CN108330238A - 一种利用超高富氧鼓风的高炉冶炼钒钛磁铁矿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钒钛磁铁矿冶炼技术领域，提供了一种利用超高富氧鼓风的高炉冶炼钒钛磁铁矿的方法，将高炉热风中氧气含量提高到26~41%水平，对应鼓风富氧率为5~20%，提高煤粉在风口前端的燃烧率；提升煤气还原势；优化钒钛磁铁矿在高炉内部的还原、软熔、滴落以及造渣过程，改善高炉透气性，保障高炉生产的稳定顺行；解决了高炉工艺冶炼钒钛磁铁矿过程中面临的煤比低、能耗高、炉渣粘稠、透气性差和强化冶炼困难的难题。本发明采用向高炉热风中额外配加高浓度氧气，提高热风中的含氧量，可以提高喷煤比，降低焦比，减少高炉炼铁能耗，提高冶炼强度，稳定高炉生产，降低钒钛磁铁矿高炉冶炼成本。

Description

一种利用超高富氧鼓风的高炉冶炼钒钛磁铁矿的方法

技术领域

本发明涉及钒钛磁铁矿冶炼技术领域，特别涉及一种利用超高富氧鼓风的高炉冶炼钒钛磁铁矿的方法。

背景技术

高炉冶炼钒钛磁铁矿的过程中，钒钛磁铁矿的配比增加使炉渣中TiO2含量升高时易出现炉渣稠化，高炉透气性变差，煤比难以提高，能耗居高不下，高炉强化冶炼难以实现。究其原因，炉渣性能变差，高炉压差升高主要与渣中钛氧化物过还原而产生高熔点物相碳氮化钛有关。通常情况下，配加部分普通矿降低渣中钛氧化物含量可减少铁损，但在普通矿价较高的情况下提高普通矿配比对降低生铁成本不利，且配加普通矿会影响转炉提钒，不利于钒钛矿的综合利用。从实际生产角度出发，通过调节操作参数来抑制渣中钛氧化物的过还原从而减少碳氮化钛的生成，改善高炉透气性，提升冶炼强度，对于传统高炉炼铁流程经济高效冶炼钒钛磁铁矿具有重要意义。

现行冶炼钒钛磁铁矿的高炉鼓风不富氧或者低富氧率，鼓风中有75~79%为氮气，使得高炉炉身煤气中CO+H2含量不足40%，低还原势的煤气不利于钒钛磁铁矿在炉身、炉腰区域的快速还原，矿石间接还原发展不充分，造成高温区域炉料中存在大量FeO。FeO在高温区域直接还原需要消耗大量C，造成焦炭熔损量大，高温强度降低，影响炉料的透气性同时也使高炉焦比增加；高FeO初渣的存在使得炉料的软化、熔融滴落温度降低，使高炉软熔带厚度增加，造成炉料透气性变差，压差升高，不利于提高高炉冶炼强度。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种利用超高富氧鼓风的高炉冶炼钒钛磁铁矿的方法，在对目前高炉主体不做大改动的前提下，采用提高鼓风中的氧气含量，提高喷煤比，降低焦比，减少吨铁煤气量，提高料柱透气性，从而达到降低能耗、强化钒钛磁铁矿冶炼强度的目的，解决了高炉工艺冶炼钒钛磁铁矿过程中面临的煤比低、能耗高、炉渣粘稠、透气性差和强化冶炼困难的难题。

本发明一种利用超高富氧鼓风的高炉冶炼钒钛磁铁矿的方法，包括：利用高炉超高富氧鼓风提高喷煤比；提升煤气还原势；通过控制喷煤比和鼓风湿度来调整风口回旋区的燃烧温度；该方法能促进钒钛磁铁矿间接还原、改善矿石熔滴性能、抑制渣铁中T_iN/T_iC的生成、减少吨铁煤气量、改善高炉透气性；

进一步的，所述提高喷煤比，具体为：利用向高炉热风中额外配加高浓度氧气，使热风富氧率达到5~20%，利用高浓度氧气促进煤粉在风口回旋区高效燃烧，提高煤粉在炉内的燃烧效率和利用率，高炉冶炼钒钛磁铁矿高炉喷煤量由目前的100~130kg/tHM，增加到140 ~250kg/tHM，同时降低焦比到300~400kg/tHM。

进一步的，所述提升煤气还原势，具体为：高炉煤气中CO+H₂含量增加到45~65%，N₂含量降低到35~55% （相比较传统的不富氧热风高炉出风口回旋区煤气中CO+H2含量在35~40%，N2含量在60~65%，超高富氧操作之后，炉内煤气还原势提升明显）；

