專利名稱：：一種采用鐵礦熱壓含碳團塊入豎爐熔融還原煉鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鋼鐵冶煉
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及熔融還原煉鐵技術(shù)，具體涉及一種用鐵精礦煤粉熱壓含碳團塊入豎爐熔融還原煉鐵的工藝方法。
背景技術(shù)：
：資源的合理利用和清潔生產(chǎn)已成為鋼鐵行業(yè)的發(fā)展主旋律。我國雖為鋼鐵大國，但在原燃料資源、能源消耗和清潔生產(chǎn)方面仍面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，解決這些問題已成為我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重大需求。新一代熔融還原工藝是當(dāng)代冶金重大前沿技術(shù)之一，也是解決鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。其主要技術(shù)特點是1)以煤代焦直接生產(chǎn)鐵水，有效利用能源，可減輕鋼鐵工業(yè)對焦煤資源的依賴；2)可實現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)和能源轉(zhuǎn)換的雙重職能；3)減少污染，有利于環(huán)境保護；4)將焦化、燒結(jié)和高爐冶煉三個工序縮短為熔融還原工序，簡化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率。在我國，隨著焦煤供應(yīng)的日趨緊張和對環(huán)保要求的日益嚴格，熔融還原技術(shù)的優(yōu)勢變得更加突出。因此開發(fā)適合于我國資源條件、有利于環(huán)境保護的新一代熔融還原煉鐵技術(shù)越發(fā)迫切。這將實現(xiàn)鋼鐵流程以鋼鐵產(chǎn)品為中心向以資源和能賴高效利用為中心的轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)觀念和技術(shù)上的創(chuàng)新。開發(fā)對原料適應(yīng)性強、不依賴冶金焦炭的環(huán)保型的熔融還原煉鐵新工藝是世界鋼鐵冶金發(fā)展的趨勢，也是我國鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要前提。熔融還原是近代鋼鐵工業(yè)的前沿技術(shù)，是煉鐵生產(chǎn)工藝的重大變革。上世紀80年代以來，數(shù)十種熔融還原工藝通過了工業(yè)或半工業(yè)性試驗。這些熔融還原技術(shù)的開發(fā)均單純以煉鐵為目標，其中較為成功的均采用二步法先進行含鐵原料的預(yù)還原，然后進行預(yù)還原料的熔融分離，存在著預(yù)還原和熔融分離工序以及反應(yīng)裝置的鏈接問題，最終影響了整個工藝的能耗、經(jīng)濟技術(shù)指標以及工藝的應(yīng)用性。目前，某些用于工業(yè)化生產(chǎn)的熔融還原工藝存在原料適用性尚待改善(只可采用塊狀原料，國內(nèi)可選用的煤種有限)、煤耗量高(約950kg/噸鐵)、氧耗大(約580m々噸鐵)、仍使用部分焦炭等問題。其它的工藝有些處于"休眠"狀態(tài)，有些正積極進行深入的研發(fā)工作，解決各種技術(shù)問題，但離真正工業(yè)化還有一段距離。鐵礦含碳球團(團塊)具有高還原性能，是目前國內(nèi)外積極研究和開發(fā)的優(yōu)質(zhì)煉鐵原料。