專利名稱：用于轉(zhuǎn)底爐的富氧燃燒直接還原生產(chǎn)金屬化球團(tuán)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵行業(yè)金屬化球團(tuán)(或直接還原鐵)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用 預(yù)熱富氧空氣促進(jìn)轉(zhuǎn)底爐系統(tǒng)節(jié)能降耗的技術(shù)。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)底爐直接還原工藝生產(chǎn)金屬化球團(tuán)(直接還原鐵)是最近三十年間發(fā)展起來的 煉鐵新工藝。由于這一工藝無需燃料的制備和原料的深加工，對合理利用自然資源、保 護(hù)人類環(huán)境有積極作用，因而受到冶金行業(yè)的普遍關(guān)注。
國內(nèi)外現(xiàn)有轉(zhuǎn)底爐工藝均采用空氣作為助燃介質(zhì)，由于空氣中助燃有效物質(zhì)氧的 含量是固定的，所以轉(zhuǎn)底爐熱效率、煤氣消耗等技術(shù)指標(biāo)都不同程度受到限制。
與此同時，富氧燃燒技術(shù)在冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和醫(yī)療保健等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng) 用。在鋼鐵行業(yè)，燒結(jié)、煉鐵、煉鋼等工序都有富氧燃燒的應(yīng)用。高爐通過富氧鼓風(fēng)能 夠顯著降低焦比，提高產(chǎn)量，據(jù)統(tǒng)計，富氧濃度提高1%，其鐵產(chǎn)量可以提高4% 6 %，焦比降低5% 6%;燒結(jié)工序通過使用富氧提高燃料的燃燒速度和燃燒速率，提 高燒結(jié)機(jī)的利用系數(shù)和燒結(jié)礦的除硫率，大大降低工序能耗；轉(zhuǎn)爐煉鋼LD法通過吹入 高純氧，不僅降低了鋼的含碳量，清除了磷、硫、硅等雜質(zhì)，而且還可以用反應(yīng)熱來維 持冶煉過程所需要的溫度，使冶煉時間縮短，產(chǎn)量提高。就轉(zhuǎn)底爐工藝而言，過去長期 受制氧技術(shù)的限制，氧氣成本較高，配用富氧空氣后，轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)的成本大大提升，產(chǎn) 生的是負(fù)效益。因此，從上世紀(jì)七十年代至九十年代，在轉(zhuǎn)底爐工藝中沒有實施富氧燃 燒技術(shù)，也未見轉(zhuǎn)底爐使用富氧燃燒技術(shù)的相關(guān)報道。但近幾年，隨著吸附制氧技術(shù)的 逐漸成熟，制氧價格的大幅下降(目前制取純度80%的氧氣，以純氧計算，噸氧耗電量 僅0. 35度電)，從而使得在轉(zhuǎn)底爐工藝中使用富氧燃燒技術(shù)成為可能。
CN101134985公開了一種煤基金屬化球團(tuán)的熔分爐煉鐵法，工藝過程包括將鐵礦 粉、煤粉和粘結(jié)劑按比例混合、壓球、烘干和經(jīng)轉(zhuǎn)底爐熔融還原成為金屬化球團(tuán)的步驟， 其特征在于還包括將仍為固相的金屬化球團(tuán)裝入熔分爐進(jìn)行終還原的步驟，其中所述的 熔分爐由豎爐和前爐構(gòu)成，前爐為燃燒室，由兩個天然氣燒嘴沿切線方向，向燃燒室內(nèi) 噴射天然氣，通過燒嘴的中孔將加熱到100(TC的含氧量為30%的富氧空氣噴入助燃， 使燃燒室的溫度達(dá)到1800 200(TC;高溫?zé)釟庥扇紵疫M(jìn)入豎爐中，繼續(xù)加熱球團(tuán)， 使之最終還原成液態(tài)生鐵。本法的優(yōu)點是冶金過程杜絕了污染，能源得到了合理利用， 提高了生產(chǎn)效率和降低了生產(chǎn)成本。此方法是轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)的金屬化球團(tuán)經(jīng)罐車裝入熔分 爐后還原成液態(tài)生鐵的過程中，熔分爐使用了富氧燃燒技術(shù)，轉(zhuǎn)底爐僅起預(yù)還原的作用。
