁工艺中炼焦及烧结等过程，与高炉炼铁流程相比，能大幅减少污染物和CO2等排放，减少投资，降低企业生产成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1、配料制粒：将铁精矿、膨润土按100：3～5质量比经配料、混合后，制成球团；
步骤S2、富氢煤基直接还原：从回转窑出料端通入焦炉煤气和空气，将所述球团与煤粒加入回转窑入料端，球团与煤粒和焦炉煤气在回转窑内发生气固反应，对所述球团进行富氢煤基直接还原，得到高温金属化球团；
步骤S3、侧吹熔分：将所述高温金属化球团直接热装进入侧吹熔分炉中，向炉中加入熔剂及还原剂，将富氧空气和燃料喷入渣层和铁水之间的过渡区，进行高温金属化球团终还原和渣铁分离过程，得到铁水和炉渣。
在一种可能的实施方式中，所述方法还包括如下步骤：
步骤S4、尾气处理：将回转窑窑尾处烟气进入重力沉降室降温除尘，温度降至430～470℃后进入U形管冷却器继续冷却后，经布袋除尘器除尘后排出；将侧吹熔分高温熔炼烟气经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净化除尘处理后排放。
在一种可能的实施方式中，所述球团的粒径为3～10mm。
在一种可能的实施方式中，所述步骤S2中球团进入回转窑高温还原段在900～1200℃温度条件下还原30～120min。
在一种可能的实施方式中，所述步骤S3中的终还原温度为1450～1600℃；终还原时间为30-90min。
在一种可能的实施方式中，所述煤粒为高挥发份褐煤；所述煤粒粒度为1～10mm。
在一种可能的实施方式中，所述熔剂为石英砂、石英石、石灰石和白云石中的一种或多种。
在一种可能的实施方式中，所述还原剂为煤、焦炭和石油焦中的一种或多种。
在一种可能的实施方式中，所述富氧空气中氧气的体积含量为40％～90％。
在一种可能的实施方式中，所述燃料为气体燃料和/或固体燃料；其中，
气体燃料包括：天然气、液化石油气、煤气、生物质气和氢气中的一种或多种；
固体燃料包括：煤粉、焦粉和石油焦中的一种或多种；所述固体燃料的粒度小于100μm。
本发明的技术效果和优点：
1)除煤粒之外，利用焦炉煤气中的H2对矿石进行还原，可提高矿石的还原速率，并实现低碳还原，并且还原及燃烧后产生的H2O与煤粒反应，反应生成的H2继续对矿石进行富氢还原。
2)经直接还原后得到950～1000℃的高金属化球团直接送入侧吹熔分炉内进行深还原熔分过程，能够降低侧吹熔分炉的热量需求。
3)侧吹熔分炉中，由于燃料在熔池中燃烧，浸没式燃烧火焰直接接触熔池，提高了传热速率，燃烧气体对熔池进行扰动，与电炉熔分相比，可加速金属化球团的终还原及渣铁分离过程。
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以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明的一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
图1为本发明的一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法流程图，如图1所示，本发明提供了一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分短流程低碳炼铁工艺。该工艺不使用昂贵的抗热震性高的无烟煤或冶金焦炭，而采用褐煤等高挥发份煤做还原剂及燃料，采用回转窑作为直接还原设备，在窑内利用煤在充分热解过程中产生的氢气作为主要还原剂，将含铁基物料还原为金属铁，还原后的金属化球团不经冷却直接进入侧吹熔分炉内进行深还原熔分过程，得到铁水和熔炼炉渣。
具体步骤如下：
步骤S1、配料制粒：
将铁精矿、膨润土按质量比为100：3～5经配料、混合后，制成3～10mm球团，优选为3～5mm球团。
步骤S2、富氢煤基直接还原：
