專利名稱：一種以水煤漿為燃料的氧氣高爐煉鐵工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于黑色冶金領域。適用于高爐煉鐵流程，涉及一種使用水煤漿作為煉鐵燃料和還原劑的高爐煉鐵工藝。
背景技術：
目前我國卯％以上生鐵都是由高爐生產的，現(xiàn)行的傳統(tǒng)高爐是從爐頂裝入礦石和焦炭，同時從風口噴入熱風和煤粉。這種生產工藝有以下問題需要解決首先，高爐鼓風帶入大量
惰性氣體N2，爐身煤氣中CO所占比例不足40。/。，鐵礦石在爐身中還原不充分，大量FeO需要在高爐下部高溫區(qū)用碳直接還原，造成焦炭消耗量大，增加高爐焦比；其次，F(xiàn)eO與其他化合物從高爐爐身下部開始容易生成低熔點礦物，形成透氣性差的軟熔帶，容易造成懸料崩料等生產事故，降低高爐生產率；最后，傳統(tǒng)高爐必不可少的配套設施——熱風爐在生產過
程中排放出大量的C02及其他污染物，環(huán)境污染嚴重。
所謂氧氣高爐就是區(qū)別于傳統(tǒng)煉鐵高爐的叫法，它一般是指采用超高富氧鼓風(富氧率>40%)或全氧鼓風的一種冶煉方式，工業(yè)試驗和理論計算均表明氧氣高爐煉鐵工藝可以大幅度提高高爐生產率，降低高爐焦比，減少C02等污染物的排放。但當高爐鼓風采用超高富氧或全氧鼓風以后，爐缸理論燃燒溫度大幅度上升，爐腹煤氣量減少，使高爐產生'下熱上涼'現(xiàn)象，影響高爐順行。水煤漿是20世紀80年代出現(xiàn)的一種新型煤基流體燃料，國際上稱為CWM (Coal Water Mixture)或CWF (Coal Water Fuel)。水煤漿具有生產安全，便于燃燒、稱量和輸送的性質，同時所用原料——煙煤在我國的儲藏量豐富且價格便宜等優(yōu)點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是利用水煤漿代替煤粉應用于氧氣高爐煉鐵工藝中，解決傳統(tǒng)高爐生產工藝帶來的C02排放量大，污染嚴重，生產率不高等問題。
本發(fā)明利用全氧或超高富氧代替熱空氣鼓風，用水煤漿來代替噴吹煤粉，提高高爐生產率，生產高熱值煤氣，降低生產成本和煉鐵工藝對環(huán)境的不利影響。
一種以水煤漿為燃料的氧氣高爐煉鐵工藝，工藝過程如下
1)水煤漿氧氣高爐所用含鐵爐料與傳統(tǒng)高爐相差不大，可以為燒結礦、球團礦、塊礦或三者的任意組合；水煤漿氧氣高爐煉鐵用能源主要來源于氧氣和水煤漿，它們可提供噸鐵能耗的2/3到3/4，其余部分來自于焦炭，噸鐵焦炭用量在150 350kg/tHM;
2) 向高爐中鼓入常溫氧氣，氧氣用量為噸鐵200 400Nm3/tHM，富氧率在40%以上，最高可達到100%;
3) 從高爐風口噴吹水煤漿，水煤漿用量為200 450kg/tHM，要求水煤槳中煤和水的重量比大于7: 3，發(fā)熱值大于20MJ/kg。
4) 高爐煤氣經(jīng)除塵系統(tǒng)凈化處理及C02脫除裝置后，最后回收至煤氣罐儲備或經(jīng)預熱處理后從高爐爐身下部噴入高爐內，預熱溫度為700 100(TC，爐身煤氣循環(huán)量為100 500Nm3/tHM，循環(huán)煤氣成分為C02: 0 3%， CO: 30 70%, H2: 0 30%， N2: 0 10%，H20: 0 3%。
水煤漿氧氣高爐煉鐵工藝的主要設備包括上料系統(tǒng)、高爐重力除塵器、高爐布袋除塵器、煤氣加壓裝置，C02脫除裝置、煤氣預熱裝置、制氧設備及水煤漿制備及輸送設備。
水煤漿氧氣高爐的裝料方式相比傳統(tǒng)高爐不變，但從風口噴入的是富氧率在40 100%的空氣以及水煤漿，根據(jù)生產條件的不同，每冶煉lt生鐵耗氧量為200 500Nm3，水煤槳用量為200 450kg。為保證高爐順行，水煤漿氧氣高爐所用水煤漿要求煤和水的重量比要大于7:3，水煤漿熱值要高于20MJ/kg。從高爐風口噴入常溫氧氣以后，高爐理論燃燒溫度升高，煤氣量減少，造成高爐爐缸區(qū)域熱量過多而爐身部位熱量不足。而風口噴入常溫氧氣和水煤漿后，水煤漿中的煤粉揮發(fā)、分解燃燒，同時其中的水分也會蒸發(fā)并與熾熱的焦炭發(fā)生水煤氣
