專利名稱：強(qiáng)化高爐間接還原的方法及其專用氣的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強(qiáng)化高爐間接還原的方法及其專用氣的制造方法，屬于高爐煉鐵 的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高爐煉鐵，是一種非常成熟的煉鐵技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于由于高爐間接 還原段的間接還原條件受到限制，使得高爐上部間接還原度較低，不利于高爐能耗的降低， 不利于產(chǎn)能的進(jìn)一步提高，不利于二氧化碳的減排。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是要提供一種強(qiáng)化高爐間接還原的方法及其專用氣的制造方法， 通過提高高爐間接還原段的還原度，達(dá)到提高高爐產(chǎn)能，降低高爐的能耗，減排二氧化碳的 目的。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種進(jìn)一步改善高爐間 接還原段內(nèi)還原條件的解決方案。通過增加該段的還原性氣體的有效還原成分的濃度和/ 或流量以及增加高爐熱量收入的方法，來提高高爐的間接還原段的還原度。同時(shí)，還要提出 其專用氣的一種制造方案。本發(fā)明的基本構(gòu)思之一是一種強(qiáng)化高爐間接還原的方法，包括將還原性氣體注 入高爐的步驟等，其特征在于注入高爐的還原性氣體中包含高爐煤氣；所述的高爐煤氣 經(jīng)過消減二氧化碳的處理；注入高爐的還原性氣體的壓力高于高爐注入點(diǎn)的爐內(nèi)壓力等。上述注入高爐的還原性氣體中所包含的高爐煤氣，可以取自成品高爐煤氣，也可 以直接截取使用本方法的高爐自產(chǎn)的高爐煤氣。推薦的截取量為所述的高爐爐頂煤氣總流 量的5%以上。這里所述的消減二氧化碳的處理，是指盡可能地消除或者減少二氧化碳的處理。 具體的處理方法，可以將高爐煤氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成一氧化碳；也可以采用吸附的方法 將高爐煤氣中的二氧化碳脫除；還可以采用吸附的方法將高爐煤氣中的有效還原成分吸 附出來加以利用，例如，可以將高爐煤氣中的一氧化碳提取出來并加以利用，等等。當(dāng)將 高爐煤氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成一氧化碳時(shí)，可以是在煤氣發(fā)生爐中實(shí)現(xiàn)。建議在將所述 的高爐煤氣送入煤氣發(fā)生爐之前，經(jīng)過預(yù)熱；還建議所述的煤氣發(fā)生爐的供氧采用高溫 熱風(fēng)的形式實(shí)現(xiàn)；還建議送入所述的煤氣發(fā)生爐的，包含轉(zhuǎn)爐煤氣，以進(jìn)一步增加一氧化 碳的濃度。當(dāng)在煤氣發(fā)生爐中完成將高爐煤氣和/或轉(zhuǎn)爐煤氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成一氧 化碳后，獲得的還原性氣體的總量建議為截取量的120% -600%。同時(shí)，在經(jīng)過所述的消 減二氧化碳的處理后，獲得的還原性氣體中所含的CO、CO2, H2、H2O的體積量之比能夠滿 足CO2/(C02+C0)彡36%的條件，且最好是彡30%、彡20%、彡10%甚至更低和(CCHH2)/ (C02+H20)彡178%的條件，且最好是彡300%、彡450%、彡600%甚至更高。注入高爐的還原性氣體的溫度，與注入高爐的具體位置相關(guān)。
