專利名稱：利用富氧頂吹熔融還原高磷鐵礦制取低磷鐵水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用富氧頂吹熔融還原高磷鐵礦制取低磷鐵水的方法，屬于能源 與冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，現(xiàn)代化建設(shè)對(duì)鋼鐵的需求依然呈剛性狀態(tài)。高爐煉鐵經(jīng) 過(guò)幾百年的發(fā)展成為世界的主流工藝，然而其工藝流程長(zhǎng)、投資大、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重、操作 靈活性差、對(duì)入爐原料選擇性差，特別是焦煤資源的短缺和高爐系統(tǒng)的高能耗，阻礙了高爐 煉鐵的進(jìn)一步發(fā)展。如今，非高爐煉鐵技術(shù)迅猛發(fā)展，個(gè)別技術(shù)已日趨成熟并逐步工業(yè)化。在我國(guó)鐵礦儲(chǔ)量中，貧鐵礦占總儲(chǔ)量的98. 1 %。高爐對(duì)鐵礦的要求也比較高，使得 我國(guó)諸多貧鐵礦不能用于正常冶煉。然而當(dāng)今國(guó)際鐵礦石價(jià)格一路攀升，特別是2010年中 鋼協(xié)與三大礦山談判失敗，使得我國(guó)鋼鐵企業(yè)的生存更加困難，所以采用新冶煉技術(shù)開(kāi)發(fā) 我國(guó)現(xiàn)有的大量貧鐵礦迫在眉睫。我國(guó)鐵礦資源分布廣泛，成因類型多樣，貧礦多，富礦少，鐵礦床中共生組分多。在 已查明的1834處鐵礦中，總探明儲(chǔ)量為531. 4億噸，保有儲(chǔ)量為501. 2億噸，其中高磷鐵礦 石的保有儲(chǔ)量為74. 5億噸，占全國(guó)鐵礦總保有儲(chǔ)量的14. 86%。我過(guò)的高磷鐵礦石主要分 布于長(zhǎng)江流域的云南、四川、湖北、湖南、安徽、江蘇及華北的內(nèi)蒙古等地區(qū)，其分布廣、儲(chǔ)量 大，但其礦物組成復(fù)雜，磷礦物嵌布粒度細(xì)小，磷礦物與鐵礦物之間關(guān)系復(fù)雜，聯(lián)結(jié)力大，屬 于難選礦石。長(zhǎng)期以來(lái)，由于沒(méi)有開(kāi)發(fā)出理想的降磷方法而使得國(guó)內(nèi)現(xiàn)存的大量鐵礦資源 不能得以有效利用，致使某些礦山因含磷高而停止開(kāi)采。采用富氧頂吹熔融還原技術(shù)冶煉 高磷鐵礦已經(jīng)被試驗(yàn)驗(yàn)證具有較好的效果。可以利用熔融還原爐內(nèi)的強(qiáng)氧化性氣氛和磷氧 化物在爐渣中可以穩(wěn)定存在的特點(diǎn)脫磷，從而達(dá)到理想冶煉效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在此鐵礦資源日益惡化的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生，用于解決高爐煉鐵技術(shù)能耗 高、污染大、熱效率低以及我國(guó)大儲(chǔ)量貧鐵礦在高爐中難以冶煉的問(wèn)題。此工藝對(duì)原料要求 簡(jiǎn)單，不需煉焦、燒結(jié)、造球等工序，而且投資建設(shè)、操作成本低，對(duì)環(huán)境影響較小。本發(fā)明的目的是采用富氧頂吹熔融還原高磷鐵礦制取低磷鐵水。用氮?dú)庾鳛檩d氣 噴吹爐料從爐側(cè)進(jìn)入熔融還原爐，可以加強(qiáng)攪拌，改善反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件。同時(shí)對(duì)爐氣進(jìn)行除 塵、二次燃燒和余熱回收發(fā)電。本工藝發(fā)明不但可以直接利用普通煤粉作為冶煉還原劑，而 且可以有效利用高溫爐氣的余熱和化學(xué)能，在節(jié)能減排方面更加完善。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用以下技術(shù)方案一種利用富氧頂吹熔融還原高磷鐵礦 制取低磷鐵水的方法，其特征在于含有以下工藝步驟將爐料高磷鐵礦、白云石、石灰和還 原煤破碎；按照堿度R的范圍為1. 0 2. 0，內(nèi)配碳比C/0的范圍為0. 