向回转窑的出料口通入焦炉煤气和富氧空气，对炉体进行加热；回转窑炉体加热后，将制粒后的铁精矿球团和煤粒通过带式输送机加入回转窑入料端，物料在回转窑内随着窑的转动向出料端移动，行进过程中球团进行预热、干燥，球团进入高温还原区时，球团与煤粒和焦炉煤气在回转窑内发生气固反应，对球团进行富氢煤基直接还原，得到高温金属化球团产物；其中球团进入回转窑高温还原段在900～1200℃温度条件下还原30～120min。
其中，煤粒可为高挥发份褐煤，粒度为1～10mm；高挥发份煤为褐煤。
步骤S3、侧吹熔分：
将高温金属化球团产物从出料端排出后，直接热装进入到侧吹熔分炉中，同时向炉中加入熔剂及还原剂进行终还原和渣铁分离，燃料和富氧空气通过炉膛侧面的多通道浸没式喷枪进入熔池渣层和铁水之间的过渡区中为熔炼过程提供热量，经熔分后得到铁水、炉渣及高温熔炼烟气；其中，熔炼温度1450～1600℃，熔炼时间为30～90min。
其中，侧吹熔分步骤中还原剂为煤、焦炭、石油焦中的一种或多种；熔剂为石英砂、石英石、石灰石、白云石中的一种或多种；燃料包括天然气、液化石油气、煤气、生物质气、氢气等气体燃料或煤粉、焦粉、石油焦等固体燃料中的一种或多种，其中固体燃料的粒度小于100μm；富氧空气中氧气的体积含量为40％～90％。
步骤S4、尾气处理：
回转窑窑尾处烟气进入重力沉降室降温除尘，温度降至430～470℃后进入U形管冷却器继续冷却，经布袋除尘器除尘后排出。侧吹熔分高温熔炼烟气经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净化除尘处理，达标后排放。
本发明采用的原理包括：
通过回转窑出料端喷入焦炉煤气和富氧空气为窑内供热，由于焦炉煤气内含有大量H2，部分焦炉煤气可对球团进行富氢还原，并且焦炉煤气燃烧供热后将产生H2O，加入的煤粒与产生的H2O反应再得到H2，这一系列过程则能够持续产生H2实现氢冶金过程。
产生的高温金属化球团直接热装进入侧吹熔分炉中，向炉中加入熔剂及还原剂，通过多通道喷枪将富氧气体和燃料喷入渣层和铁水之间的过渡区，燃料在熔池中燃烧，浸没式燃烧火焰直接接触熔池，提高了传热速率，燃烧气体对熔池进行扰动，加快物料的熔化及终还原过程的进行。
实施例1
步骤S1、配料制粒：
将铁精矿、膨润土按质量比为100：3进行配料、混合后，制成3～5mm球团。
步骤S2、富氢煤基直接还原：
向回转窑的出料口通入焦炉煤气和O2含量为85％的富氧空气，对炉体进行加热；回转窑炉体加热后，将制粒后的铁精矿球团和部分残炭粒通过带式输送机加入回转窑入料端，物料在回转窑内随着窑的转动向出料端移动，行进过程中球团进行预热、干燥，球团进入温度为1200℃的高温还原段时，将高挥发份煤从回转窑出料端喷吹至回转窑高温还原区，通过煤热解出的氢气与球团及残炭粒发生气固反应，对球团进行富氢煤基直接还原，还原30min后，将物料排出，得到金属化率为85％的高温金属化球团产物。
其中，所述煤粒为高挥发份褐煤；所述煤粒粒度为1～10mm。
步骤S3、侧吹熔分：
将高温金属化球团产物从出料端排出后，直接热装进入到侧吹熔分炉中，同时向炉中加入焦炭及石灰石进行终还原和渣铁分离，天然气和含氧为70％的富氧空气通过炉膛侧面的多通道浸没式喷枪入熔池渣层和铁水之间的过渡区中，控制熔池温度为1450～1500℃，熔炼90min后得到铁水、尾渣及高温烟气。
步骤S4、尾气处理：
回转窑窑尾处烟气进入重力沉降室降温除尘，温度降至430℃后进入U形管冷却器继续冷却至160℃，经布袋除尘器除尘后排出。侧吹熔分高温烟气经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净化除尘处理，达标后排放。
实施例2
步骤S1、配料制粒：
将铁精矿、膨润土按质量比为100：5进行配料、混合后，制成3～5mm球团。
步骤S2、富氢煤基直接还原：
向回转窑的出料口通入焦炉煤气和O2含量为85％的富氧空气，对炉体进行加热；回转窑炉体加热后，将制粒后的铁精矿球团和部分残炭粒通过带式输送机加入回转窑入料端，物料在回转窑内随着窑的转动向出料端移动，行进过程中球团进行预热、干燥，球团进入温度为900℃的高温还原段时，按高挥发份煤从回转窑出料端喷吹至回转窑高温还原区，通过煤热解出的氢气与球团及残炭粒发生气固反应，对球团进行富氢煤基直接还原，还原120min后，将物料排出，得到金属化率为90％的高温金属化球团产物。