國內(nèi)對冷固結(jié)含碳球團應(yīng)用于熔融還原煉鐵技術(shù)進行了深入的研究，提出了若干熔融還原煉鐵專利(鐵浴爐法和臥式爐法等)，并進行了半工業(yè)化試驗，但未獲得成功。主要是因為冷固結(jié)產(chǎn)品存在高溫粘結(jié)劑失效造成的高溫強度差等致命弱點，再加上粘結(jié)劑增加成本和渣量等問題，從而限制了冷固結(jié)含碳球團及相應(yīng)熔融還原技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有熔融還原工藝存在的問題，本發(fā)明提供了一種鐵礦熱壓含碳團塊入豎爐熔融還原煉鐵的工藝方法。本發(fā)明的工藝方法可通過如下技術(shù)路線來實現(xiàn)1)鐵礦熱壓含碳團塊制備鐵精礦、煙煤煤粉以及適量熔劑(生石灰)通過熱壓工藝生產(chǎn)鐵礦熱壓含碳團塊(熱壓含碳團塊工業(yè)化生產(chǎn)的工藝流程示于圖1)，作為豎爐原料。熱壓含碳團塊的組成按質(zhì)量百分比為鐵精礦粉60~75%，煙煤煤粉20~35%，生石灰粉5~10%。2)鐵礦熱壓含碳團塊入豎爐熔融還原以非焦煤為能源，豎爐為熔融還原反應(yīng)器，用熱空氣(對應(yīng)于生產(chǎn)普通煤氣)、高富氧熱風(fēng)(對應(yīng)于生產(chǎn)高熱值煤氣，用于軋鋼)或工業(yè)氧(對應(yīng)于生產(chǎn)直接還原用煤氣)為氣體介質(zhì)(在使用工業(yè)氧的實施例中，氧氣消耗量為300375m3/噸鐵)，直接生產(chǎn)鐵水和煤氣。鐵礦熱壓含碳團塊-豎爐熔融還原煉鐵工藝流程如圖2所示。其中，鐵礦熱壓含碳團塊由豎爐頂部雙鐘式系統(tǒng)加入，在豎爐中上部形成爐料預(yù)熱還原區(qū)；粉煤由風(fēng)口噴入(在使用工業(yè)氧的實施例中，煤粉噴吹量為240260kg/噸鐵)，在豎爐內(nèi)風(fēng)口前形成燃燒區(qū)，為爐內(nèi)熱壓含碳團塊的還原和熔化供熱；風(fēng)口以下為渣鐵終還原區(qū)和液態(tài)渣鐵集聚區(qū)。生產(chǎn)的鐵水經(jīng)預(yù)處理后直接供電爐煉鋼使用；副產(chǎn)品爐渣經(jīng)水淬、千燥、細磨成水渣微粉，用于生產(chǎn)建材或水泥。3)豎爐頂氣用于熱風(fēng)爐、熱壓原料預(yù)熱以及水淬渣干燥等工序，充分利用其熱能。最終，經(jīng)凈化處理的優(yōu)質(zhì)煤氣高效應(yīng)用于鋼鐵廠內(nèi)部(包括與直接還原鐵生產(chǎn)和軋鋼生產(chǎn)有效結(jié)合)，解決鋼鐵廠內(nèi)部的煤氣平衡問題。4)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的粉塵全部進入本熔融還原工藝流程，加以循環(huán)利用。本發(fā)明所述的熔融還原煉鐵裝置為豎爐。豎爐的內(nèi)型尺寸如圖3所示，豎爐內(nèi)溫度場和流場如圖4所示。豎爐有效容積為80m3，附屬系統(tǒng)由原料系統(tǒng)、爐頂布料(鐘式)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)、煤氣處理系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)以及制氧系統(tǒng)等組成。豎爐的結(jié)構(gòu)及附屬系統(tǒng)均類似于高爐煉鐵，故可借鑒和采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，大幅降低固定投資和生產(chǎn)成本。