9 1. 3的工藝參數(shù) 配比混勻、預(yù)熱；由氮?dú)庾鳛檩d氣噴吹爐料從爐側(cè)進(jìn)入熔融還原爐；在富氧頂吹的條件下 生產(chǎn)磷含量相對(duì)較低的鐵水；其鐵水和爐渣則定期分別由出鐵口和排渣口放出；高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)除塵、二次燃燒；然后利用其余熱發(fā)電，并對(duì)出爐鐵水進(jìn)行爐外脫磷和脫硫。所述爐料粒度彡30mm。堿度R的表達(dá)式為 還原煤的加入量為m(COal)(C/0)x mipre) χLipe0(ore) χ 嘗 + [TFe - (0Fe0(ore)χ 署]χ /16
m(coal) = k·-
ac(coal)/\2上式中m (x)-x物質(zhì)的質(zhì)量；ω y (ζ) -ζ中y的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；k_針對(duì)熔融還原爐傳熱不同而產(chǎn)生的系數(shù)，煤粉在熔融還原爐中作還原劑，同時(shí) 也為發(fā)熱劑。熔融還原爐溫控制在1350 1550°C，其富氧頂吹的氧槍、熱交換器、除塵器、氣體 壓縮機(jī)的型號(hào)與熔融還原爐型號(hào)相匹配。發(fā)明的工藝步驟是將爐料高磷鐵礦、白云石、石灰和還原煤破碎；按照工藝參數(shù) 配比混勻、預(yù)熱；由氮?dú)庾鳛檩d氣噴吹爐料從爐側(cè)進(jìn)入熔融還原爐。在富氧頂吹的條件下生 產(chǎn)磷含量相對(duì)較低的鐵水，其鐵水和爐渣則定期分別由出鐵口和排渣口放出。高溫?zé)煔馔?過(guò)除塵、二次燃燒，然后利用其余熱發(fā)電。為得到低磷、硫鋼，對(duì)出爐鐵水進(jìn)行爐外脫磷和脫
硫ο本發(fā)明上述工藝步驟中的具體工藝參數(shù)為(1).爐料破碎的粒度為< 30mm;(2). 堿度R的范圍為1. 0 2. 0 ； (3).內(nèi)配碳比C/0的范圍為0. 9 1. 3 ； (4)反應(yīng)爐溫控制 在1350°C 1550°C ;(4).富氧的濃度、壓力和噴吹爐料的速度視熔融還原爐的型號(hào)和配礦 比而定。本發(fā)明的工藝流程如下在熔融還原爐熱啟動(dòng)之后，將預(yù)熱爐料由氮?dú)庾鳛檩d氣從側(cè)面噴吹進(jìn)入熔融還原 爐內(nèi)，控制氧槍為合理高度，開(kāi)始鼓吹富氧。在富氧的助燃下，煤粉供熱熔化爐料同時(shí)還原 高磷鐵礦。在熔融還原爐中，渣層下方為還原區(qū)，為煤粉還原高磷鐵礦的區(qū)域；渣層上方為 頂吹富氧造成的氧化區(qū)，在富氧的助燃下?tīng)t腔內(nèi)可燃?xì)怏w二次燃燒，以輻射和熱傳導(dǎo)的方 式傳送給熔融還原爐下部的渣層和鐵浴，維持反應(yīng)溫度。在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，煤粉中的C不僅作為還原劑，同時(shí)也作為發(fā)熱劑。其中提供熱 量的反應(yīng)主要有2C+02 = 2C0C0+02 = CO22H2+02 = 2H20高磷鐵礦在高溫下熔化并被還原，在下部還原區(qū)中磷鐵礦被還原的反應(yīng)主要有3Fe203+C0 = 2Fe304+C02Fe304+C0 = 3Fe0+C02
4^ Fe3O4 +CO = ^Fe + CO2Fe0+C0 = Fe+C023Fe203+H2 = 2Fe304+H20Fe304+H2 = 3Fe0+H20
-Fe3O4 +H2 =-Fe + H2O
4 3 4 2 4 2FeO+H2 = Fe+H206Fe203+C = 4Fe304+C022Fe304+C = 6Fe0+C022FeO+C = Fe+C02磷在渣鐵中的反應(yīng)有2Ca3 (PO4) 2+3Si02 = 3Ca2Si04+2P2052P205+10C = 4P+10C04P+502 = 2P2052 [P] +5 (FeO) = (P2O5) +5Fe(P2O5) +3 (FeO) = (3Fe0 · P2O5)(3Fe0 · P2O5) +3 (CaO) = (3Ca0 · P2O5) +3 (FeO)另外，在反應(yīng)過(guò)程中，爐料入爐進(jìn)行的噴吹和渣層中CO等氣體的產(chǎn)生將會(huì)引起熔 池強(qiáng)烈擾動(dòng)，增大渣鐵接觸面積以及加強(qiáng)二次燃燒熱傳導(dǎo)，大大改善熔融還原爐內(nèi)的反應(yīng) 動(dòng)力學(xué)條件。