CN1184333C - 铁矿还原溶融多熔池氧气炼钢炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁矿还原熔融多熔池氧气炼钢炉与工艺，球团矿或相当的天然矿经过本发明的海绵铁炉和熔融炉，大量生产出粗钢钢水，这些粗钢水再由多熔池氧气炉冶炼成钢。伴随着还原熔融和炼钢过程，有数量可观的高温煤气产生，这些高温煤气在全封闭下用于钢水提温炉料加热和团矿氧化焙烧，而后进入余热锅炉全部烧掉，造成高压蒸汽发电。最后，热烟气引射排入除尘料仓，透过料层降温除尘预热炉料，再通过布袋排空，从而取得了节能、节电、节水，低成本高产出无污染无资源问题的效果。

Description

铁矿还原熔融多熔池氧气炼钢炉

本发明是以球团矿或相当的天然矿为炉料大规模连续生产钢的冶金装置。

当今，以炼铁高炉、氧气顶吹转炉为主体的现有钢铁生产工艺，在长期延用和自我完善过程中，已发展成较成熟的技术，为满足人类社会对钢和铁的需要作出了重大贡献。

但是，氧气顶吹转炉，依赖高炉铁水炼钢；高炉铁水依赖焦碳生产。而焦碳用焦煤炼焦，焦煤是当今全求性最匮芝的煤种之一，其储量不足世界煤储量的10％，又长期处于过量失控开采中，还有，炼焦、炼铁在生产过程中排放大量有害气体，联合国环保组织已将其例为引起全求性温室效应的主要因素之一，也就是说现有钢铁技术其生存与发展正面临着严重的资源和环保问题的困扰与排战，此外，氧气顶吹转炉，为单炉倾动周期性生产采用机械排烟，对炼钢所产生的大量高温炉气，无法作到原状态转移和连续利用，而且述要花巨资投入庞大的设施和水进行排放治理，这就是说现有技术除上述资源环保问题之外，还有严重的能源水源浪费问题。

本发明的目的是，提供一种不用焦煤、不用焦碳、也不用高炉铁水，而直接用球团矿或相当的天然矿作炉料，以自产余热为能源大规模连续还原熔融炼钢的新技术：“铁矿还原熔融多熔池氧气炼钢炉及其工艺”。

为了上述目的本发明采用的方案是：将六个子系统有意义的结合在一起构成了“铁矿还原熔融多熔池氧气炼钢炉”。这六个子系统分别是：“多熔池氧气炼钢炉”简称“多熔池炉”、“余热混铁炉”、“氧气熔融炉”、“海棉铁竖炉”简称“海棉铁炉”。以及排烟系统的“烟道余热蒸气锅炉”和“引射排烟除尘料仓”等。

“铁矿还原熔融氧气炼钢炉”的物流、热流流程是：经预热干燥的球团矿，由除尘料仓输送到海棉铁竖炉，在海棉铁炉内经过预热、熔烧均热和煤浴还原大批量生产出球团海棉铁，而后在全封闭下经过篦筛除掉粉料，带热连续送入熔融炉的高温料仓内，经强化加热后，高温炉料被陆续推入氧气熔融炉的熔池中，用氧枪吹氧迅速熔融，液体渣定期排出，液体金属通过溶池底部反射出钢口流入混铁炉熔池，为了满足氧气炼钢的需要，混铁炉铁水含碳量视需要加入经过整理的高碳返回粉料进行适度调整。炼钢用铁水预先由反射出铁口放入可倾动的中间包中，而后经受铁口兑入炼钢炉冶炼成钢。

炼钢产生的高温炉气，通过混铁炉导流烟道流向混铁炉熔池，再延熔池面流向另一端炉头，顺上升道进入熔融炉上部，同熔融炉高温炉气一并进入高温料仓，与此同时海棉铁炉产生的高温煤气也从出料口一端通过煤气总管送入高温料仓，从而三大能源热流在此汇合并燃烧，与吸入的熔融炉吹氧火焰一同对炉料进行强化加热，而后从高温料仓进入余热锅炉继续进行节制性燃烧，使其入口温度控制在1600℃左右，出口温度控制在800℃左右，所有煤气在锅炉内都将被烧掉。余热锅炉烟气采用恒压操作完全由引射风机自动控制。最后，全部烟气由引射风机排入除尘料仓，再透过料层进入大空间全封闭的料场厂房内，通过大量布袋用通风机或烟囱排空。从此“铁矿还原熔融多熔池氧气炼钢炉”通过物流热流的转化，最终完成了由矿到钢的全过程。

