一种铁矿石直接炼钢工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种铁矿石直接炼钢工艺，先将铁矿石或预还原矿粉加入渣铁浴中，铁矿石或预还原矿粉溶解入渣，用碳直接还原液态铁氧化物，通过对渣铁熔池渣区和铁水区吹氧，控制熔渣和铁浴的氧化性，得到碳含量小于１．３％的钢水。还原反应产生的ＣＯ主要用于二次燃烧，以补偿还原反应所需的热量，废气用于预热和预还原（铁矿物在很弱的还原性气氛下即可发生预还原）。本发明专利技术充分利用了液态铁氧化物的碳直接还原速度快的特点，仅用一座直接炼钢炉实现由含铁矿物生产钢水，本发明专利技术的生产率高，吨钢碳耗低，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，尤其涉及一种用铁矿石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。直接还原一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。熔融还原一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(500mVt)，投资比传统长流程高10% 20%，发展 速度缓慢。熔融还原一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C0，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CN1348013A4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，生产效率不可能咼。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全新的直接炼钢工艺。本专利技术提出一种全新的直接炼钢工艺，采用了两项先进技术措施，首先，新的直接炼 钢工艺将主要采用液态铁氧化物的碳直接还原方式，先将铁矿石或预还原矿粉加入渣铁浴 中，铁矿石或预还原矿粉溶解入渣，该过程大概持续几分钟，然后用碳快速还原液态铁氧 化物得到钢水，这一创新点有别于传统长流程、直接还原一电炉流程和COREX熔融还原炼 铁-转炉流程。这是因为液态铁氧化物的碳直接还原即铁液中溶解碳或渣中固体碳还原液态 铁氧化物的速度比C0或H2气体还原固态铁氧化物的速度快；其次，现有所有的生产粗钢的 工艺，遵循从矿石或含铁氧化物一铁水或直接还原铁一钢水的工艺路线，是一个先增碳后 脱碳(直接还原铁中还含有脉石，需要熔化精炼)的过程。本专利技术通过对渣铁熔池渣区和 铁水区吹氧，控制熔渣和铁浴的氧化性，得到碳含量小于1.3%的钢水，即从铁矿石或含铁 氧化物一步得到钢水，没有中间产品如铁水或直接还原铁。还原反应产生的CO主要用于二 次燃烧，以补偿还原反应所需的热量，废气用于预热和预还原(铁矿物在很弱的还原性气 氛下即可发生预还原)。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铁熔池，或者是渣铁混合的熔池，温度在1400'C以上；2) 含铁物料和熔剂被装入到直接炼钢炉内，同时加入含碳物料；加入的含铁物料很快 溶解进入渣中，被加入的含碳物料还原，对渣铁熔池渣区和铁水区吹氧，得到碳含量小于1.3%的钢水，产生的气体在渣中鼓泡形成泡沫渣；3) 向直接炼钢炉渣层上方的空间内吹入氧气或500 120(TC的热空气以燃烧还原反应 产生的CO，产生高温废气；4) 钢水和炉渣从直接炼钢炉内的虹吸出钢口和出渣口直接流出。优选的，步骤2)所述含铁物料选自含铁粉矿、含铁块矿、含铁球团矿、经过细磨预还原的铁矿粉、氧化铁皮、和/或含铁尘泥中的一种或几种；优选的，步骤2)所述熔剂为生石灰和白云石。优选的，步骤2)所述含铁物料和熔剂可以用皮带上料机加入、用螺旋给料器加入、或用N2作载气的喷枪喷入。优选的，步骤2)所述含碳物料为煤粉、和/或焦粉中的一种或几种。含碳物料可以用皮带上料机加入、用螺旋给料器加入、或用N2作载气的喷枪喷入。 优选的，步骤3)中从直接炼钢炉的底部吹入N2气搅拌熔池。 优选的，直接炼钢炉的高温废气可以用余热锅炉冷却回收显热来发电。 优选的，将铁矿粉进行细磨预热预还原后加入到直接炼钢炉中进行直接炼钢，铁矿粉和石灰石混合细磨至40微米以下，在输送床设备中用直接炼钢炉的改质后的废气预热预还原。本专利技术还提供一种直接炼钢设备，包括粉矿输送床(1)、上料装置(2)、渣区氧枪 (3)、铁水区氧枪(4)、气相区二次燃烧氧枪(5)、直接炼钢炉(6)、直接炼钢炉出渣口 (7)、直接炼钢炉出钢口 (8);直接炼钢炉(6)是桶形炉子，包括渣区和铁水区。在直接 炼钢炉的上方有输送床设备(1)，输送床设备(1)通过上料装置(2)与连续炼钢炉(4) 相连；渣区氧枪(3)、铁水区氧枪(4)分别插入渣区和铁水区，气相区二次燃烧氧枪(5) 插入到直接炼钢炉上方的气相空间，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铁熔池，或者是渣铁混合的熔池，温度在１４００℃以上；　　２）含铁物料和熔剂被装入到直接炼钢炉内，同时加入含碳物料；加入的含铁物料很快溶解进入渣中，被加入的含碳物料还原，对渣铁熔池渣区和铁水区吹氧，得到碳含量小于１．３％的钢水，产生的气体在渣中鼓泡形成泡沫渣；　　３）向直接炼钢炉渣层上方的空间内吹入氧气或５００～１２００℃的热空气以燃烧还原反应产生的ＣＯ；产生高温废气；　　４）钢水和炉渣从直接炼钢炉内的虹吸出钢口和出渣口直接流出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张胜生，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]