CN102399922A - 高炉炼铁方法 - Google Patents
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Abstract
一种高炉炼铁方法，它包括以下步骤：1）高炉炉料准备：A、制备烧结矿；B、制备球团矿；C、转底炉生产含碳球团；2）高炉冶炼。与现有技术相比，本发明具有在保证高炉的入炉品位和冶炼稳定的前提下，生产成本较低的特点。
Description
技术领域
本发明属于高炉冶金领域，具体涉及一种高炉炼铁方法。
背景技术
高炉炼铁生产是冶金工业最主要的环节，高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构，矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出，高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。高炉冶炼目的是将矿石中的铁元素提取出来，生产出来的主要产品为铁水，副产品有水渣、矿渣棉和高炉煤气等。
目前，随着国内普通铁矿石的供应量紧张，且价格也逐渐攀升，大量使用普通铁矿将明显增加炼铁的生产成本；此外，钢铁企业排入大气中二氧化硫的90%（不包括自备电厂的企业）来自烧结厂，因此，减少烧结厂的二氧化硫排放是钢铁企业环境治理的重中之重，加快实施烧结烟气脱硫是钢铁工业环境治理急需解决的重要问题，钢铁厂用于脱硫的费用已经严重加大了生铁的成本。而我国钒钛磁铁矿床分布广泛，储量丰富，储量和开采量居全国铁矿的第三位，已探明储量98.3亿吨，远景储量达300亿吨以上，主要分布在四川攀枝花地区、河北承德地区、陕西汉中地区、湖北郧阳、襄阳地区、广东兴宁及山西代县等地区。其中，攀枝花地区是我国钒钛磁铁矿的主要成矿带，也是世界上同类矿床的重要产区之一，南北长约300km，已探明大型、特大型矿床7处，中型矿床6处。
虽然现有技术的高炉炼铁方法也有将钒钛磁铁精矿加在高炉炉料中以降低生产成本，如：中国专利号为ZL 200810301134.1，授权公告日为2010年8月25日，发明创造名称为“高炉炼铁方法”，该专利涉及一种高炉炼铁方法，包括制备烧结矿步骤、制球团步骤和高炉冶炼步骤，其中，制备烧结矿：烧结矿原料含有如下重量配比的组分，钒钛磁铁精矿35-50%、普通铁矿30-45%、燃料及熔剂20%；制球团矿：将钒钛磁铁精矿制成球团矿；高炉冶炼：高炉炉料含有如下重量配比的组分为：制各而得的烧结矿60-65%、钒钛磁铁精矿球团矿25-35%、普通铁矿5-10%，其中，所述的普通铁矿均为不含钒钛矿的铁矿石；但是高炉炼铁生产铁水的成本仍然较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种在保证高炉的入炉品位和冶炼稳定的前提下，生产成本较低的高炉炼铁方法。
为实现本发明目的，所用的技术方案是：一种高炉炼铁方法，它包括以下步骤：
1）高炉炉料准备：
A、制备烧结矿：烧结矿包括以下占烧结矿总质量的质量百分比的组分：钒钛磁铁精矿52%~57%，普通铁矿25%~30%，燃料及熔剂18%；最后在烧结矿中加入烧结矿总质量0.01%~0.03%的尿素溶液；
B、制备球团矿：将钒钛磁铁精矿制成粒径为13~14mm的球团矿；
C、转底炉生产含碳球团：转底炉生产的含碳球团包括以下含碳球团占总质量的质量百分比的组分：烧结成品灰20%~25%，烧结机尾灰10%~15%，球团灰12%~16%，瓦斯泥35%~40%和槽下灰5%~10%；所述的转底炉生产的含碳球团时，造球的粘结剂包括膨润土和炼焦沥青，所述的炼焦沥青被磨成小于100目的沥青粉之后和膨润土一起加入到含碳球团的原料中；
