一种用粉矿和煤氧直接炼钢工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种用铁矿石和煤、氧直接炼钢工艺，本发明专利技术用煤粉和氧气吹入高温熔体造还原气体，利用细粒铁矿粉气相悬浮预热和气相还原速度快、效率高的优势，在旋风预热器和循环流化床中分别将铁矿粉预热、还原，将得到的９０％以上金属化率的预还原铁矿粉吹入高温熔体中得到钢水。由于在较低的温度下还原，生成的预还原铁粉渗碳少，得到成品钢液时脱碳少，本发明专利技术使炼钢生产流程得到本质上的简化。本发明专利技术的生产率高，吨钢能耗低，设备和基建投资节省，物流得到充分简化，而且避免了铁水在运输过程中的温度损失，易于实现生产的连续化和自动控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钢的生产工艺，尤其涉及一种用粉矿和煤氧直接生产钢水的工艺。
技术介绍
当前最重要的钢铁生产流程(长流程)从铁矿石得到钢水，需经烧结(或球团)、炼焦、高炉炼铁、转炉炼钢四个主要工艺环节，还有众多的辅助工艺环节。高炉炼铁中铁矿石的还原70％以上是间接还原，属气固反应，要求高炉保持良好的透气性，因此贫矿选矿后获得的铁精矿粉和富矿块矿粉末都必须经过造块才能供高炉使用，即经过烧结(或球团)工艺过程。烧结(或球团)的物料处理量约占钢铁联合企业的第二位(仅次于炼铁生产)，能耗仅次于炼铁和轧钢而居第三位。焦炭在高炉内的用途，一方面是作为提供冶炼所需热量的燃料和铁氧化物还原剂，现在这个作用已部分被喷煤取代，焦炭更重要的作用是在矿石软化熔融后，作为支撑高达数十米的料柱的骨架，同时又是煤气通路。焦煤在原煤中的比例较少，储量有限，这势必给依赖炼焦煤的长流程的发展带来危机感。传统长流程已发展到顶峰，但高炉炼铁的特点，决定了传统长流程规模庞大，投资高，生产周期长，吨钢能耗高，环境污染严重。直接还原—电炉流程也可以从铁矿石得到钢水，不需要焦炭，但直接还原铁大部分用竖炉生产，仍然需要铁矿粉造块工序，而且需要丰富的天然气资源，煤基回转窑法生产效率低，转底炉法由于料层较薄规模难以扩大。因此直接还原—电炉流程仍难于和传统长流程竞争，在全世界范围内的钢产量份额仅占5％，我国则很少。熔融还原—转炉流程改变了传统长流程对焦炭的依赖程度，例如COREX熔融还原炼铁-转炉流程仅需要少量的焦炭，原理上它仅将高炉的功能一分为二，先气态间接还原后熔化分离，缺点也是显而易见的：耗氧量大(500m3/t)，投资比传统长流程高10％～20％，发展速度缓慢。熔融还原—转炉流程只是对传统长流程铁前工序的变革。也有一些专利提出直接炼钢或一步炼钢，CN87101210A专利技术者在转炉上用碳同时作还原剂和燃料，产生的大量CO仅作预热用，回收其物理热，这是不经济的，理论上也是与炼铁原理违背，不可能得到实现。他提到的用中频炉或电弧炉直接炼钢，同样不利用产生的大量CO，电耗将很大，不可能用于生产。专利CN1116240A与专利CN87101210A，作者为同一人，技术原理基本一致，内容上稍微增添和细化。专利CN1087951A获得海绵铁的技术，理论上相当于煤基竖炉工艺，炼铁界公认该工艺不成熟，生产成本偏高。该专利一个致命的缺点是当高温还原气体通过海绵铁溜槽底部的气孔进入上部容室上行，将矿石预热还原时，溜槽气孔容易堵死，如改为侧吹还原气体则容易实现。该专利也未提到铁矿石必须造块。粉矿是不能通过竖炉还原的。专利CN1348013A使用的原料是球团矿，获得海绵铁的技术原理也相当于煤基竖炉工艺，与传统流程相比经济上不可行。专利CN1223301A用隧道窑、推料杆和铧板的复杂机构来生产海绵铁，其反应机理类似于煤基回转窑工艺，专利CN1818082A反应机理也类似于煤基回转窑工艺，生产效率不-->可能高。