CN1940092A (申請?zhí)?00510104882.7)公開了一種以鐵礦粉和煤粉混合制成 的自還原球團(tuán)為原料的二步法熔融還原煉鐵工藝；第一步以轉(zhuǎn)底爐實行預(yù)還原，獲得金屬化率〉80%的金屬化球團(tuán)，第二步金屬化球團(tuán)熱裝入熔融造氣爐，實現(xiàn)終還原和熔 化分離渣鐵，得到液態(tài)生鐵，同時產(chǎn)生煤氣，作為自身熱風(fēng)爐及轉(zhuǎn)底爐燃?xì)馐褂?。但?該工藝沒有在第一步轉(zhuǎn)底爐預(yù)還原中使用富氧燃燒技術(shù)，該步驟與使用了富氧燃燒技術(shù) 的轉(zhuǎn)底爐工藝相較而言，其煤氣和空氣消耗量、排煙量均較高，因此，相應(yīng)的設(shè)備規(guī)格 變大，設(shè)備投資成本、運行成本也較高。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的局限性，本發(fā)明提供一種可進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)底爐熱效率，降低煤氣消 耗、煙氣排量及投資成本的預(yù)熱富氧燃燒新技術(shù)。
本發(fā)明所用富氧空氣是濃度為70%以上的氧氣與空氣的混合氣體，混合氣體的氧氣 濃度為21%~40%。將氧氣輸送管與轉(zhuǎn)底爐的空氣進(jìn)氣管相連，氧氣輸送管上留有閥門和 壓力檢測表，根據(jù)需要調(diào)節(jié)閥門大小控制氧氣流量，獲得實際生產(chǎn)需要的富氧濃度，混 合氣體經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入換熱器，混合氣體與高溫?zé)煔庠趽Q熱器內(nèi)進(jìn)行熱交換，混合氣體溫 度升至500'C，然后進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐燒嘴強(qiáng)化燃燒。
本發(fā)明提供一種用于轉(zhuǎn)底爐的富氧燃燒直接還原生產(chǎn)金屬化球團(tuán)的方法，其特征 是以富氧空氣為助燃?xì)?，富氧空氣?jīng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入換熱器，在換熱器中富氧空氣與高溫 煙氣進(jìn)行換熱后，溫度升至400 60(TC，再進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐。
優(yōu)選的，所述用于轉(zhuǎn)底爐的富氧燃燒直接還原生產(chǎn)金屬化球團(tuán)的方法，包括下列步
驟
1) 富氧空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入換熱器，在換熱器中富氧空氣與高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱后， 溫度升至400 600。C;
2) 換熱后的富氧空氣進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐的燒嘴；
3) 燃?xì)夂透谎蹩諝庵?2在燒嘴混合燃燒，燃燒反應(yīng)放出的熱量以輻身熱的方式傳 至球團(tuán)，轉(zhuǎn)底爐預(yù)熱段內(nèi)氣氛溫度100(rC-110(TC，球團(tuán)內(nèi)的鋅、鉛等氧化物發(fā)生還原 反應(yīng)，生成的鋅、鉛等金屬脫離球團(tuán)進(jìn)入煙氣；球團(tuán)進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐還原段；
4) 煙氣進(jìn)入煙氣回收系統(tǒng)，隨著煙氣溫度的逐步降低，金屬鋅、鉛等又被氧化成 氧化鋅、氧化鉛等沉落下來，清掃系統(tǒng)管壁對鋅、鉛等進(jìn)行回收；煙氣經(jīng)除塵器除塵后 排入大氣；
5) 通過調(diào)控燃?xì)饧案谎蹩諝饬?，還原段內(nèi)氣氛溫度達(dá)到125(TC-135(TC，球團(tuán)內(nèi) 部鐵氧化物大部分還原成金屬鐵。
經(jīng)轉(zhuǎn)底爐直接還原生產(chǎn)的金屬化球團(tuán)，其品位大于65%，金屬化率大于70%，小于 5mm的碎球及粉料不超過3%，可以直接供高爐使用。
所述富氧空氣是濃度為70%以上的氧氣與空氣的混合氣體，混合氣體的氧氣濃度為 21% 40%。
本發(fā)明還提供一種用于轉(zhuǎn)底爐的富氧燃燒直接還原生產(chǎn)金屬化球團(tuán)的設(shè)備，包括