将上述制备的原料按以下占高炉炉料总质量的质量百分比混合：烧结矿43%~48%，钒钛磁铁精矿球团矿36%~40%和转底炉生产的含碳球团16%~20%；
2）高炉冶炼：
将步骤1）中制备得到的高炉炉料通过串罐式无料钟炉顶输入高炉内部；
工作时，通过热管换热器利用热风炉烧炉排放的高温烟气对热风炉烧炉用的高炉煤气、焦炉煤气和助燃空气进行预热，再将经过预热的高炉煤气、焦炉煤气和助燃空气均输入热风炉进行烧炉，进而得到高温热风，并将石灰石熔剂粉末与高温热风混合之后，通过风口喷吹到高炉的炉膛内，同时，将煤比150 kg/t的煤粉通过串罐多支管路喷吹烟煤系统喷吹进入炉膛。
所述的普通铁矿为不含钒钛矿的铁矿石。
与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：
（1）由于本发明通过优化炉料结构来提高钒钛磁铁矿以及冶金废料（烧结成品灰、烧结机尾灰、球团灰、瓦斯泥和槽下灰）的使用比例，使得资源得到了充分的利用，还有效提高了铁水含钒量，降低了生产成本；
（2）由于本发明通过在风口喷入石灰石熔剂粉末，利用风口前理论燃烧温度的富余能力补偿溶剂分解所消耗的热量，达到了节约焦炭的目的，同时，也可以节约所消耗的碳素，降低了生产成本，具有显著的经济效益；
（3）由于本发明在烧结矿原料中配加尿素溶液达到脱硫的目的，尿素溶液可在烧结过程中分离出氨气，氨气与烧结过程中所释放出的硫氧化物进行反应产生硫酸铵盐，而硫酸铵盐会被静电集尘器捕集，再会被集尘灰水洗系统将硫的成分从烧结的过程中分离出来，与现有技术的烟气脱硫方法相比，无需增加特殊的设备，故投资费用大幅度减少，而尿素非常常见的市售商品，价格又非常的低，进而使得铁水的生产成本大幅降低；同时产生的硫酸铵可作为化肥或化工原料使用，无二次污染，可进一步降低铁水的生产成本；
（4）由于本发明的高炉煤气、焦炉煤气和助燃空气均经过高温烟气余热的预热，则可以提供热效率，进而减低能耗，降低铁水的生产成本。
作为改进，所述的高炉的炉顶设有高炉煤气余压透平发电装置，高炉煤气余压透平发电装置的英文名称为Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，简称为TRT，则高炉煤气余压透平发电装置可以将高炉炉顶的炉压转发为电能，电能可用于其它设备或并入电网销售，进而进一步降低铁水的生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施实例说明，但本发明不限于以下具体实施实例。
实施例1
1）高炉炉料准备：
A、制备烧结矿：烧结矿包括以下占烧结矿总质量的质量百分比的组分：钒钛磁铁精矿55%，普通铁矿27%，燃料及熔剂18%；最后在烧结矿中加入烧结矿总质量0.02%的尿素溶液，具体是在烧结矿制成后再加入烧结矿总质量0.02%的尿素溶液，其中，普通铁矿为不含钒钛矿的铁矿石，本实施例选用国产的磁铁矿；尿素溶液可在烧结过程中分离出氨气，并与烧结过程中所释放出的硫氧化物进行反应产生硫酸铵盐，然后以静电集尘器捕集硫酸铵盐，再以集尘灰水洗系统将硫酸铵盐从烧结的过程中分离出来；
B、制备球团矿：将钒钛磁铁精矿制成粒径为13~14mm的球团矿；
C、转底炉生产含碳球团：转底炉生产的含碳球团包括以下含碳球团占总质量的质量百分比的组分：烧结成品灰24%，烧结机尾灰14%，球团灰15%，瓦斯泥38%和槽下灰9%；所述的转底炉生产的含碳球团时，造球的粘结剂包括膨润土和炼焦沥青，所述的炼焦沥青被磨成小于100目的沥青粉之后和膨润土一起加入到含碳球团的原料中；
将上述制备的原料按以下占高炉炉料总质量的质量百分比混合：烧结矿44%，钒钛磁铁精矿球团矿38%和转底炉生产的含碳球团18%；