专利CN1850997A提出用感应炉直接炼钢，在同一感应炉内先加入铁矿粉、煤、熔剂得到铁水，然后向铁水中吹氧和加入熔剂得到钢水，在技术原理上是可行的，但是感应炉规模小，电耗大，不经济，不可能大规模生产。专利CN1851000A提出用铁矿粉和无烟煤粉的混合料块利用转炉直接炼钢，该方法往混合料块中同时顶底吹氧。底吹氧只会将还原出来的Fe不断的氧化，该反应的实质就是煤不断的氧化。正确的方法应当是在渣区用煤还原，也可以在渣区吹少量的一次氧以增加反应的热量，通过控制氧的吹入量来实现煤还原铁矿物，在气相区吹氧二次燃烧，二次燃烧的热量提供给渣区还原反应吸热，但决不可以再底吹氧氧化铁液。因此该专利提出的方法煤耗高，而生产率不一定高，大生产上很难实现。专利CN1073212A提出的炼铁方法，原理上和1988年荷兰的霍戈文钢铁公司、英国钢铁公司和意大利的伊瓦尔公司开发的旋风炉式熔融还原流程一致。旋风炉式熔融还原只进行了中间试验，至今没有任何进展。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用粉矿和煤氧直接炼钢工艺。本专利技术提供一种直接炼钢工艺，包括下列步骤：1)直接炼钢炉内预先形成一个钢水熔池，或者是钢渣混合的熔池，温度在1600℃以上；2)向直接炼钢炉内吹入煤粉和氧气及熔剂，产生CO+H2含量为85％～100％(体积比)的还原气；还原气与矿粉的流动方向相反；还原气依次通过终还原循环流化床、预还原循环流化床、多级旋风预热器，与相反方向流动的矿粉换热；还原气经换热后降温至770℃～850℃；出旋风预热器的尾气需要脱除其中的CO2和水蒸汽，再与出直接炼钢炉的高温还原气换热，升温至770℃～850℃，然后再通入循环流化床；3)将铁矿细磨至100目～325目，得铁矿微粉；将该铁矿微粉用粉矿提升设备提升至多级旋风预热器的进料口，顺次流过多级旋风预热器和预还原循环流化床、终还原循环流化床；在流化床中铁矿微粉被还原气预热和还原，得到金属化率80％～100％的铁矿粉；4)向直接炼钢炉内吹入经过预热和还原后金属化率80％～100％的铁矿粉，同时继续向直接炼钢炉内吹入煤粉和氧气及熔剂，通过调整铁矿粉、煤粉、氧气、熔剂的比率，得到钢水的含碳量保持在0％～0.4％，同时脱除大部分的磷和少量的硫得到P＜0.05％，S＜0.1％的钢水，熔池里钢水和炉渣不断增加，通过虹吸出钢口和出渣口流出。优选的，步骤2)中煤粉、氧气、熔剂的比例为100∶100～130∶5～20。优选的，步骤2)和4)所述熔剂为石灰、白云石或二者的混合物，用N2作载气通过喷枪吹入。石灰和白云石可以以任意比例混合。优选的，步骤2)所述的煤粉和氧气用套管式的煤氧枪吹入，氧气通过内管，煤粉通过外管，用N2作载气。-->优选的，步骤2)中的尾气，温度为300～400℃。优选的，步骤3)所述的铁矿微粉在磨矿阶段或循环流化床还原过程中要掺入1％～5％的MgO或CaO或MgCO3。优选的，步骤4)所述的铁矿粉、煤粉、氧气、熔剂的比率为：100∶20～50∶24～70∶5～10，重量比。优选的，可以用余热锅炉冷却回收直接炼钢炉还原气、各级循环流化床的出口气体及旋风预热器出口气体的显热来发电。本专利技术还提供一种直接炼钢设备，依次包括：多级旋风预热器(3)，预还原循环流化床(4)，终还原循环流化床(5)，直接炼钢炉(6)；直接炼钢炉(6)是桶形炉子，自下而上包括钢水区(C)、渣区(B)和气相区(A)；直接炼钢炉(6)上带有粉矿喷吹设备(7)、底吹或侧吹煤氧枪(8)、直接炼钢炉出钢口(9)和直接炼钢炉出渣口(10)；终还原循环流化床(5)通过粉矿喷吹设备(7)与直接炼钢炉(6)相连，粉矿喷吹设备(7)插入到直接炼钢炉(6)的钢水区中；直接炼钢炉底吹或侧吹煤氧枪(8)插入到直接炼钢炉(6)的底部或侧面的钢水区中，直接炼钢炉出渣口(10)位于直接炼钢炉外侧炉墙中部，在直接炼钢炉外侧炉墙上开有直接炼钢炉出钢口(9)。