进一步的，所述钒钛磁铁矿为钒钛烧结矿、球团矿或块矿；高炉炼铁用能源介质主要为焦炭、煤粉和氧气；吨铁喷吹煤粉量为140~230kg/tHM，焦炭用量为310～390kg/tHM，消耗氧气量为50~140m³/tHM。

进一步的，鼓风氧气加入方式为：

当富氧率低于10%时，常温高压氧气经减压后加入冷风管道，再经热风炉加热后进入高炉；

当富氧率大于10%时，为保证用氧安全，超过10%富氧率的氧气量经风口直吹管由氧煤枪喷吹进入高炉。

进一步的，所述常温高压氧气的压力为1.6MP，减压后为0.6MP。

进一步的，所述吨铁喷吹煤粉量的控制具体为：

富氧率≤10%时，喷吹煤粉由煤枪经风口直吹管直接喷吹进入高炉风口回旋区燃烧，喷煤比控制在140~170kg/tHM；

富氧率＞10%时，喷吹煤粉由氧煤枪进行喷吹，喷煤比控制在170~230kg/tHM。

进一步的，所述调整风口回旋区的燃烧温度，具体为：不同富氧率条件下通过调控喷煤比和鼓风湿度进行调控，以喷煤比调整为主，鼓风湿度调整为辅；为保证喷吹煤粉在风口回旋区的高效燃烧，同一富氧率条件下，维持恒定的鼓风湿度，风口回旋区理论燃烧稳定在2200~2300℃范围。

进一步的，所述鼓风湿度调整，具体为：在冷风管道上加入水蒸气进行鼓风加湿量的控制，不同富氧率条件下鼓风湿度根据炉况进行调整，同一富氧率条件下鼓风湿度保持恒定，为稳定入炉鼓风湿度水平，利用自动湿度检测仪检测鼓风湿度并自动调整加湿量大小。

进一步的，高炉煤气经除尘系统净化处理，一部分高炉煤气送至热风炉进行热风炉燃烧加热，剩余煤气并入煤气管网送至发电厂发电。富氧鼓风之后煤气热值增加，吨铁所需风量减少，用于热风炉加热消耗的煤气量减少，输出用于发电的煤气量及煤气热值增加，高炉冶炼吨铁发电量增加。

本发明的有益效果为：

1、超高富氧鼓风利用高浓度氧促进煤粉的快速燃烧，可以提高煤粉在高炉风口回旋区的燃烧效率，能够提高煤粉在炉内的利用率，有利于提升喷煤比，起到以煤粉替代焦炭，降低燃料成本的目的；

2、吨铁鼓风量减少，冶炼吨铁炉腹煤气量减少，煤气通过高炉料柱阻损减小，高炉压差关系得到改善，有利于冶炼钒钛磁铁矿高炉冶炼的强化；

3、煤气中CO和H₂分压较高, 促进了钒钛矿的间接还原，改善了矿石的高温熔滴性能，软熔带位置下移，软熔带厚度变薄，同时焦炭直接还原造成的熔损量减少，保证了焦炭的高温强度，提高了高炉下部透气透液性；

4、超高富氧鼓风高炉冶炼强度增加，炉料在炉内停留时间减少，同时煤气中CO和H₂分压升高抑制了炉缸中Si、Ti、K、Na等合金元素还原，减少了TiN/TiC的生成量，改善了炉渣流动性能，降低其对高炉冶炼的危害；

5、超高富氧鼓风高炉生产效率大幅度提高，技术经济指标得到改善，高炉冶炼过程得到优化，冶炼效率提高，高炉利用系数提高25%以上。

附图说明

图1所示为本发明实施例超高富氧鼓风高炉冶炼钒钛磁铁矿流程示意图（富氧率≤10%）。

图2所示为本发明实施例超高富氧鼓风高炉冶炼钒钛磁铁矿流程示意图（富氧率＞10%）。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

本发明的原理如下：将高炉热风中氧气含量提高到26~41%水平，对应鼓风富氧率为5~20%，可提高煤粉在风口前端的燃烧率；提升煤气还原势，高炉煤气中CO+H₂含量增加到45~65%，N₂含量降低到35~55% ，相比较传统的不富氧热风高炉出风口回旋区煤气中CO+H2含量在35~40%，N2含量在60~65%，超高富氧操作之后，炉内煤气还原势提升明显；煤气还原势的提升促进煤气中CO和H2与钒钛磁铁矿的气固间接还原反应，降低高炉直接还原度，进而降低高炉冶炼能耗；钒钛磁铁矿的间接还原的增加，可降低钒钛磁铁矿在1200~1400℃温度区间中FeO含量，提高矿石熔融开始温度和滴落温度，缩小钒钛矿的熔融区间温度，最大压差减小，改善其熔滴性能；同时，煤气中N2含量减少，CO+H2含量增加，热力学上抑制TiN/TiC的生成；促进钒钛矿还原，钒钛矿冶炼时间缩短，动力学上也降低了TiN/TiC的产生量；煤气中N2含量减少，风口回旋区燃料燃烧产生煤气量减少，改善煤气透过性，降低冶炼过程高炉压差，为强化冶炼提供条件。

