一种高密度全氧短流程高效清洁炼铁工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种高密度全氧短流程高效清洁炼铁工艺，主要包括以下步骤：S1宽粒级铁矿粉、无烟煤粉、消石灰粉混合均匀后制粒；S2将S1得到的宽粒级含碳球团装入回转窑进行深度自还原；S3对回转窑尾气进行除尘、降温和CO2脱除处理得到提质煤气，将该提质煤气再次通入回转窑中进行二次燃烧；S4将S2得到的宽粒级的金属化球团热装入熔融气化炉内进行终还原熔分；S5炉渣和铁水分别对应地从渣口和铁口排出。该工艺的综合能耗比传统高炉工艺降低了30%，煤粉燃尽率≥90%，还原组份浓度≥90%，煤气的CO2脱除率≥90%，取消了钢铁企业污染排放最大的焦化、烧结和球团工序，从源头减少了能源消耗和污染物排放。

A high density and oxygen short flow process and high efficiency clean ironmaking process

The invention relates to a high-density, short-flow, high-efficiency and clean iron-making process, which mainly includes the following steps: uniform mixing of S1 wide-grained iron ore powder, anthracite powder and lime powder to granulate; deep self-reduction of S2 wide-grained carbon-bearing pellets obtained from S1 into rotary kiln; dedusting, cooling and CO2 removal of tail gas from rotary kiln by S3. In addition to the refined gas, the refined gas is re-injected into the rotary kiln for secondary combustion; the wide-grained metallized pellets obtained by S2 are heated by S4 into the Melting Gasifier for final reduction melting; and the S5 slag and molten iron are discharged from the slag mouth and the iron mouth respectively. The comprehensive energy consumption of the process is 30% lower than that of the traditional blast furnace process, the burnout rate of pulverized coal is more than 90%, the concentration of reducing components is more than 90%, and the CO2 removal rate of gas is more than 90%. The coking, sintering and pelletizing processes with the greatest pollution emission in iron and steel enterprises are eliminated, and the energy consumption and pollutant emission are reduced from the source.

【技术实现步骤摘要】
一种高密度全氧短流程高效清洁炼铁工艺
本专利技术涉及非高炉炼铁
，具体涉及一种高密度全氧短流程高效清洁炼铁工艺。
技术介绍
