專利名稱：一種鐵礦石熔融還原低碳煉鐵和煉鋼工藝方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵的生產(chǎn)工藝，尤其涉及一種用鐵礦石熔融還原低碳煉鐵的生產(chǎn)工藝 方法和裝置及煉鋼工藝，屬鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為解決日益匱乏的焦煤資源問題和環(huán)保問題，冶金領(lǐng)域的科學(xué)家們在不斷探討 各種不用焦碳的煉鐵或煉鋼方法，如Itmk3 “第三代煉鐵法”日本神戶制鋼與美國米德 蘭(Midrex)公司聯(lián)合開發(fā)球團(tuán)燒結(jié)設(shè)備直接還原新工藝(Fastmet)，以天然氣為還原劑 的MIDREX、HYL法以及煤為還原劑的回轉(zhuǎn)窯法、豎爐法等。熔融還原主要是用非焦煤生 產(chǎn)鐵水_轉(zhuǎn)爐煉鋼流程工藝方法，主要有AUSIRON、HI SMELT, DIOS、ROMELT, CCF、AISI、 CLEANMELT、COREX, FINEX等，大多數(shù)熔融還原工藝還處于研發(fā)階段，COREX煉鐵工藝建 成了 6-7條生產(chǎn)線，在浦項(xiàng)、南非、印度等一些廠已經(jīng)運(yùn)行了十年以上，尤其是南非的 C0REX-2000，浦項(xiàng)的FINEXC0REX，中國寶鋼引進(jìn)的C0REX-3000。HISMELT工藝已經(jīng)開發(fā)成 熟，在澳大利亞昆納納建設(shè)了一座80萬噸的工廠，目前正在試運(yùn)行，SRV融熔還原爐礦粉需 用強(qiáng)力噴槍才能噴入熔池、存在投資大、傳熱效率低等問題。中國專利申請02116882. 2公開了一種煤-鐵礦微波還原-電爐直接煉鋼方法及 設(shè)備，這種方法生產(chǎn)效率低，難以規(guī)?；a(chǎn)；中國專利申請86105494公開了褐煤預(yù)還原 礦石直接煉鋼軋材，是將礦石先制成海棉鐵，再由電爐煉鋼，再軋成鋼材，能源利用效率和 生產(chǎn)效率低；中國專利申請200610040303. 1公開了用感應(yīng)爐直接煉鋼的方法，能耗高、生 產(chǎn)效率低；中國專利申請200610040696. 6公開了用鐵礦粉與無煙煤粉的混合料塊利用轉(zhuǎn) 爐直接煉鋼方法和中國專利申請200610040838. 9公開了用氧化鐵皮與無煙煤粉的混合料 利用電爐直接煉鋼方法以及中國專利申請87101210公開了一種鐵礦石直接煉鋼的方法是 指由鐵精礦、非焦煤和溶劑做成的未經(jīng)任何還原的冷固結(jié)球團(tuán)，加到現(xiàn)代工業(yè)煉鋼爐中煉 鋼的方法，這些方法的鐵礦石還原效率低，能耗高，生產(chǎn)效率低；中國專利申請92113519. X公開了用礦石直接煉鋼的方法及設(shè)備，是先將礦石用還原氣體還原成海棉鐵，然后將高 溫海綿鐵在與外界大氣隔離的情況下送入熔化室內(nèi)熔化，再加入造渣劑去除有害元素的方 法，能耗高，生產(chǎn)效率低，未見到產(chǎn)業(yè)化的報道。中國專利申請96104008. 4公開了一種公開了一種生產(chǎn)生鐵水的方法和裝置，把 煤直接供入冶金容器的渣中，渣上方有一氧槍燃燒煤氣，冶金容器頂部有一熔融旋流器，鐵 礦粉和氧氣噴入熔融旋流器旋轉(zhuǎn)的同時燃燒來子冶金容器的煤氣，產(chǎn)生的1600°C高溫把鐵 礦粉熔化沿著熔融旋流器的壁流入冶金容器被還原，熔融旋流器在鐵礦粉的強(qiáng)噴力下其耐 火材料的壽命很短是該設(shè)備的最大缺陷，至今未見應(yīng)用報導(dǎo)。中國專利申請86106417高爐連續(xù)煉鋼與制鋼生產(chǎn)的連續(xù)化，提出改進(jìn)高爐用純 氧和加壓氣化煤氣作燃料和還原劑直接煉成鋼的方法，未見到產(chǎn)業(yè)化的報道。中國專利申 請87104957. 0槽式爐連續(xù)煉鋼工藝及設(shè)備，設(shè)前爐、槽式爐和后爐的一種連續(xù)煉鋼工藝， 所用原料仍然是高爐鐵水，效率低，成本高。中國專利200810238696. 6公開一種含鐵物料連續(xù)煉鋼工藝方法及裝置，把煤粉和氧氣噴入到熔渣的中下部的鋼渣界面上，把轉(zhuǎn)底爐預(yù) 還原70-97% (金屬化率)900°C 1000°C的預(yù)還原金屬化球團(tuán)在渣中熔融和還原的工藝方 法和裝置，該工藝方法采用的是把轉(zhuǎn)底爐高溫預(yù)還原球團(tuán)加入熔煉爐實(shí)現(xiàn)連續(xù)煉鋼，但是 轉(zhuǎn)底爐熱損失高達(dá)20%，生產(chǎn)規(guī)模小，影響了全系統(tǒng)的熱效率，存在只能用于預(yù)還原球團(tuán)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種鐵礦石熔融還原低碳煉鐵裝置以 及煉鋼裝置。本發(fā)明的另一目的是提供一種鐵礦石熔融還原低碳煉鐵的生產(chǎn)工藝及煉鋼工藝 方法。本發(fā)明提出的鐵礦石熔融還原低碳煉鐵的工藝方法和裝置，直接生產(chǎn)出C含量 2. 2 2. 5%、磷含量< 0. 015%、硫含量< 0. 050%、硅含量< 0. 05%、錳含量< 0. 05%的 合格低碳鐵水。低碳鐵水經(jīng)本發(fā)明提出的煉鋼工藝和裝置生產(chǎn)出C含量0. 006 0. 020%, 磷含量< 0. 010%、硫含量< 0. 010%、硅含量< 0. 02%、錳含量< 0. 05%的合格鋼水供LF 或RH等精煉爐。本發(fā)明提出一種全新鐵礦石熔融還原低碳煉鐵工藝方法，即四層復(fù)合噴吹、四區(qū) 熔融還原技術(shù)。熔融還原爐內(nèi)首先形成厚渣和鐵水熔池，對熔融還原爐實(shí)施四層復(fù)合噴吹， 一層鐵水熔融還原爐底吹氧透氣磚噴吹區(qū)稱為熔池區(qū)(D區(qū))，D區(qū)爐底吹入的氧氣與含有 飽和碳的鐵水中的碳(C 4. 2-4. 5% )反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量輸送到上部鐵渣界面以上的終還原 E區(qū)，為FeO還原反應(yīng)提供熱量，反應(yīng)生產(chǎn)的CO攪動鐵水熔池使鐵水成分和溫度均勻，并生 產(chǎn)出C含量2. 