鐵礦熱壓含碳團塊--豎爐熔融還原煉鐵新工藝的創(chuàng)新點主要包括1)與其它熔融還原工藝以及高爐煉鐵相比，本工藝具有如下優(yōu)點①流程短，可取消燒結(jié)和焦化，投資費用低；②可綜合利用各種含鐵和含碳資源，原料適應(yīng)性強，有利于降低生產(chǎn)成本；③使用低成本的普通煤作為還原劑和能源，無需依賴焦炭；④噸鐵氧耗相對低；⑤最終產(chǎn)品為合格鐵水，直接供煉鋼生產(chǎn)；⑥采用豎爐作為熔融還原反應(yīng)器，有效解決了還原和熔融分離的鏈接問題，并可有效嫁接和移用已成熟應(yīng)用的外圍設(shè)備和技術(shù)，如采用高爐的熱風(fēng)富氧和煤粉噴吹等；⑦熔融還原反應(yīng)器為豎爐，具有良好的可控性，擁有較長的爐役壽命；⑧采用高還原性爐料和緊湊式反應(yīng)器，生產(chǎn)周期短，效率高；(D整個流程完全符合循環(huán)經(jīng)濟和生態(tài)化冶金要求，粉塵全部進入工藝過程循環(huán)利用，C02排放量明顯低于燒結(jié)-焦化-高爐流程。2)"鐵-煤-能源轉(zhuǎn)換"流程將傳統(tǒng)鋼鐵流程以鋼鐵產(chǎn)品為中心向以資源和能源高效利用及清潔生產(chǎn)為中心轉(zhuǎn)移，突破目前單純以煉鐵為目標的熔融還原技術(shù)開發(fā)的束縛，實現(xiàn)觀念和技術(shù)上的創(chuàng)新。3)本工藝以普通煤粉和鐵精礦粉為原料，利用熱壓工藝來生產(chǎn)熱壓含碳團塊，具有高高溫強度(主要由于高溫下煤形成半焦以及金屬鐵生成并致密鑲嵌)、高還原性和低熔滴溫度(還原鐵滲碳速度優(yōu)越以及合適的堿度)、無需粘結(jié)劑等優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)冷固結(jié)含碳球團的弊端(如高溫強度差、粘結(jié)劑問題等)。熱壓含碳團塊的形狀和大小可以通過更換輥皮和改變輥皮表面的凹坑來實現(xiàn)，對輥熱壓機上裝有最大壓力為20t的液壓^L。當(dāng)熱壓力為35MPa時，獲得的熱壓含碳團塊的冷態(tài)抗壓強度高于1200N/個。制取的熱壓產(chǎn)物是橢球形，尺寸為21x19x13mm，體積為4.1cm3。圖1是熱壓含碳團塊工業(yè)化生產(chǎn)工藝示意圖圖2是鐵礦熱壓含碳團塊入豎爐熔融還原新工藝流程圖3是熔融還原煉鐵豎爐的內(nèi)型尺寸(圖中長度單位為m)圖4是熔融還原豎爐內(nèi)的流場和溫度場分布(圖中a流場b溫度場(°C))下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。具體實施例方式本發(fā)明工藝流程中主要原料如下1)含鐵粉料。綜合考慮整個工藝的技術(shù)經(jīng)濟指標、豎爐生產(chǎn)的順行、上下游工序的銜接等因素，選用的含鐵粉料應(yīng)品位高、脈石含量低、磷和硫含量低、還原性好、粒度適宜。本工藝使用鐵精礦粉(大石橋鐵精礦)，主要成分見表1，產(chǎn)地為遼寧大石橋。表1大石橋鐵精礦成分(Wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>2)熱壓用煤。選擇煤種的基本原則為低灰分、低水分、低硫、有較好的熱塑性(流動性，粘結(jié)性和結(jié)焦性等)。本工藝采用恒山煙煤，主要性能見表2。產(chǎn)地為黑龍江鶴崗恒山礦區(qū)。表2熱壓用煤(恒山煙煤)的主要性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>3)噴吹用煤。