目前，钢铁行业主要以高炉炼铁为主，传统的高炉炼铁流程长，高炉炼铁必须使用焦炭，随着全球焦煤资源的短缺以及炼焦和烧结过程产生的环境污染日趋严重，高炉炼铁工艺已经无法回避上述问题。因此，钢铁工业为摆脱焦煤资源短缺对发展的羁绊、适应日益提高的环境保护要求、降低钢铁生产能耗、改善钢铁产品结构和提高质量和品质、寻求解决废钢短缺及废钢质量不断恶化的途径、实现资源的综合利用，开发了以非结焦煤为基础能源的非高炉炼铁技术。非高炉炼铁技术可分为直接还原与熔融还原两部分。直接还原是非高炉炼铁中已实现大规模工业化生产的技术，主要的煤基直接还原技术有煤基竖炉法、转底炉法、流化床法、回转窑法和隧道窑法等。主要的工业化或半工业化熔融还原技术有COREX（奥钢联开发的非焦煤炼铁技术）、FINEX（直接用矿粉和非炼焦煤粉冶炼铁水的技术）、Hismelt（力拓集团开发的以铁矿粉和非焦煤冶炼铁矿粉的技术）、Romelt（以非焦煤为还原剂和燃料，以矿石和铁氧化物为原料冶炼铁水的技术）等。以上的直接还原、熔融还原炼铁技术发展至今，没有任何一种方法可以完全取代高炉炼铁技术，主要存在预还原控制难度大、设备作业率低、煤气化学能和物理热利用不充分、煤耗和氧耗过高等问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种冶炼流程短、能耗低、污染物排放少、生产成本低、产品质量高的非高炉炼铁新工艺。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种高密度全氧短流程高效清洁炼铁工艺，主要包括以下步骤：S1：造粒：宽粒级铁矿粉、无烟煤粉、消石灰粉混合均匀后在圆盘造球机中制粒，得到宽粒级含碳球团，所述宽粒级含碳球团中碳氧摩尔比为1.0~1.4；S2：深度自还原：将S1得到的宽粒级含碳球团装入回转窑进行深度自还原，得到宽粒级的金属化球团；S3：尾气处理：对回转窑尾气进行除尘、降温和CO2脱除处理得到提质煤气，将该提质煤气再次通入回转窑中进行二次燃烧；S4：终还原以及熔融气化：将S2得到的宽粒级的金属化球团热装入熔融气化炉内进行终还原熔分，氧气和煤粉通过氧煤枪喷入渣层中，发生煤粉的剧烈燃烧和气化反应，为渣铁熔化提供热量，同时产生高温煤气还原铁氧化物，并搅拌熔池，促进渣铁的有效分离；S5：炉渣和铁水分别对应地从渣口和铁口排出。作为改进，所述S1中宽粒级铁矿粉的粒度为50~2000μm。作为改进，所述S1中宽粒级铁矿粉包括铁精粉、钒钛磁铁矿粉、海砂矿粉、高铁铝土矿粉、含铁冶金固废中的一种或多种作为原料，且所述原料粒度尺寸为5~15mm。作为改进，所述S1造粒过程中加入了粘接剂；所述粘结剂为水和工业糖浆的混合液，比例按照20:1的比例进行混合，混合液的添加量为铁矿粉、无烟煤粉、消石灰粉总质量的5%~15%。作为改进，所述S2回转窑的进口煤气温度为1200℃~1300℃，出口煤气温度为1000℃~1200℃，回转窑的还原温度1100℃～1200℃。作为改进，所述S2回转窑的还原的热源来自于熔融气化炉产生的高温煤气和提质煤气的二次燃烧。作为改进，所述S2中回转窑通过氧气和提质煤气入口的分布以及氧气和煤气流量的调节来精准控制回转窑的温度分布，使球团金属化率达70%~90%，煤气利用率达70%以上。作为改进，所述S3提质煤气中CO2的脱除率达90%以上，提质煤气的有效还原组分浓度达90%以上。本专利技术工艺的原理是：使用宽粒级铁粉矿与粉煤、消石灰粉混合，在混料机中进行造粒，含碳炉料首先在圆筒烘干机中干燥、预热，然后在煤气闭循环利用回转窑中进行高温预还原，将炉料还原具有一定金属化率的成金属化炉料，最后将宽粒级的金属化炉料热装入熔融气化炉内进行预还原金属化炉料的终还原熔分，以及煤粉的燃烧气化。通过氧煤喷枪向渣层中喷入煤粉和氧气，煤粉燃烧和气化为铁氧化物的还原及渣铁的熔化提供了热量和还原性气氛，铁水渗碳降低了铁水熔点，有利于渣铁的有效分离，最终获得高温铁水和炉渣。煤粉的燃烧与气化以及终还原产生的煤气通过燃烧共同为宽粒级含碳炉料的自还原反应提供了热源，最后对回转窑产生的尾气进行CO2吸附，获得还原组分浓度大于90%的高纯煤气。其中，一部分煤气用于调节熔融气化炉的炉顶煤气温度，一部分被用来二次燃烧为回转窑提供热量。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点：（1）采用的是宽粒级铁矿粉作为原料，节省了磨矿和选矿成本，采用无烟煤为还原剂，省去了高炉炼铁工艺的焦化工序。（2）采用宽粒级铁矿粉和煤粉混料制粒，省去了高炉炼铁工艺的烧结和球团工序。（3）回转窑预还原采用煤气循环利用技术，直接使用熔融气化炉产生的煤气为其提供热量，无需外加热源。（4）尾气CO2吸附，能够显著的提高煤气质量，将煤气的有效还原组分浓度提高到90%以上，同时又减少了CO2的排放。（5）取消了钢铁企业污染排放最大的焦化、烧结和球团工序，从源头减少了能源消耗和污染物排放，缩短了工艺流程，降低了生产成本，综合能耗比传统高炉工艺降低了30%。附图说明图1为本专利技术的工艺流程示意图。