2 2. 5%的低碳鐵水，低碳鐵水通過“乙型”出鐵口連續(xù)流入煉鋼爐，始終保 持熔融還原爐鐵水穩(wěn)定在一定的高度范圍；二層高壓碳氧槍噴吹區(qū)稱為終還原區(qū)(E區(qū))， 高壓碳氧槍向渣鐵界面同時噴入氧氣和蘭炭(或蘭碳粉)，控制碳氧比使15-35%的蘭炭 燃燒成C0，產(chǎn)生的熱量用于FeO還原反應(yīng)和把富余蘭炭加熱成1400°C以上高溫碳顆粒，在 熔池渣鐵界面以上0-0. 5m區(qū)域形成含有過飽和碳的鐵水及有大量高溫碳顆粒熔渣的終還 原E區(qū)；三層碳氧槍噴吹區(qū)稱為初還原區(qū)(F區(qū))，碳氧槍向離渣鐵界面以上0. 4-1. 2m處 同時噴吹蘭炭和氧氣，控制碳氧比使85-90%的蘭炭被燃燒生成CO和少量C02，E區(qū)的高溫 碳顆粒還原FeO產(chǎn)生的CO和剩余高溫碳顆粒向上運(yùn)動，直到碳氧槍噴吹區(qū)渣鐵界面以上 0. 4m-l. 2m區(qū)域即為初還原F區(qū)，F(xiàn)區(qū)產(chǎn)生的大量熱量通過高溫熔渣(1550-1600°C )不斷 向終還原E區(qū)輸送，為FeO還原反應(yīng)提供熱量；四層氧槍噴吹區(qū)稱為快速熔融區(qū)(G區(qū))， 氧槍向離渣鐵界面以上1. 0-1. 8m熔渣處噴入氧氣，離渣鐵界面以上1. 0-3. 5m區(qū)域即為快 速熔融G區(qū)，在G區(qū)氧氣把熔渣中的CO和剩余高溫碳顆粒90-98 %燃燒生產(chǎn)CO2,產(chǎn)生的 高熱量全部被高溫熔渣(1450-160(TC)高效吸收，不斷加入的鐵礦石塊或球團(tuán)(預(yù)熱到 1000-1200°C )被快速熔融成液態(tài)鐵氧化物，比重為4-4. 5%的液態(tài)鐵氧化物在熔渣中攜帶 大量熱量進(jìn)入初還原F區(qū)被還原，同時G區(qū)熔渣也把大量的熱量交換到初還原F區(qū)熔渣中， 為液態(tài)鐵氧化物的還原提供熱量。即自上而下形成快速熔融區(qū)、初還原區(qū)、終還原區(qū)和熔池 區(qū)四個區(qū)。經(jīng)預(yù)熱到1000-1200°c比重為1. 6-2. 0的鐵礦石塊(10_50mm)或氧化球團(tuán)，利用 高溫串罐加料設(shè)備加入到熔融還原爐快速熔融G區(qū)，在比重為1.2-2.0的熔渣中并被快速熔化成液態(tài)鐵氧化物(1400-145(TC )，比重為4-4. 5的液態(tài)鐵氧化物在G區(qū)被快速升溫 (1550-1600°C )進(jìn)入初還原F區(qū)被逐步還原，進(jìn)入E區(qū)被終還原和滲碳，生產(chǎn)出含有飽和碳 的鐵水(C含量4. 2-4.5%)進(jìn)入熔池，鐵水中的飽和碳與熔池底吹入的氧氣反應(yīng)生產(chǎn)出低 碳鐵水(C含量2. 2-2. 5%,1400-1450°C )，低碳鐵水由“乙形”出鐵口直接供煉鋼爐。低碳鐵水三級吹氧煉鋼工藝方法，即一級底吹氧，即“乙型”出鐵口底吹氧，熔融 還原爐D區(qū)C含量2. 2 2. 5%的低碳鐵水通過“乙型”出鐵口連續(xù)流入煉鋼爐的過程中， “乙型”出鐵口底部的吹氧透氣磚向低碳鐵水中弱吹氧，氧氣與鐵水中的碳反應(yīng)實(shí)施脫碳的 同時為“乙型”出鐵口中的鐵水提供熱量，防止鐵水在“乙型”出鐵口中發(fā)生凍結(jié)，保證“乙 型”出鐵口中的鐵水順利流入煉鋼爐；二級底吹氧，即煉鋼爐底吹氧透氣磚向流入煉鋼爐的 低碳鐵水中實(shí)施中吹氧，氧氣與鐵水中的碳反應(yīng)實(shí)施脫碳、提高鋼水溫度的同時產(chǎn)生的CO 攪拌鋼水，使鋼水的溫度和成分均勻；三級頂部強(qiáng)吹氧，即煉鋼爐頂吹氧槍吹氧，當(dāng)煉鋼爐 加入造渣劑時頂吹氧槍對鋼水渣面實(shí)施強(qiáng)吹氧，以達(dá)到快速化渣目的，當(dāng)煉鋼爐出鋼前如 果鋼水碳含量或溫度達(dá)不到出鋼要求(C含量0. 006 0. 020%、磷含量< 0. 010%、硫含量 < 0. 010%、硅含量< 0. 02%、錳含量< 0. 05%，溫度1600-1700°C )時，頂吹氧槍對鋼水渣 面實(shí)施強(qiáng)吹氧，以達(dá)到快速提高鋼水溫度和脫碳目的。名詞解釋四層復(fù)合噴吹是指熔融還原爐底吹氧透氣磚、高壓碳氧槍、碳氧槍和氧槍分別從 熔融還原爐的熔池底部和厚熔渣不同的高度，把煤氧或氧氣同時噴入鐵水熔池和厚熔渣不 同高度處，自上而下形成了四個加熱熔融還原區(qū)。四區(qū)熔融還原是指熔融還原爐內(nèi)自上而下形成高溫鐵礦石塊或球團(tuán)快速熔融區(qū) (G區(qū))、液態(tài)鐵氧化物初還原區(qū)(F區(qū))、FeO終還原區(qū)(E區(qū))和低碳鐵水熔池區(qū)(D區(qū))4 個區(qū)。三級吹氧低碳鐵水煉鋼是指“乙型”出鐵口底吹氧、煉鋼爐底吹氧、煉鋼爐頂吹氧 槍吹氧達(dá)到使低碳鐵水脫碳、造渣、脫硫、脫磷、提高鋼水溫度煉鋼的目的。弱吹氧是指“乙型”出鐵口底吹氧透氣磚的吹氧強(qiáng)度使鋼水液面稍微有氣泡冒 出，不出現(xiàn)涌泉式翻騰。中吹氧是指煉鋼爐底吹氧透氣磚的吹氧強(qiáng)度使鋼水液面或渣表面出現(xiàn)涌泉式翻 騰，但不出現(xiàn)大沸騰。頂部強(qiáng)吹氧是指頂吹氧槍由煉鋼爐頂部插到鋼渣面上強(qiáng)力吹氧，同轉(zhuǎn)爐煉鋼的 吹氧方式。頂部強(qiáng)吹氧在一個煉鋼周期只有二次，一次是前期加入造渣溶劑后強(qiáng)吹氧快速 化渣，熔融的鋼渣被頂吹氧槍強(qiáng)氧氣流濺飛到煉鋼爐的爐內(nèi)壁上，起到濺渣護(hù)爐保護(hù)爐內(nèi) 壁的作用；二次是出鋼前如果鋼水溫度或碳含量達(dá)不到要求則強(qiáng)吹氧脫碳或提高鋼水溫度。蘭炭人們也稱半焦，結(jié)構(gòu)為塊狀，粒度一般在3mm以上，最大不超過30mm，顏色呈 淺黑色。蘭炭的主要生產(chǎn)原料是侏羅紀(jì)弱粘煤和不粘煤塊，在60(TC左右低溫干餾燒制而 成，固定碳> 82%，揮發(fā)份< 4%，灰份< 6%，硫、磷< 0. 