一种长流程铁钢冶炼方法技术

本发明专利技术公开了一种长流程铁钢冶炼方法，属于冶金技术领域。本发明专利技术中所有入炉块状炉料都无需经历高温过程，具体为：高炉，1）采用冷固结制块和/或内部封装含铁矿物的自还原钢壳制块替代烧结矿或焙烧球团，2）加入小块废钢，3）采用内部封装富碳物质的钢壳制块配加裸露富碳物质制块替代焦炭，4）石灰石替代生石灰；转炉，在吹炼中计量连续加入石灰石和/或白云石替代生石灰/轻烧白云石，并同时直接利用分解的二氧化碳置换相应氧气和增加回收煤气。本发明专利技术全部取消了现有高炉、转炉原辅炉料制备的烧结、焙烧、炼焦和煅烧等高温加工过程和相应系统装备，实现了铁、钢冶炼流程的集约、简约和节约，并相应降低了能耗、污染及二氧化碳排放。污染及二氧化碳排放。污染及二氧化碳排放。

【技术实现步骤摘要】
一种长流程铁钢冶炼方法


[0001]本专利技术涉及冶金
，更具体地说，涉及一种长流程铁钢冶炼方法，可以实现加入高炉内的含铁矿物制品、固体燃料和熔剂以及加入转炉的熔剂等所有预加工块状炉料在入炉前都无需经过高温过程处理，取消了现有高炉+转炉的铁矿物冶炼的钢铁生产流程中的烧结机、焙烧机、焦炉和高炉、转炉用熔剂生石灰煅烧窑。

