專利名稱：一種氧氣頂吹熔融還原煉鐵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在一個(gè)反應(yīng)爐內(nèi)直接熔融還原煉鐵的方法，屬于冶金熔煉領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，但是，在生產(chǎn)過程中需要消耗大量能源，各生產(chǎn)工序中 伴隨能源和原料的使用而產(chǎn)生的污染物排放量相當(dāng)龐大，其污染源主要有燒結(jié)、焦化、煉鐵、 煉鋼及附屬工序，其中空氣污染物排放引起的污染問題尤其嚴(yán)重。鋼鐵工業(yè)能源消費(fèi)量占全國 能源消費(fèi)總量的9. 54%，全國工業(yè)能源消費(fèi)量的12.93%，噸鋼綜合能耗為1.281噸標(biāo)準(zhǔn)煤，遠(yuǎn)高 于發(fā)達(dá)國家噸鋼凈能耗O. 590-0. 683噸標(biāo)準(zhǔn)煤(1994年)，而顆粒物和二氧化硫的排放量分別占 全國工業(yè)排放總量的IO. 93%和6. 25%。鋼鐵工業(yè)能耗高效率低的一個(gè)主要原因是在煉鐵系統(tǒng)中 噸鐵凈能耗的29.5%用于礦石燒結(jié)和焦化工序，這部分能量在提高原料的理化性能之后，未得 到充分回收和利用。另外，這兩工序排放的顆粒物和二氧化硫分別占鋼鐵工業(yè)總排放量的45. 6% 和67. 7%。
引起鋼鐵工業(yè)的高能耗問題的原因是多方面的，但是，在冗長(zhǎng)的生產(chǎn)過程中，需要頻繁地 加熱和冷卻物料，因此而引起的能量貶值和損失是鋼鐵工業(yè)能耗較高的一個(gè)重要原因。即使在 技術(shù)比較先進(jìn)的日本，其鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，廢熱排放損失約占總能耗的38.5%。對(duì)我國鋼鐵工 業(yè)余熱分析表明，各種產(chǎn)物的物理余熱占總能耗的29-39%，其中煉焦廢氣顯熱、焦炭顯熱、燒 結(jié)礦顯熱、燒結(jié)煙氣顯熱、高爐煤氣顯熱等占有很大比例。但是由于其能質(zhì)較低，這部分能量 一般不能得到充分利用，煉鐵系統(tǒng)占鋼鐵工業(yè)總能耗的46%，可見，因流程冗長(zhǎng)而造成的生產(chǎn) 過程能量損失是非常巨大的。
在鋼鐵工業(yè)內(nèi)部，煉鐵系統(tǒng)既消耗大量能源，又引起非常嚴(yán)重的污染，同時(shí)需要使用閂益 減少的焦煤，因此，對(duì)鋼鐵工業(yè)的革新從煉鐵系統(tǒng)入手是必然的。但是，從末端治理環(huán)境污染 不僅需要大量的投資，而且需要大量的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼鐵工業(yè)中15%的投資是用
于環(huán)保目的，這大致上相當(dāng)于每年每噸鋼生產(chǎn)能力需要增加420-480元，運(yùn)轉(zhuǎn)這些設(shè)備的費(fèi)用 為70-150/噸鋼，特別是在焦炭生產(chǎn)中，為了滿足環(huán)保要求，年噸焦炭生產(chǎn)能力需要至少增加 投資77.5元。況且，在鋼鐵工業(yè)中真正嚴(yán)重的污染排放源是無組織排放源， 一般的控制措施很 難奏效。因此，解決鋼鐵工業(yè)的污染應(yīng)重點(diǎn)考慮工藝流程的革新，也就是通過清潔生產(chǎn)從源頭 上控制污染物的產(chǎn)生。
如果能采用短流程煉鐵技術(shù)，即可大幅度降低生產(chǎn)成本，又可以大量減少無組織排放源污 染物的產(chǎn)生，這將是鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一條有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用噴槍向熔融還原爐內(nèi)噴吹富氧，鐵礦粉、熔劑和煤粒則從爐頂側(cè)加入， 煤粒燃燒釋放出巨大的熱能，而氧氣直接噴吹在渣層上使得渣鐵噴濺攪動(dòng)，在這種強(qiáng)烈的混和 攪拌過程中完成熱量、質(zhì)量的傳遞，從而在熔融狀態(tài)下還原出金屬鐵。
本發(fā)明氧氣頂吹熔融還原煉鐵的方法的技術(shù)方案如下氧氣噴槍從爐頂中心插入爐內(nèi)，噴 槍頭部浸沒在熔池的熔渣層內(nèi)，熔煉工藝所需的燃料、空氣及富氧氧氣則通過噴槍噴入熔池， 鐵礦石粉、熔劑等爐料從爐頂進(jìn)料口加入，在噴槍噴出的高速氣流作用下，熔池處于巨烈的攪 動(dòng)狀態(tài)，氧氣頂吹熔融還原爐的煙氣經(jīng)過余熱鍋爐后換熱后送到后續(xù)工序。