3%，水份< 10%。因本發(fā)明比較復(fù)雜、涉及步驟眾多，因此重點(diǎn)論述本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相區(qū)別的創(chuàng) 新部分。本發(fā)明未論述部分均可采用現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明提供一種鐵礦石熔融還原低碳煉鐵和煉鋼裝置。包括熔融還原爐(5)、高溫料加入系統(tǒng)、出渣口(9)、四層復(fù)合噴吹系統(tǒng)和三級吹氧煉鋼系統(tǒng)組成；熔融還原爐(5)上 部兩側(cè)爐壁與高溫料加入系統(tǒng)相連，頂部與煤氣出口(4)相連，熔融還原爐側(cè)壁安裝有出 渣口(9)、放鐵口(15)、四層復(fù)合噴吹系統(tǒng)，熔融還原爐(5)下部出鐵口與三級吹氧煉鋼系 統(tǒng)相連。優(yōu)選的，高溫加料系統(tǒng)依次包括串罐式布料器(6)、上料車(7)、軌道⑶；上料車 (7)運(yùn)行在軌道(8)上；優(yōu)選的，串罐式布料器(6)連接在熔融還原爐(5)上部的爐壁上。 優(yōu)選的本專業(yè)技術(shù)人員可根據(jù)爐子大小選擇1到6個串罐式布料器(6)安裝到熔融還原爐 (5)上部爐側(cè)壁。優(yōu)選的，串罐式布料器(6)安裝在上部爐側(cè)壁上時，其全部重量由鋼結(jié)構(gòu) 架支撐。優(yōu)選的，可在熔融還原爐(5)頂部爐蓋和側(cè)壁可同時安裝串罐式布料器(6)。煉 鋼爐通過“乙型”出鐵口(10)與熔融還原爐(5)相連；熔劑串罐式布料器(123)把造渣熔 劑加入到煉鋼爐；煉鋼爐(12)的頂部設(shè)有頂吹氧槍(121)，底部設(shè)有煉鋼爐底吹氧透氣磚 (127)；控制煉鋼爐煤氣出口(122)保持煉鋼爐(12)與熔融還原爐(5)壓力一致。優(yōu)選的， “乙型”出鐵口(10)的上部設(shè)有一密封蓋(11)，供維修用。優(yōu)選的，四層復(fù)合噴吹系統(tǒng)，自上而下依次包括氧槍(3)、碳氧槍(2)、高壓碳氧槍 (1)和熔融還原爐底吹氧透氣磚(14)。優(yōu)選的，所述熔融還原爐底吹氧透氣磚(14)，是可更換的，根據(jù)爐子的大小和冶煉 需要，本專業(yè)技術(shù)人員可選擇安裝3到18套，布置在鐵水熔池底部1/3或2/3半徑位置，或 其他合適的位置。優(yōu)選的，所述高壓碳氧槍(1)心部管道是氧氣、中部管道是蘭炭粉、外部管道是水 冷管、最外層是耐火材料，可插入熔渣中使用；或者是氧氣管道與蘭炭粉管道并列、外部管 道是水冷管、最外層是耐火材料，可插入熔渣中使用。優(yōu)選的，高壓碳氧槍(1)由出渣口(9) 以上的爐壁插入到熔渣中的鐵渣界面，是可更換的，根據(jù)爐子的大小和冶煉需要，本專業(yè)技 術(shù)人員可選擇安裝2到16支槍，布置在爐壁周圍合適的位置。優(yōu)選的，高壓碳氧槍與爐壁 成α角，α角為15 45度夾角。優(yōu)選的，所述碳氧槍(2)的心部管道是氧氣、中部管道是蘭炭粉、外部管道是水冷 管、最外層是耐火材料，可插入熔渣中使用；或者是氧氣管道與蘭炭粉管道并列、外部管道 是水冷管、最外層是耐火材料，可插入熔渣中使用。優(yōu)選的，碳氧槍(2)由出渣口(9)以上 的爐壁插入熔渣中離渣鐵界面0. 4-1. 2m處，是可更換的，根據(jù)爐子的大小和冶煉需要，本 專業(yè)技術(shù)人員可選擇安裝2到16支槍，布置在爐壁周圍合適的位置。優(yōu)選的，碳氧槍與爐 壁成β角，β角為20 55度夾角。優(yōu)選的，所述的氧槍(3)心部管道是氧氣、外部管道是水冷管、最外層是耐火材 料，可插入熔渣中使用。優(yōu)選的氧槍(3)由出渣口(9)以上的爐壁插入熔渣中離渣鐵界面 1. 0-1. 8m處，是可更換的，根據(jù)爐子的大小和冶煉需要，本專業(yè)技術(shù)人員可選擇安裝2到16 支槍，布置在爐壁周圍合適的位置。優(yōu)選的，氧槍與爐壁成Y角，Y角為35 70度夾角。優(yōu)選的，鐵礦石塊(5_50mm)可直接用于本工藝，小于5mm的鐵礦粉、氧化鐵皮、高 爐除塵灰、轉(zhuǎn)爐除塵灰、電爐除塵灰、燒結(jié)除塵灰等等含鐵物料均可生產(chǎn)成球團(tuán)，再經(jīng)改造 后的帶式焙燒機(jī)、或鏈篦機(jī)回轉(zhuǎn)窯、或豎爐等設(shè)備預(yù)熱到1000-1200°C，然后加入熔融還原 爐。優(yōu)選的，所述的三級吹氧煉鋼系統(tǒng)依次包括“乙型”出鐵口(10)、出鐵口吹氧透氣磚(13)、煉鋼爐(12)、頂吹氧槍(121)、煉鋼爐煤氣出口 (122)、熔劑串罐式布料器(123)、 煉鋼爐出渣口(124)、煉鋼爐出鋼口(125)、放鋼口 (126)和煉鋼爐底吹氧透氣磚(127)；煉 鋼爐通過“乙型”出鐵口(10)與熔融還原爐(5)相連；熔劑串罐式布料器(123)把造渣熔 劑加入到煉鋼爐；煉鋼爐(12)的頂部設(shè)有頂吹氧槍(121)，底部設(shè)有煉鋼爐底吹氧透氣磚 (127)；控制煉鋼爐煤氣出口(122)保持煉鋼爐(12)與熔融還原爐(5)壓力一致。優(yōu)選的， “乙型”出鐵口(10)的上部設(shè)有一密封蓋(11)，供維修用。優(yōu)選的，熔融還原爐(5)熔池區(qū)是圓柱形、熔渣區(qū)是圓臺形、熔渣上部空間是圓柱 形爐子；優(yōu)選的，熔渣上部空間的圓柱形體積是熔渣區(qū)圓臺形體積的3-7倍；在熔融還原爐 的底部設(shè)有放鐵口(15)，供大修時使用。優(yōu)選的，熔渣區(qū)的圓臺形是上大下小的圓臺型，上 表面的圓周直徑是下表面圓周直徑的1.5 5倍。優(yōu)選的，煉鋼爐(12)是圓柱形爐子。優(yōu)選的，熔融還原爐(5)外殼、“乙型”出鐵口(10)的外殼以及煉鋼爐(12)的外殼 均采用水冷爐壁結(jié)構(gòu)，使?fàn)t子壽命可達(dá)到20年以上。本發(fā)明提供一種鐵礦石熔融還原低碳煉鐵和煉鋼工藝，包括如下步驟1)熔融還原爐內(nèi)首先形成0. 8 1. Om深的鐵水熔池，鐵水熔池上面形成1. 5 2. Om厚熔渣；2)四層復(fù)合噴吹、四區(qū)熔融還原技術(shù)一層噴吹熔融還原爐底吹氧透氣磚向熔池底部吹入氧氣，氧氣與飽和鐵水中的 碳(C含量4. 