反應，反應式如下
C + 02 =CO
以上兩個反應都是強吸熱反應，可以有效解決氧氣高爐'下熱'的問題，反應產生的大量CO和H2，部分補償由于取消N2入爐而帶來的爐缸煤氣量減少、爐身部位熱量不足的問題。同時由于無N2入爐，還原性氣體濃度由普通高爐的40%左右變?yōu)榻咏?00% (H2+CO)，還原性強的H2所占比例與傳統(tǒng)高爐相比也有很大提高，從而增強了爐內煤氣的還原能力。
3^203 + CCK H2) — 2Fe3。4 + C。2( H20 )Fe3。4 +Q9(H2) —3尸eO + C。2(H20)FeO + OX H2) — Fe + C。2( H2)為進一步解決氧氣高爐爐身部位煤氣量不足，熱量不夠的現(xiàn)象，可以在高爐爐身下部設一排風口，將部分爐頂煤氣脫除CO2以及水分以后加熱到700 100(TC，從爐身下部風口噴入高爐內部，徹底解決高爐爐身熱量不足，還原不充分的問題。這樣水煤漿氧氣高爐爐身還原條件與直接還原豎爐相似，鐵礦石的間接還原度大幅度提高，直接還原度降低，高爐內的冶煉過程大大改善。使用水煤漿氧氣高爐煉鐵工藝主要有以下特點
1) 氧氣高爐爐頂煤氣由CO、 H2、 C02、 H20和少量N2組成，其熱值比傳統(tǒng)高爐高一倍以上(大于7000kJ/m3)，并且高爐煤氣量可通過改變噴吹水煤漿的量而大幅度調節(jié)。它可以做為加熱爐燃料用氣，也可用來發(fā)電，在脫濕和脫除C02以后還可做為化工用氣。
2) 水煤漿的主要原料為煙煤，它儲藏量豐富，價格便宜，可很好替代資源少、價格高的無煙煤和煉焦煤。
3) 水煤漿是一種新型煤基潔凈環(huán)保燃料，它便于制備，不易發(fā)生自燃、爆炸等安全事故,相比粉體來說它又容易輸送和控制，計量準確。
4) 大大減輕環(huán)境污染、滿足環(huán)保要求并且能夠提供高熱值煤氣。水煤漿氧氣高爐取消了熱風爐，可減少CO2排放量200 500m"tHM，消除了高溫下生成的氮氧化物對空氣的污染，高爐煤氣中不含N2，有效提高了煤氣的熱值。
5) 高爐生產率大幅度提高，技術經(jīng)濟指標得到改善，冶煉過程得到全面優(yōu)化，冶煉效率提高，高爐利用系數(shù)提高30%以上；
6) 煤氣中CO分壓較高，降低碳的溶損，焦炭可保持好的高溫強度，高反應性的焦炭或型焦可能會獲得應用。同時抑制了爐缸中Si、 Ti、 K、 Na等合金元素還原及其對高爐冶煉的危害。


圖1氧氣高爐噴吹水煤漿工藝流程示意圖。
l一高爐本體；2 —加壓裝置；3 — C02脫除裝置；4一預熱裝置；具體實施方式
實施例l
理論計算表明，在氧氣高爐上使用75%、 15%的球團礦和10%的塊礦作為入爐原料，并從風口噴入水煤漿、鼓入純氧，其生產技術指標如下所示水煤漿用量200kg/tHM氧氣消耗量289m3/tHM焦比376kg/tHM爐身循環(huán)煤氣量278m3/tHM
爐身循環(huán)煤氣成分H2: 21.37%CO: 77.91%N2: 0.72%爐腹煤氣成分H2: 23.51%CO: 75.77%N2: 0.72%爐腹煤氣量1113m3/tHM理論燃燒溫度2050°C爐頂煤氣量1552m3/tHM
爐頂煤氣成分H2: 8.86% CO: 33.34% C02: 48.72% H20: 8.4% N2: 0.68%。實施例2
理論計算表明，在氧氣高爐上使用75%、 15%的球團礦和10%的塊礦作為入爐原料，并從風口噴入水煤漿、鼓入純氧，其生產技術指標如下所示-水煤漿用量250kg/tHM氧氣消耗量311m3/tHM焦比350kg/tHM爐身循環(huán)煤氣量280m3/tHM