轉(zhuǎn)底爐、鼓風(fēng)機(jī)、換熱器、氧氣輸送管、空氣進(jìn)氣管；氧氣輸送管接入空氣輸送管，空 氣輸送管通過鼓風(fēng)機(jī)連接換熱器，換熱器通過管道連接到轉(zhuǎn)底爐的燒嘴。富氧后的混合氣體依靠鼓風(fēng)機(jī)提供動能進(jìn)入換熱器換熱升溫，換熱器的熱量來源是 轉(zhuǎn)底爐高溫廢煙氣，換熱后的富氧混合氣體通過管道連接到轉(zhuǎn)底爐的燒嘴，強(qiáng)化轉(zhuǎn)底爐 內(nèi)的燃燒反應(yīng)。
優(yōu)選的，氧氣輸送管上留有闊門和壓力檢測表。配入氧氣量是依靠氧氣輸送管上的 閥門和壓力檢測表來控制。 有益效果
1、 本發(fā)明的方法在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)富氧空氣強(qiáng)化燃燒，可大幅降低轉(zhuǎn)底爐的煤氣消耗量， 達(dá)到單體工序節(jié)能降耗的顯著效果。
2、 本發(fā)明的方法可降低燃料的燃點溫度和燃盡溫度，提高燃燒區(qū)的火焰溫度，加 快燃燒速度，促進(jìn)完全燃燒。
3、 本發(fā)明的方法可降低空氣消耗系數(shù)，減少排煙量，從而使轉(zhuǎn)底爐熱效率得以提高。
4、 本發(fā)明的方法通過減少排煙量和降低排煙黑度，減少了排煙對大氣環(huán)境的污染。
5、 本發(fā)明的系統(tǒng)使轉(zhuǎn)底爐投資費用降低，或者可以在設(shè)備容量不變的情況下增大 冶煉強(qiáng)度，提高轉(zhuǎn)底爐的利用系數(shù)。
總之，本發(fā)明突破了現(xiàn)有空氣作為燃燒介質(zhì)，氧含量固定的限制，實現(xiàn)了燃燒介質(zhì) 中氧含量可控的實際需要，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)底爐熱效率，空氣消耗量降低35%以上， 總助燃?xì)怏w消耗量降低31%以上；降低了煤氣消耗、煙氣排量及投資成本，并且符合 國家節(jié)能減排，循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策要求。


圖l是本發(fā)明的工藝流程圖；具體實施方式
-
下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的幾個具體實施方式
和實施效果做進(jìn)一步說明 實施例1:
以空氣為助燃?xì)鈺r，空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入換熱器，空氣與高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱后，空氣
溫度升至50(TC，再進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐參與燃燒反應(yīng)。燃?xì)夂涂諝庵?2在燒嘴混合燃燒，燃燒 反應(yīng)放出的熱量以輻身熱的方式傳至球團(tuán)，用于球團(tuán)內(nèi)鐵、鉛、鋅和其它氧化物的還原。 生成的金屬鋅、鉛等脫離球團(tuán)進(jìn)入煙氣，而球團(tuán)內(nèi)部鐵氧化物大部分還原成金屬鐵。經(jīng) 轉(zhuǎn)底爐直接還原生產(chǎn)的金屬化球團(tuán)，其品位大于65%，金屬化率大于70%，小于5mm的 碎球及粉料不超過3%，可以直接供高爐使用。
以1噸金屬化球團(tuán)為基準(zhǔn)，煤氣消耗量233. 05 Nm3/t，空氣消耗量1714. 53 Nm3/t, 純氧消耗量0Nm3/t，總助燃?xì)怏w消耗量1714.53 Nm3/t，煙氣生成量2059.39 Nm3/t，煙 氣出爐溫度IIOO'C。
實施例2:
轉(zhuǎn)底爐的富氧燃燒直接還原生產(chǎn)金屬化球團(tuán)的設(shè)備，包括轉(zhuǎn)底爐、鼓風(fēng)機(jī)、換熱
器、氧氣輸送管、空氣進(jìn)氣管；氧氣輸送管接入空氣輸送管，空氣輸送管通過鼓風(fēng)機(jī)連接換熱器，換熱器通過管道連接到轉(zhuǎn)底爐的燒嘴。氧氣輸送管上留有閥門和壓力檢測表。 配入氧氣量是依靠氧氣輸送管上的閥門和壓力檢測表來控制。
氧氣輸送管接入空氣輸送管，配入氧氣量是依靠氧氣輸送管上的閥門和壓力檢測表 來控制，富氧后的混合氣體依靠鼓風(fēng)機(jī)提供動能進(jìn)入換熱器換熱升溫，換熱器的熱量來 源是轉(zhuǎn)底爐高溫廢煙氣，換熱后的富氧混合氣體通過管道連接到轉(zhuǎn)底爐的燒嘴，強(qiáng)化轉(zhuǎn) 底爐內(nèi)的燃燒反應(yīng)。
