CN201351168Y - 一种含铁物料连续炼钢设备 - Google Patents

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李丰功
王学斌
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Abstract

本实用新型涉及一种含铁物料连续炼钢设备，包括熔炼炉和吹氧炉，熔炼炉和吹氧炉通过熔炼炉虹吸出钢口相连；熔炼炉的上方为有高温密相输送床，熔炼炉上安装有熔池氧枪、CO氧燃烧枪、含铁物料及熔剂喷枪、含碳物料喷枪、熔炼炉氧枪，熔炼炉下部设置熔炼炉出渣口、熔炼炉虹吸出钢口、熔炼炉底部放钢口；吹氧炉上安装有吹氧炉氧枪、吹氧炉含碳物料燃烧枪、吹氧炉熔剂加入系统、吹氧炉出钢口、吹氧炉出渣口、吹氧炉底部放钢口、吹氧炉顶部设有煤气输出装置。本实用新型的生产率高，用一座悬浮预还原炉、熔炼炉、吹氧炉组成的连续炼钢设备实现了从矿石或含铁物料直接生产钢水，节省设备和基建投资、节约土地、简化物流，易于生产的连续化和自动控制。

Description

一种含铁物料连续炼钢设备
技术领域
本实用新型属钢铁冶金技术领域，涉及钢的连续生产设备，尤其涉及一种含铁物料连续炼钢设备。
背景技术
炼钢按工艺流程可分为短流程和长流程两种形式。短流程即以废钢、直接还原铁(DRI、海绵铁)等为原料，通过电炉熔化、氧化成粗钢水，经精炼炉炼出成品钢，不需要焦炭，采用最普遍的是以天然气为还原剂的MIDREX、HYL法以及煤为还原剂的回转窑法、竖炉法、转底炉法等，但仍然需要铁矿粉造块或造球工序，而且需要丰富的天然气资源，煤基回转窑法生产效率低，转底炉法如INMETCO工艺、FASTMET工艺和IRON DYNAMICS工艺、COMET工艺等规模难以扩大。
长流程是从铁矿石、烧结(或球团)、炼焦、高炉炼铁、转炉吹炼成粗钢水，再经精炼炉炼钢。焦炭是长流程不可缺少的最重要的原料，由于炼焦煤资源有限，焦煤仅占煤总量的5-10％，现有技术可经济开发的焦煤只占1.5～4％，使依赖炼焦煤的长流程面临煤资源匮乏而无发生产的局面。长流程规模庞大，投资高，占用土地面积大，生产周期长，吨钢能耗高，环境污染严重，尤其是炼焦系统的污染，是传统长流程无法克服的弊端。
熔融还原主要是用非焦煤生产铁水-转炉炼钢流程工艺方法，主要有COREX、FINEX、AUSIRON、HISMELT、DIOS、ROMELT、CCF、AISI、CLEANMELT等，大多数熔融还原工艺还处于研发阶段，只有COREX炼铁工艺建成了5条生产线，在浦项、南非、印度等一些厂已经运行了十年以上，尤其是南非的COREX-2000，COREX实现了吨煤生产2吨铁的目标，在能耗上可与现代高炉炼铁竞争。HISMELT工艺已经开发成熟，在澳大利亚昆纳纳建设了一座80万吨的工厂，目前正在试运行，SRV融熔还原炉生产出的只是C含量4％左右铁水，不能直接生产出满足炼钢精炼工艺C含量小于0.1％的要求。
专利CN02116882.2提出一种煤-铁矿微波还原-电炉直接炼钢方法及设备，但生产效率低，难以规模化生产；专利CN200610040303.1是用感应炉直接炼钢的方法，能耗高、生产效率低；专利CN92113519.X的用矿石直接炼钢的方法及设备，是先将矿石用还原气体还原成海棉铁，然后将高温海绵铁在与外界大气隔离的情况下送入熔化室内熔化，再加入造渣剂去除有害元素的方法，能耗高，生产效率低，未见到产业化的报道。