還原得出的鐵水在熔池底部，磷則形成穩(wěn)定化合物富集在爐渣中，定期排放鐵 水、扒渣。對(duì)出爐煙氣進(jìn)行除塵、二次燃燒和余熱回收發(fā)電。為得到低磷、硫鋼的產(chǎn)品，可以 對(duì)出爐鐵水進(jìn)行爐外脫磷和脫硫。本發(fā)明的有益效果采用富氧頂吹熔融還原技術(shù)冶煉高磷鐵礦具有以下優(yōu)點(diǎn)1)此技術(shù)用于解決高爐煉鐵技術(shù)能耗高、污染大、熱效率低以及我國(guó)大儲(chǔ)量貧鐵 礦在高爐中難以冶煉的問(wèn)題，而且此工藝工序簡(jiǎn)單，不需煉焦、燒結(jié)造球等工序，污染少，成 本低。直接利用普通煤粉、粉礦即可，更加節(jié)能。2)利用磷氧親和力高以及其化合物可以穩(wěn)定存在于爐渣中的特點(diǎn)，頂吹的富氧驅(qū) 動(dòng)磷在渣中富集，從而產(chǎn)得磷含量相對(duì)較低的鐵水。為在后續(xù)工序中得到低磷、硫鋼，甚至 超低磷、硫鋼，可以對(duì)出爐鐵水進(jìn)行進(jìn)一步爐外脫磷和脫硫。3)對(duì)出爐煙氣進(jìn)行除塵、二次燃燒和余熱回收發(fā)電，有效利用煙氣余熱及其化學(xué) 能。4)此工藝發(fā)明將有利于開(kāi)發(fā)我國(guó)大量?jī)?chǔ)存的高磷鐵礦資源，增強(qiáng)中國(guó)鋼鐵企業(yè)的 國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)可以使得我國(guó)鋼鐵企業(yè)擺脫對(duì)世界三大礦山的依賴和國(guó)際鐵礦價(jià)格的持 續(xù)追漲。


圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的一種利用富氧頂吹熔融還原高磷鐵礦制取低磷鐵水的方法的堿度 表達(dá)式為

R 范圍為 1.0 2.0。還原煤的加入量為m(coal) m(x)-x物質(zhì)的質(zhì)量；ω y (ζ) -ζ中y的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；k_針對(duì)熔融還原爐傳熱不同而產(chǎn)生的系數(shù)，煤粉在熔融還原爐中作還原劑，同時(shí) 也為發(fā)熱劑。C/0 范圍為 0. 9 1. 3。熔融還原爐溫控制在1350 1550°C，其富氧頂吹的氧槍、熱交換器、除塵器、氣體 壓縮機(jī)等型號(hào)與熔融還原爐型號(hào)相匹配。實(shí)施例1 將惠民鐵礦(TFe(% ) = 49. 01，F(xiàn)e0(% ) = 1. 36，Si02(% ) = 18. 99， Al2O3) = 5. 81,Mg0(% ) = 0. 23,Ca0(% ) = 0. 36,Ti02(% ) = 0. 28,S(% ) = 0. 038， P(% ) = 0.90)、熔劑和煤(C(% ) = 76. 43，灰分(％ ) = 15. 29，揮發(fā)份(％ ) = 7. 78, CaO(% ) = 1. 59，SiO2(% ) = 7. 80, S(% ) = 0. 35，P(% ) = 0. 050)粉破碎(彡 30mm)， 按照堿度為1. 1，配碳比C/0為1. 1的工藝參數(shù)配比混勻，由爐側(cè)噴吹進(jìn)入熔融還原爐，爐溫 控制在1450°C，在富氧頂吹的條件下得出的鐵水結(jié)果鐵的回收率達(dá)到86. 8%左右，生鐵 中磷含量為0. 32%，硫含量0. 1645%,由于其硫磷含量仍然偏高，所以在鐵水出爐后利用 其余氧化性氣氛繼續(xù)爐外脫磷，另外也需要對(duì)其進(jìn)行爐外脫硫，然后再送至煉鋼車間。富氧 和爐料預(yù)熱器、除塵器和氣體壓縮機(jī)等的型號(hào)與熔融還原爐型號(hào)相匹配。實(shí)施例2 上述原料相同，按照堿度為1. 1，配碳比C/0為1. 1的工藝參數(shù)配比混 勻，由爐側(cè)噴吹進(jìn)入熔融還原爐，爐溫控制在1400°C，在富氧頂吹的條件下得出的鐵水結(jié) 果鐵的回收率達(dá)到84. 3%左右，生鐵中磷含量為0. 23%，硫含量0. 07%，根據(jù)對(duì)鐵水的要 求決定是否進(jìn)行爐外脫磷和脫硫，然后送至煉鋼車間。