其中，所述煤粒为高挥发份褐煤；所述煤粒粒度为1～10mm。
步骤S3、侧吹熔分：
将高温金属化球团产物从出料端排出后，直接热装进入到侧吹熔分炉中，同时向炉中加入焦炭及石灰石进行终还原和渣铁分离，天然气和O2含量为80％的富氧空气通过炉膛侧面的多通道浸没式喷枪入熔池渣层和铁水之间的过渡区中，控制熔池温度为1550～1600℃，熔炼时间为30min，金属化球团在高温下进行终还原和渣铁分离，产生的铁水和炉渣定期从铁口与渣口放出。
步骤S4、尾气处理：
回转窑窑尾处烟气进入重力沉降室降温除尘，温度降至430℃后进入U形管冷却器继续冷却至160℃，经布袋除尘器除尘后排出。侧吹熔分高温烟气经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净化收尘处理，达标后排放。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1、配料制粒：将铁精矿、膨润土按100：3～5质量比经配料、混合后，制成球团；
步骤S2、富氢煤基直接还原：从回转窑出料端通入焦炉煤气和富氧空气，将所述球团与煤粒加入回转窑入料端，球团与煤粒和焦炉煤气在回转窑内发生气固反应，对所述球团进行富氢煤基直接还原，得到高温金属化球团；
步骤S3、侧吹熔分：将所述高温金属化球团直接热装进入侧吹熔分炉中，向炉中加入熔剂及还原剂，将富氧空气和燃料喷入渣层和铁水之间的过渡区，进行高温金属化球团终还原和渣铁分离过程，得到铁水和炉渣。
2.根据权利要求1所述的一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
步骤S4、尾气处理：将回转窑窑尾处烟气进入重力沉降室降温除尘，温度降至430～470℃后进入U形管冷却器继续冷却后，经布袋除尘器除尘后排出；将侧吹熔分高温熔炼烟气经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净化除尘处理后排放。
3.根据权利要求1或2所述的一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述球团的粒径为3～10mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述步骤S2中球团进入回转窑高温还原段在900～1200℃温度条件下还原30～120min。
5.根据权利要求1或2所述的一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述步骤S3中的终还原温度为1450～1600℃；终还原时间为30-90min。
6.根据权利要求1所述的一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述煤粒为高挥发份褐煤；所述煤粒粒度为1～10mm。
7.根据权利要求1所述的一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述熔剂为石英砂、石英石、石灰石和白云石中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述还原剂为煤、焦炭和石油焦中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述富氧空气中氧气的体积含量为40％～90％。
10.根据权利要求1所述的一种采用富氢煤基回转窑直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述燃料为气体燃料和/或固体燃料；其中，
气体燃料包括：天然气、液化石油气、煤气、生物质气和氢气中的一种或多种；
固体燃料包括：煤粉、焦粉和石油焦中的一种或多种；所述固体燃料的粒度小于100μm。
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