步骤C中的转底炉为环型转底炉，生产时，环型转底炉从装入区装入的球团原料后随着炉床的前进，首先在加热区被加热到1000℃以上，然后在高温的还原区，使得球团原料达到反应所需的1100℃以上温度，并通过氧化锌和氧化铁中所含的碳进行还原反应，在还原区，装入炉内的块料在烧嘴燃烧产生的高温炉内气氛下，被散发的辐射热加热，块料内部的氧化铁、氧化锌通过块料内部的碳进行以下还原反应，在金属铁生成的同时，还原生成的锌也得到气化，然后向外排出，锌以气态形式从球团中分离出来而被脱除，所排废气中的锌在集尘器中浓缩，作为二次尘灰进行回收；被还原的球团通过排出装置排到炉外，经冷却器冷却，送往高炉；
通过本实施例的钒钛磁铁精矿球团矿和转底炉生产的含碳球团的抗压强度均在3600N/个以上，而高炉一般要求的抗压强度在2000N/个以上，说明采用钒钛精矿生产的全钒钛球团矿和采用烧结成品灰、烧结机尾灰、球团灰、瓦斯泥和槽下灰生产的含碳球团的强度指标均可以完全满足高炉炼铁的需要，符合冶炼标准；
2）高炉冶炼：
将步骤1）中制备得到的高炉炉料通过串罐式无料钟炉顶输入高炉内部；
工作时，通过热管换热器利用热风炉烧炉排放的高温烟气对热风炉烧炉用的高炉煤气、焦炉煤气和助燃空气进行预热，再将经过预热的高炉煤气、焦炉煤气和助燃空气均输入热风炉进行烧炉，进而得到高温热风，并将石灰石熔剂粉末与高温热风混合之后，通过风口喷吹到高炉的炉膛内，同时，将煤比150 kg/t的煤粉通过串罐多支管路喷吹烟煤系统喷吹进入炉膛。一般高炉的除尘装置包括重力除尘器和布袋除尘设备。
所述的高炉的炉顶设有高炉煤气余压透平发电装置。
本实施例的烧结过程中，烟气中二氧化硫排放浓度为40.90mg/m3，而现有技术的方法中，烟气中二氧化硫排放浓度为428.16mg/m3；本实施例的烧结过程中脱硫率达90.45%，脱硫效果显著，减少了原先巨大的脱硫费用，生产成本较低。
本实施例中通过转底炉将烧结成品灰（成品破碎时得到的灰）、烧结机尾灰（在机尾处排出的灰）、球团灰、瓦斯泥和槽下灰等冶金废料进行了资源利用；且在风口喷入石灰石熔剂粉末，利用风口前理论燃烧温度的富余能力补偿溶剂分解所消耗的热量，达到了节约焦炭的目的。因此，本实施例生产铁水的成本大大降低，经过统计计算得，本发明的铁水成本为一般方法生产的93.2%左右。
实施例2
1）高炉炉料准备：
A、制备烧结矿：烧结矿包括以下占烧结矿总质量的质量百分比的组分：钒钛磁铁精矿57%，普通铁矿25%，燃料及熔剂18%；最后在烧结矿中加入烧结矿总质量0.03%的尿素溶液，其中，普通铁矿为不含钒钛矿的铁矿石，本实施例选用国产的磁铁矿；尿素溶液可在烧结过程中分离出氨气，并与烧结过程中所释放出的硫氧化物进行反应产生硫酸铵盐，然后以静电集尘器捕集硫酸铵盐，再以集尘灰水洗系统将硫酸铵盐从烧结的过程中分离出来；
B、制备球团矿：将钒钛磁铁精矿制成粒径为13~14mm的球团矿；
C、转底炉生产含碳球团：转底炉生产的含碳球团包括以下含碳球团占总质量的质量百分比的组分：烧结成品灰24%，烧结机尾灰15%，球团灰16%，瓦斯泥35%和槽下灰10%；所述的转底炉生产的含碳球团时，造球的粘结剂包括膨润土和炼焦沥青，所述的炼焦沥青被磨成小于100目的沥青粉之后和膨润土一起加入到含碳球团的原料中；
将上述制备的原料按以下占高炉炉料总质量的质量百分比混合：烧结矿43%，钒钛磁铁精矿球团矿40%和转底炉生产的含碳球团17%；