權(quán)利要求
一種利用富氧頂吹熔融還原高磷鐵礦制取低磷鐵水的方法，其特征在于含有以下工藝步驟將爐料高磷鐵礦、白云石、石灰和還原煤破碎；按照堿度R的范圍為1.0～2.0，內(nèi)配碳比C/O的范圍為0.9～1.3的工藝參數(shù)配比混勻、預(yù)熱；由氮?dú)庾鳛檩d氣噴吹爐料從爐側(cè)進(jìn)入熔融還原爐；在富氧頂吹的條件下生產(chǎn)磷含量相對(duì)較低的鐵水；其鐵水和爐渣則定期分別由出鐵口和排渣口放出；高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)除塵、二次燃燒；然后利用其余熱發(fā)電，并對(duì)出爐鐵水進(jìn)行爐外脫磷和脫硫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用富氧頂吹熔融還原高磷鐵礦制取低磷鐵水的方法， 其特征是所述爐料粒度< 30mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用富氧頂吹熔融還原高磷鐵礦制取低磷鐵水的方法，其特征是堿度R的表達(dá)式為 D CaO(%)+ MgO(%)K = - OSiO2(0Zo) + Al2O3(0Zo)
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用富氧頂吹熔融還原高磷鐵礦制取低磷鐵水的方法， 其特征是還原煤的加入量為m(COal)(C/0)x m(ore) χ \mFe0 (ore) x^ + [TFe - (0Fe0 {ore)>/16m(coal) - k·-ωε (coal)/12上式中m (x)-x物質(zhì)的質(zhì)量； y(Z)-Z中y的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；k_針對(duì)熔融還原爐傳熱不同而產(chǎn)生的系數(shù)，煤粉在熔融還原爐中作還原劑，同時(shí)也為 發(fā)熱劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用富氧頂吹熔融還原高磷鐵礦制取低磷鐵水的方法， 其特征是熔融還原爐溫控制在1350 1550°C，其富氧頂吹的氧槍、熱交換器、除塵器、氣 體壓縮機(jī)的型號(hào)與熔融還原爐型號(hào)相匹配。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了在富氧頂吹的條件下，用高磷鐵礦作原料、煤粉作還原劑、石灰石或白云石作熔劑生產(chǎn)鐵水。工藝步驟為將爐料高磷鐵礦、白云石、石灰和還原煤破碎；按照堿度R為1.0～2.0，內(nèi)配碳比C/O為0.9～1.3配比混勻、預(yù)熱；由氮?dú)庾鳛檩d氣噴吹爐料從爐側(cè)進(jìn)入熔融還原爐，在富氧頂吹的條件下生產(chǎn)磷含量相對(duì)較低的鐵水，其鐵水和爐渣定期分別由出鐵口和排渣口放出。高溫?zé)煔獬龎m、二次燃燒，利用余熱發(fā)電，并進(jìn)行爐外脫磷和脫硫。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)方法難以冶煉高磷鐵礦的難題，對(duì)原料要求簡(jiǎn)單，建設(shè)成本低，高溫爐氣的余熱和化學(xué)能可以得到有效充分利用，將有利于開(kāi)發(fā)我國(guó)大量?jī)?chǔ)存的高磷鐵礦資源，增強(qiáng)中國(guó)鋼鐵企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
文檔編號(hào)C21B11/00GK101914648SQ20101023773
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者卿山, 張竹明, 李幼靈, 李慧斌, 楊雪峰, 王 華 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)