以富氧25%為助燃?xì)鈺r，將空氣與純氧按一定比例混合形成富氧，富氧經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn) 入換熱器，富氧與高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱后，富氧溫度升至50(TC，再進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐的燒嘴； 進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐參與直接還原反應(yīng)。燃?xì)夂透谎蹩諝庵?2在燒嘴混合燃燒，燃燒反應(yīng)放出 的熱量以輻身熱的方式傳至球團(tuán)，轉(zhuǎn)底爐預(yù)熱段內(nèi)氣氛溫度100(rC-110(TC，球團(tuán)內(nèi)的 鋅、鉛等氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，生成的鋅、鉛等金屬脫離球團(tuán)進(jìn)入煙氣；球團(tuán)進(jìn)入轉(zhuǎn)底 爐還原段；煙氣進(jìn)入煙氣回收系統(tǒng)，隨著煙氣溫度的逐步降低，金屬鋅、鉛等又被氧化 成氧化鋅、氧化鉛等沉落下來，清掃系統(tǒng)管壁對鋅、鉛等進(jìn)行回收；煙氣經(jīng)除塵器除塵 后排入大氣；通過調(diào)控燃?xì)饧案谎蹩諝饬?，還原段內(nèi)氣氛溫度達(dá)到125CTC-135(TC，球 團(tuán)內(nèi)部鐵氧化物大部分還原成金屬鐵。其它同實施例l。
以1噸金屬化球團(tuán)為基準(zhǔn)，煤氣消耗量181.83NmVt，空氣消耗量1120.68 Nm3/t， 純氧消耗量59.77 Nm3/t,總助燃?xì)怏w消耗量1180.45 Nm3/t，煙氣生成量1503.98Nm3/t， 煙氣出爐溫度IIOO'C。
實施例3:
以富氧30%為助燃?xì)鈺r，將空氣與純氧按一定比例混合形成富氧，富氧經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn) 入換熱器，富氧與高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱后，富氧溫度升至60(TC，再進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐參與直接 還原反應(yīng)。其它同實施例2。以l噸金屬化球團(tuán)為基準(zhǔn)，煤氣消耗量147.82Ni^/t,空 氣消耗量728.06Nm3/t，純氧消耗量93.61 NmVt,總助燃?xì)怏w消耗量821.69Nm3/t,煙氣 生成量1136.11Nm3/t，煙氣出爐溫度IIOO'C。
實施案例對比:
指標(biāo)(名稱/符號/單位)實施例1 空氣助燃實施例2 富氧25%助燃實施例3 富氧30%助燃
煤氣消耗量Nm3/t233.05181.83147.82
空氣消耗量Nm3/t1714.531120.68728.06
兌入純氧氣量Nm3/t059.7793.61
總助燃?xì)怏w消耗量Nm3/t1714.531180.45821.69
煙氣生成量 Nm3/t2059.391503.981136.11
煙氣出爐溫度 c/°C110011001100
權(quán)利要求
1. 一種轉(zhuǎn)底爐的富氧燃燒直接還原生產(chǎn)金屬化球團(tuán)的方法，其特征是以富氧空氣為助燃?xì)?，富氧空氣?jīng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入換熱器，在換熱器中富氧空氣與高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱后，溫度升至400～600℃，再進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐。
