CN104498656B - 直接利用粉矿熔融还原炼铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直接利用粉矿熔融还原炼铁的方法，所述方法包括：将铁矿粉、粉煤和熔剂按预定比例混合后加入到还原炉中，并利用还原炉对铁矿粉进行加热和预还原；利用感应炉对预还原后的炉料进行终还原和渣铁分离，最后得到具有预定成分含量的铁水，其中，还原炉设置在感应炉的上方，且还原炉的炉床具有预定倾角，所述预定倾角能够使炉床上的成熔融和/或半熔融状态的炉料在重力作用下自动进入到感应炉中。根据本发明的方法，可实现简化冶炼过程和降低冶炼成本等技术效果。

Description

直接利用粉矿熔融还原炼铁的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体地讲，本发明涉及一种直接利用粉矿熔融还原炼铁的方法。

背景技术

高炉炼铁是当今世界最主要的炼铁流程，经过近百年的快速发展，该技术已经非常成熟。高炉炼铁具有生产规模大、能耗低、生铁质量好、效率高等优点。然而，高炉炼铁还存在如下问题：第一，由于高炉炼铁原料需要达到一定的粒度和强度，使得作为炼铁原料的铁矿粉需要制备成烧结矿或球团矿才能够入炉，而烧结和球团工艺存在能耗高、污染大等缺点；第二，高炉炼铁需要使用大量优质焦炭，而焦煤资源的短缺和焦化工序废水和废气的排放制约了高炉炼铁生产。为了解决高炉炼铁不能使用粉矿和大量使用焦炭这两个问题，冶金工作者一直在努力探索开发新的炼铁工艺。

目前以少焦或无焦著称的非高炉炼铁工艺主要有COREX、FINEX和HISMELT流程。然而，韩国浦项的FINEX流程，HISMELT流程还在进行中试，只有COREX流程能够实现工业化生产。从宝钢向奥钢联引进的COREX生产状况看，虽然可以少量降低焦比，但煤比大幅度升高，燃料比远远高于高炉炼铁工艺。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够实现工业化生产的非高炉炼铁的方法。

本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有降低生产成本和提高生产效率的非高炉炼铁的方法。

根据本发明的示例性实施例，提供了一种非高炉炼铁的方法。所述方法包括以下步骤：将铁矿粉、粉煤和熔剂按预定比例混合后加入到还原炉中，并利用还原炉对铁矿粉进行加热和预还原；利用感应炉对预还原后的炉料进行终还原和渣铁分离，最后得到具有预定成分含量的铁水，其中，还原炉设置在感应炉的上方，且还原炉的炉床具有预定倾角，所述预定倾角能够使炉床上的成熔融和/或半熔融状态的炉料在重力作用下自动进入到感应炉中。

根据本发明的示例性实施例，所述预定倾角可以为30°～80°。

根据本发明的示例性实施例，可以将炉床上的炉料的厚度控制在100mm～400mm。

根据本发明的示例性实施例，还原炉与感应炉可以设置为一体。

根据本发明的示例性实施例，感应炉可以为熔沟式感应炉。

根据本发明的示例性实施例，在利用还原炉对炉料进行加热和预还原的过程中产生高温烟气，可以利用高温烟气对待吹入还原炉内的助燃空气进行换热，以将助燃空气预热到预定温度。