优选的，所述的直接炼钢设备还包括磨矿粉设备(1)，粉矿提升设备(2)，磨矿粉设备(1)经粉矿提升设备(2)与多级旋风预热器(3)相连。优选的，所述的直接炼钢设备还包括气体换热器，气体增压设备(12)，气体净化设备(15)，气体脱除CO2和H2O设备(17)，位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接炼钢工艺，包括下列步骤：　　１）直接炼钢炉内预先形成一个钢水熔池，或者是钢渣混合的熔池，温度在１６００℃以上；　　２）向直接炼钢炉内吹入煤粉和氧气及熔剂，产生ＣＯ＋Ｈ↓［２］含量为８５％～１００％（体积比）的还原气；　　还原气与矿粉的流动方向相反；还原气依次通过终还原循环流化床、预还原循环流化床、多级旋风预热器，与相反方向流动的矿粉换热；还原气经换热后降温至７７０℃～８５０℃；　　出旋风预热器的尾气需要脱除其中的ＣＯ↓［２］和水蒸汽，再与出直接炼钢炉的高温还原气换热，升温至７７０℃～８５０℃，然后再通入循环流化床；　　３）将铁矿细磨至１００目～３２５目，得铁矿微粉；将该铁矿微粉用粉矿提升设备提升至多级旋风预热器的进料口，顺次流过多级旋风预热器和预还原循环流化床、终还原循环流化床；在流化床中铁矿微粉被还原气预热和还原，得到金属化率８０％～１００％的铁矿粉；　　４）向直接炼钢炉内吹入经过预热和还原后金属化率８０％～１００％的铁矿粉，同时继续向直接炼钢炉内吹入煤粉和氧气及熔剂，通过调整铁矿粉、煤粉、氧气、熔剂的比率，得到钢水的含碳量保持在０％～０．４％，同时脱除大部分的磷和少量的硫得到Ｐ＜０．０５％，Ｓ＜０．１％的钢水，熔池里钢水和炉渣不断增加，通过虹吸出钢口和出渣口流出。...

【技术特征摘要】
1.一种直接炼钢工艺，包括下列步骤：1)直接炼钢炉内预先形成一个钢水熔池，或者是钢渣混合的熔池，温度在1600℃以上；2)向直接炼钢炉内吹入煤粉和氧气及熔剂，产生CO+H2含量为85％～100％(体积比)的还原气；还原气与矿粉的流动方向相反；还原气依次通过终还原循环流化床、预还原循环流化床、多级旋风预热器，与相反方向流动的矿粉换热；还原气经换热后降温至770℃～850℃；出旋风预热器的尾气需要脱除其中的CO2和水蒸汽，再与出直接炼钢炉的高温还原气换热，升温至770℃～850℃，然后再通入循环流化床；3)将铁矿细磨至100目～325目，得铁矿微粉；将该铁矿微粉用粉矿提升设备提升至多级旋风预热器的进料口，顺次流过多级旋风预热器和预还原循环流化床、终还原循环流化床；在流化床中铁矿微粉被还原气预热和还原，得到金属化率80％～100％的铁矿粉；4)向直接炼钢炉内吹入经过预热和还原后金属化率80％～100％的铁矿粉，同时继续向直接炼钢炉内吹入煤粉和氧气及熔剂，通过调整铁矿粉、煤粉、氧气、熔剂的比率，得到钢水的含碳量保持在0％～0.4％，同时脱除大部分的磷和少量的硫得到P＜0.05％，S＜0.1％的钢水，熔池里钢水和炉渣不断增加，通过虹吸出钢口和出渣口流出。2.如权利要求1所述的直接炼钢工艺，其特征在于，步骤2)中煤粉、氧气、熔剂的比例为100∶100～130∶5～20。3.如权利要求1所述的直接炼钢工艺，其特征在于，步骤2)和4)所述熔剂为石灰、白云石或二者的混合物，用N2作载气通过喷枪吹入，石灰和白云石可以以任意比例混合。4.如权利要求1所述的直接炼钢工艺，其特征在于，步骤2)所述的煤粉和氧气用套管式的煤氧枪吹入，氧气通过内管，煤粉通过外管，用N2作载气。5.如权利要求1所述的直接炼钢工艺，其特征在于，步骤3)所述的铁矿微粉在磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：董杰，周勇，
申请(专利权)人：莱芜钢铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]