【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用高炉生产含铬生铁的方法，特别是涉及利用冷粘结料丸作配料并从高炉风口鼓入气体生产含铬生铁的方法。含铬生铁通常是在电炉中生产的。虽然已经提出若干个高炉生产含铬生铁的方案，由于铬矿很难被还原并且其熔点高，尽管在高炉中已进行过试验，但这些方案均未能付诸实施。日本专利出版物(KOKOKU)No.60-21218中披露(1)采用含碳材料的冷粘结料丸;以及(2)在风口处采用高火焰温度，它可以通过从风口吹入热氧空气流获得，空气含氧量为41%或更低。该方法的缺点是，由于通过炉腹区气体量很大以致顶部气体温度超过500℃数量级，这就使炉顶设备的负荷很大，并导致生产率很低。本专利技术的目的是提供一种生产含铬生铁的方法，该方法可防止高炉顶部普遍温升，并可减少热对高炉体以及高炉设备所产生的影响。这些目的和其它目的以及优点，从如下本专利技术的详细说明并结合附图将会变得更加明显。根据本专利技术提供的一种生产含铬生铁的方法，该方法包括以下几步往高炉中加入由粉末铬矿、粉末焦炭制成的冷粘结丸，铁矿和焦炭块;以及通过高炉的风口往高炉中吹入含50%以上氧的空气。图1示出了根据本专利技术的一个具体实施例操作的高炉说明图;图2是表明在热空气操作过程中按如图控制的热平衡图;图3为当风口的火焰温度改变时，本专利技术的一个具体实施例的热平衡图4为当生铁中的铬含量改变时，本专利技术的另一个具体实施例的热平衡图;图5为本专利技术氧气炼钢炉中顶部气体温度对焦炭比例关系与热空气操作中相对关系对比的说明图;图6为当生铁中铬含量和燃料比之间的关系说明图;以及图7为估算的炉内温度分布说明图。图1举例说明按...
【技术保护点】
生产含铬生铁的方法包括：将由铬矿粉、焦炭粉制得的冷粘结料丸、铁矿石和焦炭块装填到高炉中；以及将含氧量超过５０％的气体，经由冷粘料丸生产含铬生铁高炉的风口吹入高炉。
【技术特征摘要】
JP 1986-6-10 134622/86中出现的术语“纯氧”，其含意指不必是100%的纯度，可含少量杂质。根据上述方法，因为冷粘结料丸是以含碳物料的冷粘结料丸的形式提供的，矿石粒度又很细，这样它们与碳颗有许多点相接触，从而还原反应可在低温下进行，并有助于炉体热负荷的降低。例如，在1350℃下60分钟可达到90%的还原，在这种情况下，如果粒度更小的话，矿石的还原速度通常进行得很快，由于颗粒大小决定着矿石中的扩散速度。还原反应速度会随含碳量的增加而增大，但是，既使所加碳量超过碳化物生成的当量值时，也显示不出明显的效果。由于在冷粘结料丸的制备过程中加入了硅石粉，因此就有可能得到不仅还原性优异、而且高温软化和熔化性能也十分好的料丸。固化9分成两种类型(1)“原样固化”和(2)快速固化。类型(1)中，料丸是在室外大气中固化3-4周末提高强度。类型(2)中，料丸要经过预干燥、蒸汽处理和后干燥处理9～14小时来提高强度。经过这样的固化步骤，能够得到适合炉炉料所需要的强度。规定铬含量低于40%时，可以进行生产。在这种情况下，由于炉底部的气量较小，高炉得不到必需的热量。因此要达到所需温度水平的优选方法是从高炉中间层吹入预热气体。然而，即使铬在含量低于40%的情况下，如果通过提高燃料比来提高炉腹部气量进行生产的话，也可能得到预热炉所必需的热量。虽然就预热气而言，根据上述实施例，可以把顶部燃烧气18和纯氧16经燃烧器14引入高炉，除了顶部气外还可利用焦炉气、重油和焦油。虽然根据本发明可使用燃烧器，但也可使用燃烧炉制备预热气预热气的温度可在1000℃～1600℃范围内调整。低于1000℃时，冷粘结料丸的还原反应减慢。温度超过1600℃，矿石软化，产生不令人满意的“下降”现象。温度超过1600℃增加了高炉的热负荷并缩短了高炉的使用寿命。铬含量超过40%数量极时，燃料比较高并且炉腹气量增加，这样就免除了使用预热气的必要性。纯氧16和火焰温度控制剂通过风口15吹入高炉。优选的火焰温度控制剂为顶部气、水蒸汽、水和冷空气，火焰温度最好控制在2000℃～2900℃。低于2000℃时，很难掌握含铬生铁合乎要求的出铁温度。温度超过2900℃时，炉渣组份强烈汽化，导致生成气在高炉顶部冷凝，因此最佳温度范围为2400℃～2800℃。此外，因为氧是代替热空气从风口吹入高炉的，所以在这里也吹入了较多量的燃料，这样便可降低焦炭的消耗量。