CN116855669A - 一种提升烟道安全及煤气热值的炼钢方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升烟道安全及煤气热值的炼钢方法及相应的系统，方法包括吹炼前期用生物质燃烧烟气置换转炉煤气烟道内的残留空气和吹炼后期用生物质燃烧烟气置换转炉煤气烟道内的残留煤气，吹炼中期用生物质和干熄焦除尘灰的挥发分汇入煤气并利用其残碳还原作用将转炉煤气中的二氧化碳还原为一氧化碳，提高了煤气热值。本方法既可以提升转炉烟道的安全性，还可以在保证煤气回收量的前提下提升煤气热值。
Description
技术领域
本发明涉及冶金炼钢技术领域，具体涉及一种能够防止转炉烟道泄爆从而提升烟道安全性并同时提升转炉煤气热值的炼钢方法和系统。
背景技术
炼钢工序是钢铁冶金过程的主要生产工序之一，提高炼钢过程中转炉煤气的回收量是实现转炉负能炼钢的关键所在。现有转炉煤气回收存在以下不足：
1.近几年，为了提高吨钢转炉煤气回收量，转炉煤气回收条件中CO起始浓度下限不断下降(这样可以回收更多的CO)，某些钢厂转炉煤气回收CO浓度下限甚至降低至5％，但是，CO浓度的降低导致转炉煤气的热值及燃烧温度相应降低，影响到后续煤气用户加热时间、产量、及加热过程的热效率。因此，如何克服上述煤气回收缺陷，在保证较高煤气回收量的前提下提高煤气热值及下游各类炉窑加热效率是优化炼钢工序急需解决的问题。
2.吹炼前期，在转炉开始吹炼时，转炉活动烟罩上升并向转炉烟道内吸入大量空气，目的是使转炉吹炼产生的CO燃烧，以便形成一段烟气，并利用这段烟气将吹炼前业已存在于转炉烟道内的空气吹扫出转炉烟道，当烟道内空气被烟气置换完毕后再降罩运行密封转炉炉口，期望以此防止吹炼产生的CO与烟道内空气混合发生爆炸。但本发明发现该方法存在严重缺陷：在刚开始吹炼的一分钟内，产生的转炉烟气少并且吸入的冷空气多，此时温度低，转炉烟气内的CO并不能着火燃烧，故这一阶段依然存在CO与O2浓度处于爆炸浓度范围而不能在炉口处燃烧的问题，该部分煤气流过转炉烟道过程中因存在爆炸的浓度条件，若遇到静电火花或高温粉尘与金属撞击产生的火花极易引发爆炸事故，所以转炉烟道安全问题并未得到根本性解决，致使实际生产中在吹炼前期转炉烟道经常发生泄爆事故。
在吹炼后期将结束吹炼时，现有操作是将转炉活动烟罩升起以便向转炉烟道内吸入大量空气以使转炉吹炼产生的CO燃烧，以便形成一段烟气，并利用这段烟气将吹炼期结束时存在于转炉烟道内的煤气置换出转炉烟道，当烟道内煤气被烟气置换完毕后再停止吹炼。以上操作的目的是防止烟道内残留CO与烟罩下端吸入的空气混合发生爆炸，但本发明发现该方法同样存在根本性缺陷：在钢水吹炼最后1～2分钟内，由于此时产生的转炉煤气少、吸入的冷空气多，此时温度低，转炉煤气内的CO并不能着火燃烧，所以，这一阶段依然存在CO与O2浓度处于爆炸浓度范围的问题，转炉烟道安全问题依然未得到根本性解决，实际生产中同样发生在吹炼后期转炉烟道经常泄爆的事故。
因此，如何消除转炉烟道的泄爆现象并有效提升转炉煤气的热值是提升炼钢安全和效益急需解决的问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种提升烟道安全及煤气热值的炼钢方法，该方法既可以防止转炉烟道泄爆事故的发生，还可以在保证煤气回收量不减少的前提下提升煤气的热值，从而使炼钢工序的安全性和能效得到有效提升。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种提升烟道安全及煤气热值的炼钢方法，包括如下步骤：