步骤C中的转底炉为环型转底炉，生产时，环型转底炉从装入区装入的球团原料后随着炉床的前进，首先在加热区被加热到1000℃以上，然后在高温的还原区，使得球团原料达到反应所需的1100℃以上温度，并通过氧化锌和氧化铁中所含的碳进行还原反应，在还原区，装入炉内的块料在烧嘴燃烧产生的高温炉内气氛下，被散发的辐射热加热，块料内部的氧化铁、氧化锌通过块料内部的碳进行以下还原反应，在金属铁生成的同时，还原生成的锌也得到气化，然后向外排出，锌以气态形式从球团中分离出来而被脱除，所排废气中的锌在集尘器中浓缩，作为二次尘灰进行回收；被还原的球团通过排出装置排到炉外，经冷却器冷却，送往高炉；
通过本实施例的钒钛磁铁精矿球团矿和转底炉生产的含碳球团的抗压强度均在3400N/个以上，而高炉一般要求的抗压强度在2000N/个以上，说明采用钒钛精矿生产的全钒钛球团矿和采用烧结成品灰、烧结机尾灰、球团灰、瓦斯泥和槽下灰生产的含碳球团的强度指标均可以完全满足高炉炼铁的需要，符合冶炼标准；
2）高炉冶炼：
将步骤1）中制备得到的高炉炉料通过串罐式无料钟炉顶输入高炉内部；
工作时，通过热管换热器利用热风炉烧炉排放的高温烟气对热风炉烧炉用的高炉煤气、焦炉煤气和助燃空气进行预热，再将经过预热的高炉煤气、焦炉煤气和助燃空气均输入热风炉进行烧炉，进而得到高温热风，并将石灰石熔剂粉末与高温热风混合之后，通过风口喷吹到高炉的炉膛内，同时，将煤比150 kg/t的煤粉通过串罐多支管路喷吹烟煤系统喷吹进入炉膛。一般高炉的除尘装置包括重力除尘器和布袋除尘设备。
所述的高炉的炉顶设有高炉煤气余压透平发电装置。
本实施例的烧结过程中，烟气中二氧化硫排放浓度为41.85mg/m3，而现有技术的方法中，烟气中二氧化硫排放浓度为419.17mg/m3；本实施例的烧结过程中脱硫率达90.01%，脱硫效果显著，减少了原先巨大的脱硫费用，生产成本较低。
本实施例中通过转底炉将烧结成品灰（成品破碎时得到的灰）、烧结机尾灰（在机尾处排出的灰）、球团灰、瓦斯泥和槽下灰等冶金废料进行了资源利用；且在风口喷入石灰石熔剂粉末，利用风口前理论燃烧温度的富余能力补偿溶剂分解所消耗的热量，达到了节约焦炭的目的。因此，本实施例生产铁水的成本大大降低，经过统计计算得，本发明的铁水成本为一般方法生产的94.1%左右。
实验例3
1）高炉炉料准备：
A、制备烧结矿：烧结矿包括以下占烧结矿总质量的质量百分比的组分：钒钛磁铁精矿55%，普通铁矿27%，燃料及熔剂18%；最后在烧结矿中加入烧结矿总质量0.02%的尿素溶液，其中，普通铁矿为不含钒钛矿的铁矿石，本实施例选用国产的磁铁矿；尿素溶液可在烧结过程中分离出氨气，并与烧结过程中所释放出的硫氧化物进行反应产生硫酸铵盐，然后以静电集尘器捕集硫酸铵盐，再以集尘灰水洗系统将硫酸铵盐从烧结的过程中分离出来；
B、制备球团矿：将钒钛磁铁精矿制成粒径为13~14mm的球团矿；
C、转底炉生产含碳球团：转底炉生产的含碳球团包括以下含碳球团占总质量的质量百分比的组分：烧结成品灰20%，烧结机尾灰14%，球团灰16%，瓦斯泥40%和槽下灰10%；所述的转底炉生产的含碳球团时，造球的粘结剂包括膨润土和炼焦沥青，所述的炼焦沥青被磨成小于100目的沥青粉之后和膨润土一起加入到含碳球团的原料中；
将上述制备的原料按以下占高炉炉料总质量的质量百分比混合：烧结矿48%，钒钛磁铁精矿球团矿36%和转底炉生产的含碳球团16%；
步骤C中的转底炉为环型转底炉，生产时，环型转底炉从装入区装入的球团原料后随着炉床的前进，首先在加热区被加热到1000℃以上，然后在高温的还原区，使得球团原料达到反应所需的1100℃以上温度，并通过氧化锌和氧化铁中所含的碳进行还原反应，在还原区，装入炉内的块料在烧嘴燃烧产生的高温炉内气氛下，被散发的辐射热加热，块料内部的氧化铁、氧化锌通过块料内部的碳进行以下还原反应，在金属铁生成的同时，还原生成的锌也得到气化，然后向外排出，锌以气态形式从球团中分离出来而被脱除，所排废气中的锌在集尘器中浓缩，作为二次尘灰进行回收；被还原的球团通过排出装置排到炉外，经冷却器冷却，送往高炉；
