專利名稱：一種用粉礦和煤氧直接煉鋼的設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及煉鋼技術(shù)領域，特別涉及一種用粉礦和煤氧直接煉鋼的設備。
背景技術(shù)：
當前最重要也最為常見的鋼鐵生產(chǎn)流程也被稱為長流程，在該流程中，要從鐵礦石得到鋼水需經(jīng)燒結(jié)(或球團)、煉焦、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼四個主要的工藝環(huán)節(jié)，此外還有眾多的輔助工藝環(huán)節(jié)。高爐煉鐵中鐵礦石的還原70%以上是間接還原，屬氣固反應，要求高爐保持良好的透氣性，因此貧礦選礦后獲得的鐵精粉礦和富礦塊粉礦末都必須經(jīng)過造塊才能供高爐使用，即必需經(jīng)過燒結(jié)(或球團)工藝過程。燒結(jié)(或球團)的物料處理量約占鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的第二位(僅次于煉鐵生產(chǎn))，能耗僅次于煉鐵和軋鋼而居第三位。焦炭在高爐內(nèi)的用途，一方面是作為提供冶煉所需熱量的燃料和鐵氧化物還原劑，現(xiàn)在這個作用已部分被噴煤取代，焦炭更重要的作用是在礦石軟化熔融后，作為支撐高達數(shù)十米的料柱的骨架，同時又是煤氣通路。焦煤在原煤中的比例較少，儲量有限，這勢必給依賴煉焦煤的長流程的發(fā)展帶來危機。傳統(tǒng)長流程已發(fā)展到頂峰，但高爐煉鐵的特點，決定了傳統(tǒng)長流程規(guī)模龐大，投資高，生產(chǎn)周期長，噸鋼能耗高，環(huán)境污染嚴重。直接還原一電爐流程也可以從鐵礦石得到鋼水，不需要焦炭，但直接還原鐵大部分用豎爐生產(chǎn)，仍然需要鐵粉礦造塊工序，而且需要豐富的天然氣資源，與直接還原一電爐流程相關的方法中，煤基回轉(zhuǎn)窯法生產(chǎn)效率低，轉(zhuǎn)底爐法由于料層較薄規(guī)模難以擴大。因此直接還原一電爐流程仍難以和傳統(tǒng)長流程方法競爭，在全世界范圍內(nèi)的鋼產(chǎn)量份額僅占5%，在我國也很少。熔融還原一轉(zhuǎn)爐流程改變了傳統(tǒng)長流程對焦炭的依賴程度，例如，COREX熔融還原煉鐵-轉(zhuǎn)爐流程僅需要少量的焦炭，原理上它僅將高爐的功能一分為二，先氣態(tài)間接還原后熔化分離，但它的缺點 也是顯而易見的耗氧量大(500m3/t)，投資比傳統(tǒng)長流程高10% 20%，發(fā)展速度緩慢。熔融還原一轉(zhuǎn)爐流程只是對傳統(tǒng)長流程鐵前工序的變革。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有煉鋼設備的不足，從而提供一種用粉礦和煤氧直接煉鋼的設備。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用粉礦和煤氧直接煉鋼的設備，包括磨粉礦設備1、粉礦提升設備2、多級旋風預熱器3、預還原循環(huán)流化床4、終還原循環(huán)流化床5、直接煉鋼爐6、粉礦噴吹設備7、底吹或側(cè)吹煤氧槍8、第一氣體換熱器11、第二氣體換熱器13、第三氣體換熱器14、第四氣體換熱器16、氣體增壓設備12、氣體凈化設備15以及氣體脫除CO2和H2O設備17 ;其中，所述磨粉礦設備I的出料口與所述粉礦提升設備2的進料口連接，而所述粉礦提升設備2的出料口則連接到所述多級旋風預熱器3的進料口 ；所述多級旋風預熱器3的出料口與所述預還原循環(huán)流化床4的進料口相連,而所述預還原循環(huán)流化床4的出料口則與所述終還原循環(huán)流化床5的進料口連接；所述終還原循環(huán)流化床5通過所述粉礦噴吹設備7與所述直接煉鋼爐6相連；所述底吹或側(cè)吹煤氧槍8安插到所述直接煉鋼爐6的底部或側(cè)部;所述直接煉鋼爐6的出氣口連接到所述第一氣體換熱器11，所述第一氣體換熱器11則與所述氣體增壓設備12相連，所述氣體增壓設備12連接到所述終還原循環(huán)流化床5的進氣口，而所述終還原循環(huán)流化床5的出氣口連接到第二氣體換熱器13 ;所述第二氣體換熱器13再連接到所述預還原循環(huán)流化床4的進氣口，所述預還原循環(huán)流化床4的出氣口連接到所述第三氣體換熱器14，所述第三氣體換熱器14還與所述多級旋風預熱器3的進氣口連接；所述多級旋風預熱器3的出氣口連接到所述氣體凈化設備15，所述氣體凈化設備15通過所述第四氣體換熱器16與所述氣體脫除CO2和H2O設備17相連，所述氣體脫除CO2和H2O設備17的出氣口連接到所述第一換熱器11與所述氣體增壓設備12之間的管路上。上述技術(shù)方案中，所述直接煉鋼爐6為桶形爐子，其內(nèi)部包括渣區(qū)、鋼水區(qū)和氣相區(qū)，其中氣相區(qū)位于所述直接煉鋼爐6的頂部，鋼水區(qū)位于所述直接煉鋼爐6的底部，而渣區(qū)則在氣相區(qū)與鋼水區(qū)之間。上述技術(shù)方案中，所述粉礦噴吹設備7與所述直接煉鋼爐6相連時，插入到所述直接煉鋼爐6的鋼水區(qū)的鋼水熔池中。上述技術(shù)方案中，所述底吹或側(cè)吹煤氧槍8插入到所述直接煉鋼爐6的底部或側(cè)面的鋼水熔池中。上述技術(shù)方案中，所述直接煉鋼爐6上還開有直接煉鋼爐出鋼口 9和直接煉鋼爐出渣口 10，其中的直接煉鋼爐出鋼口 9位于所述直接煉鋼爐6外側(cè)的爐墻上，而所述直接煉鋼爐出渣口 10則位于所述直接煉鋼爐6外側(cè)爐墻的中部。

上述技術(shù)方案中，所述直接煉鋼爐出鋼口 9為虹吸出鋼口。上述技術(shù)方案中，所述直接煉鋼爐6還設有耐材系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)，廢氣凈化處理和余熱回收系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)點在于(I)本發(fā)明用煤粉和氧氣吹入高溫熔體造還原氣體，利用細粒鐵粉礦氣相懸浮預熱和氣相還原速度快、效率高的優(yōu)勢，在旋風預熱器和循環(huán)流化床中分別將鐵粉礦預熱、還原，將得到的90%以上金屬化率的預還原鐵粉礦吹入高溫熔體中得到鋼水。由于在較低的溫度下還原(與高爐煉鐵直接還原相比)，生成的預還原鐵粉滲碳少，得到成品鋼液時脫碳少；現(xiàn)有主流的生產(chǎn)粗鋼的高爐一轉(zhuǎn)爐工藝，遵循從鐵礦石一鐵水一鋼水的工藝路線，是一個先增碳后脫碳的過程。本發(fā)明使煉鋼生產(chǎn)流程得到本質(zhì)上的簡化。(2)本發(fā)明實現(xiàn)了從粉礦、煤、氧直接生產(chǎn)鋼水，不用粉礦造塊、煉焦，也不用轉(zhuǎn)爐脫碳，與現(xiàn)有的煉鋼流程相比，設備和基建投資大量節(jié)省，保守的計算，可以節(jié)省30%以上的設備和基建投資；物流得到充分簡化，在傳統(tǒng)的鋼鐵廠，各個工藝環(huán)節(jié)的物流非常繁忙，含鐵物流歷經(jīng)數(shù)次的升溫降溫，損失大量的物理熱，新的直接煉鋼工藝非常緊湊，物流簡單有序，而且避免了鐵水在運輸過程中的溫度損失，易于實現(xiàn)生產(chǎn)的直接化和自動控制，是新一代智能鋼鐵廠，采用本發(fā)明后，鋼鐵廠的面貌發(fā)生重大改變。