专利CN87104957.0公开了槽式炉连续炼钢工艺及设备，设前炉、槽式炉和后炉的一种连续炼钢工艺，所用原料仍然是高炉铁水，效率低，成本高。专利CN88107113.7连续炼钢法，是描述如何加助熔剂把炉渣调整到某一成分的一种炼钢法，并非连续炼钢工艺方法。专利CN01129996.7描述的只是一种向连续炼钢电炉内加铁水的装置。
实用新型内容
针对现有技术的不足，提供一种全新的连续炼钢设备。本实用新型充分利用了悬浮预还原炉所提供的金属化率85％～97％的预还原铁矿石等含铁物料微粉，由矿石等含铁物料直接生产出C含量0.01％～0.40％的供精炼炉用的钢水。
本实用新型还提供一种连续炼钢设备，包括熔炼炉(6)和吹氧炉(16)，熔炼炉(6)和吹氧炉(16)通过熔炼炉虹吸出钢口(13)相连；熔炼炉(6)的上方为有高温密相输送床，熔炼炉(6)上安装有熔池氧枪(8)、CO氧燃烧枪(9)、含铁物料及熔剂喷枪(10)、含碳物料喷枪(11)、熔炼炉氧枪(12)，熔炼炉下部设置熔炼炉出渣口(13)、熔炼炉虹吸出钢口(14)、熔炼炉底部放钢口(15)；吹氧炉(16)上安装有吹氧炉氧枪(17)、吹氧炉含碳物料燃烧枪(18)、吹氧炉熔剂加入系统(19)、吹氧炉出钢口(20)、吹氧炉出渣口(21)、吹氧炉底部放钢口(22)、吹氧炉顶部设有煤气输出装置(23)。
优选的，高温密相输送床依次包括高温储料仓(1)、发送罐(2)、输送管道(3)和集料罐(4)，集料罐(4)通过串罐式布料器(5)与熔炼炉(6)相连。
优选的，熔炼炉(6)和吹氧炉(16)是圆柱形炉子。
在熔炼炉上方的高温密相输送床把预还原含铁物料和熔剂加入到熔炼炉内；预还原含铁物料和熔剂也可以通过喷枪(10)喷入炉内；
优选的，熔炼炉的上方有煤气输出装置(7)；熔炼炉的上方两侧壁设有二个CO氧燃烧枪(9)插入到熔炼炉上方的气相空间；熔炼炉侧壁设有含碳物料喷枪(11)和熔炼炉氧枪(12)分别插入渣区中上层和中层的渣中；
优选的，熔炼炉出渣口(13)位于熔炼炉外侧炉墙中上部渣层的上限部位；在熔炼炉外侧炉墙下部开有熔炼炉虹吸出钢口(14)，以保证无渣出钢，熔炼炉虹吸出钢口与吹氧炉(16)相连；在熔炼炉的底部设有放钢口(15)供熔炼炉大修时使用。
优选的，熔炼炉侧壁的含铁物料及熔剂喷枪(10)、含碳物料喷枪(11)、熔炼炉氧枪(12)在熔炼炉氧枪正上方，上下排列，二者与渣层水平面成α角；同时与熔炼炉直径方向成β角，并分别插入渣区中上层和中层的渣中。更优选的，α角为15～60度夹角；β角为0～45度夹角。
优选的，含铁物料及熔剂喷枪(10)、含碳物料喷枪(11)、熔炼炉氧枪(12)可以布置在熔炼炉侧壁的任何合适的位置。
优选的，熔炼炉熔池氧枪(8)可以从熔炼炉的上方插入到虹吸口前面的钢水中，可以从熔炼炉的侧壁任一合适的位置插入到虹吸口前面的钢水中。