步骤S1：吹炼开始前，降下活动烟罩密封转炉炉口，向活动烟罩内喷入生物质粉和/或干熄焦除尘灰(其成分主要是焦粉)并点燃，利用生物质粉和/或干熄焦除尘灰燃烧产生的烟气将转炉烟道内留存的空气吹扫出去；
步骤S2：吹炼进行中，向活动烟罩内喷吹生物质粉和/或干熄焦除尘灰，利用炉口高温将生物质粉和/或干熄焦除尘灰热解产生挥发分并使挥发分汇入转炉煤气中，同时生物质粉和/或干熄焦除尘灰中的碳质成分在转炉炉口高温下将转炉煤气中的二氧化碳还原成一氧化碳；
步骤S3：在吹炼结束前，保持活动烟罩密封转炉炉口，向活动烟罩内喷入生物质粉和/或干熄焦除尘灰并点燃，利用生物质粉和/或干熄焦除尘灰燃烧产生的烟气将转炉烟道内的残留煤气吹扫出去。
优选的，其特征在于：所述生物质粉和/或干熄焦除尘灰的粒度在300目以下。
优选的，还包括步骤S4：在吹炼结束后，向转炉渣表面喷洒适量干熄焦除尘灰，以利用钢渣高温及碳质还原作用将液态钢渣中的部分亚铁还原成单质铁。
本发明的另一个目的是提供一种实现上述方法的系统，具体采取如下技术方案：
一种提升烟道安全及煤气热值的系统，包括转炉，在转炉上方设有水冷烟道，水冷烟道包括活动烟罩和固定烟罩，在所述水冷烟道上设有喷枪和点火装置，所述喷枪与输粉管路相连，在输粉管路上设有粉料流化器，粉料流化器与变频给料机相连，变频给料机与粉料缓冲仓相连。
优选的，所述喷枪有多个并设置在所述固定烟罩上或活动烟罩上，所述点火装置为等离子点火器。
优选的，所述输粉管路在靠近所述喷枪的一侧设有助燃风机和流化物料分配阀组。
优选的，所述粉料缓冲仓设有称重装置和压力表，粉料缓冲仓上设有粉料加料仓
本发明的有益效果在于，吹炼开始前，首先对活动烟罩进行降罩操作，然后向烟罩内喷入生物质火焰，用生物质燃烧产生的烟气将业已存在于转炉烟道内的空气置换出去，从而使烟道原有空气与吹炼产生的煤气被烟气阻隔，由此可以大幅提升转炉煤气前吹期转炉烟道系统的安全性，防止泄爆发生。在吹炼中期，喷吹生物质粉及干熄焦除尘灰混合物(也可以是单纯的生物质粉或干熄焦除尘灰)，可以利用炉口高温将生物质粉及焦炉除尘灰首先热解，生物质粉及焦炉除尘灰热解出的挥发分进入煤气中提高转炉煤气热值，这样在不减少煤气回收量的前提下有效提升了煤气热值。同时，生物质热解产生的生物质焦炭及干熄焦除尘灰中的碳质成分在炉口高温煤气加热下与转炉煤气中的CO2发生气化反应，可以降低转炉煤气中CO2浓度而提升转炉煤气中CO浓度，这就进一步提高转炉煤气热值。吹炼结束前，活动烟罩保持降罩状态，然后向烟罩内喷入生物质火焰，用生物质燃烧产生的烟气将转炉烟道内的残留煤气置换出去，置换完毕后再在进行升罩操作，可以有效避免煤气与空气的混合，大幅度提升了转炉煤气后吹期转炉烟道系统的安全性，防止泄爆的发生。吹炼结束时，关闭生物质燃烧器，向转炉渣表面喷入适量碳粉，在出钢过程中，碳粉可以将钢水表面中的部分亚铁还原成单质铁，从而减少钢渣中的铁损失，同时提高渣的粘度、缩短溅渣护炉时间。