圖1是本發(fā)明的裝置簡示流程圖。圖面說明I 磨粉礦設備2粉礦提升設備3多級旋風預熱器4 預還原循環(huán)流化床5終還原循環(huán)流化床6直接煉鋼爐7 粉礦噴吹設備 8底吹煤氧槍9直接煉鋼爐出鋼口10直接煉鋼爐出渣口 11第一氣體換熱器12氣體增壓設備13第二氣體換熱器 14第三氣體換熱器15氣體凈化設備16第四氣體換熱器 17氣體脫除CO2和H2O設備。
具體實施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。如圖1所示，在一個實施例中，本發(fā)明的直接煉鋼設備包括磨粉礦設備1、粉礦提升設備2、多級旋風預熱器3、預還原循環(huán)流化床4、終還原循環(huán)流化床5、直接煉鋼爐6、粉礦噴吹設備7、底吹或側(cè)吹煤氧槍8、第一氣體換熱器11、第二氣體換熱器13、第三氣體換熱器14、第四氣體換熱器16、氣體增壓設備12、氣體凈化設備15以及氣體脫除CO2和H2O設備
17。其中，所述磨粉礦設 備I的出料口與粉礦提升設備2的進料口連接，而粉礦提升設備2的出料口則連接到所述多級旋風預熱器3的進料口 ；多級旋風預熱器3的出料口與預還原循環(huán)流化床4的進料口相連,而所述預還原循環(huán)流化床4的出料口則與終還原循環(huán)流化床5的進料口連接；終還原循環(huán)流化床5通過粉礦噴吹設備7與直接煉鋼爐6相連；底吹或側(cè)吹煤氧槍8安插到直接煉鋼爐6的底部或側(cè)部；直接煉鋼爐6的出氣口連接到第一氣體換熱器11，第一氣體換熱器11則與氣體增壓設備12相連，氣體增壓設備12連接到終還原循環(huán)流化床5的進氣口，而終還原循環(huán)流化床5的出氣口連接到第二氣體換熱器13 ;第二氣體換熱器13再連接到預還原循環(huán)流化床4的進氣口，預還原循環(huán)流化床4的出氣口連接到第三氣體換熱器14，第三氣體換熱器14還與多級旋風預熱器3的進氣口連接；多級旋風預熱器3的出氣口連接到氣體凈化設備15，氣體凈化設備15通過第四氣體換熱器16與氣體脫除CO2和H2O設備17相連，氣體脫除CO2和H2O設備17的出氣口連接到第一換熱器11與氣體增壓設備12之間的管路上。下面對直接煉鋼設備中的各個部件做進一步的描述。所述的直接煉鋼爐6是桶形爐子，其內(nèi)部包括渣區(qū)、鋼水區(qū)和氣相區(qū)，其中氣相區(qū)位于直接煉鋼爐6的頂部，鋼水區(qū)位于直接煉鋼爐6的底部，而渣區(qū)則在氣相區(qū)與鋼水區(qū)之間。粉礦噴吹設備7與直接煉鋼爐6相連時，插入到直接煉鋼爐6的鋼水區(qū)的鋼水熔池中，而底吹或側(cè)吹煤氧槍8則插入到直接煉鋼爐6的底部或側(cè)面的鋼水熔池中。直接煉鋼爐6上還開有直接煉鋼爐出鋼口 9和直接煉鋼爐出渣口 10，其中的直接煉鋼爐出鋼口 9位于直接煉鋼爐6外側(cè)的爐墻上，而直接煉鋼爐出渣口 10則位于直接煉鋼爐6外側(cè)爐墻的中部。所述直接煉鋼爐出鋼口 9為虹吸出鋼口。作為一種優(yōu)選實現(xiàn)方式，本發(fā)明的直接煉鋼設備中，所述直接煉鋼爐6還設有耐材系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)，廢氣凈化處理和余熱回收系統(tǒng)。下面對本發(fā)明的直接煉鋼設備的工作過程進行說明。首先，在直接煉鋼爐6內(nèi)預先形成一個鋼水熔池，或者是鋼渣混合的熔池，溫度在16000C以上；然后向直接煉鋼爐6內(nèi)吹入煤粉、氧氣及少量熔劑，從而產(chǎn)生CO+H2>85%的還原氣。這些還原氣從直接煉鋼爐6的出氣口輸出后，依次流過終還原循環(huán)流化床5、預還原循環(huán)流化床4、多級旋風預熱器3。