吹氧炉(16)上方设有氧枪(17)吹炼钢水，使钢中的C含量和钢水的温度达到RH或LF精炼炉的要求；吹氧炉含碳物料燃烧枪(18)燃烧熔炼炉产生的煤气或其它可燃气体，为保持或提高吹氧炉中钢水的温度提供热量；吹氧炉熔剂加入系统(19)为吹氧炉添加造渣剂；吹氧炉侧壁下部装有出钢口(20)以实现无渣出钢；吹氧炉侧壁上部装有出渣口(21)，当钢水达到该高度时先付给放出一定量的钢渣，然后再出钢；吹氧炉底部设有一放钢口(22)，待吹炼炉大修时使用；吹氧炉顶部设有煤气输出装置(23)。
熔炼炉(6)和吹氧炉(16)均包括耐材系统，水冷系统，废气处理和余热回收系统。
本实用新型从铁矿石连续得到钢水的具体工艺路线是：含铁微粉(含铁矿粉、氧化铁皮、含铁粉尘、含铁尘泥等中的一种或几种)经悬浮预还原炉预还原后与熔剂(包括生石灰、白云石、萤石中的一种或几种)被加入到熔炼炉内，熔炼炉内预先已形成了一个钢渣熔池，温度在1450℃以上，渣层550mm～700mm厚。含铁微粉和熔剂通过串罐式布料器加入到渣层沸腾区，或用N2或CO气体作载气的喷枪喷入。同时往熔炼炉渣的中上层喷入含碳物料(煤粉、焦粉、天然气、可燃冰、焦炉煤气、发生煤气中的一种或几种)，向渣的中层喷入氧气，控制熔渣的氧化性。加入的含铁物料中预还原的部分(85％～97％)很快熔化成钢水(含碳0.4％以下)进入渣层；另少部分(3％～15％)未被预还原的含铁物料熔化成液态铁氧化物被渣中的高温含碳物料快速还原成钢水；钢水通过渣层进入钢水区的过程中被渣中的高温碳渗碳，同时在钢渣界面的碳也不断渗到钢水中，得到碳含量0.7％～1.0％的钢水。铁氧化物还原产生的气体与向渣中喷入的氧气和含碳物料燃烧产生的气体共同作用形成泡沫渣沸腾区(亦是布料区)。在熔炼炉渣层上方空间的2个CO氧燃烧枪，给熔渣补充热量，以加速含铁物料的熔化。熔池氧枪插入虹吸口前面的钢水中，可对钢水实施吹氧进一步降低钢水中的碳含量，同时提高钢水的温度、产生的CO气体对熔炼炉熔池起到搅拌作用。钢水从熔炼炉内的虹吸口连续无渣流入到吹氧炉，在吹氧炉加入适量造渣剂同时起到脱硫磷作用，吹氧脱C同时提升钢水温度，以获得所需C含量(C：0.01～0.40％)和所要求温度的钢水，直接供RH或LF精炼炉。吹氧炉底部出钢实现了无渣出钢。熔炼炉和吹氧炉中的高温废气可以用余热锅炉回收显热发电或预热原材料。
熔炼炉的高温废气可以用余热锅炉回收显热来发电或预热原材料。
本实用新型的优势体现在：
(1)本实用新型用一座紧凑的悬浮预还原炉、熔炼炉、吹氧炉组成的连续炼钢设备实现了从矿石或含铁物料直接生产合格钢水，与现有的长流程相比，设备和基建投资节省60％以上，节约土地2/3以上，物流得到充分简化，节能减排约60％以上，易于实现生产的连续化和自动控制，是钢铁冶金的一个革命性工艺变革。
(2)本实用新型充分利用了悬浮预还原炉提供的温度400～800℃预还原含铁物料的热量和熔炼炉提供的CO氧燃烧枪燃烧热用于补偿还原反应所需的热量，加速含铁物料的熔化。
(3)本实用新型直接冶炼出C含量(C：0.01～0.40％)和温度均符合直接供RH或LF精炼炉的钢水，实现了全连续炼钢。