要求灰分和硫含量低，并對其理化性能(可磨性、燃燒性能、灰熔點)、粒度和經(jīng)濟性有一個綜合要求。本工藝采用潞安煤，產(chǎn)地為山西潞安，其主要物性值示于表3。表3噴吹用煤(潞安煤)的主要性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>4)熔劑。要求是有效熔劑性指數(shù)高，脈石等雜質(zhì)含量低。采用了生石灰(CaO)粉，產(chǎn)地為沈陽。本發(fā)明具體實施步驟如下1)鐵礦熱壓含碳團塊制備鐵精礦粉、恒山煙煤和生石灰預(yù)熱后，通過熱壓工藝產(chǎn)生鐵精礦煤粉熱壓團塊。原料各組分的質(zhì)量百分比為鐵精礦粉恒山煙煤生石灰=60%:35%:5%。具體生產(chǎn)系統(tǒng)示于圖1。鐵精礦粉(已按上述設(shè)定比例混入生石灰粉)在鐵礦粉預(yù)熱爐內(nèi)均勻加熱至600700°C,煤粉預(yù)熱爐內(nèi)設(shè)置有攪拌器，煤粉在其內(nèi)預(yù)熱至150200°C。經(jīng)預(yù)熱的鐵精礦粉加入到煤粉預(yù)熱爐的煤粉中，同時攪拌器高速轉(zhuǎn)動(轉(zhuǎn)動速度維持在60rpm左右)，充分混勻煤粉和礦粉。在煤粉和礦粉的混勻物達到設(shè)定溫度(取決于煤種的塑性溫度區(qū)間，本工藝原料條件下為45(TC左右)后，自煤粉預(yù)熱爐下部由螺旋給料器喂進對輥熱壓機內(nèi)(雙輥同時轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速維持在10rpm左右)，進行熱壓成型。整個過程利用煤的熱塑性保證熱壓產(chǎn)品的強度，未添加任何粘結(jié)劑。熱壓產(chǎn)物的形狀和大小可以通過更換輥皮和改變輥皮表面的凹坑來實現(xiàn)，對輥熱壓機上裝有最大壓力為20t的液壓機。當(dāng)熱壓力為35MPa時，獲得的熱壓含碳團塊的冷態(tài)抗壓強度高于1200N/個。熱壓產(chǎn)物是橢球形，尺寸為21x19x13mm，體積為4.1cm3。成型的熱壓團塊可置于熱壓機下部的封閉容器內(nèi)在600'C時進行2030min的維溫?zé)崽幚?，在該維溫過程中熱壓用煤繼續(xù)形成半焦，從而進一步加強熱壓團塊的強度。適宜的熱壓含碳團塊熱壓工藝參數(shù)包括鐵精礦粉粒度為-200目占80%以上、配煤量為2035%、熱壓壓力為3042MPa、熱壓用煤粉粒度控制到-180目占100%、熱壓成型溫度在400475"C。對應(yīng)于配煤量為35%時，熱壓含碳團塊的成分見表4。表4鐵礦熱壓含碳團塊的成分(wt13/0)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>2)鐵礦熱壓含碳團塊入豎爐熔融還原鐵礦熱壓含碳團塊作為豎爐原料，由豎爐頂部雙鐘式系統(tǒng)加入，在豎爐內(nèi)預(yù)熱、還原和熔融；潞安煤作為燃料由豎爐風(fēng)口噴入，為爐內(nèi)熱壓含碳團塊的還原和熔化供熱，煤粉噴吹量為240260kg/噸鐵；風(fēng)口噴吹的氣體介質(zhì)為常溫工業(yè)氧，氧氣噴吹量為300375m"噸鐵。主副產(chǎn)品包括鐵水和爐渣，鐵水經(jīng)預(yù)處理后直接供電爐煉鋼使用；爐渣經(jīng)水淬、干燥、細磨成水渣微粉，用于生產(chǎn)建材和水泥。3)本熔融還原工藝的另一主要產(chǎn)品為豎爐爐頂煤氣，煤氣產(chǎn)生量為13501509m々噸鐵。將其用于熱壓原料預(yù)熱以及水淬渣干燥等工序，充分利用其熱能，其后經(jīng)除塵凈化處理的煤氣用于軋鋼和直接還原工序。