當(dāng)所述的還原性氣體是從高爐的軟熔帶以上的位置注入高爐的時(shí)候，可以按照 彡360°C、彡700°C、彡800°C、彡900°C進(jìn)行控制；同時(shí)，還建議將該溫度控制在彡800°C且 (1180°C的范圍內(nèi)。當(dāng)所述的還原性氣體是從高爐的軟熔帶以下的位置注入高爐的時(shí)候， 可以按照彡560°C、彡1000oC>^ 1150°C、彡1250°C、彡1350°C、彡1450°C進(jìn)行控制；同時(shí)， 還建議將該溫度控制在彡1350°C且彡1600°C的范圍內(nèi)。需要特別指出的是，所述的消減二氧化碳的處理、還原性氣體溫度的控制、注入高 爐的還原性氣體的壓力高于高爐注入點(diǎn)的爐內(nèi)壓力的數(shù)量值以及注入高爐的還原性氣體 的位置等變化，除了可以獨(dú)立進(jìn)行外，還可以進(jìn)行交叉組合，以獲取較佳或最佳的效果。還需要指出的是，當(dāng)采用熱風(fēng)為煤氣發(fā)生爐供氧時(shí)，雖然由于高爐和/或轉(zhuǎn)爐煤 氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成了一氧化碳，使一氧化碳總量增加，但是，因?yàn)闊犸L(fēng)中的含氮量較 高，使得產(chǎn)品氣中的還原性氣體的濃度增加有限，此時(shí)，明顯提高高爐爐料的間接還原度的 主要機(jī)制在于其流量的增加；提高煤氣發(fā)生爐的爐內(nèi)溫度，提高向煤氣發(fā)生爐供氧的氧氣 濃度，以及使碳素、高爐煤氣和/或轉(zhuǎn)爐煤氣在煤氣發(fā)生爐內(nèi)有足夠的停留時(shí)間以保證碳 素與CO2充分反應(yīng)，可使煤氣發(fā)生爐產(chǎn)出的還原氣體濃度顯著提高，例如，一氧化碳的濃度 將明顯上升，從而可以進(jìn)一步提高高爐爐料的間接還原度；當(dāng)采用工業(yè)氧氣制氣時(shí)，產(chǎn)品氣 中的還原性氣體的濃度可以達(dá)到最大值，即使在其流量不增加的情況下，也能明顯提高高 爐爐料的間接還原度。因此，本發(fā)明特別推薦采用工業(yè)氧氣、特別是工業(yè)純氧來為煤氣發(fā)生 爐供氧。本發(fā)明的基本構(gòu)思之二是一種專用于所述方法的專用氣的制造方法，包括煤氣 發(fā)生爐的配備、碳素的供給、氧氣的輸入等步驟，其特征在于注入所述的煤氣發(fā)生爐的原 料氣包括高爐煤氣。為了提高對(duì)煤氣發(fā)生爐的熱量供給，可以以高溫?zé)犸L(fēng)的形式為所述的 煤氣發(fā)生爐輸入氧氣；為了盡量避免不能夠轉(zhuǎn)化成還原性氣體的氣體進(jìn)入煤氣發(fā)生爐，建 議在噴吹碳素時(shí)，以高爐煤氣和/或轉(zhuǎn)爐煤氣和/或二氧化碳?xì)庾鳛樘妓氐臄y帶載體等。為了盡量延長煤氣發(fā)生爐的爐襯壽命，和盡量消除發(fā)生爐成品氣中的焦油、酚等 有機(jī)物含量，建議噴氧位置和噴煤位置在煤氣發(fā)生爐指定位置的同一水平面上相向噴吹。還建議所述的煤氣發(fā)生爐采用液體排渣方式。為了降低熔渣中的殘?zhí)迹ㄗh向渣 池內(nèi)噴吹高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和/或氧氣。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于1.通過向高爐內(nèi)部輸送具有較高還原性能的還原氣，提高了高爐的間接還原能 力，在其他條件不變的情況下，能夠提升高爐的產(chǎn)能。2.能夠充分利用高爐煤氣和/或轉(zhuǎn)爐煤氣自身攜帶的物理顯熱，有利于節(jié)約能 源。3.能夠充分利用高爐煤氣和/或轉(zhuǎn)爐煤氣自身固有的一氧化碳，因而具有顯著的 節(jié)能效果。4.能夠?qū)崿F(xiàn)以煤代焦，具有降低成本和減少焦炭消耗、保護(hù)焦煤資源的雙重優(yōu)勢。5.能夠降低高爐的總碳素消耗，節(jié)約能源。6.在制取還原氣的過程中，充分利用了煤氣中的二氧化碳，從而能夠減少了二氧 化碳的排放。7.向煤氣發(fā)生爐內(nèi)通入高爐煤氣和部分轉(zhuǎn)爐煤氣，不僅可以解決造氣過程中產(chǎn)生的高溫煤氣的降溫問題，還可以解決所添加的煤氣的升溫問題，具有雙重的節(jié)能效果。8.由于流過高爐間接還原段的還原性氣體的流量增加，也有利于提高該段的間接 還原度。9.減少了進(jìn)入高爐的灰分，有利于提高鐵水的品質(zhì)；同時(shí)，還能降低渣量，使能耗