就燃料而言，可使用媒粉、焦炭粉、重油以及焦油。此外，由于氧气的吹入，所以炉腹部的气量降低，因而防止高炉顶部区的温升以及配料的附带“漂浮”。结果，就有可能提高生产。因为顶部气基本上不含N2，所以它作为化学合成原料气具有广泛的实用价值。在该实施例中，由于纯氧16是从风口15吹入的，因此纯氧可用含氧50%以上的气体代替。如果氧含量为50%或更低，那么就必需提高燃料比。结果导致顶部气体温度过分地并令人不希望地提高。优选氧含量为95～100%。该含量范围的优点在于(a)固定在高炉上的风口嘴处产生的气体的有效组成(CO+H2)含量增加。(b)单元生产气量可减少，因此生产率提高。(c)炉顶气适合作化学合成原料气，由于气体中CO丰富，并几乎不含N2。就炉渣组成而言，炉渣中Al2O-3MgO的含量最好为30%或更低。如果该含量超过30%，保留在炉腹中的Cr2O3的还原进行得较慢，并且铬的产率降低。在这个实施例中，用硅石作熔剂以控制矿渣的组成。本发明将会从如下实例中得更好的理解，注意这些例子用作说明，并不作为限制。高炉操作中的物料和热的平衡说明如下，以揭示氧和热空气操作。表1示出了计算要求量。物料平衡考虑最高和最低部分，即高炉的两部分。使最高和最低部分的交界温度等于在高炉较低部分控制热平衡的Cr2O3直接还原反应开始的温度，即1650℃和1350℃分别适用于铬矿块和含炭材料的冷粘结料丸。由风口预热气体吹入预热气和气体的量可分别从高炉的最高部分和最低部的平衡求出。表1-1(1)矿石组成TFe FeO Fe Cr2O3SiO2CaO Al2O3MgO Mn Fe ore 0.5863 0.0395 0 0 0.0540 0.0800 0.0513 0.0129 0.0030 Cr ore 0.1127 0.145 0 0.564 0.0455 0.0043 0.1290 0.1302 0(2)生铁的组成No. Cr C Si P Fe1 60 8 1 0.05 30.95%2 40 8 1 0.05 50.953 20 8 1 0.05 70.954 10 8 1 0.05 80.95(3)炉渣组成CaO/SiO2＝0.5(Al2O3+MgO)/(Al2O3+MgO+SiO2+CaO)＝0.42表1-2(4)熔融金属和熔融炉渣温度熔融金属 1750℃熔融炉渣 1800℃(5)较低和较高部分交界的凝固温度TR含碳材料的冷粘结料丸TR1350℃矿石块∶TR1650℃(6)热损失25×104Kcal/T(7)气体吹入条件吹入气 控制剂 吹入温度 火焰温度热空气(O221%) 600℃ 2000℃热空气(O221%) 900℃ 2300℃热空气(O230%) 1100℃ 2600℃O2顶部气 - 2600，2900O2蒸汽 - 2600，2900表1-3(8)装填量(kg/T)编号 生铁中Cr% 铬矿 铁矿 石灰石 硅石1 60 1690 209 350 2952 40 1126 662 130 1303 20 564 1115 0 604 10 282 1340计算结果示于图2-4中。这些图分别示出了，高炉生产中提高固体温度和还原反应所需热量与辐射量和气体温度降低之间的关系。图2-4中，表示气体温度与热量关系的曲线的斜率越大，炉腹气量越大，且燃料比越高。图2是对比热空气操作的计算实例，在该情况下，风口火焰温度随Cr2O3还原反应起始温度1650℃和Cr含量20%的变化而改变。由于使用铬矿铁，因此温度1650℃要进行调整。图2的图示中，风口火焰(Tf)2000℃处的固体温度以a1(s)表示，它随气体温度(以a1(g)表示)的变化而改变;2300℃下固体温度(以b1(s)表示)它随气体温度(以b1(g)表示)的变化而改变;2600℃下固体温度(以c1(s)表示)随气体温度(以c1(g)表示)的变化而改变，例如，在风口火焰温度2000℃下，固体的温度沿曲线a1(s)的x→y→z变化，其中，x顶部装料态;y较高部分和较低部分界面态;以及z出铁态。气体沿a1(g)曲线的L→M→N变化，其中，L风口态M较高部分与较低部分的界面态;以及N高炉顶部排出气体态。通过提高风口火焰温度Tf，可使燃料比F.R.降低，并且顶部气体温度可从1060℃大大降低到547℃。然而，风口火焰温度、顶部气体温度分别超过500℃时，会出现损坏高炉顶部耐火材料问题，以及对高炉顶部设备的热负荷加大问题。