通过本实施例的钒钛磁铁精矿球团矿和转底炉生产的含碳球团的抗压强度均在3500N/个以上，而高炉一般要求的抗压强度在2000N/个以上，说明采用钒钛精矿生产的全钒钛球团矿和采用烧结成品灰、烧结机尾灰、球团灰、瓦斯泥和槽下灰生产的含碳球团的强度指标均可以完全满足高炉炼铁的需要，符合冶炼标准；
2）高炉冶炼：
将步骤1）中制备得到的高炉炉料通过串罐式无料钟炉顶输入高炉内部；
工作时，通过热管换热器利用热风炉烧炉排放的高温烟气对热风炉烧炉用的高炉煤气、焦炉煤气和助燃空气进行预热，再将经过预热的高炉煤气、焦炉煤气和助燃空气均输入热风炉进行烧炉，进而得到高温热风，并将石灰石熔剂粉末与高温热风混合之后，通过风口喷吹到高炉的炉膛内，同时，将煤比150 kg/t的煤粉通过串罐多支管路喷吹烟煤系统喷吹进入炉膛。一般高炉的除尘装置包括重力除尘器和布袋除尘设备。
所述的高炉的炉顶设有高炉煤气余压透平发电装置。
本实施例的烧结过程中，烟气中二氧化硫排放浓度为42.49mg/m3，而现有技术的方法中，烟气中二氧化硫排放浓度为409.35mg/m3；本实施例的烧结过程中脱硫率达89.62%，脱硫效果显著，减少了原先巨大的脱硫费用，生产成本较低。
本实施例中通过转底炉将烧结成品灰（成品破碎时得到的灰）、烧结机尾灰（在机尾处排出的灰）、球团灰、瓦斯泥和槽下灰等冶金废料进行了资源利用；且在风口喷入石灰石熔剂粉末，利用风口前理论燃烧温度的富余能力补偿溶剂分解所消耗的热量，达到了节约焦炭的目的。因此，本实施例生产铁水的成本大大降低，经过统计计算得，本发明的铁水成本为一般方法生产的93.7%左右。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，凡在本发明权利要求保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种高炉炼铁方法，其特征在于：它包括以下步骤：
1）高炉炉料准备：
A、制备烧结矿：烧结矿包括以下占烧结矿总质量的质量百分比的组分：钒钛磁铁精矿52%~57%，普通铁矿25%~30%，燃料及熔剂18%；最后在烧结矿中加入烧结矿总质量0.01%~0.03%的尿素溶液；
B、制备球团矿：将钒钛磁铁精矿制成粒径为13~14mm的球团矿；
C、转底炉生产含碳球团：转底炉生产的含碳球团包括以下含碳球团占总质量的质量百分比的组分：烧结成品灰20%~25%，烧结机尾灰10%~15%，球团灰12%~16%，瓦斯泥35%~40%和槽下灰5%~10%；所述的转底炉生产的含碳球团时，造球的粘结剂包括膨润土和炼焦沥青，所述的炼焦沥青被磨成小于100目的沥青粉之后和膨润土一起加入到含碳球团的原料中；
将上述制备的原料按以下占高炉炉料总质量的质量百分比混合：烧结矿43%~48%，钒钛磁铁精矿球团矿36%~40%和转底炉生产的含碳球团16%~20%；
2）高炉冶炼：
将步骤1）中制备得到的高炉炉料通过串罐式无料钟炉顶输入高炉内部；
工作时，通过热管换热器利用热风炉烧炉排放的高温烟气对热风炉烧炉用的高炉煤气、焦炉煤气和助燃空气进行预热，再将经过预热的高炉煤气、焦炉煤气和助燃空气均输入热风炉进行烧炉，进而得到高温热风，并将石灰石熔剂粉末与高温热风混合之后，通过风口喷吹到高炉的炉膛内，同时，将煤比150 kg/t的煤粉通过串罐多支管路喷吹烟煤系统喷吹进入炉膛。
2.根据权利要求1所述的高炉炼铁方法，其特征在于：所述的普通铁矿为不含钒钛矿的铁矿石。
3.根据权利要求1所述的高炉炼铁方法，其特征在于：所述的高炉的炉顶设有高炉煤气余压透平发电装置。
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