進(jìn)一步降低等。10由于是將原始態(tài)的高爐煤氣和/或轉(zhuǎn)爐煤氣注入煤氣發(fā)生爐，能夠在將煤氣中 的二氧化碳轉(zhuǎn)化成一氧化碳的同時(shí)，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)它們的加熱，可以去除許多中間環(huán)節(jié)，例如 分離環(huán)節(jié)等，使系統(tǒng)簡化并降低投資成本和運(yùn)行成本等。


本發(fā)明有附圖5頁，共5幅。其中圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的示意圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施例2的示意圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施例3的示意圖。圖4和圖5是本發(fā)明的實(shí)施例4的示意圖，是用于配合說明專用于所述方法的專 用氣的制造方法的。其中，圖5是圖4的A-A剖面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施方式
將結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)行說明。實(shí)施例1，如圖1所示。在圖1中，1表示高爐本體。2表示高爐中的軟熔帶。3表示高爐的風(fēng)口線。16表 示高爐煤氣的外送通道。21表示高爐中的燃燒區(qū)。進(jìn)行消減二氧化碳處理的高爐煤氣從通道17引出后，先經(jīng)過除塵裝置6，再由風(fēng) 機(jī)7加壓、由換熱器8預(yù)熱，然后進(jìn)入煤氣發(fā)生爐9 ；如果不進(jìn)行預(yù)熱，由風(fēng)機(jī)7直接送入煤 氣發(fā)生爐9亦可。在本實(shí)施例中，進(jìn)行消減二氧化碳處理的高爐煤氣通過通道17引出的量， 即所謂的截取量，可以占高爐爐頂煤氣總流量的5%以上。(注如果高爐煤氣不是取自使 用本發(fā)明的方法的本高爐，其處理辦法則是顯而易見的，因此，就不再另行列舉實(shí)施例了)在本實(shí)施例中，送入煤氣發(fā)生爐9中的氧，是利用熱風(fēng)爐10以高溫?zé)犸L(fēng)的形式通 過通道11實(shí)現(xiàn)的。至于煤氣發(fā)生爐9所需的碳素，可以通過通道12輸入，并采用高爐煤氣作為它輸 送的載體。必要時(shí)，還可以通過通道13、風(fēng)機(jī)14摻入部分轉(zhuǎn)爐煤氣，以提高制造的還原氣中 的一氧化碳的濃度。自煤氣發(fā)生爐9產(chǎn)出的還原性氣體，其溫度可控制在彡1350°C且彡1600°C的范圍 內(nèi)；其品質(zhì)，應(yīng)符合C02/(C02+C0)彡36%和(CCHH2)/(C02+H20)彡300%的條件等。自煤氣發(fā)生爐9產(chǎn)出的還原性氣體，利用通道15送入環(huán)管5，再經(jīng)過多個(gè)通道4注 入高爐。從圖中不難看出，向高爐內(nèi)部注入所述的還原性氣體的具體位置4是在高爐的軟熔帶以下、燃燒區(qū)以上，即所述的還原性氣體從高爐的軟熔帶以下的位置注入高爐的。由于軟熔帶的位置會(huì)隨著爐況的變化而漂移，因此，建議將注入還原性氣體的具體位置4設(shè) 置在軟熔帶下移的極限位置的下方，也就是說，要預(yù)留出一個(gè)允許軟熔帶漂移的范圍。 