图2为煤气提质回收装置的结构原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明，需要理解的是，具体实施例仅是对本专利技术做进一步的说明，而不是用于限制本专利技术。为进一步详细说明本专利技术的技术方案，下面就本专利技术的具体步骤进行论述：参见图1，一种高密度全氧短流程高效清洁炼铁工艺，包括如下步骤：S1：原料制备：本专利技术采用的是宽粒级铁矿粉作为原料，节省了磨矿和选矿成本，采用无烟煤为还原剂，省去了高炉炼铁工艺的焦化工序，采用消石灰、白云石等作为熔剂。宽粒级铁矿粉和煤粉在圆盘造球机中制粒，得到具有一定粒度的宽粒级含碳球团，该宽粒级含碳球团的粒度为50~2000μm，具体可以为50、100μm、500μm、800μm、1200μm、1500μm、1800μm、2000μm。具体实施时，所述宽粒级铁矿粉包括铁精粉、钒钛磁铁矿粉、海砂矿粉、高铁铝土矿粉、含铁冶金固废中的一种或多种。宽粒级铁矿粉的粒径为5~15mm，具体可以是5mm、7mm、10mm、12mm、15mm。制粒所用的粘结剂包括水、甲基纤维素以及工业糖浆等，本专利技术中采用粘结剂为水和工业糖浆的混合液，比例按照20:1的比例进行混合，混合液的添加量为铁矿粉、煤粉、消石灰粉总质量的5%~15%，具体可以是5%、7%、10%、12%、15%。宽粒级含碳球团中的碳氧摩尔比为1.0~1.4，具体是可以1.0、1.1、1.2、1.3、1.4。S2：宽粒级含碳球团预还原：首先采用圆筒烘干机对宽粒级含碳球团进行干燥、预热，所用热源来自回转窑尾气。将干燥、预热后的宽粒级含碳球团装入回转窑进行深度自还原，还原反应所需的热量一方面来自熔融气化炉产生的高温煤气，进口煤气温度为1200℃~1300℃，具体可以为1200℃、1230℃、1250℃、1280℃、1300℃，另一方面来自于提质煤气的二次燃烧。提质煤气一方面用来降低熔融气化炉炉顶的煤气温度，另一方面用于燃烧补充回转窑内的热量。通过氧气和提质煤气入口的分布以及氧气和煤气流量的调节来精准控制回转窑的温度分布，从而提高球团的金属化率和煤气利用率，，使球团金属化率达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高密度全氧短流程高效清洁炼铁工艺，其特征在于，主要包括以下步骤：S1：造粒：宽粒级铁矿粉、无烟煤粉、消石灰粉混合均匀后在圆盘造球机中制粒，得到宽粒级含碳球团，所述宽粒级含碳球团中碳氧摩尔比为1.0~1.4；S2：深度自还原：将S1得到的宽粒级含碳球团装入回转窑进行深度自还原，得到宽粒级的金属化球团；S3：尾气处理：对回转窑尾气进行除尘、降温和CO2脱除处理得到提质煤气，将该提质煤气再次通入回转窑中进行二次燃烧；S4：终还原以及熔融气化：将S2得到的宽粒级的金属化球团热装入熔融气化炉内进行终还原熔分，氧气和煤粉通过氧煤枪喷入渣层中，发生煤粉的剧烈燃烧和气化反应，为渣铁熔化提供热量，同时产生高温煤气还原铁氧化物，并搅拌熔池，促进渣铁的有效分离；S5：炉渣和铁水分别对应地从渣口和铁口排出。

【技术特征摘要】
1.一种高密度全氧短流程高效清洁炼铁工艺，其特征在于，主要包括以下步骤：S1：造粒：宽粒级铁矿粉、无烟煤粉、消石灰粉混合均匀后在圆盘造球机中制粒，得到宽粒级含碳球团，所述宽粒级含碳球团中碳氧摩尔比为1.0~1.4；S2：深度自还原：将S1得到的宽粒级含碳球团装入回转窑进行深度自还原，得到宽粒级的金属化球团；S3：尾气处理：对回转窑尾气进行除尘、降温和CO2脱除处理得到提质煤气，将该提质煤气再次通入回转窑中进行二次燃烧；S4：终还原以及熔融气化：将S2得到的宽粒级的金属化球团热装入熔融气化炉内进行终还原熔分，氧气和煤粉通过氧煤枪喷入渣层中，发生煤粉的剧烈燃烧和气化反应，为渣铁熔化提供热量，同时产生高温煤气还原铁氧化物，并搅拌熔池，促进渣铁的有效分离；S5：炉渣和铁水分别对应地从渣口和铁口排出。2.根据权利要求1所述的高密度全氧短流程高效清洁炼铁工艺，其特征在于：所述S1中宽粒级铁矿粉的粒度为50~2000μm。3.如权利要求2所述的高密度全氧短流程高效清洁炼铁工艺，其特征在于：所述S1中宽粒级铁矿粉包括铁精粉、钒钛磁铁矿粉、海砂矿粉、高铁铝土矿粉、含铁冶金固废中的一种或多种作为原料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颖异，李明阳，高建军，师学峰，王锋，齐渊洪，林万舟，严定鎏，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34