2-4.3%)生成⑶，放出的熱量供鐵渣界面以上終還原區(qū)FeO還原反應(yīng)，并生 產(chǎn)出低碳鐵水(C含量2. 2-2. 3% )0二層噴吹高壓碳氧槍噴吹區(qū)把氧氣和蘭炭粉高壓噴入鐵水熔池中和渣鐵界面 上，控制碳氧比把15-35%的蘭炭粉燃燒成⑶，產(chǎn)生的熱量用于FeO反應(yīng)和把富余蘭炭粉 加熱成1400°C以上高溫碳顆粒，在熔池渣鐵界面以上0-0. 5m區(qū)形成過飽和碳的鐵水并有 1400 1450°C的高溫碳顆粒的終還原區(qū)(E區(qū))；三層噴吹碳氧槍向距渣鐵界面以上0. 4-1. 2m處同時噴入蘭炭粉和氧氣，控制碳 氧比把85-90%的蘭炭被燃燒生成CO和少量CO2，終還原區(qū)(E區(qū))的高溫碳顆粒還原FeO 產(chǎn)生的CO和剩余高溫碳顆粒向上運(yùn)動，碳氧槍噴吹區(qū)渣鐵界面以上0. 4m-l. 2m區(qū)域即為初 還原區(qū)(F區(qū))，初還原區(qū)(F區(qū))產(chǎn)生的大量熱量通過高溫熔渣(1550-160(TC)不斷向終 還原區(qū)(E區(qū))輸送，為FeO終還原反應(yīng)提供熱量；四層噴吹氧槍向熔渣上部距渣鐵界面1.0-1. 8m處噴入氧氣，熔渣中的CO和 高溫碳顆粒90-98%被氧氣燃燒生成CO2，產(chǎn)生的熱量被熔渣高效吸收，形成渣鐵界面以 上1.0-3. 5m區(qū)域?yàn)榭焖偃廴趨^(qū)(G區(qū))，快速熔化不斷加入的鐵礦石塊或球團(tuán)(預(yù)熱到 900-12000C )，鐵礦石塊或球團(tuán)被快速熔融成液態(tài)鐵氧化物，比重為4-4. 5%的液態(tài)鐵氧化 物在熔渣中攜帶大量熱量進(jìn)入初還原區(qū)(F區(qū))被還原，同時快速熔融區(qū)(G區(qū))熔渣也把 大量的熱量交換到初還原區(qū)(F區(qū))熔渣中，為液態(tài)鐵氧化物和FeO的還原提供熱量；3)經(jīng)預(yù)熱到1000-1200°C比重為1. 8 2. 0的粒度為10_50mm的鐵礦石塊或球團(tuán)， 以及造渣熔劑均采用高溫串罐加料設(shè)備加入到熔融還原爐快速熔融(G區(qū))的頂部，鐵礦石 塊或球團(tuán)在比重為1. 2 2. 0的熔渣中被快速熔化成1400 1500°C、比重為4-4. 5的液態(tài) 鐵氧化物，液態(tài)鐵氧化物在快速熔融區(qū)(G區(qū))被快速升溫至1550-1600°C，然后進(jìn)入初還原 區(qū)(F區(qū))并被逐步還原，進(jìn)入終還原區(qū)(E區(qū))被終還原和滲碳，生產(chǎn)出C含量4. 2-4. 5%的含飽和碳的鐵水；鐵水中飽和碳與熔池底吹氧反應(yīng)生產(chǎn)出低碳鐵水(C含量2. 2-2. 5%, 1400-1450°C)，低碳鐵水由“乙形”出鐵口直接供連續(xù)煉鋼爐；同時加入的熔劑造渣，對鐵 水脫硫、脫磷，渣堿度控制在1. 1 1. 3范圍內(nèi)，使鐵水中的硫、磷控制在S < 0. 050%, P < 0. 015%。4)當(dāng)熔融還原爐的厚渣達(dá)到2. 5-3. 5m厚時，停止加料3分鐘后開始出渣，渣厚到 達(dá)1. 6 2. Om厚時，停止出渣，繼續(xù)下一個周期的冶煉；5)三級吹氧低碳鐵水煉鋼工藝熔融還原爐得到的鐵水經(jīng)“乙型”出鐵口連續(xù)流入煉鋼爐，運(yùn)用三級吹氧低碳鐵水 煉鋼工藝進(jìn)行冶煉；一級底吹氧C含量2. 2 2. 5%的低碳鐵水通過“乙型”出鐵口連續(xù)流入煉鋼爐 的過程中，“乙型”出鐵口底部的吹氧透氣磚向低碳鐵水中弱吹氧，氧氣與鐵水中的碳反應(yīng) 實(shí)施脫碳，為“乙型”出鐵口中的鐵水提供熱量，防止鐵水在“乙型”出鐵口中發(fā)生凍結(jié)，保 證“乙型”出鐵口中的鐵水順利流入煉鋼爐；二級底吹氧煉鋼爐底吹氧透氣磚向流入煉鋼爐的低碳鐵水中實(shí)施中吹氧，氧氣 與鐵水中的碳反應(yīng)實(shí)施脫碳、提高鋼水溫度的同時產(chǎn)生的CO攪拌鋼水，使鋼水的溫度和成 分均勻；三級頂吹氧煉鋼爐頂吹氧槍吹氧，當(dāng)煉鋼爐加入熔劑時頂吹氧槍對鋼水渣面實(shí) 施強(qiáng)吹氧，以達(dá)到快速化渣目的，渣的堿度控制在3. 0 3. 5范圍內(nèi)，當(dāng)煉鋼爐出鋼前鋼水 碳含量和溫度達(dá)不到出鋼要求時，對鋼水渣面實(shí)施強(qiáng)吹氧，以達(dá)到快速提高鋼水溫度和脫 碳目的。6)出鋼達(dá)到出鋼要求的鋼水(C含量0.006 0.020 %、磷含量< 0.010%、硫含量 <0. 010%、硅含量<0. 02%、錳含量<0. 05%，溫度1600-1700°C)，經(jīng)煉鋼爐出鋼口出鋼。步驟1)所述的厚熔渣，是指熔融還原爐中鐵渣界面以上厚1. 5-3. 5米的熔渣。步驟2)所述的蘭炭可用優(yōu)質(zhì)煤粉(固定碳含量77%以上、硫磷盡量低)替代，或 用焦粉代替。優(yōu)選的，熔融還原爐產(chǎn)生的高溫爐氣經(jīng)旋風(fēng)除塵后(1400-1450°C )，用于預(yù)熱鐵 礦石塊或球團(tuán)到1000-1200°C ；煉鋼爐產(chǎn)生的煤氣用于軋鋼加熱爐或其它設(shè)備的燃料。所述的渣堿度，生產(chǎn)現(xiàn)場多采用二元堿度計算法，即CaCVSiO2的比值。優(yōu)選的，步驟2)所述高壓碳氧槍是用氮?dú)庾鳛檩d體，用0. 6-1. 2MPa的壓力的氮?dú)?把蘭炭粉高壓噴入鐵水熔池中和渣鐵界面上，同時噴入氧氣，控制碳氧比使15-35%的蘭炭 被燃燒成⑶。優(yōu)選的，蘭炭的噴入量為450-530公斤/噸鐵。優(yōu)選的，步驟2)所述碳氧槍是用氮?dú)庾鳛檩d體，用0. 4-0. 7MPa的壓力把蘭炭粉噴 入距渣鐵界面0. 4-1. 2m處熔渣中，同時噴入氧氣，控制碳氧比使85-90%的蘭炭被燃燒生 成CO和少量C02。優(yōu)選的，蘭炭的噴入量為120-200公斤/噸鐵。優(yōu)選的，步驟2)所述高壓碳氧槍和碳氧槍的心部管道是氧氣、外部管道是蘭炭 粉，或者是氧氣管道與蘭炭粉管道并列，外層有水冷管道保護(hù)，最外層是耐火材料。優(yōu)選的，步驟3)所述“乙形”出鐵口的底部吹氧透氣磚向“乙型”出鐵口(10)豎 直通道中的鐵水吹入氧氣，產(chǎn)生的熱量防止通道中的鐵水低溫凍結(jié)。