所述的富氧的濃度可在30% 99. 5%間調(diào)整，氧氣壓力控制在O. 3 1Mpa，熔池反應(yīng)溫度控 制在1450。C 1600。C。所述的進(jìn)料口的加料量為10 100噸/小時(shí)。所述的氧氣流量為5 15立 方米/分鐘。所述的噴槍由粉煤管、氧氣管、風(fēng)管和重油管組成，噴槍管由軟鋼和不銹鋼制成， 噴槍末端裝有一個(gè)可更換的噴嘴。所述的噴槍的直徑為100 400毫米。所述的爐料的粒度為1 80毫米。
氧氣頂吹熔融還原爐是一種浸沒富氧頂吹熔池熔煉技術(shù)，其爐體為豎式圓筒形，內(nèi)襯耐火 材料襯里。氧氣噴槍從爐頂中心插入爐內(nèi)，噴槍頭部浸沒在熔池的熔渣層內(nèi)，熔煉工藝所需的 燃料、空氣及氧氣則通過噴槍噴入熔池。鐵礦石粉、熔劑等爐料從爐頂給料口加入，在噴槍噴 出的高速氣流作用下，熔池處于巨烈的攪動(dòng)狀態(tài)，物料在高溫、高湍流下迅速熔化并進(jìn)行強(qiáng)烈
的物理化學(xué)反應(yīng)。熔池的劇烈攪拌增大了爐渣層和金屬相與爐氣的接觸，強(qiáng)化了金屬鐵的還原 率。
氧氣頂吹熔融還原爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積?。粻t體不設(shè)風(fēng)口，依靠頂部插入的噴槍供風(fēng)，噴槍 能更換，操作方便；對(duì)爐料要求不嚴(yán)，對(duì)粒度要求也不高，用煤粒作為熔煉燃料；富氧的濃度 可在30% 99. 5%間調(diào)整，提高富氧濃度可使產(chǎn)量增加；氧氣壓力控制在O. 3 1Mpa，熔池反應(yīng) 溫度控制在145(TC 160(TC。氧氣頂吹熔煉技術(shù)的核心技術(shù)是噴槍，噴槍主要由粉煤管、氧氣 管、噴槍風(fēng)管和重油管組成。噴槍管由軟鋼和不銹鋼制成，噴槍末端是一個(gè)可更換的噴嘴，超 音速氧氣流通過噴嘴噴到熔池表面上，從而引起熔體內(nèi)產(chǎn)生回流運(yùn)動(dòng)，對(duì)熔池劇烈的攪動(dòng)，為 熔池內(nèi)氣液固三相的充分接觸提供有利條件，加速爐料的熔化和金屬還原的冶金過程。通過調(diào) 節(jié)噴槍風(fēng)量、氧量、煤量及噴槍的槍位，實(shí)現(xiàn)熔池物料的強(qiáng)烈攪拌，完成熔煉過程。
該工藝為連續(xù)進(jìn)料，熔鐵和熔渣則間斷放出。氧氣頂吹熔融還原煉鐵的煙氣經(jīng)過余熱鍋爐 換熱后送到后續(xù)工序。生產(chǎn)工藝控制主要是針對(duì)備料、氧氣頂吹熔融還原爐的工藝指標(biāo)進(jìn)行控 制。氧氣頂吹熔融還原爐的控制與調(diào)節(jié)全由DCS系統(tǒng)完成。熔煉時(shí)，只需對(duì)煤量、空氣量、氧 氣量、給料速度、富氧濃度進(jìn)行設(shè)定，就能實(shí)現(xiàn)氧氣頂吹熔融還原爐的熔煉。而操作人員只需 觀察爐內(nèi)熔體噴濺情況，定時(shí)對(duì)渣型渣樣進(jìn)行觀察分析，判斷爐子的熔煉狀況；并通過調(diào)節(jié)噴 槍高度、噴槍風(fēng)量、氧氣量來控制還原鐵的品位。穩(wěn)定的爐溫和穩(wěn)定的渣型是氧氣頂吹熔融還 原爐熔煉的關(guān)鍵參數(shù)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)①原料的靈活性
氧氣頂吹熔融還原煉鐵技術(shù)能夠使用多種類的含鐵爐料，包括無法通過燒結(jié)廠回收的廢棄 物，物料中的C、 CaO和MgO也得到利用，減少了鋼鐵生產(chǎn)的資源消耗。
燃料可包括從無煙煤到高揮發(fā)分煤(5%〈揮發(fā)分〈38%);焦粉；其它含碳物質(zhì)如橡膠碎
粉或者廢塑料粉術(shù)。
采用富氧頂吹技術(shù)使反應(yīng)溫度達(dá)到145(TC 160(rC左右，反應(yīng)速度快，反應(yīng)時(shí)間短，大大 提高了生產(chǎn)效率。
② 操作的靈活性:氧氣頂吹熔融還原煉鐵工藝技術(shù)的反應(yīng)速度靈活，可以使操作技術(shù)人員 根據(jù)需求來選擇生產(chǎn)強(qiáng)度，或者為降低成本變換原、燃料種類，尤其是在開、停爐和增、減量 生產(chǎn)方面容易控制。
③ 降低新建或者改造投資成本:氧氣頂吹熔融還原煉鐵工藝不需要煉焦?fàn)t、燒結(jié)廠和球團(tuán) 廠，明顯地降低了新鋼鐵廠總的投資成本，也降低了鋼鐵生產(chǎn)的運(yùn)行成本。
氧氣頂吹熔融還原煉鐵工藝可使用許多與高爐相同的設(shè)備，如鼓風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐、煤氣清洗 系統(tǒng)，水渣系統(tǒng)、原料系統(tǒng)和其他高爐的設(shè)施等，因此它可以充分利用原有設(shè)備，建在現(xiàn)有的 高爐煉鐵廠里。
④排出的煙氣量少，熱損失小，煙氣中S02的濃度增大，煙塵小，有利于S02的回收制酸， 防止了酸雨的形成。