图3示出了当热空气和纯氧通过风口吹入高炉时，Cr的恒定含量为20%的高炉操作的变化。由于使用了含碳材料的冷粘结丸，因此Cr2O3还原反应的起始温度为1350℃。在热空气吹入操作中，热空气温度为1100℃时的风口嘴火焰温度为1350℃，注意固体的温度变化用a(s)表示，气体温度的变化以a2(g)表示。吹氧操作中，纯氧和顶部气作为风口火焰温度控制剂通过风口吹入高炉，将使火焰温度(Tf)达到2600℃和2900℃。在Tf＝2600℃时，固体和气体温度变化分别以b2(s)和b2(g)表示，并且在Tf＝2900℃时，固体和气体的温度变化分别以c2(s)和c2(g)表示。在吹氧操作情况下，顶部气体的温度降低，最好使用预热气。图4示出吹氧操作中Cr含量在TR＝1350℃和Tf＝2900℃改变时高炉操作的变化，注意TR和Tf分别代表Cr2O3还原反应的起始温度和风口火焰温度。40%-Cr固体和气体温度的变化分别以a3(s)和a2(g)表示;20%-Cr固体和气体的温度分别以b3(s)和b3(g)表示;以及10%-Cr固体和气体的温度变化分别以c3(s)和c3(g)表示。在含铬10%和20%固体的情况下，顶部气体温度下降，因此最好使用预热气体。在含铬40%的固体情况下可不用预热气体进行操作。随着铬含量(%)的增加，高炉较低部分需热量增加，因此燃料比FR增大。图5为吹氧操作中预顶部气体温度与焦炭比率关系与热空气吹入操作的比较。图5中5、10、20、40和60为铬的百分含量，A、B、C、D、E和F为计算值，根据高炉操作要求示于如下表2中。表2等级 风口鼓风 鼓风温度 风口嘴火焰 还原反应起(℃) 温度(℃) 始温度(℃)A 含O221% 600 2000 1650的热空气B 含O221% 900 2300 1650的热空气C 含O230% 1100 2600 1650的热空气表2(续)等级 风口鼓风 鼓风温度 风口嘴火焰温 还原反应起(℃) 温度(℃) 始温度(℃)D 含O230% 1100 2600 1350的热空气E 纯 O2+煤粉 大气温度 2600 1350+顶部气F 纯 O2+煤粉 大气温度 2900 1350+顶部气图5中实线表示各种条件下的热空气吹入操作。当铬含量增加时，顶部气体温度提高，致使高炉操作变得困难。另一方面，按照本发明虚线表示吹氧操作(E、F)中，将氧气从风口吹入高炉可降低炉腹气体量。这样就可降低顶部气体温度，并可抑制顶部气体温度的上升。根据本发明，铬含量超过40%时，操作可在不用预热气的条件下完成，但是当铬含量低于40%时，最好吹入预热气体以防止顶部气体温度明显地降低。根据本发明，不仅氧气而且温度控制气也可以通过风口吹入高炉以控制上述火焰温度。图6示出了当将顶部气和蒸汽作风口嘴火焰温度控制剂用于吹氧生产时，Cr含量与燃料比之间的关系，注意(a)当使用蒸汽时，风口嘴的火焰温度Tf升至2600℃;(b)当煤粉和顶部气从风口吹入高炉时，温度Tf升至2600℃;(c)在(b)相同的条件下，温度Tf升至2900℃;以及(d)当仅用顶部气作温度控制剂从风口吹入高炉时，温度Tf升至2600℃。如果用蒸汽作风口嘴火焰温度控制剂，会发生较大的热吸收，从而导致燃料比FR越高。值得注意的是，大气可用于控制风口嘴的火焰温度。表3为根据本发明的吹氧操作中，用顶部气体作风口嘴火焰温度控制剂时，每吨熔融金属单位消耗实例。在Cr＝40～60%时，顶部气体中的CO2含量低到4～9%数量级，即可以直接地或经过轻度处理之后作为化学合成原料气。图7为高炉中温度分布曲线图。图7中的实线表示当Tf＝2000℃和TR＝1650℃的热空气吹入操作，注意TR代表还原反应的起始温度。图7中虚线示出了Tf＝2900℃和TR＝1350℃时的吹氧操作。用含碳冷粘结料丸作为原料的吹氧操作时，可减缓炉体的炉顶热负荷。由于高炉内部气体具有十分高的还原性，因此FeO的还原反应很快完成，以致温度和化学侵蚀引起的炉壁耐火材料的腐蚀可以减轻。表3-1铬含量 Cr 20% Cr 40% Cr 6...
【专利技术属性】
技术研发人员：大野阳太郎，松浦正博，佐藤健吉，福与宽，
申请(专利权)人：日本钢管株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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