根据本发明的示例性实施例，所述预定温度可以为600℃至900℃，其中，当经预热后的助燃空气没有达到预定温度时，可以对预热后的助燃空气富氧。

根据本发明的示例性实施例，可以对预热前或预热后的助燃空气进行富氧。

根据本发明的示例性实施例，可以利用换热后的高温烟气进行余热发电，并可以将产生的电能供应到感应炉。

根据本发明的示例性实施例，进入感应炉内的预还原后的炉料的温度是1200℃～1400℃，还原度可以是40％～95％。

通过本发明的示例性实施例的以上描述，使得本发明能够实现以下的有益效果中的至少一种：

(1)可实现工业化生产；

(2)以铁矿粉为主要炼铁原料，省去了烧结或球团等原料预处理工艺，降低了炼铁生产成本；

(3)以粉煤替代焦炭，从而实现无焦冶炼；

(4)采用还原炉与感应炉相结合的非高炉冶炼方式，降低了基建成本；

(5)冶炼速度快，生产效率高；

(6)自动化程度高，污染物排放少。

附图说明

通过以下结合附图对示例性实施例的描述，使得本发明是彻底的和完整的。在整个说明书中，相同的附图标记始终指示为相同的元件。

图1示出根据本发明的示例性实施例的非高炉炼铁的工艺示意图。

附图标记

100 料仓

101 铁矿粉料仓

102 粉煤料仓

103 熔剂料仓

200 混料机

300 加料口

400 还原炉

401 炉床

500 烟气出口

600 换热器

700 鼓风机

800 余热锅炉

900 引风机

1000 感应炉

1100 风口

1200 出铁口

具体实施方式

目前以少焦或无焦著称的非高炉炼铁工艺主要有COREX、FINEX和HISMELT流程，然而，韩国浦项的FINEX流程，HISMELT流程还在进行中试，只有COREX流程能够实现工业化生产。从宝钢向奥钢联引进的COREX生产状况来看，虽然焦比可以少量降低，但煤比会大幅度升高，且燃料比远远高于高炉炼铁工艺。因此，现有技术的非高炉炼铁工艺存在诸如工业化生产程度低、粉矿流化床还原工艺过程难以控制、煤比高、预还原和终还原工艺衔接困难等技术问题。

为此，本发明提供一种直接利用粉矿熔融还原炼铁的方法。在该方法中，通过对按预定比例混合的铁矿粉、粉煤和熔剂进行预还原和终还原，极大地提高了铁矿粉和粉煤的利用率，并且无需使用焦炭。此外，通过将还原炉和感应炉设置为上下一体连接，使得预还原和终还原工艺衔接紧密。此外，通过设置换热器和余热锅炉，提高了烟气的余热利用率，在通过预热助燃空气来提高还原炉的还原效率的情况下，使得冶炼成本得到了进一步的降低。

以下将参照图1来描述根据本发明的直接利用粉矿熔融还原炼铁的方法。当与附图1相关联考虑时，通过参照以下具体实施方式，将会容易地获得本发明的更全面的理解。

图1示出根据本发明的示例性实施例的直接利用粉矿熔融还原炼铁的方法的工艺示意图。

首先，将铁矿粉、粉煤和熔剂按预定比例混合后加入到还原炉400进行加热和预还原。

具体地讲，如图1所示，可以设置料仓100作为原料供应单元。料仓100可以包括铁矿粉料仓101、粉煤料仓102和熔剂料仓103，其中，粉煤作为冶炼过程中的燃料和还原剂，熔剂可以是本领域技术人员所熟知的在高炉炼铁和/或非高炉炼铁过程中需要配入的诸如石灰等常规用于冶炼铁水的熔剂，在此不做过多介绍。

将料仓100中的冶炼原料经混料机200按预定比例混匀后通过加料口300加入到还原炉400中。设置混料机200的目的是为了在送入还原炉400前，将冶炼原料进行混匀，以提高冶炼效果，但本发明并不限于此。冶炼原料(铁矿粉、粉煤和熔剂)的预定比例可以是根据不同的铁水产品而预先设定的成分比例。

在冶炼原料进入还原炉400后，利用还原炉400对冶炼原料进行加热和预还原。通过风口1100向还原炉400内吹入热空气来对铁矿粉和粉煤进行加热。根据本发明的示例性实施例，在初次开炉时，需要通过在风口1100燃烧诸如天然气、焦炉煤气或油气等燃料来为还原炉400提供热量，以使烟气温度达到较高的温度(例如，1500℃左右)。铁矿粉直接还原所需的温度一般为1000℃～1400℃，其发生的直接还原反应方程式为Fe₂O₃+3C＝2Fe+3CO，直接还原产生的CO以及残余的C(即，残余的粉煤)与通过风口1100吹入到还原炉400内的热空气燃烧生成高温烟气，其温度可达到1500℃～1700℃。高温烟气将热量以辐射的方式传递给铁矿粉，从而提高铁矿粉的温度并提供直接还原反应所需要的热量。

由于还原炉400内的直接还原反应是吸热反应，所以为保证吸热反应对热量的需求，将由风口1100鼓入到还原炉400中的助燃空气的温度升高至预定温度，例如600℃～900℃，以促进铁矿粉在炉内的还原反应。因为从还原炉400的烟气出口500排出的烟气温度可以达到1200℃～1500℃，所以为提高热量利用效率，在本发明中，利用从烟气出口500排出的烟气的热量将进入风口1100的助燃空气进行预热。