圖l為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:將1 20mm的煤粒和爐料混合均勻，由進(jìn)料口一起加到爐內(nèi)，煤粒起到還原 FeA并生成金屬鐵及作為燃料提供熱量的作用。加料量15t./h ,氧壓0.5MPa ，氧氣流量 6.0m7min ,氧槍直徑108mm，氧利用率92%，煙氣中的S02: 17%，煙塵3%，煙氣經(jīng)過 濕法除塵后，送到制酸車間。
實(shí)施例2:將20 40mm的煤粒和爐料混合均勻，由進(jìn)料口一起加到爐內(nèi)，加料量20t/h ， 氧壓0. 7 MPa ,氧氣流量10mVmin，氧槍直徑108咖，氧利用率95%，氧氣中的S02: 21%， 煙塵1%，煙氣經(jīng)過濕法除塵后，送到制酸車間。
實(shí)施例3:將40 60 mm的粉煤和爐料混合均勻，由進(jìn)料口一起加到爐內(nèi)，加料量13t/h , 氧壓0.8MPa ，氧氣流量5.8 m7min ，氧槍直徑108腿，氧利用率94%，氧氣中的S02: 19 %，煙塵2.5%，煙氣經(jīng)過濕法除塵后，送到制酸車間。
權(quán)利要求
1、一種氧氣頂吹熔融還原煉鐵的方法，其特征在于氧氣噴槍從爐頂中心插入爐內(nèi)，噴槍頭部浸沒在熔池的熔渣層內(nèi)，熔煉工藝所需的燃料、空氣及富氧氧氣則通過噴槍噴入熔池，鐵礦石粉、熔劑等爐料從爐頂進(jìn)料口加入，在噴槍噴出的高速氣流作用下，熔池處于巨烈的攪動(dòng)狀態(tài)，氧氣頂吹熔融還原爐的煙氣經(jīng)過余熱鍋爐后換熱后送到后續(xù)工序。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氧氣頂吹熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的富氧的濃度可在30% 99. 5°/。間調(diào)整，氧氣壓力控制在O. 3 1Mpa，熔池反應(yīng)溫度控制在145(TC 1600 。C。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氧氣頂吹熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的進(jìn)料口的 加料量為10 100噸/小時(shí)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氧氣頂吹熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的氧氣流量 為5 15立方米/分鐘。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氧氣頂吹熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的噴槍由粉煤管、氧氣管、風(fēng)管和重油管組成，噴槍管由軟鋼和不銹鋼制成，噴槍末端裝有一個(gè)可更換 的噴嘴。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氧氣頂吹熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的噴槍的直 徑為100 400毫米。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氧氣頂吹熔融還原煉鐵的方法，其特征在于所述的爐料的粒 度為1 80毫米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧氣頂吹熔融還原煉鐵的方法，氧氣噴槍從爐頂中心插入爐內(nèi)，噴槍頭部浸沒在熔池的熔渣層內(nèi)，熔煉工藝所需的燃料、空氣及富氧氧氣則通過噴槍噴入熔池，鐵礦石粉、熔劑等爐料從爐頂進(jìn)料口加入，在噴槍噴出的高速氣流作用下，熔池處于巨烈的攪動(dòng)狀態(tài)，氧氣頂吹熔融還原煉鐵的煙氣經(jīng)過余熱鍋爐換熱后送到后續(xù)工序。氧氣頂吹熔融還原煉鐵采用的是一種浸沒式富氧頂吹熔池熔煉技術(shù)，其爐體為豎式圓筒形，內(nèi)襯耐火材料襯里。物料在高溫、高湍流的作用下迅速熔化并進(jìn)行強(qiáng)烈的物理化學(xué)反應(yīng)。采用富氧頂吹技術(shù)，其反應(yīng)溫度在1450℃以上，反應(yīng)速度快，反應(yīng)時(shí)間短，生產(chǎn)效率被極大的提高了。工藝技術(shù)的反應(yīng)速度靈活，降低了投資成本。
文檔編號(hào)C21B13/00GK101348842SQ200810058828
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月19日
發(fā)明者山 卿, 岳爭(zhēng)超, 華 王, 王仕博, 趙魯梅, 齊翼龍 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)