本发明在吹炼前期、吹炼中期和吹炼后期虽都喷入生物质粉和干熄焦除尘灰，但是吹炼前期和吹炼后期主要用于产生烟气来阻隔空气与煤气从而防止爆炸，吹炼中期则利用挥发分提升煤气热值及利用碳质还原性将二氧化碳转变为一氧化碳增加热值，所以不同阶段喷入生物质粉和干熄焦除尘灰的目的和功能并不相同，但却巧妙地整合在同一炼钢工序中从而实现了烟道安全与煤气热值的提升的兼顾，使整个炼钢工序中喷入生物质和干熄焦除尘灰的操作具有内在的协调统一性，从而实现了本发明提升烟道安全和煤气热值的目的，并使相应的配套系统实现最大化利用从而更有效发挥了设备价值。
附图说明
图1是提升烟道安全及煤气热值的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，从提升烟道安全及煤气热值的方法以及实现该方法的系统两个方面进行说明，以下实施例1以方法为主线进行说明，同时兼顾实现该方法的系统，实施例2以系统为主线同时兼顾所实施的方法，二者相互补充共同说明本发明的具体实施方式。
实施例1提升烟道安全及煤气热值的炼钢方法
参考图1，铁水在转炉1中冶炼，转炉煤气经过活动烟罩2和固定烟罩20等水冷烟道降温，然后经转炉一次除尘及余热回收系统4处理后，符合回收条件的转炉煤气进入气柜回收，不符合回收条件的点燃放散。在吹炼过程中采取如下操作步骤：
1.吹炼前期
吹炼前期氧枪开始供氧前，首先进行降罩，即使活动烟罩2下降而密封住转炉炉口，随后从喷枪3喷入生物质粉与干熄焦除尘灰混合物及助燃空气并被等离子点火器13点燃，火焰被喷入活动烟罩内燃烧，在烟道抽引风机作用下燃烧烟气将转炉烟道内的原有空气置换，置换一段时间后关闭点火器。本步骤中也可仅喷入生物质粉进行燃烧或仅喷入干熄焦除尘灰进行燃烧产生烟气。因为原有空气与将要产生的转炉煤气被生物质和干熄焦除尘灰混合物燃烧产生的烟气分隔，所以可以有效避免一氧化碳与空气混合，从而有效防止爆炸。
2.吹炼中期
吹炼进行中，将200-300目粒度的生物质粉与干熄焦除尘灰按一定比例混匀后送入粉料加料仓12，然后经过密封给料机送入所述粉料缓冲仓10中，粉料缓冲仓10内的粉料经变频给料机8给料至粉料流化器7的喷嘴内，被同时送入的流化气体CO2或N2所流化形成流态化风粉混合物，风粉混合物随后被气力输运至风粉混合物分配阀组5，并分配至多只喷枪3，最后喷入转炉炉口上方的活动烟罩2内，粉料与高温转炉煤气混合升温，生物质粉发生热解反应产生挥发分，挥发分汇入转炉煤气中以增加煤气热值，同时生物质粉热解炭及干熄焦除尘灰的碳质成分在炉口高温作用下与流化CO2及转炉煤气中的CO2发生气化反应，将CO2转化为CO可燃气，从而降低转炉煤气惰性气体CO2含量，最终提高转炉煤气热值。生物质粉的挥发分较多但还原性碳质较少，而干熄焦除尘灰挥发分较少而还原性碳质较多，二者结合可以更好实现从挥发分角度提升煤气热值及从CO2转化为CO角度提升煤气热值，从而实现在保证煤气回收量的前提下提升煤气热值。
3.吹炼后期
即将冶炼完毕时，打开等离子点火器13，再打开助燃风机14，用喷吹燃料产生的烟气对转炉烟道内的煤气进行吹扫置换，置换完毕后停止供应燃料并关闭等离子点火系统。还可向刚渣表面喷吹适量碳粉将亚铁还原为单质铁，然后提升活动烟罩2出钢。
与现有转炉煤气回收工艺相比，本发明的有益之处
1)提高了煤气发热量；
2)提高了转炉烟道系统安全性；
3)提高了溅渣护炉效果，缩短了溅渣护炉时间。
实施例2提升烟道安全及煤气热值的炼钢系统