技术介绍

[0002]由于以高炉炼铁+转炉炼钢为路径的钢铁生产流程（也就是通常所说的长流程）的技术经济指标好、工艺成熟、生产效率高、能耗相对较低，在当前从铁矿石开始冶炼的钢铁生产流程中一直占据绝对优势地位，尤其是在中国等发展中人口大国，迄今在建和拟建的长流程钢铁生产线为数还很多，可以说高炉+转炉仍将是未来数十年中铁矿石还原生产铁的主要设施。作为广泛持续采用并不断优化完善的优势流程，高炉炼铁+转炉炼钢路径从冶金反应工程学的角度看是明显具有理论基础的：高炉是一种理想的气相活塞流与固相颗粒活塞移动集合逆向互交的相对连续高速运动管状塔式反应器，具有铁氧化物还原能力和碳素氧化能力的高温炉气从高炉下部穿过下行中的含铁矿物液滴/颗粒和碳素颗粒上行对含铁矿物的熔化、还原、升温并促成炉料中碳素对含铁矿物的直接还原和产生气化反应后的间接还原，部分还原的含铁矿物在高炉下部高温中进一步通过气
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固
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液、固
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液和液
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液的熔融、熔分和铁浴等反应完成所含氧化铁充分还原及部分有害元素去除后成为转炉提纯炼钢原料的含碳铁水，在其整个过程中铁矿物还原反应有良好、可控的动量、质量和热量的传输环境，生产能力大且有着无与伦比的物理热利用率；转炉是一种理想的高动量连续搅拌釜式反应器，作为氧化剂的高速氧流冲击铁水熔池，强力搅拌产生的液滴破碎及气液混合效应，使得氧气对铁液中碳、硅、磷等元素进行剧烈氧化，生成的一氧化碳气跑的上升与扰动进一步促进了熔池的各种反应，在其整个过程中铁水中各种杂质元素氧化反应的热力学、动力学条件极佳，生产周期短、效率高，并相对容易实现铁水中物理热和化学热的回收。
[0003]现有技术条件下，高炉中含铁矿物中铁素的还原是以碳被氧化或二氧化碳被还原产生的一氧化碳（包括极少量喷吹煤热解和含水分被还原产生的氢气）的“间接还原”为主的，也就是铁矿物的还原反应、碳素的气化反应以及物料升温等基本都是通过逆向上升的气流与含铁矿物或碳素等炉料块粒之间的物质与能量交换实现的，显然除了必须有足够大的反应比表面积以及相关化学反应的反应性以外，为保证气流足够的传热和传质还要求所有炉料颗粒在炉内必须有良好和稳定的透气性，在含铁矿物出现熔/融化和熔/融化过程中也要求炉料颗粒同样具有良好的透气性以及良好、持续的透液性，这就必须要一个由反应物自身构成的支撑反应物料体系并兼具良好和稳定的透气、透液性的疏松物理骨架。因此，现有的各种高炉顶装炉料中除了一般不超过15%的高铁品位加工块矿以外，都通过高温加工过程进行制块，例如将含铁矿物粉粒/熔剂（为获得好的烧结矿性能需要有部分消化生石灰）再掺加焦炭粉末或煤粉在烧结机通过燃烧的高温产生液相并在冷却后破碎制成烧结矿、将含铁矿物细粉通过预制生球和在1050℃以上的高温炉窑/焙烧机内焙烧球团、将炼焦
配合煤在炼焦炉内1000℃以上干馏结焦制成焦炭，并控制在具有合理的炉气流动压差和足够的气
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固反应比表面积的较窄粒度范围，以保证含铁矿物制品自身在还原过程中的低温/中温机械强度、抑制粉化能力（例如制成高碱度烧结矿抑制矿物的低温粉化）、反应性和高温软熔/滴落特性，也使得性能稳定的焦炭在下行移动的过程中能够保持适当的反应能力和抑制劣化能力、并在移动至高炉底部承担上部炉料的支撑骨架功能时仍具有恰当的块度和机械强度。同样地，为在转炉冶炼过程中多利用铁水中的化学热熔化废钢，在获得直接熔化废钢获得钢液的同时也稀释杂质元素，以减少单位渣量或更低的钢液杂质含量，基于热平衡的角度需要预先使用焙烧窑炉将加入熔剂的石灰石/白云石矿物加工热分解出二氧化碳成为生石灰/轻烧白云石后再加入转炉，更甚者还在转炉内补充加入碳、硅的氧化反应发热材料或设置了入炉废钢的各种在线/离线辅助加热装置。
[0004]但是，上述的含铁矿物、化石煤和石灰石为满足高炉/转炉使用，都要求通过高温过程加工制备的块粒制品在其各自的生命周期中存在着以下相关问题：1）各种炉料经过高温处理后都需要冷却/降温至接近室温以进行后续进一步加工及物流过程，所必须经历的高温烧结/焙烧或焦化以及煅烧等工序都是相对高污染、高耗能和高碳排放的过程，尽管都采用了污染减排/余能回收技术对烟气/制品进行了一定程度的净化和部分余热回收等，但这些措施的效能都有一定的限度，措施本身都是需要一些代价的；2）在中间品为满足入炉粒度要求的破碎和筛分中会产生较大量高炉无法使用的降级或需要重新返回进行再加工的筛下物（如烧结返矿、生石灰筛粉等）；3）制成品的储存、倒运、入炉加料过程中也有一定的剥离、撒落、扬尘等，特别是转炉用生石灰/轻烧白云石煅烧后强度变差还易于水化，影响清洁生产和工业卫生，也造成一定的物料损失；4）高炉用制成品在炉内下行中也会存在因机械力、热应力、晶格及相变体积应力和化学反应等作用等出现碎裂、剥离和粉化而影响炉料的透气性，制品本身的特性也会出现劣化；5）为满足高温加工生产过程自身要求、制成品本身常温技术特性要求和调整高炉冶炼过程制成品的机械强度、膨胀/相变特性、反应性或软熔/滴落特性等采用的各种添加物，有可能会使得高炉额外产生过多的渣量；6）为保证含铁矿物中间品/制成品的强度和低氧化亚铁含量，无法在含铁矿物中配加可作为还原剂的富碳物质去进行其在高炉炉内进行自还原或直接还原，增加了高价值焦炭和/或喷吹煤的消耗；7）为保证加工过程和产品技术特性，对所使用的原辅料有较严格的选择性，也对可用原辅材料的加工有较严格的要求，使得有些原理上高炉可用的廉价易得资源却不适宜高温制备（如大量褐煤/无烟煤/生物质无法炼焦，高品位粗矿粉不经细磨不能制球等），造成了资源的紧张和额外的成本增加；8）烧结/焙烧的高温过程使部分含铁矿物中大量二价铁被氧化成三价铁，增加了后续还原的负荷；9）所有经历高温过程后的物料的蓄热在后续的进一步加工、输送、储存和上料过程中都基本散耗殆尽，也会损失部分可以或能够在后续使用中加以利用的物质（例如可以用于氧化铁水中元素的二氧化碳等）；10）当废钢充裕或基于技术经济因素希望多用废钢时，系统不具有支撑仅仅加入转炉更多地使用废钢的足够热能；11）各类制品的高温加工装备及其过程污染控制/余能回收设施的投资都相当可观（不论是焦炉系统装置还是烧结机、球团焙烧炉/窑/机系统装置以及生石灰煅烧窑系统装置都投资量巨大）。
[0005]除了现有技术的流程方法不能大量使用废钢之外，上述入炉物料高温加工过程存在的诸多问题是显而易见的，长期以来铁钢冶金工作者也进行了不断地努力、付出了大量
的辛劳一直在尝试改善和优化，对于高炉使用物料尝试了也在继续尝试中的，如替代焦炭的型焦、铁焦以及结合剂压块，再如加大原生高品位块矿入炉比例、使用部分常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长流程铁钢冶炼方法，其特征在于：1）加入高炉的含铁矿物制品、固体燃料和熔剂以及加入转炉的熔剂等所有预加工块/球状物料在入炉前都不经历高温处理过程，在高炉前取消了烧结、球团焙烧、炼焦和生石灰煅烧等入炉物料的高温加工工序，在转炉前取消了生石灰/轻烧白云石煅烧等入炉物料的高温加工工序；2）所述含铁矿物制品中包括内部封装有含铁矿物的自还原钢壳制块、常温/低温固结的冷固球团/压块、加工块矿，还包括加工废钢块/粒；其中内部封装有含铁矿物的自还原钢壳制块中所述含铁矿物为铁矿粉粒和/或富铁加工副产品/回收物的颗粒/尘泥中的一种或多种，所述自还原所采用的还原剂为化石富碳物、生物质或该两类物质加工副产品/回收物的粉粒/浆液中的一种或多种，所述钢壳的壁厚为0.10~0.40mm，所述封装其密闭程度不影响制块内外部气流的交换；3）所述加入转炉的熔剂为石灰石和/或白云石块粒，在吹炼开始后连续不断地计量加入转炉，并通过持续分析转炉烟气中二氧化碳含量对其加入速率进行实时调整。2.根据权利要求1所述的一种长流...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌力平，郑红，
申请(专利权)人：马鞍山乌力平冶金技术工作室，
类型：发明
国别省市：