一种飞速还原直接炼钢的装置及方法制造方法及图纸

一种飞速还原直接炼钢的装置及方法，属于钢铁冶金技术领域。该装置包括铁矿粉预处理，飞速还原炉和炼钢炉三个系统。其方法为：先将普通铁精矿通过细磨精选制备超纯铁精矿，实现冷态除杂；再与以氢气为主的还原气体通入还原炉中，气固两相并行向下流动的过程中进行飞速还原，得到金属化率为85～100％的预还原铁粉后，喷吹至炼钢炉中的钢水区，同时喷吹煤粉和氧气进行连续炼钢，得到含C的质量分数为0.01～0.40％的钢水，熔炼尾气经过改质后通过底喷元件吹入熔池进行搅拌。该方法简化了炼钢流程，提高了生产效率，同时减少CO2排放，减轻环境负荷。

A device and method for rapid reduction of direct steelmaking

A device and method for rapid reduction of direct steelmaking belongs to the field of iron and steel metallurgy. The device consists of three systems: iron ore powder pretreatment, quick reduction furnace and steelmaking furnace. The method is as follows: first, the ordinary iron concentrate is prepared by fine grinding to prepare the ultrapure iron concentrate, and the cold state removal is realized. Then, in the reduction furnace with hydrogen mainly reducing gas, the rapid reduction of the gas solid two phase parallel downward flow is carried out, and after the reduction of the metal rate of 85 to 100% of the pre reduced iron powder, it is blown to the steelmaking furnace. At the same time, the molten steel is continuously blown by pulverized coal and oxygen, and the mass fraction of C containing 0.01 to 0.40% of the molten steel is obtained. This method simplifies the steelmaking process, improves production efficiency, reduces CO2 emissions and reduces environmental load.

【技术实现步骤摘要】
一种飞速还原直接炼钢的装置及方法
本专利技术属于钢铁冶金
，涉及非高炉炼铁工艺，特别涉及一种飞速还原直接炼钢的装置及方法。
技术介绍
传统的炼铁工艺以高炉为主，将还原、熔化、造渣等过程集于高炉一体，具有设备简化的优点，但高炉炼铁流程长、能耗高以及环境污染严重，并且强烈依赖冶金焦。因此，钢铁工业节能减排的任务非常迫切，实施低碳生产技术、推行清洁生产是现代钢铁企业持续发展的必由之路。熔融还原炼铁技术以煤代焦，减少冶金焦的使用，同时可利用粉矿进行还原，可省去造块、炼焦等高污染、高耗能工序，因而得以发展。主要有Finex、HIsmelt、DISO法等。Finex法采用多级流化态反应器完成铁矿的还原过程，还原的热矿粉经热压块后作为炉料加入熔融气化炉中进行熔融还原。