磨粉礦設備I將鐵礦細磨至100目以下325目以上，然后將該微粉用粉礦提升設備2提升至多級旋風預熱器3的進料口，鐵粉礦在多級旋風預熱器3中被加熱，加熱后的粉礦又被傳輸?shù)筋A還原循環(huán)流化床4中。與此同時，多級旋風預熱器3所產(chǎn)生的尾氣(即后文中所提到的直接煉鋼爐所產(chǎn)生的還原氣經(jīng)過終還原循環(huán)流化床5、預還原循環(huán)流化床4與多級旋風預熱器3后所剩余的氣體)通過氣體凈化設備15進行凈化，然后再經(jīng)過第四氣體換熱器16降溫，接著再由脫除CO2和H2O設備17脫除其中的CO2和水蒸汽。直接煉鋼爐6產(chǎn)生的高溫還原氣與脫除CO2的循環(huán)尾氣及各級循環(huán)流化床出口氣體換熱后降溫至850°C以下，還原氣與粉礦的流動方向相反，通過終還原循環(huán)流化床5、預還原循環(huán)流化床4和多級旋風預熱器3。每級循環(huán)流化床出口的還原氣溫度已降低，因此需要和出直接煉鋼爐6的高溫還原氣進行換熱以提高溫度。出多級旋風預熱器3的循環(huán)尾氣需要脫除其中的CO2和水蒸汽，再與出直接煉鋼爐6的高溫還原氣混合，升溫至850°C，然后通入循環(huán)流化床；在循環(huán)流化床內(nèi)，鐵礦粉與還原氣發(fā)生還原反應，出最后一級循環(huán)流化床的鐵粉礦的金屬化率達到90%以 上。向直接煉鋼爐內(nèi)用氮氣吹入經(jīng)過預熱和還原后金屬化率90%以上的鐵粉礦，同時繼續(xù)向直接煉鋼爐內(nèi)吹入煤粉和氧氣及少量熔劑，通過調(diào)整煤粉、氧氣、鐵粉礦的比率，可以使得鋼水的含碳量保持在O. 4%以下，同時能脫除大部分的磷和少量的硫，熔池里鋼水和爐渣不斷增加，通過虹吸出鋼口 9和出渣口 10流出。經(jīng)過本發(fā)明的直接煉鋼爐的上述操作后，所得到的粗鋼水中，C的含量約為O.1
O.8%, Si,Mn的含量< O. 05%，經(jīng)過后續(xù)的爐外精煉和脫氧合金化工序即可得到合格的鋼水。最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種用粉礦和煤氧直接煉鋼的設備，其特征在于，包括磨粉礦設備(I)、粉礦提升設備(2)、多級旋風預熱器(3)、預還原循環(huán)流化床(4)、終還原循環(huán)流化床(5)、直接煉鋼爐(6 )、粉礦噴吹設備(7 )、底吹或側(cè)吹煤氧槍(8 )、第一氣體換熱器(11)、第二氣體換熱器(13)、第三氣體換熱器(14)、第四氣體換熱器(16)、氣體增壓設備(12)、氣體凈化設備(15)以及氣體脫除CO2和H2O設備(17);其中， 所述磨粉礦設備(I)的出料口與所述粉礦提升設備(2)的進料口連接，而所述粉礦提升設備(2)的出料口則連接到所述多級旋風預熱器(3)的進料口 ；所述多級旋風預熱器(3)的出料口與所述預還原循環(huán)流化床(4)的進料口相連，而所述預還原循環(huán)流化床(4)的出料口則與所述終還原循環(huán)流化床(5)的進料口連接；所述終還原循環(huán)流化床(5)通過所述粉礦噴吹設備(7)與所述直接煉鋼爐(6)相連；所述底吹或側(cè)吹煤氧槍(8)安插到所述直接煉鋼爐(6)的底部或側(cè)部； 