2. 如權(quán)利要求l所述轉(zhuǎn)底爐的富氧燃燒直接還原生產(chǎn)金屬化球團(tuán)的方法，包括下列步驟1) 富氧空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入換熱器，在換熱器中富氧空氣與高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱后，溫度升至400 60(TC;2) 換熱后的富氧空氣進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐的燒嘴；3) 燃?xì)夂透谎蹩諝庵?2在燒嘴混合燃燒，燃燒反應(yīng)放出的熱量以輻身熱的方式傳至球團(tuán)，轉(zhuǎn)底爐預(yù)熱段內(nèi)氣氛溫度iooo。c-iio(rc，球團(tuán)內(nèi)的鋅、鉛等氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，生成的鋅、鉛等金屬脫離球團(tuán)進(jìn)入煙氣；球團(tuán)進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐還原段；4) 煙氣進(jìn)入煙氣回收系統(tǒng)，隨著煙氣溫度的逐步降低，金屬鋅、鉛等又被氧化成 氧化鋅、氧化鉛等沉落下來，清掃系統(tǒng)管壁對鋅、鉛等進(jìn)行回收；煙氣經(jīng)除塵器除塵后 排入大氣；5) 通過調(diào)控燃?xì)饧案谎蹩諝饬浚€原段內(nèi)氣氛溫度達(dá)到1250°C-1350°C，球團(tuán)內(nèi) 部鐵氧化物大部分還原成金屬鐵。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)底爐的富氧燃燒直接還原生產(chǎn)金屬化球團(tuán)的方法， 其特征是所述富氧空氣是濃度為70%以上的氧氣與空氣的混合氣體，混合氣體的氧氣 濃度為21%~40%。
4. 一種如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)底爐的富氧燃燒直接還原生產(chǎn)金屬化球團(tuán)的設(shè)備， 包括轉(zhuǎn)底爐、鼓風(fēng)機(jī)、換熱器、氧氣輸送管、空氣進(jìn)氣管；氧氣輸送管接入空氣輸送 管，空氣輸送管通過鼓風(fēng)機(jī)連接換熱器，換熱器通過管道連接到轉(zhuǎn)底爐的燒嘴。
5. —種如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)底爐的富氧燃燒直接還原生產(chǎn)金屬化球團(tuán)的設(shè)備， 其特征是，氧氣輸送管上留有閥門和壓力檢測表,配入氧氣量是依靠氧氣輸送管上的閥 門和壓力檢測表來控制。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋼鐵行業(yè)金屬化球團(tuán)(或直接還原鐵)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，提供一種轉(zhuǎn)底爐的富氧燃燒直接還原生產(chǎn)金屬化球團(tuán)的方法，其特征是以富氧空氣為助燃?xì)猓谎蹩諝饨?jīng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入換熱器，在換熱器中富氧空氣與高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱后，溫度升至400～600℃，再進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐。本發(fā)明突破了現(xiàn)有空氣作為燃燒介質(zhì)，氧含量固定的限制，實現(xiàn)了燃燒介質(zhì)中氧含量可控的實際需要，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)底爐熱效率，空氣消耗量降低35％以上，總助燃?xì)怏w消耗量降低31％以上；降低了煤氣消耗、煙氣排量及投資成本，并且符合國家節(jié)能減排，循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策要求。
文檔編號C22B1/00GK101445869SQ20081023869
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者林 周, 姜澤毅, 暉 曾, 李建云, 王靜松, 薛慶國, 谷卓奇, 陳錫明 申請人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司