该工艺使用1～10mm的粉矿进行还原，但由于Finex法采用较高的预还原温度(850℃左右)，获得高金属化率(90％左右)的还原铁粉，在多级流态化还原过程中易于发生粘结失流的现象，影响流化过程的顺利进行。HIsmelt法采用铁浴炉作为熔炼造气炉，循环流化床作为还原炉，直接使用粒度为6mm以下的粉矿与粉煤进行冶炼。熔炼炉中煤与矿石的混合料通过枪口喷入金属熔融区，迅速溶解并进行冶炼。虽然通过控制预还原度显著地降低了矿粉的粘结，但炉渣中的w(FeO)提高，这加重了铁浴炉的负担，加剧炉衬腐蚀，不利于终还原进行。专利CN101117650A提出熔融还原快速预还原细微铁矿粉的方法，将微米级铁矿粉在输送式反应器或快速流化床中预还原，还原温度为580～750℃，将预还原率控制在70～85％的铁料经压块或喷粉导入熔融气化炉中进行终还原得到铁水和高温煤气，但是由于熔融气化炉主要完成直接还原铁的熔化及造气功能，要求直接还原铁的还原率高于90％，使得该方法中熔炼过程的进行较为困难。专利CN101906501A提出一种用粉矿和煤氧直接炼钢工艺，采用细粒铁矿粉在旋风预热器和循环流化床分别预热还原，将得到的金属化率为90％以上的还原铁矿粉吹入高温熔体中获得钢水，由于该工艺的还原温度为770～850℃，且铁矿粉的金属化率高，因此在流化过程中矿粉极易粘结，影响预还原的进行。专利CN101260448A提出一种直接使用精矿粉的熔融还原炼铁方法，将铁矿粉预热后送入快速流化床中进行预还原，预还原后的铁粉金属化率达到50～80％，与还原后的铁粉与煤粉、氧气喷入炼钢炉内，进行终还原与熔化，但没有提到炼钢炉熔融还原的具体方式。专利CN102586527A中提出一种氢碳熔融还原炼铁新工艺，铁矿粉经预热还原后，在终还原过程中采用氢气和煤粉对铁矿进行熔融还原，但在预还原铁矿粉进入终还原炉的过程中经过炉内自由空间时会发生再氧化，影响还原效率。专利CN101445850A公开了一种含铁物料悬浮二级快速还原工艺方法及其装置，喷射还原炉中气固两相向上并流，气固两相接触充分，为连续炼钢炉提供金属化率为85～97％的预还原铁矿粉，但含铁物料中加入了3～10％的CaO，降低预还原铁矿粉的纯度。专利CN104551015A、CN106086280A、CN102690919A、CN103993115A等公开的闪速炼铁技术，把还原、熔化、造渣等过程集于一体，具有设备简化，易于生产的大规模生产的优点，但还原过程受到熔炼气氛的影响，无法保证铁矿粉在悬浮的过程中充分还原。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种飞速还原直接炼钢的装置及方法，该方法先将普通铁精矿通过细磨精选制备超纯铁精矿，实现冷态除杂；然后将超纯铁精矿和以氢气为主的还原气体通入还原炉中，气固两相并行向下流动的过程中进行飞速还原，还原时间为1～50s，还原后生成金属化率为85％以上的预还原铁粉；将预还原铁粉喷入炼钢炉内同时喷吹煤粉和氧气，进行熔炼还原，熔炼过程中生成的熔炼尾气经过煤气改质获得改质煤气，通过底喷元件将改质煤气吹入熔池进行搅拌，实现连续炼钢，生产的钢水供精炼炉生产超纯净钢。其目的在于提供一个工艺简单，对环境友好，效率高，流程短的炼钢流程。本专利技术的一种飞速还原直接炼钢的装置，包括铁矿粉预处理系统，飞速还原炉系统和炼钢炉系统；其中，所述的铁矿粉预处理系统包括磨矿装置、磁选装置、干燥装置、矿粉提升装置和给料装置，各个装置依次通过管道连接；所述的飞速还原炉系统包括飞速还原炉、出料仓、还原气体制备装置和还原尾气后处理设备；所述的飞速还原炉设置有进料口、物料出口和还原尾气出口；飞速还原炉的炉体顶部设置有进料口，与铁矿粉预处理系统的给料装置相连；飞速还原炉的炉体底部设置有物料出口，与出料仓相连；飞速还原炉的炉体侧面下部设置有还原尾气出口，与还原尾气后处理设备相连；所述的还原尾气后处理设备包括除尘装置、还原尾气净化装置、气体混合罐、换热器和还原气体流量调节阀，各个装置通过管路依次连接；其中，还原