实施例1

鼓风富氧率为5%：在某2000m³的高炉上使用80%钒钛烧结矿、15%的钒钛球团矿和10%的块矿作为入炉原料；焦炭、矿石由高炉炉顶布料设备加入高炉；氧气由鼓风机前冷风管道直接兑入，经加热炉加热后鼓入高炉；喷吹煤粉经煤枪由直吹管喷吹进入高炉；渣铁通过铁口排出高炉；炉顶煤气经过干燥除尘后一部分用到热风炉进行燃烧加热，剩余部分进行外供发电；流程如图1所示，其生产技术指标如下：

氧气消耗量：51m³/tHM；

焦比：390kg/tHM；

煤比：137kg/tHM；

鼓风湿度：3.5%；

鼓风量：1024.1 m³/tHM；

炉腹煤气成分： CO：40.5 %， H₂：6.3%，N₂：53.2%；

炉腹煤气量：1378.7 m³/tHM；

炉腹煤气量指数：62.7；

理论燃烧温度：2170℃；

炉顶煤气成分（干）：CO：24.8%，H₂：3.5%， CO₂：23.4%，N₂：48.3%。；

炉顶煤气量：1520.1m³/tHM；

利用系数：2.32t/( m³·d)，利用系数提高18%。

实施例2

鼓风富氧率为10%：实施步骤如同实施列1，其生产技术指标如下：

氧气消耗量：88m³/tHM；

焦比：360kg/tHM；

煤比：169kg/tHM；

鼓风湿度：4.8%；

鼓风量：880.1 m³/tHM；

炉腹煤气成分： CO：45.5 %， H₂：8.4%，N₂：46.1%；

炉腹煤气量：1258.51 m³/tHM；

炉腹煤气量指数：63.17；

理论燃烧温度：2218℃；

炉顶煤气成分（干）：CO：26.8%，H₂：4.6%， CO₂：26.3%，N₂：42.2%；

炉顶煤气量：1376.5m³/tHM；

利用系数：2.56t/( m³·d)，利用系数提高30%。

实施例3

鼓风富氧率为15%：在某1000m³的高炉上使用80%钒钛烧结矿、15%的钒钛球团矿和10%的块矿作为入炉原料，焦炭、矿石有高炉炉顶布料设备加入高炉；富氧率10%的氧气量由鼓风机前冷风管道直接兑入，经加热炉加热后鼓入高炉，剩余5%的富氧率通过氧煤枪设备鼓入高炉；喷吹煤粉由氧煤枪经直吹管喷吹进入高炉；渣铁通过铁口排除高炉；炉顶煤气经过干燥除尘后一部分用到热风炉进行燃烧加热，剩余部分进行外供发电；流程如图2所示，其生产技术指标如下：

氧气消耗量：113.3m³/tHM，其中经过热风炉加热的氧气量为78.1 m³/tHM，经过氧煤枪的氧气量为35.2 m³/tHM；

氧气消耗量：51m³/tHM；

焦比：340kg/tHM；

煤比：193kg/tHM；

鼓风湿度：6.5%；

鼓风量：781.4 m³/tHM；

炉腹煤气成分： CO：49.9 %， H₂：10.4%，N₂：39.7%；

炉腹煤气量：1182.4 m³/tHM；

炉腹煤气量指数：62.8；

理论燃烧温度：2244℃；

炉顶煤气成分（干）：CO：28.7%，H₂：5.7%， CO₂：28.8%，N₂：36.8%；

炉顶煤气量：1279.1m³/tHM；

利用系数：2.71t/( m³·d)，，利用系数提高37%。

实施例4

鼓风富氧率为20%：实施步骤如同实施列3，不同之处为通过氧煤枪的富氧增加，10%富氧率的氧气量通过氧煤枪加入高炉，其生产技术指标如下：

氧气消耗量：134.8m3/tHM，其中经过热风炉加热的氧气量为70.9 m3/tHM，经过氧煤枪的氧气量为63.9 m3/tHM；

氧气消耗量：51m3/tHM；

焦比：310kg/tHM；

煤比：228kg/tHM；

鼓风湿度：8.3%；

鼓风量：709.5 m3/tHM；

炉腹煤气成分： CO：53.4 %， H2：12.7%，N2：33.9%；

炉腹煤气量：1138.2 m3/tHM；

炉腹煤气量指数：62.7；

理论燃烧温度：2219℃；

炉顶煤气成分（干）：CO：30.3%，H2：7.0%， CO2：308%，N2：32.0%；

炉顶煤气量：1210.7m3/tHM；

利用系数：2.81t/( m3·d) ，利用系数提高43%。

本发明采用超高富氧鼓风之后，高氧气浓度促进煤粉在风口前端的快速燃烧，提高煤气的还原势，促进炉料间接还原，降低直接还原度，优化炉料的软熔滴落性能，同时降低了吨铁煤气量，对改善炉料的透气性和提高冶炼强度具有积极作用。采用本发明所述方法冶炼钒钛磁铁矿具有喷煤比高、能耗低、冶炼强度高的特点。