(4)充分利用了微粉提高含铁物料的表面活性在悬浮预还原炉所提供的良好的反应动力学条件下，使含铁物料在悬浮预还原炉700～1100℃的还原气体(CO、焦炉煤气、煤发生煤气、天然气、可燃冰等)下铁氧化物就能快速被还原的特点，含铁物料中铁氧化物在悬浮预还原炉中85～97％被还原，在熔炼炉渣中喷入煤粉(160Kg以下)或其它可燃物料和适量的氧，主要为熔炼炉熔化预还原的含铁物料，同时在渣中还原少量未被预还原的部分含铁物料，得到C含量0.7％～1.0％的钢水。本实用新型的生产率高，这一点优于现有的高炉-转炉流程、连续还原-电炉流程、COREX熔融还原炼铁-转炉流程，Hismelt-转炉流程，同时也优于一些专利提出连续炼钢或一步炼钢方法。
附图说明
图1是本实用新型的示意流程图。高温储料仓(1)、发送罐(2)、输送管道(3)、集料罐(4)、串罐式布料器(5)、熔炼炉(6)、煤气输出装置(7)、熔池氧枪(8)、CO氧燃烧枪(9)、含铁物料及熔剂喷枪(10)、含碳物料喷枪(11)熔炼炉氧枪(12)、熔炼炉出渣口(13)、熔炼炉虹吸出钢口(14)、熔炼炉底部放钢口(15)；吹氧炉(16)、吹氧炉氧枪(17)、吹氧炉含碳物料燃烧枪(18)、吹氧炉熔剂加入系统(19)、吹氧炉出钢口(20)、吹氧炉出渣口(21)、吹氧炉底部放钢口(22)、吹氧炉顶部设有煤气输出装置(23)。
图2是本实用新型的熔炼炉(6)炉内熔渣面的俯视示意流程图。
图3是本实用新型实施例1的示意流程图。
图4是本实用新型实施例2的示意流程图。
具体实施方式
以下实施例是对本实用新型的进一步说明，但本实用新型并不局限于此。
实施例1：
含铁物料：铁矿微粉，含碳物料：煤粉。铁矿微粉及熔剂采用高温密相输送床和串罐布料器。
本实用新型的连续炼钢设备，包括：与悬浮预还原炉相连的含铁物料和熔剂混合的高温储料仓(1)、发送罐(2)、输送管道(3)、集料罐(4)、串罐式布料器(5)、熔炼炉(6)、煤气输出装置(7)、熔池氧枪(8)、CO氧燃烧枪(9)、含碳物料喷枪(11)熔炼炉氧枪(12)、熔炼炉出渣口(13)、熔炼炉虹吸出钢口(14)、熔炼炉底部放钢口(15)；吹氧炉(16)、吹氧炉氧枪(17)、吹氧炉含碳物料燃烧枪(18)、吹氧炉熔剂加入系统(19)、吹氧炉出钢口(20)、吹氧炉出渣口(21)、吹氧炉底部放钢口(22)、吹氧炉顶部设有煤气输出装置(23)；熔炼炉(6)和吹氧炉(16)是圆柱形炉子，纵剖面如图3所示。熔炼炉(6)和吹氧炉(16)包括耐材系统，水冷系统，废气处理和余热回收系统。
用高温密相输送床与悬浮预还原炉相连的含铁物料和熔剂混合的高温储料仓(1)、发送罐(2)、输送管道(3)和集料罐(4)把悬浮预还原炉提供的400～800℃预还原铁矿微粉和生石灰、白云石熔剂微粉输送到熔炼炉(6)上方的串罐布料器(5)，通过布料器(5)加入到熔炼炉中渣面上的布料区；熔炼炉的上方两侧炉壁上的2个CO氧燃烧枪(8)的高温火焰喷射到渣面上的布料区加热铁矿石微粉和熔剂微粉；熔炼炉侧壁的含碳物料喷枪(10)在熔炼炉氧枪正上方，上下排列，二者与渣层水平面成40度夹角，如图1和3所示α角；同时与熔炼炉直径方向成30度夹角，并分别插入渣区中上层和中层的渣中，如图2所示β角，喷吹时使渣层形成沸腾区，调整喷枪的角度可使沸腾区不转动，或顺时针或逆时针转动，沸腾区为铁矿微粉和熔剂微粉提供充分的物理和化学反应动力学条件；熔炼炉炉壁中上部的出渣口(13)在渣层的上限部位，可实现连续出渣；熔池氧枪(8)插入到熔池中虹吸出钢口(14)的前面钢水中，对钢水吹氧进一步