气体制备装置和气体混合罐相连接；所述的还原气体流量调节阀和飞速还原炉的进料口相连；所述的炼钢炉系统包括炼钢炉、换热器、熔炼尾气净化装置、煤气改质装置和熔炼气体流量调节阀；所述的炼钢炉从上到下依次为气相区，渣层区，钢水区，炼钢炉的炉壁上设置有高温氧枪、煤氧喷枪、粉矿喷吹设备和底喷元件；其中，高温氧枪的出口位于气相区，煤氧喷枪的出口位于渣层区，粉矿喷吹设备和底喷元件插入钢水区；炼钢炉外侧炉墙中部设置有出渣口，炼钢炉外侧炉墙底部设置有出钢口；炉体的顶部设置有熔炼尾气出口；所述的出料仓出口与炼钢炉的粉矿喷吹设备相连，炼钢炉的熔炼尾气出口与换热器、熔炼尾气净化装置、煤气改质装置、熔炼气体流量调节阀、炼钢炉的底喷元件依次相连。作为优选，所述的除尘装置的含铁尘灰出口与炼钢炉的粉矿喷吹设备相连。作为优选，所述的飞速还原炉为长径比为20:1～40:1的竖直反应炉体。本专利技术的一种飞速还原直接炼钢的方法，采用上述装置，具体包括以下过程：步骤1，原料细磨精选将普通铁精矿细磨精选，得到粒径≤100μm的超纯铁精矿，然后干燥，将干燥后的超纯铁精矿粉通过矿粉提升装置提升至给料装置，其中，干燥后的超纯铁精矿粉中水分的质量百分数≤1％；步骤2，飞速还原(1)向飞速还原炉中，通入预热温度为600～900℃的还原气体，同时，飞速还原炉的温度控制在900～1100℃；(2)干燥后的超纯铁精矿粉通过给料装置加入飞速还原炉中，还原气体与超纯铁精矿粉并行向下运动的过程中进行飞速还原，得到金属化率为85～100％的预还原铁粉；其中，按质量比，干燥后的超纯铁精矿粉：还原气体＝1：(1～10)；还原过程中，干燥后的超纯铁精矿粉在飞速还原炉中的平均停留时间为1～50s；(3)还原尾气经过除尘装置后，再进行脱水蒸汽、CO2处理，并调整成分，然后预热至600～900℃后再通入飞速还原炉中循环使用；(4)步骤2(2)得到的预还原铁粉与步骤2(3)在除尘装置收集的含铁尘灰一起喷入炼钢炉中进行熔融还原；步骤3，熔炼还原(1)炼钢炉内预先形成了一个钢渣熔池，钢渣熔池分层形成渣层区和钢水区，温度≥1450℃；(2)以氧气为载体向渣层区喷吹还原剂和造渣剂，向渣层上方的气相空间喷吹氧气，采用粉矿喷吹设备将预还原铁粉与含铁尘灰喷吹至炼钢炉中的钢水区，进行连续炼钢过程，得到钢水、炉渣和熔炼尾气；其中，钢水的含C的质量分数为0.01～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞速还原直接炼钢的装置，其特征在于，包括铁矿粉预处理系统，飞速还原炉系统和炼钢炉系统；其中，所述的铁矿粉预处理系统包括磨矿装置、磁选装置、干燥装置、矿粉提升装置和给料装置，各个装置依次通过管道连接；其中，所述的飞速还原炉系统包括飞速还原炉、出料仓、还原气体制备装置和还原尾气后处理设备；所述的飞速还原炉设置有进料口、物料出口和还原尾气出口；飞速还原炉的炉体顶部设置有进料口，与铁矿粉预处理系统的给料装置相连；飞速还原炉的炉体底部设置有物料出口，与出料仓相连；飞速还原炉的炉体侧面下部设置有还原尾气出口，与还原尾气后处理设备相连；所述的还原尾气后处理设备包括除尘装置、还原尾气净化装置、气体混合罐、换热器和还原气体流量调节阀，各个装置通过管路依次连接；还原气体制备装置和气体混合罐相连接；所述的还原气体流量调节阀和飞速还原炉的进料口相连；其中，所述的炼钢炉系统包括炼钢炉、换热器、熔炼尾气净化装置、煤气改质装置和熔炼气体流量调节阀；所述的炼钢炉从上到下依次为气相区，渣层区，钢水区，炼钢炉的炉壁上设置有高温氧枪、煤氧喷枪、粉矿喷吹设备和底喷元件；其中，高温氧枪的出口位于气相区，煤氧喷枪的出口位于渣层区，粉矿喷吹设备和底喷元件插入钢水区；炼钢炉外侧炉墙中部设置有出渣口，炼钢炉外侧炉墙底部设置有出钢口；炉体的顶部设置有熔炼尾气出口；所述的出料仓出口与炼钢炉的粉矿喷吹设备相连，炼钢炉的熔炼尾气出口与换热器、熔炼尾气净化装置、煤气改质装置、熔炼气体流量调节阀、炼钢炉的底喷元件依次相连。...