4)熱壓團塊破碎物以及豎爐爐塵等粉塵物全部重新進入熱壓工藝流程，得到了高效循環(huán)利用。熱壓含碳團塊還原反應(yīng)快速，渣鐵熔融充分，并成功分離，獲得了類似高爐生鐵的合格鐵水，熔融還原鐵水的成分見表5。爐渣流動性良好，(FeO)含量低于2%。表5熔融還原鐵水的成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>經(jīng)核算，鐵礦粉煤粉熱壓團塊-豎爐熔融還原煉鐵工藝的主要技術(shù)指標如下:1)工藝總能耗約為710kg煤/噸鐵，低于其他熔融還原工藝；2)氧耗在375m"噸鐵左右，低于現(xiàn)有的其它熔融還原煉鐵工藝；3)主產(chǎn)品鐵水的質(zhì)量與高爐鐵水類似；4)噸鐵成本比高爐生鐵成本降低約283元/噸鐵；5)取消了燒結(jié)和焦化工序，環(huán)境負荷明顯低于傳統(tǒng)的焦化-燒結(jié)-高爐流程。權(quán)利要求1、一種采用鐵礦熱壓含碳團塊入豎爐熔融還原煉鐵的方法，其特征在于以鐵精礦熱壓含碳團塊為原料，以豎爐為熔融還原反應(yīng)器，向豎爐反應(yīng)器內(nèi)噴吹煤粉，并且鼓入工業(yè)氧、熱空氣、或高富氧熱風(fēng)，進行熔融還原煉鐵；生產(chǎn)鐵精礦熱壓含碳團塊的含鐵粉料為鐵精礦粉，熱壓煤粉為煙煤煤粉，熔劑為生石灰，各組分質(zhì)量百分比為鐵精礦粉60～75％，煙煤煤粉20～35％，生石灰粉5～10％；鐵精礦煤粉熱壓團塊由豎爐頂部雙鐘式布料系統(tǒng)加入豎爐，在爐內(nèi)預(yù)熱、還原和熔融，煤粉由豎爐風(fēng)口噴入，為爐內(nèi)鐵精礦熱壓含碳團塊的還原和熔化供熱。2、如權(quán)利要求1所述的一種采用鐵礦熱壓含碳團塊入豎爐熔融還原煉鐵的方法，其特征在于鐵精礦粉在鐵礦粉預(yù)熱爐內(nèi)均勻加熱至600700°C,煤粉在煤粉預(yù)熱爐內(nèi)預(yù)熱至150200'C，經(jīng)預(yù)熱的鐵精礦粉加入到煤粉預(yù)熱爐的煤粉中，同時攪拌器高速轉(zhuǎn)動，充分混勻煤粉和礦粉，在煤粉和礦粉的混勻物達到45(TC左右溫度后，自煤粉預(yù)熱爐下部由螺旋給料器喂進對輥熱壓機內(nèi)，進行熱壓成型,成型的熱壓團塊可置于熱壓機下部的封閉容器內(nèi)，60(TC干餾2030min左右，進行維溫?zé)崽幚?，進一步加強熱壓塊的強度。全文摘要一種采用鐵礦熱壓含碳團塊入豎爐熔融還原煉鐵的方法，以鐵精礦熱壓含碳團塊為原料，以豎爐為熔融還原反應(yīng)器，向豎爐反應(yīng)器內(nèi)噴吹煤粉，并且鼓入工業(yè)氧、熱空氣、或高富氧熱風(fēng)，進行熔融還原煉鐵；生產(chǎn)鐵精礦熱壓含碳團塊的含鐵粉料為鐵精礦粉，熱壓煤粉為煙煤煤粉，熔劑為生石灰，各組分質(zhì)量百分比為鐵精礦粉60～75％，煙煤煤粉20～35％，生石灰粉5～10％；鐵精礦煤粉熱壓團塊由豎爐頂部雙鐘式布料系統(tǒng)加入，在豎爐內(nèi)預(yù)熱、還原和熔融；煤粉由豎爐風(fēng)口噴入，為爐內(nèi)鐵精礦熱壓含碳團塊的還原和熔化供熱。該工藝適合我國煉鐵資源條件，原料適應(yīng)性強，噸鐵能耗和氧耗低，不依賴焦炭，環(huán)境友好，流程短，成本低。文檔編號C22B1/14GK101104873SQ20071001232公開日2008年1月16日申請日期2007年7月31日優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日發(fā)明者佟成印,儲滿生,曹晉真,趙慶杰申請人:東北大學(xué)