爐身循環(huán)煤氣成分H2: 21.64% CO: 77.64% N2: 0.72%爐腹煤氣成分H2: 26.23% CO: 73.05% N2: 0.72%爐腹煤氣量1139m3/tHM理論燃燒溫度204 rc爐頂煤氣量1576m3/tHM
爐頂煤氣成分H2: 8.93% CO: 33.20% C02: 48.56% H20: 8.60% N2: 0.71%。實施例3
理論計算表明，在氧氣高爐上使用75%、 15%的球團礦和10%的塊礦作為入爐原料，并從風口噴入水煤漿、鼓入純氧，其生產技術指標如下所示-水煤漿用量300kg/tHM氧氣消耗量334m3/tHM焦比298kg/tHM爐身循環(huán)煤氣量281m3/tHM
爐身循環(huán)煤氣成分H2: 21.77% CO: 77.50%N2: 0.73%爐腹煤氣成分H2: 27.41% CO: 71.86%N2: 0.73%爐腹煤氣量1151m3/tHM理論燃燒溫度204rc爐頂煤氣量1598m3/tHM
爐頂煤氣成分H2: 8.95% CO: 33.02% C02: 48.72%H20: 8.61% N2: 0.70%。
權利要求
1.一種以水煤漿為燃料的氧氣高爐煉鐵工藝，其特征是工藝過程如下1)含鐵爐料和傳統(tǒng)高爐相比無變化，焦炭作為部分燃料與含鐵爐料一起從爐頂加入高爐，焦炭用量在150～350kg/tHM；2)取消熱風爐，向高爐爐缸風口鼓入常溫氧氣并噴吹水煤漿；3)在爐身下部設一排鼓風風口，噴吹部分脫除CO2并加熱以后的爐頂煤氣，噴吹量為100～500Nm3/tHM，循環(huán)煤氣溫度為700～1000℃，循環(huán)煤氣成分為CO20～3％，CO30～70％，H20～30％，N20～10％，H2O0～1％。
2.如權利要求1所述一種以水煤漿為燃料的氧氣高爐煉鐵工藝，其特征是水煤漿用量 為200 450kg/tHM，要求水煤槳中煤和水的重量比大于7: 3，水煤漿熱值要求大于20MJ/kg; 氧氣用量為200 500Nm3/tHM，富氧率控制在40 100%;高爐理論燃燒溫度控制在2000 2200°C;高爐產量提高l/3 l/2，同時產生高熱值7000 8000kJ/Nn^煤氣，C02排放量降低 200 500m3/tHM。
3.如權利要求1或2所述一種以水煤漿為燃料的氧氣高爐煉鐵工藝，其特征是水煤漿氧 氣高爐煉鐵工藝的設備包括上料系統(tǒng)、高爐重力除塵器、高爐布袋除塵器、煤氣加壓裝置， C02脫除裝置、煤氣預熱裝置、制氧設備及水煤漿制備及輸送設備。
全文摘要
本發(fā)明屬于黑色冶金領域。涉及一種使用水煤漿作為煉鐵燃料和還原劑的高爐煉鐵工藝，水煤漿工藝簡單、安全，噴吹過程中便于精確控制和準確計量。水煤漿氧氣高爐利用常溫氧氣和水煤漿噴吹入高爐來代替部分焦炭和煤粉，氧氣鼓入量為200～500Nm³/tHM，水煤漿噴入量在200～400Nm³/tHM，要求水煤漿中煤和水的重量比大于7∶3，水煤漿熱值要求大于20MJ/kg。水煤漿在高爐風口循環(huán)區(qū)分解、燃燒并發(fā)生水煤氣反應，所吸收的熱量可解決氧氣高爐冶煉帶來的‘下熱’問題；水煤漿分解、燃燒產生的大量煤氣上升，可緩解高爐全氧噴吹帶來的‘上涼’問題。水煤漿氧氣高爐中含有豐富的H₂，可改善高爐煤氣的穿透能力和還原性能，提高了高爐的間接還原度，降低CO₂排放量200～500Nm³/tHM。本發(fā)明降低了生產成本、減少了環(huán)境污染。
文檔編號C21B5/00GK101555533SQ200910084740
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權日2009年5月22日
發(fā)明者國宏偉, 左海濱, 張建良, 楊天均, 豪 郭, 陳永星 申請人:北京科技大學