由于本发明是个全封闭的高温系统，其余热在转移过程中得到了最大限度的回收与利用，不仅为整个系统的氧化、还原、熔融和炼钢过程提供了充分的能源，而且高温炉气在转移利用中得到了冷却和净化，从此钢铁厂大量用水和水污染问题以及投入庞大的净化设施和动力设备进行烟气降温除尘，而环境污染仍得不到解决的老大难问题都将会成为过去，但是不用焦煤不用焦碳不用高炉铁水，而用铁矿和少量的煤还原熔融炼钢和白热发电的技术，也必将会很快成为现实。还有本发明生产的钢是全海棉铁钢，纯净度高质量好成本低，根据反应缶法和电炉厂使用海棉铁炼钢的实践，通过计算，仅用铁矿作炉料一项比用高炉铁水炼钢，炉料成本降低了30％以上。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，图1是本发明的工艺流程及设备结构形式剖面图。

由图1可知，本发明由“多熔池氧气炼钢炉”1、“余热混铁炉”2、“氧气熔融炉”3、“海棉铁竖炉”4、“烟道余热锅炉”5、和“引射排烟除尘料仓”6贯通组成。

图1中的多熔池氧气炼炉1是一座有两个或两个以上熔池的炼钢炉，并且每个熔池都能独立操作炼钢。多熔池氧气炼钢炉1，主要由炉体11炉帽12两部分构成，炉体1通常是两个或三个单炉体的联合体。每个单体炉都有相应的出钢，受铁和可封闭的操作孔兼出渣口等。每个熔池在炉帽12上都有对应的氧枪孔，散状料孔，炉衬、炉形、炉容氧枪选用和冶炼操作与同等氧气顶吹转炉大体相同，所不同的是单体炉炉壳上部为正方形体，中下部为园形，炉底有把持机构固定在可直线平移的拖盘上，必要时可移出替补，炉帽12是个吊挂式拱顶长方槽体扣放在联体炉炉口上，炉帽12一端和混铁炉2导流烟道联通，其余部位封闭。采用多熔池炼钢炉1的目的，是出于利用钢水含[C]量＞0.2％时炉气成分基本不变和炉气CO含量高≥86％的特征，各个熔池交义吹氧炼钢与出钢，可向封闭系统连续输送CO含量较高的高温炉气，同时加快了出钢频率，有利于连铸和连续轧钢，有利于缩小建厂投资和设备规模，如百吨炉子改为30t三熔池炉，配备的天车将由200t缩小到60t，厂房结构基础及附助设备都将相应缩小，还有多熔池炉1是个封闭系统，一个熔池出钢，另外的熔池在吹氧炼钢。炼钢产生的大量余热互为影响互为利用，出钢后炉衬温度始终维持在高温状态，铁水兑入后会很快进入碳氧反应，无等铁现象，无提温时间，无低温操作，无大喷事故。

图1中的“余热混铁炉”2实际上是个一端供热的平炉，炉头两端分别与氧气溶融炉3和“多熔池炼钢炉”1贯通衔接，炼钢产生的大量高温炉气，顺倾斜导流烟道流向熔池，再延熔池表面流向另一端炉头，经上升道进入“氧气熔融炉”3与熔融炉炉气汇合。混铁炉2采用反射出铁口，铁水通过中间包兑入炼钢炉，混铁炉2前有一可封闭的操作孔。混铁炉的主要作用是储存均热调质保温铁水，调剂平衡前后关系。

图1中的“氧气熔融炉”3由高温料仓31和熔融炉32两部分构成。高温料仓31是个高温炉气集中通过的大容积储料烟道。一端和熔融炉32进料口贯通连接，另一端与烟道余热蒸气锅炉5和一座或多座高位海棉铁竖炉4出料槽封闭连接。

球团海棉铁进入高温料仓31后被往复汽化冷却推料机33缓慢推向熔融炉32溶池，且与炼钢、溶融炉32过来的高温炉气对流，并被大量燃烧的竖炉煤气和熔融炉32熔池吹氧产生的火焰所履盖。在这里儿乎集中了所有的余热对炉料进行强化加热。

熔融炉32其熔池是个热容量较大的定容熔池，为了加料不引起熔池温度有大的波动，力求做到快速平稳化料和提温，要求加料批量、加料次数，要与料温熔池温度协调设定。通常每批料加入后熔池温降≯100℃。

熔融炉32出钢口与混铁炉2相通且位于混铁炉2熔池斜坡上方，这里是炼钢高温炉气通过的地方，溢流钢水顺炉坡流入熔池的过程也是被炼钢高温炉气加热的过程。出钢口下部流钢道，与熔融炉熔池底部相通，是个“U”形连通器通道，当熔池液面升高时，熔池底部钢水会延涵道上升，陆续从出钢口自动溢出流入混铁炉2熔池。熔融炉32是个连续快速大量熔融炉料的重要装置。