實(shí)施例2，如圖2所示。本實(shí)施例與實(shí)施例1的主要不同之處在于1.向高爐內(nèi)部注入所述的還原性氣體 的具體位置4不同；2.在本實(shí)施例中，通過通道11輸送的是工業(yè)氧氣。至于工業(yè)氧氣的 純度，可以存在較大的差異，例如，當(dāng)采用吸附制氧時(shí)，其純度可以較低，甚至相對(duì)很低等。 3.注入高爐的還原氣的溫度不同。這時(shí)，還原氣的溫度可以控制在彡800°C且彡1180°C的 范圍內(nèi)；換句話說，也就是要求煤氣發(fā)生爐9的產(chǎn)氣溫度按照這一要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。從圖中不難看出，向高爐內(nèi)部注入所述的還原性氣體的具體位置4是在高爐的軟 熔帶以上，即所述的還原性氣體從高爐的軟熔帶以上的位置注入高爐的。由于軟熔帶的位 置會(huì)隨著爐況的變化而漂移，因此，建議將注入還原性氣體的具體位置4設(shè)置在軟熔帶上 移的極限位置的上方，也就是說，要預(yù)留出一個(gè)允許軟熔帶漂移的范圍。其余，可由讀者參考實(shí)施例1自行解讀。實(shí)施例3，如圖3所示。在圖3所示的本實(shí)施例中，增加了變壓吸附裝置18，它可以有兩種工作模式一是 將還原性氣體吸附出來并加以利用；一種是將非還原性氣體吸附出來并放散或另作它用。 本實(shí)施例采用將一氧化碳吸附出來加以利用的方案，吸附后的殘氣，可通過通道19放散或 作進(jìn)一步的回收利用。在圖3中，通道13仍然是在必要時(shí)用于輸送轉(zhuǎn)爐煤氣的通道；這時(shí)，被吸附出來的 一氧化碳經(jīng)過風(fēng)機(jī)7加壓后，由換熱器8預(yù)熱到指定的溫度，通過通道20送入高爐。至于吸附工藝過程中有關(guān)工藝要求的實(shí)現(xiàn)，可由相關(guān)技術(shù)人員去完成；其余，可由 讀者參考實(shí)施例1、實(shí)施例2自行解讀了。實(shí)施例4，如圖4、圖5所示。本實(shí)施例是配合說明專用于所述方法的專用氣的制造方法的。其中，圖5是圖4 的A-A剖面圖。在圖4中，22表示煤氣發(fā)生爐。23表示氧氣輸送通道。24表示碳素(實(shí)際使用的 是煤粉，下同)的輸送通道。25表示高爐煤氣的輸送通道。26表示二次碳素的輸入通道。 27表示成品還原性氣體的外送通道。28是向渣池噴射高爐煤氣(也可以是轉(zhuǎn)爐煤氣等) 的通道。29是向渣池噴射氧氣(也可以是高溫?zé)犸L(fēng))的通道。30是渣池內(nèi)的液態(tài)渣。在 圖4中所指示的位置Al和A2，表示通道25和/或26的可選位置，表示它們可以具有一定 的變動(dòng)范圍，至于其實(shí)際位置的確定，需依據(jù)煤氣發(fā)生爐內(nèi)的燃燒條件、所輸入的煤氣等的 品質(zhì)來進(jìn)行。本實(shí)施例的工作過程是這樣的氧以工業(yè)氧氣的形式由通道23送入煤氣發(fā)生爐22 ；碳素以噴吹煤粉的形式由通 道24也被送入煤氣發(fā)生爐22，雖然可采用氮?dú)饣蛉紵龔U氣作為煤粉的噴吹載體，但是，為 了盡量減少不能形成還原氣的成分進(jìn)入造氣系統(tǒng)，這里是采用高爐煤氣作為煤粉的噴吹載 體；同時(shí)噴入的煤粉的量是根據(jù)高爐間接還原區(qū)所需還原氣體的數(shù)量精確計(jì)算的。在煤氣 化爐的高溫爐膛內(nèi)，氧氣和煤粉一經(jīng)噴入爐膛便迅速燃燒并生成大量的熱，這時(shí)煤粉和爐 氣均處于高溫狀態(tài)，當(dāng)高爐煤氣和二次碳素也經(jīng)由通道25、26進(jìn)入高溫區(qū)并混合和共熱，在熾熱的、游離碳顆粒存在的條件下，無論是燃燒產(chǎn)生的，還是在高爐煤氣中固有的二氧化碳以及從各種渠道進(jìn)入煤氣發(fā)生爐的水分等，將被轉(zhuǎn)化成一氧化碳和氫氣；再通過溫度調(diào) 控手段，使產(chǎn)品氣符合預(yù)期的溫度要求，也就是完成了專用于所述方法的專用氣的制造任 務(wù)。