優(yōu)選的，步驟4)、步驟5)所述熔劑為生石灰、白云石、螢石等中的一種或幾種，熔 劑經(jīng)高溫加料系統(tǒng)按噸鐵水80-120公斤加入熔融還原爐內(nèi)，煉鋼爐熔劑是按噸鋼30-60公 斤加入。本發(fā)明的優(yōu)勢體現(xiàn)在(1)用蘭炭或煤粉作還原劑或燃料，不用焦炭，用塊狀鐵礦石或鐵礦石粉制成氧化 球團(tuán)經(jīng)預(yù)熱后直接冶煉出低碳鐵水，生產(chǎn)效率高，可與豎爐、鏈篦機(jī)回轉(zhuǎn)窯、帶式焙燒機(jī)等 高效設(shè)備相連接，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，綜合能耗低，生產(chǎn)成本低，節(jié)能減排效果顯著。(2)實(shí)現(xiàn)了把900 1200°C預(yù)熱的鐵礦石塊、或高溫氧化球團(tuán)等直接加入熔融還 原爐，余熱利用效率高，這一點(diǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的高爐_轉(zhuǎn)爐流程、COREX熔融還原煉鐵-轉(zhuǎn)爐流 程，Hismelt-轉(zhuǎn)爐流程，同時也優(yōu)于一些專利提出連續(xù)煉鋼或一步煉鋼方法。(3)本發(fā)明煉鐵設(shè)備簡單，與長流程煉鐵比設(shè)備和基建投資節(jié)省60%以上，節(jié)約 土地2/3以上，物流得到充分簡化，節(jié)能25%以上，減排約50%以上，易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù) 化和自動控制，爐子壽命可長達(dá)20年以上；3座500萬噸規(guī)模的改造后的帶式焙燒機(jī)或鏈 篦機(jī)回轉(zhuǎn)窯對應(yīng)6座(或3座)熔融還原爐可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)1000萬噸鋼，是鋼鐵冶金的一個革 命性工藝變革。


圖1是本發(fā)明的示意流程圖。其中1 高壓碳氧槍，2 碳氧槍，3 氧槍，4 煤氣 出口，5 熔融還原爐，6 串罐式布料器，7 上料車，8 軌道，9 出漁口，10 “乙型”出鐵口， 11 密封蓋，12 煉鋼爐，13 出鐵口吹氧透氣磚，14 熔融還原爐底吹氧透氣磚，15 放鐵口， 121 頂吹氧槍，122 煉鋼爐煤氣出口，123 熔劑串罐式布料器，124 煉鋼爐出渣口，125 煉 鋼爐出鋼口，126 放鋼口，127 煉鋼爐底吹氧透氣磚。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于此。實(shí)施例1 原料鐵礦塊，蘭炭；預(yù)熱設(shè)備豎爐。本發(fā)明的鐵礦石熔融還原低碳煉鐵設(shè)備，包括豎爐，高壓碳氧槍1，碳氧槍2，氧 槍3，煤氣出口 4，熔融還原爐5，串罐式布料器6，上料車7，軌道8，出渣口 9，“乙型”出鐵口 10，密封蓋11，出鐵口吹氧透氣磚13，熔融還原爐底吹氧透氣磚14，放鐵口 15和煉鋼爐12。 如圖1所示。串罐式布料器6、上料車7、軌道8依次相連；上料車7運(yùn)行在軌道8上，組成高溫 加料系統(tǒng)；串罐式布料器6與熔融還原爐5的爐側(cè)壁相連。氧槍3、碳氧槍2、高壓碳氧槍1和熔融還原爐底吹氧透氣磚14自上而下依次排 列。熔融還原爐底吹氧透氣磚14共6支，分別安裝在底部三分之二半徑圓周上，呈60 度均勻分布，是可更換的，3支吹氧，另3支備用。高壓碳氧槍1心部管道是蘭炭粉、外部管道是水冷管、最外層是耐火材料，可插入 熔渣中使用。高壓碳氧槍1由出渣口 9以上的爐壁插入熔渣中的鐵渣界面，是可更換的，安裝3支槍，布置在爐壁周圍合適的位置。高壓碳氧槍與爐壁成α角，α角為30度夾角。碳氧槍2的心部管道是氧氣、中部管道是蘭炭粉、外部管道是水冷管、最外層是 耐火材料，可插入熔渣中使用；碳氧槍2由出渣口 9以上的爐壁插入熔渣中離渣鐵界面 0.4-1. 2m處，選擇安裝3支槍，布置在爐壁周圍合適的位置。碳氧槍與爐壁成β角，β角 為35度夾角。氧槍3心部管道是氧氣、外部管道是水冷管、最外層是耐火材料，可插入熔渣中使 用。氧槍3由出渣口 9以上的爐壁插入熔渣中離渣鐵界面1.0-1. 8m處，安裝4支槍，布置 在爐壁周圍合適的位置。氧槍3與爐壁成Y角，Y角為50度夾角?！耙倚汀背鲨F口(10)的底部設(shè)有2支出鐵口吹氧透氣磚(13)，并列分布，一支吹氧，
另一支備用。熔融還原爐(5)熔池區(qū)是圓柱形、熔渣區(qū)是圓臺形、熔渣上部空間是圓柱形爐子； 熔渣上部空間的圓柱形體積是熔渣區(qū)圓臺形體積的4倍；在熔融還原爐的底部設(shè)有放鐵口 15，供大修時使用。熔渣區(qū)的圓臺形是上大下小的圓臺型，上表面的圓周直徑是下表面圓周 直徑的2倍。煉鋼爐(12)是圓柱形。煉鋼爐12包括頂吹氧槍121，煉鋼爐煤氣出口 122，熔劑串罐式布料器123，煉鋼 爐出渣口 124，煉鋼爐出鋼口 125，放鋼口 126，煉鋼爐底吹氧透氣磚127 ；煉鋼爐通過“乙型” 出鐵口與熔融還原爐5相連、熔劑串罐式布料器123把造渣熔劑加入到煉鋼爐，控制煉鋼爐 煤氣出口 122壓力保持煉鋼爐12與熔融還原爐5壓力一致。熔融還原爐5外殼、“乙型”出鐵口 10外殼以及煉鋼爐外殼均采用水冷爐壁結(jié)構(gòu)。熔融還原爐5內(nèi)首先行成1. Om深的鐵水熔池，鐵水熔池上面形成1. 6m厚渣；熔融還原爐底吹氧透氣磚向熔池噴吹氧氣與飽和鐵水中碳(C 4. 2-4. 3% )反應(yīng)， 產(chǎn)生的熱量輸送到上部鐵渣界面以上的終還原E區(qū)為FeO還原反應(yīng)提供熱量，生產(chǎn)的CO 攪動鐵水熔池使成分和溫度均勻，生產(chǎn)出C含量2. 2 2. 5%的低碳鐵水，D區(qū)低碳鐵水通 過“乙型”出鐵口連續(xù)流出，始終保持熔融還原爐中低碳鐵水在一定的高度范圍；高壓碳氧 槍向渣鐵界面同時噴入氧氣和蘭炭，控制碳氧比使15-35%的蘭炭燃燒成C0，產(chǎn)生的熱量 用于FeO還原反應(yīng)和把富余碳粉加熱成1400°C以上高溫碳顆粒，在熔池渣鐵界面上形成過 飽和碳的鐵水及有大量高溫碳顆粒的渣鐵界面以上0-0. 