降低钢水中的碳含量，同时提高钢水的温度、产生的CO气体对熔炼炉熔池起到搅拌作用；虹吸出钢口(13)熔炼炉外侧炉壁下部的虹吸出钢口(14)，以保证无渣连续出钢到吹氧炉(16)；吹氧炉(16)上方的氧枪(17)吹炼钢水，使钢中的C含量(0.01～0.40％)和钢水的温度达到RH或LF精炼炉的要求；吹氧炉含碳物料燃烧枪(18)燃烧熔炼炉产生的CO或可燃气体，为保持或提高吹氧炉中钢水的温度提供热量；吹氧炉熔剂加入系统(19)为吹氧炉添加生石灰、萤石等造渣剂保温的同时进一步脱除钢水中的硫磷；当钢水达到吹氧炉壁上部的出渣口(21)的高度时，先放出一定量的渣，然后从吹氧炉壁下部的出钢口(20)实现无渣出钢。
铁矿精粉和生石灰、白云石用球磨机细磨得到10～40μm的微粉，将铁矿微粉在悬浮预还原炉中600～1000℃预还原，得到预还原率是85～97％的预还原铁矿微粉。预还原铁矿微粉和石灰石、白云石的混合配比根据几种物料在冶炼过程中渣的成分控制来确定，一般取渣的碱度为1～1.5，Al2O313％～16％，MgO 8％～10％，FeO 0.5％以下，CaO 38％～40％，SiO232％～34％。
熔炼炉内渣层厚度约550～700mm、温度约1450℃～1550℃，熔池钢水深度约700mm，铁矿微粉和熔剂的混合物加入后，5到30秒即被熔化进入渣中。
用N2或CO作为载气通过水冷喷枪向熔渣中喷入的煤粉硫磷尽量低，一般固定碳含量在77％以上。喷入的煤粉一部分被喷入的氧气燃烧产生大量的热量熔化预还原铁矿微粉和熔剂微粉，一部分连续与渣中的液态FeO发生还原反应，少部分进入铁水中向铁水渗碳。煤粉和氧气同时喷吹到渣层的中上部使高温熔渣与预还原铁矿微粉、熔剂微粉、碳粉剧烈混合，为预还原铁矿微粉、熔剂微粉的快速熔化和碳还原液态铁氧化物的连续还原反应创造良好的动力学条件。铁水中的溶解碳也在渣钢混合界面不断还原熔渣中的FeO。通过对熔渣和钢水吹氧，控制熔渣和钢水的氧化性，得到碳含量0.7％～1.0％的钢水；在吹氧炉中按每吨钢40～70公斤加入熔剂到吹氧炉内造渣脱硫、脱磷，渣碱度控制在3.0～3.5范围内，通过吹氧使钢水的C含量和温度分别达到RH或LF精炼炉的要求，得到钢水成分C 0.01～0.40％，Si＜0.05％，Mn＜0.30％，S、P＜0.010％，钢水温度为1580～1680℃。
熔炼炉熔渣中煤粉的燃烧和还原反应产生的CO，通过二次燃烧产生的热量以辐射和热传导的方式传递给布料区的预还原铁矿微粉、熔剂微粉，进一步加速了原料微粉的熔化速度。
熔炼炉(6)和吹氧炉(16)产生的废气余热回收用于发电，吸附CO2后用于铁矿微粉的预热预还原等，CO2回收利用。钢渣用于生产水泥、钢渣微粉等。
实施例2：
含铁物料：铁矿微粉80％、含铁冶金粉尘20％，含碳物料：煤粉。含铁物料及熔剂采用喷枪喷入炉内。
含铁冶金粉尘组成：氧化铁皮、高炉除尘灰、转炉除尘灰、电炉除尘灰、烧结球团除尘灰等。
将铁矿微粉、氧化铁皮、高炉除尘灰、转炉除尘灰、电炉除尘灰、烧结球团除尘灰两种或两种以上和生灰石、白云石细磨成10～40μm的微粉。