所述直接煉鋼爐(6)的出氣口連接到所述第一氣體換熱器(11)，所述第一氣體換熱器(11)則與所述氣體增壓設備(12)相連，所述氣體增壓設備(12)連接到所述終還原循環(huán)流化床(5)的進氣口，而所述終還原循環(huán)流化床(5)的出氣口連接到第二氣體換熱器(13);所述第二氣體換熱器(13)再連接到所述預還原循環(huán)流化床(4)的進氣口，所述預還原循環(huán)流化床(4)的出氣口連接到所述第三氣體換熱器(14)，所述第三氣體換熱器(14)還與所述多級旋風預熱器(3)的進氣口連接；所述多級旋風預熱器(3)的出氣口連接到所述氣體凈化設備(15)，所述氣體凈化設備(15)通過所述第四氣體換熱器(16)與所述氣體脫除CO2和H2O設備(17)相連，所述氣體脫除CO2和H2O設備(17)的出氣口連接到所述第一換熱器(11)與所述氣體增壓設備(12)之間的管路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用粉礦和煤氧直接煉鋼的設備，其特征在于，所述直接煉鋼爐(6)為桶形爐子，其內(nèi)部包括渣區(qū)、鋼水區(qū)和氣相區(qū)，其中氣相區(qū)位于所述直接煉鋼爐(6)的頂部，鋼水區(qū)位于所述直接煉鋼爐(6)的底部，而渣區(qū)則在氣相區(qū)與鋼水區(qū)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用粉礦和煤氧直接煉鋼的設備，其特征在于，所述粉礦噴吹設備(7)與所述直接煉鋼爐(6)相連時，插入到所述直接煉鋼爐(6)的鋼水區(qū)的鋼水熔池中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用粉礦和煤氧直接煉鋼的設備，其特征在于，所述底吹或側(cè)吹煤氧槍(8)插入到所述直接煉鋼爐(6)的底部或側(cè)面的鋼水熔池中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用粉礦和煤氧直接煉鋼的設備，其特征在于，所述直接煉鋼爐(6)上還開有直接煉鋼爐出鋼口(9)和直接煉鋼爐出渣口( 10)，其中的直接煉鋼爐出鋼口(9)位于所述直接煉鋼爐(6)外側(cè)的爐墻上，而所述直接煉鋼爐出渣口(10)則位于所述直接煉鋼爐(6 )外側(cè)爐墻的中部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用粉礦和煤氧直接煉鋼的設備，其特征在于，所述直接煉鋼爐出鋼口(9)為虹吸出鋼口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用粉礦和煤氧直接煉鋼的設備，其特征在于，所述直接煉鋼爐(6)還設有耐材系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)，廢氣凈化處理和余熱回收系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用粉礦和煤氧直接煉鋼的設備，包括磨粉礦設備、粉礦提升設備、多級旋風預熱器、預還原循環(huán)流化床、終還原循環(huán)流化床、直接煉鋼爐、粉礦噴吹設備、底吹或側(cè)吹煤氧槍、第一氣體換熱器、第二氣體換熱器、第三氣體換熱器、第四氣體換熱器、氣體增壓設備、氣體凈化設備以及氣體脫除CO2和H2O設備；磨粉礦設備的出料口與粉礦提升設備的進料口連接，粉礦提升設備的出料口則連接到多級旋風預熱器的進料口；多級旋風預熱器的出料口與預還原循環(huán)流化床的進料口相連，而預還原循環(huán)流化床的出料口則與終還原循環(huán)流化床的進料口連接；終還原循環(huán)流化床通過粉礦噴吹設備與直接煉鋼爐相連；底吹或側(cè)吹煤氧槍安插到所述直接煉鋼爐的底部或側(cè)部。
文檔編號C21B13/14GK103060505SQ20131000784
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者周勇, 管山吉, 張炯, 楊立威, 畢永杰 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司