5m區(qū)域即為終還原E區(qū)；碳氧槍 向離渣鐵界面以上0. 4-1. 2m處同時噴吹蘭炭和氧氣，控制碳氧比使85-90%的蘭炭被燃燒 生成CO和少量C02，E區(qū)的高溫碳顆粒還原FeO產(chǎn)生的CO和剩余高溫碳顆粒向上運(yùn)動，直 到碳氧槍噴吹區(qū)渣鐵界面以上0. 4m-l. 2m區(qū)域即為還原F區(qū)，F(xiàn)區(qū)產(chǎn)生的大量熱量通過高 溫熔渣(1550-160(TC)不斷向終還原E區(qū)輸送，為FeO還原反應(yīng)提供熱量；氧槍向離渣鐵 界面以上1. 0-1. 8m熔渣處噴入氧氣，離渣鐵界面以上1. 0-3. 5m區(qū)域即為快速熔融G區(qū)， 在熔融G區(qū)氧氣把熔渣中的CO和剩余高溫碳顆粒90-98%燃燒生產(chǎn)C02，產(chǎn)生的高熱量全 部被高溫熔渣(1450-1650°C)高效吸收，快速熔化不斷加入的鐵礦石塊或球團(tuán)(預(yù)熱到 1000-1200°C )，鐵礦石塊或球團(tuán)被快速熔融成液態(tài)鐵氧化物，比重為4-4. 5%的液態(tài)鐵氧 化物在熔渣中攜帶大量熱量進(jìn)入還原區(qū)被還原，同時G區(qū)熔渣也把大量的熱量交換到還原 區(qū)熔渣中，為液態(tài)鐵氧化物和FeO的還原提供熱量。豎爐把鐵礦石塊(5_50mm、比重1. 6-2. 0)，由豎爐預(yù)熱到1000°C，通過上料車7和 高溫串罐式布料器6加入到熔融還原爐5中熔渣G區(qū)，在比重為1. 2-2. 0的熔渣中并被快速熔化成液態(tài)鐵氧化物(1400-1450°C )，比重為4-4. 5的液態(tài)鐵氧化物在G區(qū)被快速升溫 (1550-16000C )進(jìn)入還原F區(qū)被逐步還原，進(jìn)入E區(qū)被終還原和滲碳，生產(chǎn)出飽和碳的鐵 水(C含量4. 2-4.3%)，鐵水中的飽和碳與熔池底吹入的氧氣反應(yīng)生產(chǎn)出低碳鐵水(C含量 2. 2-2. 5%, Mn 0. 05%, P < 0. 015%, S < 0. 050%, Si < 0. 02%, 1400-1450°C )。當(dāng)熔融 還原爐的厚渣達(dá)到2. 5-3. 5m厚時，停止加料3分鐘后開始出渣，渣到達(dá)1. 6 2. Om厚時， 停止出渣，繼續(xù)下一個周期的冶煉。鐵礦石塊加入的同時按噸鐵100公斤向熔融還原爐加 入熔劑造渣，對鐵水脫硫、脫磷，渣堿度控制在1. 1 1. 3范圍內(nèi)。低碳鐵水由“乙形”出鐵口直接供煉鋼爐，運(yùn)用三級吹氧低碳鐵水煉鋼工藝進(jìn)行冶 煉；一級底吹氧C含量2. 2 2. 5%的低碳鐵水通過“乙型”出鐵口連續(xù)流入煉鋼爐 的過程中，“乙型”出鐵口底部的吹氧透氣磚向低碳鐵水中弱吹氧，氧氣與鐵水中的碳反應(yīng) 實(shí)施脫碳，為“乙型”出鐵口中的鐵水提供熱量，防止鐵水在“乙型”出鐵口中發(fā)生凍結(jié)，保 證“乙型”出鐵口中的鐵水順利流入煉鋼爐；二級底吹氧煉鋼爐底吹氧透氣磚向流入煉鋼爐的低碳鐵水中實(shí)施中吹氧，氧氣 與鐵水中的碳反應(yīng)實(shí)施脫碳、提高鋼水溫度的同時產(chǎn)生的CO攪拌鋼水，使鋼水的溫度和成 分均勻；三級頂吹氧煉鋼爐頂吹氧槍吹氧，熔劑串罐式布料器123把造渣熔劑加入到煉 鋼爐時頂吹氧槍對鋼水渣面實(shí)施強(qiáng)吹氧，以達(dá)到快速化渣目的，煉鋼爐熔劑是按噸鋼30-60 公斤加入，渣的堿度控制在3. 0 3. 5范圍內(nèi)，當(dāng)煉鋼爐出鋼前鋼水碳含量和溫度達(dá)不到出 鋼要求時，對鋼水渣面實(shí)施強(qiáng)吹氧，以達(dá)到快速提高鋼水溫度和脫碳目的；煉鋼爐底吹氧透氣磚127和頂吹氧槍121連續(xù)吹入氧氣對鐵水進(jìn)行脫硫、脫磷、脫 碳、提高溫度，煉出C含量0. 006 0. 020%、磷含量< 0. 010%、硫含量< 0.010%、硅含量 < 0. 02%、錳含量< 0. 05%，溫度1600-1700°C的合格鋼水供LF或RH等精煉爐。實(shí)施例2 原料鐵礦粉生產(chǎn)成球團(tuán)，焦粉，預(yù)熱設(shè)備鏈篦機(jī)回轉(zhuǎn)窯；本發(fā)明的直接熔融還原煉鐵設(shè)備，包括球團(tuán)制球設(shè)備、改造后的鏈篦機(jī)回轉(zhuǎn)窯， 熔融還原爐。制球設(shè)備把鐵礦粉制成球團(tuán)，鏈篦機(jī)回轉(zhuǎn)窯利用熔融還原爐煤氣把氧化球團(tuán) 加熱到1200°C的高溫加入到熔融還原爐。高壓碳氧槍1把焦粉高壓噴入鐵水熔池中，形成 過飽和碳的鐵水并有高溫碳顆粒的熔池界面終還原區(qū)，其他同實(shí)施例1。高壓碳氧槍1安裝6支槍，布置在爐壁周圍合適的位置。高壓碳氧槍與熔融還原 爐側(cè)壁成α角，α角為45度夾角。碳氧槍2是氧氣管道與煤粉管道并列、外部管道是水冷管、最外層是耐火材料，可 插入熔渣中使用。碳氧槍2安裝6支槍，碳氧槍與熔融還原爐側(cè)壁成β角，β角為20度 夾角。氧槍3心部管道是氧氣、外部管道是水冷管、最外層是耐火材料，可插入熔渣中使 用。氧槍3由出渣口 9以上的爐壁插入熔渣中離渣鐵界面1.4m處，安裝9支槍，布置在爐 壁周圍合適的位置。氧槍與熔融還原爐側(cè)壁成Y角，Y角為40度夾角。熔融還原爐(5)熔池區(qū)是圓柱形、熔渣區(qū)是圓臺形、熔渣上部空間是圓柱形爐子； 熔渣上部空間的圓柱形體積是熔渣區(qū)圓臺形體積的5倍；在熔融還原爐的底部設(shè)有放鐵口11，供大修時使用。熔渣區(qū)的圓臺形是上大下小的圓臺型，上表面的圓周直徑是下表面圓周 直徑的2. 5倍。實(shí)施例3:原料鐵礦粉50%，含鐵冶金粉塵50%，優(yōu)質(zhì)煤粉(硫磷盡量低，固定碳含量在 77%以上)，預(yù)熱設(shè)備改造后的帶式焙燒機(jī)；本發(fā)明的直接熔融還原煉鐵設(shè)備，包括球團(tuán)制球設(shè)備、改造后的帶式焙燒機(jī)，熔 融還原爐。高壓碳氧槍1安裝9支槍，布置在爐壁周圍合適的位置。