具体地讲，根据本发明，可以通过引风机900将高温烟气从还原炉400的烟气出口500抽出并送入换热器600(例如，蓄热式换热器或辐射换热器)，从而利用从还原炉排出的高温烟气的热量将由鼓风机700鼓入到换热器600中的助燃空气预热至根据工艺计算得到的预热温度(例如，600℃～900℃)，由此将达到预定温度的热风经过风口1100鼓入还原炉400。从还原炉400的烟气出口500排出的高温烟气在换热后温度可为600℃～1000℃。根据本发明的示例性实施例，鼓入到换热器600中的助燃空气为常温下的空气，但本发明并不限于此。

根据本发明的示例性实施例，还原炉可以是具有将炉内温度加热到适合铁矿粉预还原所需温度的本领域技术人员所熟知的还原炉，还原炉的种类、炉容以及升温制度等技术参数可以根据具体的冶炼情况来确定。

根据本发明的示例性实施例，为了促进铁矿粉在还原炉内的还原，还原炉内烟气温度必须要高，所以吹入的空气必须经过预热，空气预热温度需要根据不同原料以及预定铁水终点成分通过计算来得到。当经过换热后的助燃空气温度无法达到预热温度时(例如，经预热后的助燃空气温度小于600℃)时，可对预热后的助燃空气根据工艺需要而进行富氧，但本发明并不限于此。也就是说，无论助燃空气是否被预热，为了提高炉料的还原度，可以对助燃空气进行富氧，其富氧浓度可根据具体工艺条件而定。

根据本发明的示例性实施例，经换热后的烟气温度会降低(例如，降低至600℃～1000℃)，因此，为进一步提高烟气中残余热量的利用效率和将余热余能用于工艺本身，可以通过引风机900将从换热器600排出的烟气引入到余热锅炉800中，从而通过余热锅炉800利用烟气中残余的热量来进行余热发电，并且可以将产生的电能供应给感应炉1000。

根据本发明的示例性实施例，用于送风的鼓风机和用于引风的引风机可以根据工艺的需要而分别设置为一个或更多个。

然后，经还原炉400还原后的成熔融或半熔融状态下的炉料在重力的作用下自动进入到感应炉1000，从而利用感应炉1000对预还原后的炉料进行终还原和渣铁分离，最后得到具有预定成分含量的铁水。

根据本发明，还原炉400设置在感应炉1000的上方，并且还原炉400的炉床401具有预定的倾角(与水平面具有的夹角)，炉料在经还原炉400预还原后，处于熔融和/或半熔融状态下的炉料会在重力的作用下沿着炉床401自动进入到感应炉1000中进行终还原和渣铁分离。当感应炉1000中的铁水积累到一定程度并且成分达到预期标准后，从出铁口1200排出铁水。

根据本发明的示例性实施例，还原炉400与感应炉1000可以设计为一体式。具体地，还原炉400可以设置在感应炉1000的上方并且还原炉400的位于炉床401最低处的底部开口(未示出)与感应炉1000的顶部开口(未示出)配合地连成为一体，但本发明并不限于此。也就是说，还原炉的底部开口可以与感应炉的顶部开口具有一定间隙，也就是说，还原炉可以与感应炉上下间隔设置。

根据本发明的示例性实施例，炉床401可以与水平面呈30°～80°的倾角，这样不但可以使原料均匀地加入到还原炉400，还可以使炉床401上的处于熔融或半熔融状态下的炉料在重力作用下从感应炉1000的顶部开口(未示出)进入到感应炉1000，从而使预还原和终还原的工艺衔接更加紧密。

根据本发明的示例性实施例，当还原炉400被设计为如上所述的倾角时，散落在炉床401上的炉料厚度可以控制在100mm～400mm，这样可以使得在保证还原效率的前提下能够更好的促进还原反应的发生，但本发明并不限于此。也就是说，可以根据具体的工艺需要来自行设定炉床401上的炉料厚度。根据本发明的优选示例性实施例，可以将炉料的厚度控制在250mm～350mm的范围内，从而能够实现更好的预还原效果。

根据本发明的示例性实施例，感应炉1000可以是熔沟式感应炉。当采用熔沟式感应炉对炉料进行终还原和渣铁分离时，由于熔沟式感应炉是通过电磁感应来加热铁水，进而加热炉渣，而电磁场对于铁水还具有搅拌作用，这样可以确保炉渣能够被均匀快速地加热。此外，在渣铁分离后，由于炉渣密度相对较小，可以漂浮在铁水表面，这样可以保护铁水不被热风氧化。

根据本发明的示例性实施例，可以控制进入到感应炉1000内的预还原的炉料的温度为1200℃～1400℃，还原度为40％～95％，从而可以降低感应炉1000的冶炼负担。