图1中的海棉铁竖炉2是由氧化焙烧炉41和煤浴还原炉42两部分构成，进入焙烧炉41的球团矿，在焙烧沪41内经过预热、焙烧和均热过程，即可大批量焙烧成高温、高强度还原性好的高价铁氧化物球团，通常焙烧炉41每平米断面一小时可生产5m³/hm²左右的氧化球团，其成球温度1200℃左右，成球强度≥200Kg/p。亚铁含量可降到0.5％以下，从而为煤浴还原大批量生产出ZHT-2以上的球团海棉铁创造了一个非常好的条件。煤浴炉42是个大容积绝热条件极佳的保温炉，它的四壁如同火墙一样是由自产高温煤气自上而下排出通道所帷成。高温氧化球团进入煤浴炉42后，与螺旋加煤器43加入的还原煤充分混合。

煤浴球还原是从高温开始由表及里进行的，不需要慢长的加热升温过程，而且还原反应是在正压下运动中进行的，与还原煤和煤气有充分的接触机会，因此还原反应进展很快。根据高温球埋煤模拟测试，120分钟内，球团海棉铁金属化率可达到ZHT-4以上的水平。为此，煤浴，还原不仅需要必要的空间，而且还需要一定的时间。海棉铁炉4的产量不决定煤浴炉42的容积，而是取决于焙烧炉41的断面面积，“8m²海棉铁炉”是指焙烧炉41断面面积为8m²，还有伴随着球团煤浴还原，将有大量煤气产生。而且所产生的煤气都要通过煤浴上层1000℃左右的高温缺气区，在这里几乎没有CO₂存在的条件，又无空气介入所以炉气成分主要是CO。这部分煤气，除部分(约1/2)供给焙烧炉41焙烧氧化球团外，其余的通过水冷止回阀进煤气管道输送到“氧气熔融炉”3的高温产仓31内，用于强化加热炉料。球团海棉铁炉4不仅是个大规模连续生产海棉铁的装置，而且还是个大型煤气发生炉，它的更大意义还在于为实现大规模全海棉铁纯净炉料炼钢和低品位铁矿的加工利用开僻了新途径。

图1中的“烟道余热锅炉”5即是个排烟烟道又是个回收烟气余热，造成高压蒸汽用作发电能源的锅炉。由高温料仓31过来的高温烟气和煤气都要经过“烟道余热锅炉”5，在这里，所有残余煤气在离开锅炉之前都将被烧掉，这样即作到了安全生产也保护了生态环境，同时所有余热，也得到了最大限度的回收与利用。

图1中的引射排烟除尘料仓6与余热锅炉5贯通连接，烟气由引射风机61排入除尘料仓后穿过料层，使烟气即能得到降温除尘，也使炉料得到了预热，烟气除尘料仓6是以锌矿球团排烟干燥技术为背景，结合铁矿球团粒径小等特点，设置的一种干法降温除尘大规模干燥炉料的排烟装置，其主要作法是低位料仓内设有固结的简型钢筋铁笼，铁笼上由往复式输送带均匀布料，铁笼内排烟，小于6mm的粉料可穿过铁笼进入仓底，料仓下部延长方向有多点程控放料漏斗和输送带67。排入铁笼65内的烟气，可透过大面积料层64进入全封闭的大空间料场房内，再通过大量布袋63排空，从而钢铁厂的污染问题从根本上得到了治理。

Claims (1)

1、一种铁矿还原熔融多熔池氧气炼钢炉，其特征在于：它由多熔池氧气炼钢炉[1]余热混铁炉[2]氧气熔融炉[3]海棉铁竖炉[4]烟道余热锅炉[5]引射排烟除尘料仓[6]相辅相成贯通连接所构成，所述多熔池氧气炼钢炉[1]，至少有两个以上上部相通可不同步独立炼钢的熔池，溶池炉壳[11]上为方，中下为园形，安放在可平移的底部拖盘上，炉壳[11]有出钢口受铁口可开闭的操作孔兼流渣口，熔池上方为吊挂式拱顶槽形炉帽[12]扣放在炉体上，开口端与混铁炉[2]贯通；所述氧气熔炉[3]由熔融炉[32]和高温料仓[31]两个主要部分构成，高温料仓[31]是个大容积储料排烟通道，所有高温余热炉气煤气由此通过并燃烧，对这里的炉料进行强化加热，熔融炉[32]是个定容熔池熔融炉，熔池温度高热容量大，可连续快速熔融炉料；所述海棉铁竖炉[4]由氧化焙烧炉[41]煤浴还原炉[42]组成，氧化焙炉[41]有布料机[46]供料，燃烧室[47]煤气燃烧提供热原，将球团矿焙烧成高温高强度还原性好的氧化球团，煤浴还原炉[42]是个大容积绝热条件极佳的还原炉，它的四壁由自产高温煤气自上而下排出通道所帷线，高温氧化球团与螺旋加煤机[43]加入的还原煤在此充分煤浴还原；所述引射排烟除尘料仓[6]由引射风机[61]总烟道[66]铁笼支烟道[65]可透气动态料层[64]布袋[63]引风机[62]组成。