本发明超高富氧鼓风高炉冶炼钒钛磁铁矿方法，对现有炼铁高炉本体不做改动，富氧率≤10%时，通过优化高炉冶炼控制参数，通过调整富氧率、喷煤比和鼓风湿度，控制风口循环区理论燃烧温度，通过调整鼓风量调整优化高炉冶炼强度，改善高炉压差关系，促进炉况顺行，达到提高喷煤比、降低燃料消耗、提升冶炼强度和降低生产成本的目的。富氧率大于10%时，超过富氧率10%的氧气量通过氧煤枪进入高炉，在优化配煤比、鼓风湿度调控风口前端理论燃烧温度的同时需要通过高炉上部布料调整，控制炉内煤气流的分布。富氧率超过20%时，高炉冶炼过程煤气量大幅度降低，引起高炉冶炼过程风口回旋区理论燃烧温度过高，煤气携带到高炉上部的热量不足，造成高炉冶炼过程中的“上冷下热”问题。本发明适用于富氧率在20%以下的超高富氧高炉冶炼钒钛磁铁矿炼铁工艺。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种利用超高富氧鼓风的高炉冶炼钒钛磁铁矿的方法，其特征在于，该方法包括：利用高炉超高富氧鼓风提高喷煤比；提升煤气还原势；通过控制喷煤比和鼓风湿度来调整风口回旋区的燃烧温度；该方法能促进钒钛磁铁矿间接还原、改善矿石熔滴性能、抑制渣铁中T_iN/T_iC的生成、减少吨铁煤气量、改善高炉透气性。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提高喷煤比，具体为：利用向高炉热风中额外配加高浓度氧气，使热风富氧率达到5~20%，利用高浓度氧气促进煤粉在风口回旋区高效燃烧，提高煤粉在炉内的燃烧效率和利用率，高炉冶炼钒钛磁铁矿高炉喷煤量由目前的100~130kg/tHM，增加到140 ~250kg/tHM，同时降低焦比到300~400kg/tHM。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提升煤气还原势，具体为：高炉煤气中CO+H₂含量增加到45~65%，N₂含量降低到35~55%。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钒钛磁铁矿为钒钛烧结矿、球团矿或块矿；高炉炼铁用能源介质主要为焦炭、煤粉和氧气；吨铁喷吹煤粉量为140~230kg/tHM，焦炭用量为310～390kg/tHM，消耗氧气量为50~140m³/tHM。

5.如权利要求2-4任一项所述的方法，其特征在于，鼓风氧气加入方式为：

当富氧率低于10%时，常温高压氧气经减压后加入冷风管道，再经热风炉加热后进入高炉；

当富氧率大于10%时，为保证用氧安全，超过10%富氧率的氧气量经风口直吹管由氧煤枪喷吹进入高炉。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述常温高压氧气的压力为1.6MP，减压后为0.6MP。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述吨铁喷吹煤粉量的控制具体为：

富氧率≤10%时，喷吹煤粉由煤枪经风口直吹管直接喷吹进入高炉风口回旋区燃烧，喷煤比控制在140~170kg/tHM；

富氧率＞10%时，喷吹煤粉由氧煤枪进行喷吹，喷煤比控制在170~230kg/tHM。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整风口回旋区的燃烧温度，具体为：不同富氧率条件下通过调控喷煤比和鼓风湿度进行调控，以喷煤比调整为主，鼓风湿度调整为辅；为保证喷吹煤粉在风口回旋区的高效燃烧，同一富氧率条件下，维持恒定的鼓风湿度，风口回旋区理论燃烧稳定在2200~2300℃范围。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述鼓风湿度调整，具体为：在冷风管道上加入水蒸气进行鼓风加湿量的控制，不同富氧率条件下鼓风湿度根据炉况进行调整，同一富氧率条件下鼓风湿度保持恒定，为稳定入炉鼓风湿度水平，利用自动湿度检测仪检测鼓风湿度并自动调整加湿量大小。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，高炉煤气经除尘系统净化处理，一部分高炉煤气送至热风炉进行热风炉燃烧加热，剩余煤气并入煤气管网送至发电厂发电。