参考图1，提升烟道安全及煤气热值的炼钢系统包括转炉1，转炉1上方设有水冷烟道，水冷烟道包括活动烟罩2和固定烟罩20，在固定烟罩2或活动烟罩20上设有若干喷枪3和等离子点火器13，若干喷枪3均经分支输粉管路与流化物料分配阀组5相连，助燃风机14与这些分支输粉管路相连，流化物料分配阀组5经总输粉管路6与粉料流化器7相连，粉料流化器7与变频给料机8相连，变频给料机8与粉料缓冲仓10相连。在粉料缓冲仓上设有称重装置9和压力表11。粉料缓冲仓10经密封给料机与粉料加料仓12相连。工作时，粉料通过粉料加料仓12和密封加料机进入粉料缓冲仓10，然后经变频给料机8和粉料流化器7进入总输粉管路6并由流化物料分配阀组分配给多个喷枪3，由喷枪3喷入活动烟罩2内并被等离子点火器点燃燃烧。助燃风机6用于鼓入助燃空气。转炉烟道21与转炉一次除尘及余热回收系统相连。
上述实施例只是对本发明构思和实现的说明，并非对其进行限制，在本发明构思下，未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。
Claims (8)
1.一种提升烟道安全及煤气热值的炼钢方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤S1：吹炼开始前，降下活动烟罩密封转炉炉口，向活动烟罩内喷入生物质粉和/或干熄焦除尘灰并点燃，利用生物质粉和/或干熄焦除尘灰燃烧产生的烟气将转炉烟道内留存的空气吹扫出去；
步骤S2：吹炼进行中，向活动烟罩内喷入生物质粉和/或干熄焦除尘灰，利用炉口高温将生物质粉和/或干熄焦除尘灰热解产生挥发分，挥发分汇入转炉煤气中，同时生物质粉和/或干熄焦除尘灰受热后在转炉炉口高温下将转炉煤气中的二氧化碳还原成一氧化碳；
步骤S3：在吹炼结束前，保持活动烟罩密封转炉炉口，向活动烟罩内喷入生物质粉和/或干熄焦除尘灰并点燃，利用生物质粉和/或干熄焦除尘灰燃烧产生的烟气将转炉烟道内的残留煤气吹扫出去。
2.如权利要求1所述的提升烟道安全及煤气热值的炼钢方法，其特征在于：所述生物质粉和/或干熄焦除尘灰的粒度在300目以下。
3.如权利要求1所述的提升烟道安全及煤气热值的炼钢方法，其特征在于：还包括步骤S4：在吹炼结束升罩前，向转炉渣表面喷洒适量干熄焦除尘灰，以利用钢渣高温及碳质还原作用将液态钢渣中的部分亚铁还原成单质铁。
4.一种提升烟道安全及煤气热值的系统，包括转炉，在转炉上方设有水冷烟道，水冷烟道包括活动烟罩和固定烟罩，其特征在于：在所述水冷烟道上设有喷枪和点火装置，所述喷枪与输粉管路相连，在输粉管路上设有粉料流化器，粉料流化器与变频给料机相连，变频给料机与粉料缓冲仓相连。
5.如权利要求4所述的提升烟道安全及煤气热值的系统，其特征在于，所述喷枪有多个并设置在所述固定烟罩上或活动烟罩上。
6.如权利要求4所述的提升烟道安全及煤气热值的系统，其特征在于，所述输粉管路在靠近所述喷枪的一侧设有助燃风机和流化物料分配阀组。
7.如权利要求4所述的提升烟道安全及煤气热值的系统，其特征在于，所述粉料缓冲仓设有称重装置和压力表，粉料缓冲仓上设有粉料加料仓。
8.如权利要求4所述的提升烟道安全及煤气热值的系统，其特征在于，所述点火装置为等离子点火器。
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2023
- 2023-07-25 CN CN202310916427.5A patent/CN116855669A/zh active Pending
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