根据本发明的示例性实施例，在初次开炉时，可以将少量的生铁块加入到感应炉1000，以加快半熔融。

以上描述了本发明的示例性实施例，然而，本发明可以以其它等同的方式来实施，且在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变形，并可以实现诸如以下的技术效果：

(1)实现工业化非高炉炼铁生产；

(2)以铁矿粉为主要炼铁原料，省去了烧结或球团等原料预处理工艺，降低了炼铁生产成本；

(3)以粉煤替代焦炭，从而实现无焦冶炼；

(4)采用还原炉与感应炉相结合的非高炉炼铁方式，降低了基建成本；

(5)冶炼速度快，生产效率高；

(6)自动化程度高，污染物排放少。

下面来具体描述根据本发明的示例性实施例的一个具体示例。

示例：

将还原炉与熔沟式感应炉上下一体设计，还原炉炉床倾角为45°，炉床最低处与熔沟式感应炉的炉口相连通。铁矿粉、粉煤和熔剂按预定的质量比例装入混料机并混匀，从而形成含碳铁氧化物(即熔融还原炉料)。炉料通过加料口直接加入到还原炉，由于还原炉的炉床具有倾角，炉料在重力作用下散落在炉床上，炉料厚度控制在260mm±50mm的范围内。

初次开炉时，在风口燃烧焦炉煤气来为还原炉提供热量，以使烟气温度达到1500℃左右。从而可以通过辐射传热来加热炉料，以保证炉料温度达到1200℃左右，进而还原铁氧化物。通过引风机将高温烟气从还原炉内抽入换热器并与由鼓风机鼓入的助燃空气进行换热。当从还原炉抽出的高温烟气与助燃空气换热后，高温烟气的温度仍然有800℃左右，此时将高温烟气抽入到余热锅炉以用于发电。经与高温烟气换热升温后的助燃空气温度达到900℃左右，通过风口将其鼓入到还原炉中来燃烧还原铁氧化物生成的CO和残余的粉煤，使得还原炉内烟气温度达到1500℃。

炉料在还原炉内经过加热和还原后，炉料温度控制在1200℃～1400℃，铁氧化物还原度控制在40％～95％。在重力作用下，还原后的熔融和/或半熔融炉料自动进入熔沟式感应炉。由于金属铁通过电磁场会被感应加热，因此温度的快速升高使得半熔融炉料变为铁水，而铁水反向加热炉渣，从而为铁氧化物的终还原提供热量。炉料在熔沟式感应炉内经过加热、终还原、渗碳和半熔融四个步骤，最终实现渣铁分离的目的。当熔沟式感应炉内铁水积累到一定量后，打开铁口放出铁水和炉渣。

根据本示例的描述，铁矿粉和粉煤的利用率能够得到极大的提高。此外，由于还原炉和感应炉的上下一体设计，使得预还原和终还原的工艺过程衔接地更加紧密，减少了预还原与终还原的衔接过程中的热量损失。此外，由于换热器和余热锅炉对烟气预热的回收，使得整个冶炼体系的能量损耗极大的减少。此外，根据本发明的方法冶炼出的铁水，其中各成分含量能够达到使用高炉冶炼的技术指标。

Claims (9)

1.一种直接利用粉矿熔融还原炼铁的方法，其特征在于，所述方法包括：

将铁矿粉、粉煤和熔剂按预定比例混合后加入到还原炉中，并利用还原炉对铁矿粉进行加热和预还原，其中，在利用还原炉对炉料进行加热和预还原的过程中产生高温烟气，利用高温烟气对待吹入还原炉内的助燃空气进行换热以将助燃空气预热到预定温度；

利用感应炉对预还原后的炉料进行终还原和渣铁分离，最后得到具有预定成分含量的铁水，

其中，还原炉设置在感应炉的上方，且还原炉的炉床具有预定倾角，所述预定倾角能够使炉床上的成熔融和/或半熔融状态的炉料在重力作用下自动进入到感应炉中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定倾角为30°～80°。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还原炉与感应炉设置为一体。

4.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，感应炉为熔沟式感应炉。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定温度为600℃至900℃。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对预热前或预热后的助燃空气进行富氧。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用换热后的高温烟气进行余热发电，并将产生的电能供应到感应炉。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进入感应炉内的预还原后的炉料的温度是1200℃～1400℃，还原度是40％～95％。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将炉床上的炉料的厚度控制在100mm～400mm。