本实用新型的连续炼钢设备，包括：熔炼炉(6)、煤气输出装置(7)、熔池氧枪(8)、CO氧燃烧枪(9)、含铁物料及熔剂喷枪(10)、含碳物料喷枪(11)熔炼炉氧枪(12)、熔炼炉出渣口(13)、熔炼炉虹吸出钢口(14)、熔炼炉底部放钢口(15)；吹氧炉(16)、吹氧炉氧枪(17)、吹氧炉含碳物料燃烧枪(18)、吹氧炉熔剂加入系统(19)、吹氧炉出钢口(20)、吹氧炉出渣口(21)、吹氧炉底部放钢口(22)、煤气输出装置23；熔炼炉(6)和吹氧炉(16)是圆柱形炉子，纵剖面如图4所示。熔炼炉(6)和吹氧炉(16)包括耐材系统，水冷系统，废气处理和余热回收系统。α角为50度夹角，β角为0度夹角。
其它同实施例1。
实施例3
含铁物料：铁矿微粉10％～90％、含铁冶金粉尘90％～10％，含碳物料：天然气、可燃冰、焦炉煤气、发生煤气中的一种或几种。含铁物料及熔剂采用喷枪喷入炉内。α角为15度夹角，β角为40度夹角。
渣层含碳物料喷枪(11)喷入的是天然气、可燃冰、焦炉煤气、发生煤气中的一种或几种。其它同实施例2。

Claims (8)

1.一种连续炼钢设备，包括熔炼炉(6)和吹氧炉(16)，其特征是，熔炼炉(6)和吹氧炉(16)通过熔炼炉虹吸出钢口(14)相连；熔炼炉(6)的上方为有高温密相输送床，熔炼炉(6)上安装有熔池氧枪(8)、CO氧燃烧枪(9)、含铁物料及熔剂喷枪(10)、含碳物料喷枪(11)、熔炼炉氧枪(12)，熔炼炉下部设置熔炼炉出渣口(13)、熔炼炉虹吸出钢口(14)、熔炼炉底部放钢口(15)；吹氧炉(16)上安装有吹氧炉氧枪(17)、吹氧炉含碳物料燃烧枪(18)、吹氧炉熔剂加入系统(19)、吹氧炉出钢口(20)、吹氧炉出渣口(21)、吹氧炉底部放钢口(22)、吹氧炉顶部设有煤气输出装置(23)。
2.如权利要求1所述的连续炼钢设备，其特征是，高温密相输送床依次包括高温储料仓(1)、发送罐(2)、输送管道(3)和集料罐(4)，集料罐(4)通过串罐式布料器(5)与熔炼炉(6)相连。
3.如权利要求1所述的连续炼钢设备，其特征是，熔炼炉(6)和吹氧炉(16)是圆柱形炉子。
4.如权利要求1所述的连续炼钢设备，其特征是，熔炼炉的上方有煤气输出装置(7)；熔炼炉的上方两侧壁设有二个C0氧燃烧枪(9)插入到熔炼炉上方的气相空间；熔炼炉侧壁设有含碳物料喷枪(11)和熔炼炉氧枪(12)分别插入渣区中上层和中层的渣中。
5.如权利要求1所述的连续炼钢设备，其特征是，熔炼炉出渣口(13)位于熔炼炉外侧炉墙中上部渣层的上限部位；在熔炼炉外侧炉墙下部开有熔炼炉虹吸出钢口(14)，熔炼炉虹吸出钢口与吹氧炉(16)相连；在熔炼炉的底部设有放钢口(15)。
6.如权利要求1所述的连续炼钢设备，其特征是，熔炼炉侧壁的含碳物料喷枪(10)在熔炼炉氧枪正上方，上下排列，二者与渣层水平面成α角；同时与熔炼炉直径方向成β角，并分别插入渣区中上层和中层的渣中；α角为15～60度夹角，β角为0～45度夹角。
7.如权利要求1所述的连续炼钢设备，其特征是，熔炼炉(6)和吹氧炉(16)均包括耐材系统，水冷系统，废气处理和余热回收系统。
8.如权利要求1所述的连续炼钢设备，其特征是，所述的熔炼炉熔池氧枪(8)从熔炼炉的上方插入到虹吸口前面的钢水中，或从熔炼炉的侧壁插入到虹吸口前面的钢水中。
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