高壓碳氧槍與熔融還原 爐側(cè)壁成α角，α角為15度夾角。碳氧槍2是氧氣管道與煤粉管道并列、外部管道是水冷管、最外層是耐火材料，可 插入熔渣中使用。碳氧槍2安裝9支槍，碳氧槍與熔融還原爐側(cè)壁成β角，β角為50度 夾角。氧槍3心部管道是氧氣、外部管道是水冷管、最外層是耐火材料，可插入熔渣中使 用。氧槍3由出渣口 9以上的爐壁插入熔渣中離渣鐵界面1. 6m處，安裝12支槍，布置在爐 壁周圍合適的位置。氧槍與熔融還原爐側(cè)壁成Y角，Y角為70度夾角。熔融還原爐(5)熔池區(qū)是圓柱形、熔渣區(qū)是圓臺形、熔渣上部空間是圓柱形爐子； 熔渣上部空間的圓柱形體積是熔渣區(qū)圓臺形體積的6倍；在熔融還原爐的底部設(shè)有放鐵口 11，供大修時使用。熔渣區(qū)的圓臺形是上大下小的圓臺型，上表面的圓周直徑是下表面圓周 直徑的3倍。含鐵冶金粉塵氧化鐵皮、高爐除塵灰、轉(zhuǎn)爐除塵灰、電爐除塵灰、燒結(jié)球團(tuán)除塵灰 等中的一種或幾種的混合粉。制球設(shè)備把鐵礦粉50%和含鐵冶金粉塵50%生產(chǎn)出球團(tuán)，改造后的帶式焙燒機(jī) 利用熔融還原爐煤氣把氧化球團(tuán)加熱到1200°C的高溫加入到熔融還原爐。其他同實(shí)施例 1。
權(quán)利要求
一種鐵礦石熔融還原低碳煉鐵和煉鋼裝置，包括熔融還原爐(5)、高溫料加入系統(tǒng)、出渣口(9)、四層復(fù)合噴吹系統(tǒng)和三級吹氧煉鋼系統(tǒng)組成；熔融還原爐(5)上部兩側(cè)爐壁與高溫料加入系統(tǒng)相連，頂部與煤氣出口(4)相連，熔融還原爐側(cè)壁安裝有出渣口(9)、放鐵口(15)、四層復(fù)合噴吹系統(tǒng)，熔融還原爐(5)下部出鐵口與三級吹氧煉鋼系統(tǒng)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的鐵礦石熔融還原低碳煉鐵裝置，其特征在于，高溫加料系統(tǒng)依 次包括串罐式布料器(6)、上料車(7)和軌道(8)；上料車(7)運(yùn)行在軌道(8)上；串罐式 布料器(6)安裝在熔融還原爐(5)頂部爐蓋上和上部側(cè)壁上。四層復(fù)合噴吹系統(tǒng)，自上而下 依次包括氧槍(3)、碳氧槍(2)、高壓碳氧槍(1)和熔融還原爐底吹氧透氣磚(14)；三級吹 氧煉鋼系統(tǒng)依次包括“乙型”出鐵口(10)、出鐵口吹氧透氣磚(13)、煉鋼爐(12)、頂吹氧槍 (121)、煉鋼爐煤氣出口(122)、熔劑串罐式布料器(123)、煉鋼爐出渣口(124)、煉鋼爐出鋼 口(125)、放鋼口 (126)和煉鋼爐底吹氧透氣磚(127)；煉鋼爐通過“乙型”出鐵口 (10)與熔 融還原爐(5)相連；熔劑串罐式布料器(123)把造渣熔劑加入到煉鋼爐；煉鋼爐(12)的頂 部設(shè)有頂吹氧槍(121)，底部設(shè)有煉鋼爐底吹氧透氣磚(127)；控制煉鋼爐煤氣出口(122) 保持煉鋼爐(12)與熔融還原爐(5)壓力一致。優(yōu)選的，“乙型”出鐵口(10)的上部設(shè)有一 密封蓋(11)，供維修用。
3.如權(quán)利要求1所述的鐵礦石熔融還原低碳煉鐵和煉鋼裝置，其特征在于，所述高壓 碳氧槍(1)心部管道是氧氣、中部管道是優(yōu)質(zhì)煤粉、外部管道是水冷管、最外層是耐火材 料；或者是氧氣管道與煤粉管道并列、外部管道是水冷管、最外層是耐火材料。優(yōu)選的，高壓 碳氧槍可選擇安裝2到16支槍，由出渣口(9)以上的爐壁插入熔渣中的鐵渣界面，高壓碳 氧槍與熔融還原爐側(cè)壁成α角，α角為15 45度夾角。
4.如權(quán)利要求1所述的鐵礦石熔融還原低碳煉鐵和煉鋼裝置，其特征在于，所述碳氧 槍(2)的心部管道是氧氣、中部管道是煤粉、外部管道是水冷管、最外層是耐火材料；或者 是氧氣管道與煤粉管道并列、外部管道是水冷管、最外層是耐火材料。優(yōu)選的，碳氧槍(2) 可選擇安裝2到16支槍，碳氧槍由出渣口(9)以上的爐壁插入熔渣中離渣鐵界面0.4-1. 2m 處，碳氧槍與熔融還原爐側(cè)壁成β角，β角為20 55度夾角。
5.如權(quán)利要求1所述的鐵礦石熔融還原低碳煉鐵和煉鋼裝置，其特征在于，所述的氧 槍(3)心部管道是氧氣、外部管道是水冷管、最外層是耐火材料。優(yōu)選的，氧槍(3)可選擇 安裝2到16支槍，由出渣口(9)以上的爐壁插入熔渣中離渣鐵界面1.0-1. 8m處，氧槍與熔 融還原爐側(cè)壁成Y角，Y角為35 70度夾角。
6.如權(quán)利要求1所述的鐵礦石熔融還原低碳煉鐵和煉鋼裝置，其特征在于，所述的熔 融還原爐(5)底部安裝有熔融還原爐底吹氧透氣磚(14)，其特征在于布置在鐵水熔池底部 1/3或2/3半徑位置。所述熔融還原爐底吹氧透氣磚(14)，是可更換的，可安裝3到18套。
7.如權(quán)利要求1所述的鐵礦石熔融還原低碳煉鐵和煉鋼裝置，其特征在于，熔融還原 爐(5)熔池區(qū)是圓柱形、熔渣區(qū)是圓臺形、熔渣上部空間是圓柱形爐子，熔渣上部空間圓柱 形體積是熔渣區(qū)圓臺形體積的3-7倍，圓臺形熔渣區(qū)上部直徑是下部直徑的1. 5 5倍。煉 鋼爐(12)是圓柱形爐子。熔融還原爐(5)外殼、“乙型”出鐵口 (10)外殼以及煉鋼爐(12) 外殼均采用水冷爐壁結(jié)構(gòu)。
8.一種鐵礦石熔融還原低碳煉鐵和煉鋼工藝，包括如下步驟1)熔融還原爐內(nèi)首先形成0. 8 1. Om深的鐵水熔池，鐵水熔池上面形成1. 5 2. Om的厚熔渣；2)四層復(fù)合噴吹、四區(qū)熔融還原技術(shù)一層噴吹熔融還原爐底吹氧透氣磚向熔池底部吹入氧氣，氧氣與飽和鐵水中的碳(C 含量4. 2-4. 3% )生成⑶，放出的熱量供鐵渣界面以上終還原區(qū)FeO還原反應(yīng)，并生產(chǎn)出低 碳鐵水(C含量2. 2-2. 3%)由“乙形”出鐵口直接供連續(xù)煉鋼爐。二層噴吹高壓碳氧槍噴吹區(qū)把氧氣和優(yōu)質(zhì)煤粉高壓噴入鐵水熔池中和渣鐵界面上， 控制煤氧比，把15-35 %的煤粉燃燒成C0，產(chǎn)生的熱量用于FeO反應(yīng)和把富余煤粉加熱成 1400°C以上高溫碳顆粒，在熔池渣鐵界面以上0-0. 