【技术特征摘要】
1.一种飞速还原直接炼钢的装置，其特征在于，包括铁矿粉预处理系统，飞速还原炉系统和炼钢炉系统；其中，所述的铁矿粉预处理系统包括磨矿装置、磁选装置、干燥装置、矿粉提升装置和给料装置，各个装置依次通过管道连接；其中，所述的飞速还原炉系统包括飞速还原炉、出料仓、还原气体制备装置和还原尾气后处理设备；所述的飞速还原炉设置有进料口、物料出口和还原尾气出口；飞速还原炉的炉体顶部设置有进料口，与铁矿粉预处理系统的给料装置相连；飞速还原炉的炉体底部设置有物料出口，与出料仓相连；飞速还原炉的炉体侧面下部设置有还原尾气出口，与还原尾气后处理设备相连；所述的还原尾气后处理设备包括除尘装置、还原尾气净化装置、气体混合罐、换热器和还原气体流量调节阀，各个装置通过管路依次连接；还原气体制备装置和气体混合罐相连接；所述的还原气体流量调节阀和飞速还原炉的进料口相连；其中，所述的炼钢炉系统包括炼钢炉、换热器、熔炼尾气净化装置、煤气改质装置和熔炼气体流量调节阀；所述的炼钢炉从上到下依次为气相区，渣层区，钢水区，炼钢炉的炉壁上设置有高温氧枪、煤氧喷枪、粉矿喷吹设备和底喷元件；其中，高温氧枪的出口位于气相区，煤氧喷枪的出口位于渣层区，粉矿喷吹设备和底喷元件插入钢水区；炼钢炉外侧炉墙中部设置有出渣口，炼钢炉外侧炉墙底部设置有出钢口；炉体的顶部设置有熔炼尾气出口；所述的出料仓出口与炼钢炉的粉矿喷吹设备相连，炼钢炉的熔炼尾气出口与换热器、熔炼尾气净化装置、煤气改质装置、熔炼气体流量调节阀、炼钢炉的底喷元件依次相连。2.如权利要求1所述的飞速还原直接炼钢的装置，其特征在于，所述的除尘装置的含铁尘灰出口与炼钢炉的粉矿喷吹设备相连。3.如权利要求1所述的飞速还原直接炼钢的装置，其特征在于，所述的飞速还原炉为长径比为20:1～40:1的竖直反应炉体。4.一种飞速还原直接炼钢的方法，其特征在于，采用权利要求1～3中任意一项所述的飞速还原直接炼钢的装置，具体包括以下过程：步骤1，原料细磨精选将普通铁精矿细磨精选，得到粒径≤100μm的超纯铁精矿，然后干燥，将干燥后的超纯铁精矿粉通过矿粉提升装置提升至给料装置，其中，干燥后的超纯铁精矿粉中水分的质量百分数≤1％；步骤2，飞速还原(1)向飞速还原炉中，通入预热温度为600～900℃的还原气体，同时，飞速还原炉的温度控制在900～1100℃；(2)干燥后的超纯铁精矿粉通过给料装置加入飞速还原炉中，还原气体与超纯铁精矿粉并行向下运动的过程中进行飞速还原，得到金属化率为85～100％的预还原铁粉；其中，按质量比，干燥后的超纯铁精矿粉：还原气体＝1：(1～10)；还原过程中，干燥后的超纯铁精矿粉在飞速还原炉中的平均停留时...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪兴楠，储满生，付贵勤，唐钰，朱苗勇，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21