在這里，建議精確控制煤粉噴入量、高爐煤氣輸入量、高爐煤氣的預(yù)熱溫度，來保 證成品氣的品質(zhì)并實(shí)現(xiàn)所述的溫度控制，最重要的是選擇合適的煤氣化爐的爐膛高度、爐 膛截面面積，保證煤粉、高爐煤氣在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間，為二氧化碳與碳素充分反應(yīng)創(chuàng)造時(shí) 間條件。當(dāng)所指定的產(chǎn)品氣溫度太低時(shí)，化學(xué)反應(yīng)的速度將不能滿足工藝要求，為保證產(chǎn)品 氣二氧化碳的含量合乎要求，這就需要調(diào)整輸入氣化爐的高爐煤氣的預(yù)熱溫度，使之能夠 與制造還原氣工藝相協(xié)調(diào)；當(dāng)所指定的產(chǎn)品氣溫度太高時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇降低輸入氣化爐的 氧氣總量，并使與制造還原氣工藝相協(xié)調(diào)。在本實(shí)施例中，所述的煤氣發(fā)生爐采用的是液體排渣方式。為了降低熔渣中的殘 碳，通過通道28向渣池內(nèi)的渣30噴吹高爐煤氣和/或通過通道29向渣池內(nèi)的渣30噴吹 氧氣，利用高爐煤氣中的二氧化碳和/或利用氧氣與熔渣中的殘?zhí)歼M(jìn)行反應(yīng)，以降低熔渣 的含碳量。當(dāng)煤氣化爐輸出的產(chǎn)品氣含有較多的煤粉時(shí)，應(yīng)首先考慮延長煤粉、高爐煤氣在 爐膛內(nèi)的停留時(shí)間，和提高爐膛內(nèi)的反應(yīng)溫度，使碳素能夠與二氧化碳?xì)怏w充分反應(yīng)掉；當(dāng) 爐渣中含有較多的煤粉時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮向爐渣中噴吹高溫高爐煤氣或氧氣，以保證將爐渣 中的殘余煤粉反應(yīng)掉。至于該煤氣發(fā)生爐的排渣問題，可由現(xiàn)有技術(shù)解決，它也不屬于本發(fā) 明的內(nèi)容，就不在此贅述了。另外需要注意的是上述實(shí)施例都是本發(fā)明的個(gè)案，它們的作用之一是對(duì)本發(fā)明 起解釋的作用，而不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明做出的任何限制。
權(quán)利要求
一種強(qiáng)化高爐間接還原的方法，包括將還原性氣體注入高爐的步驟等，其特征在于1.1注入高爐的還原性氣體中包含高爐煤氣；1.2所述的高爐煤氣經(jīng)過消減二氧化碳的處理；1.3注入高爐的還原性氣體的壓力高于高爐注入點(diǎn)的爐內(nèi)壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化高爐間接還原的方法，其特征在于2.1所述的注入高爐的還原性氣體的溫度≥360°C。
3.如權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化高爐間接還原的方法，其特征在于3.1所述的高爐煤氣是截取自使用本方法的高爐自產(chǎn)的高爐煤氣。
4.如權(quán)利要求3所述的強(qiáng)化高爐間接還原的方法，其特征在于4.1所述的自產(chǎn)的高爐煤氣的截取量為高爐爐頂煤氣總流量的5%以上。5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的強(qiáng)化高爐間接還原的方法，其特征在于