5m區(qū)形成過飽和碳的鐵水并有1400 1450°C的高溫碳顆粒的終還原區(qū)(E區(qū))；三層噴吹碳氧槍向距渣鐵界面以上0. 4 1. 2m處同時噴入煤粉和氧氣，控制煤氧比 把85-90%的煤被燃燒生成CO和少量CO2，終還原區(qū)(E區(qū))的高溫碳顆粒還原FeO產(chǎn)生的 CO和剩余高溫碳顆粒向上運(yùn)動，碳氧槍噴吹區(qū)渣鐵界面以上0. 4m-l. 2m區(qū)域即為初還原區(qū) (F區(qū))，初還原區(qū)(F區(qū))產(chǎn)生的大量熱量通過高溫熔渣(1550-160(TC)不斷向終還原區(qū) (E區(qū))輸送，為FeO終還原反應(yīng)提供熱量；四層噴吹氧槍向熔渣上部距渣鐵界面1.0 1.8m處噴入氧氣，熔渣中的CO和高 溫碳顆粒90-98%被氧氣燃燒生成CO2,產(chǎn)生的熱量被熔渣高效吸收，形成渣鐵界面以上 1. 0-3. 5m區(qū)域?yàn)榭焖偃廴趨^(qū)(G區(qū))，快速熔化不斷加入900-1200°C的的鐵礦石塊或球團(tuán)， 鐵礦石塊或球團(tuán)被快速熔融成液態(tài)鐵氧化物，比重為4-4. 5%的液態(tài)鐵氧化物在熔渣中攜 帶大量熱量進(jìn)入初還原區(qū)(F區(qū))被還原，同時快速熔融區(qū)(G區(qū))熔渣也把大量的熱量交 換到初還原區(qū)(F區(qū))熔渣中，為液態(tài)鐵氧化物和FeO的還原提供熱量；3)經(jīng)預(yù)熱到1000-1200°C比重為1.8 2. 0的粒度為10_50mm的鐵礦石塊或球團(tuán)，以 及造渣熔劑均采用高溫串罐加料設(shè)備加入到熔融還原爐快速熔融(G區(qū))的頂部，鐵礦石塊 或球團(tuán)在比重為1. 2 2. 0的熔渣中被快速熔化成1400 1500°C、比重為4-4. 5的液態(tài)鐵 氧化物，液態(tài)鐵氧化物在快速熔融區(qū)(G區(qū))被快速升溫至1550-160(TC，然后進(jìn)入初還原區(qū) (F區(qū))并被逐步還原，進(jìn)入終還原區(qū)(E區(qū))被終還原和滲碳，生產(chǎn)出C含量4. 2-4. 5%的 含飽和碳的鐵水；鐵水中飽和碳與熔池底吹氧反應(yīng)生產(chǎn)出C含量2. 2-2. 5% ,1400-14500C 的低碳鐵水，低碳鐵水由“乙形”出鐵口直接供連續(xù)煉鋼爐；同時加入的熔劑造渣，對鐵 水脫硫、脫磷，渣堿度控制在1. 1 1. 3范圍內(nèi)，使鐵水中的硫、磷控制在S < 0. 050%，P < 0. 015%。4)當(dāng)熔融還原爐的厚渣達(dá)到2.5-3. 5m厚時，停止加料3分鐘后開始出渣，渣厚到達(dá) 1. 6 2. Om厚時，停止出渣，繼續(xù)下一個周期的冶煉；5)三級吹氧低碳鐵水煉鋼工藝熔融還原爐得到的鐵水經(jīng)“乙型”出鐵口連續(xù)流入煉鋼爐，運(yùn)用三級吹氧低碳鐵水煉鋼 工藝進(jìn)行冶煉；一級底吹氧C含量2. 2 2. 5%的低碳鐵水通過“乙型”出鐵口連續(xù)流入煉鋼爐的過 程中，“乙型”出鐵口底部的吹氧透氣磚向低碳鐵水中弱吹氧，氧氣與鐵水中的碳反應(yīng)實(shí)施 脫碳，為“乙型”出鐵口中的鐵水提供熱量，防止鐵水在“乙型”出鐵口中發(fā)生凍結(jié)，保證“乙 型”出鐵口中的鐵水順利流入煉鋼爐；二級底吹氧煉鋼爐底吹氧透氣磚向流入煉鋼爐的低碳鐵水中實(shí)施中吹氧，氧氣與鐵水中的碳反應(yīng)實(shí)施脫碳、提高鋼水溫度的同時產(chǎn)生的CO攪拌鋼水，使鋼水的溫度和成分均 勻；三級頂吹氧煉鋼爐頂吹氧槍吹氧，當(dāng)煉鋼爐加入熔劑時頂吹氧槍對鋼水渣面實(shí)施強(qiáng) 吹氧，以達(dá)到快速化渣目的，渣的堿度控制在3. 0 3. 5范圍內(nèi)，當(dāng)煉鋼爐出鋼前鋼水碳含 量和溫度達(dá)不到出鋼要求時，對鋼水渣面實(shí)施強(qiáng)吹氧，以達(dá)到快速提高鋼水溫度和脫碳目 的；所述出鋼要求為C含量0. 006 0. 020%、磷含量< 0. 010%、硫含量< 0. 010%、硅含 量< 0. 02%、錳含量< 0. 05%，溫度 1600-1700°C ；6)出鋼達(dá)到出鋼要求的鋼水，經(jīng)煉鋼爐出鋼口出鋼。
9.如權(quán)利要求8所述的鐵礦石熔融還原低碳煉鐵工藝，其特征在于，步驟2)所述高壓碳氧槍是用氮?dú)庾鳛檩d體，用0. 6-1. 2MPa的壓力的氮?dú)獍烟m炭粉高 壓噴入鐵水熔池中和渣鐵界面上，同時噴入氧氣，控制碳氧比使15-35%的蘭炭被燃燒成 ⑴。優(yōu)選的，蘭炭的噴入量為450-530公斤/噸鐵；步驟2)所述碳氧槍是用氮?dú)庾鳛檩d體，用0. 4-0. 7MPa的壓力把蘭炭粉噴入距渣鐵界 面0. 4-1. 2m處熔渣中，同時噴入氧氣，控制碳氧比使85-90%的蘭炭被燃燒生成CO和少量 C02。優(yōu)選的，蘭炭粉的噴入量為120-200公斤/噸鐵。
10.如權(quán)利要求8所述的鐵礦石熔融還原低碳煉鐵和煉鋼工藝，其特征在于，步驟3)和 步驟5)所述熔劑為生石灰、白云石、螢石等中的一種或幾種，熔劑經(jīng)高溫加料系統(tǒng)加入爐 內(nèi)，低碳煉鐵熔融還原爐熔劑按噸鐵水80-120公斤加入，煉鋼爐熔劑按噸鋼水30-60公斤 加入。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵礦石熔融還原低碳煉鐵和煉鋼工藝及裝置，熔融還原爐內(nèi)形成厚渣層的鐵渣熔池后，四層復(fù)合噴吹、四區(qū)熔融還原低碳煉鐵和三級吹氧連續(xù)煉鋼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了用鐵礦石熔融還原低碳煉鐵和連續(xù)煉鋼。本發(fā)明的生產(chǎn)率高，熱效率高，爐子壽命長，流程短，易于生產(chǎn)的連續(xù)化和自動控制，節(jié)省設(shè)備和基建投資，節(jié)約土地，節(jié)能減排。
文檔編號C21B13/14GK101956038SQ20101050040
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月9日
發(fā)明者董亞飛 申請人:董亞飛