5.1在所述的消減二氧化碳的處理后，獲得的還原性氣體中所含的C0、C02、H2、H20的體 積量之比滿足 C02/(C02+C0)≤ 36%和(CCHH2) / (C02+H20)≥ 178% 的條件。
6.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的強(qiáng)化高爐間接還原的方法，其特征在于6.1所述的消減二氧化碳的處理是將高爐煤氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成一氧化碳。
7.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的強(qiáng)化高爐間接還原的方法，其特征在于7.1所述的消減二氧化碳的處理是采用吸附的方法將高爐煤氣中的一氧化碳提取出來 并加以利用。
8.如權(quán)利要求6所述的強(qiáng)化高爐間接還原的方法，其特征在于8.1所述的將高爐煤氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成一氧化碳，是在煤氣發(fā)生爐中實(shí)現(xiàn)的。
9.如權(quán)利要求8所述的強(qiáng)化高爐間接還原的方法，其特征在于9.1將所述的高爐煤氣送入煤氣發(fā)生爐之前，經(jīng)過預(yù)熱。
10.如權(quán)利要求8所述的強(qiáng)化高爐間接還原的方法，其特征在于10.1所述的煤氣發(fā)生爐的供氧是采用高溫?zé)犸L(fēng)的形式實(shí)現(xiàn)的。
11.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的強(qiáng)化高爐間接還原的方法，其特征在于11.1所述的還原性氣體是從高爐的軟熔帶以下的位置注入高爐的。
12.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的強(qiáng)化高爐間接還原的方法，其特征在于12.1所述的還原性氣體是從高爐的軟熔帶以上的位置注入高爐的。
13.一種專用于所述方法的專用氣的制造方法，包括煤氣發(fā)生爐的配備、碳素的供給、 氧氣的輸入等步驟，其特征在于13.1注入所述的煤氣發(fā)生爐的原料氣包括高爐煤氣。
14.如權(quán)利要求13所述的專用于所述方法的專用氣的制造方法，其特征在于14.1它是以高溫?zé)犸L(fēng)的形式為所述的煤氣發(fā)生爐輸入氧氣。
15.如權(quán)利要求13或14所述的專用于所述方法的專用氣的制造方法，其特征在于 15. 1它是以高爐煤氣作為碳素的攜帶載體。
全文摘要
一種強(qiáng)化高爐間接還原的方法及其專用氣的制造方法，屬于高爐煉鐵的技術(shù)領(lǐng)域。強(qiáng)化高爐間接還原的方法包括將還原性氣體注入高爐的步驟等，其特征在于注入高爐的還原性氣體中包含高爐煤氣；所述的高爐煤氣經(jīng)過消減二氧化碳的處理；注入高爐的還原性氣體的壓力高于高爐注入點(diǎn)的爐內(nèi)壓力等；專用于所述方法的專用氣的制造方法，包括煤氣發(fā)生爐的配備、碳素的供給、氧氣的輸入等步驟，其特征在于注入所述的煤氣發(fā)生爐的原料氣包括高爐煤氣等。本發(fā)明通過增加高爐的間接還原段的還原性氣體的有效還原成分的濃度和/或流量的手段，來提高高爐的間接還原段的還原度，以最終實(shí)現(xiàn)提高高爐產(chǎn)能的目的。
文檔編號(hào)C21B5/00GK101818218SQ20101014720
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者于國華, 周傳祿, 姚朝勝, 尹克勝, 肖燕鵬, 錢綱, 魏新民 申請(qǐng)人:山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司;萊蕪市天銘冶金設(shè)備有限公司