專利名稱：：含碳球團(tuán)煤氣循環(huán)還原熔分流程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于非焦煉鐵工藝，特別涉及直接使用非焦煤生產(chǎn)類似傳統(tǒng)的高爐鐵水的液態(tài)金屬鐵。德國(guó)人發(fā)明的、奧鋼聯(lián)和南非聯(lián)合開發(fā)的COREX流程，其特點(diǎn)是將熔融氣化爐產(chǎn)生的氧化度小于4％、1100℃至1200℃的煤氣通過高溫除塵，使其溫度降低到850℃左右，然后利用這種煤氣還原傳統(tǒng)的球團(tuán)礦、燒結(jié)礦后天然塊礦至預(yù)還原度到90％左右，投入熔融氣化爐氣化爐進(jìn)行最后的還原和熔分。這種工藝在直接使用非焦煤生產(chǎn)液態(tài)生鐵的同時(shí)避免了其它生產(chǎn)液態(tài)生鐵存在的非焦煉鐵流程的高溫、高FeO爐渣對(duì)耐火材料的侵蝕問題。但是該流程的缺點(diǎn)是由于熔融氣化爐產(chǎn)生的煤氣必須通過高溫除塵和降溫后才能供給預(yù)還原使用，因此過程熱損失大，單位能耗高，此外煤氣高溫除塵也較困難。另一方面，由于該流程中的鐵氧化物的還原絕大部分是在850℃以下以氣-固反應(yīng)的形式進(jìn)行，因此鐵礦石的預(yù)還原構(gòu)成了其整個(gè)流程的限制性環(huán)節(jié)，生產(chǎn)效率較低。日本開發(fā)的DIOS，美國(guó)開發(fā)的AISI，澳大利亞等開發(fā)的HIsmelt等都屬于追求高二次燃燒率的“二步法”熔融還原。這些流程的共同特點(diǎn)是利用終還原爐(或鐵浴爐)產(chǎn)生的氧化度為40至70％的煤氣，將其溫度降到800℃左右，加熱還原鐵礦石或鐵礦粉，使之還原至FeO，然后投入終還原爐，進(jìn)行終還原和渣鐵分離，終還原爐內(nèi)的二次燃燒率控制在40至70之間。這些工藝的特點(diǎn)是鐵氧化物大部分在高溫熔融狀態(tài)下進(jìn)行，因此其生產(chǎn)速度快。但是由于這些流程的二次燃燒熱效率不理想加上逸出終還原爐的煤氣物理熱利用效果極差，因此單位能耗較高。另外也正因?yàn)檫@些流程追求高二次燃燒率，使大量的鐵氧化物進(jìn)入終還原爐，因此在終還原爐內(nèi)產(chǎn)生大量的高溫、高FeO熔渣，這種熔渣對(duì)耐火材料的侵蝕迄今為止還是一個(gè)無法克服的難題。前蘇聯(lián)開發(fā)的Romelt流程屬于典型的“一步法”熔融還原。其特點(diǎn)是粉狀或塊狀的含鐵原料、熔劑及煤直接投入熔融還原爐，使鐵氧化物直接在熔融狀態(tài)下還原，熔融還原爐內(nèi)的二次燃燒率控制在50至90％之間。此外為了避免高溫、高FeO熔渣對(duì)耐火材料的侵蝕，在熔融還原爐中在渣層部位采用了水冷爐壁。這種流程工藝簡(jiǎn)單，對(duì)原燃料的適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高；但由于流程自身幾乎無法利用逸出熔融還原爐的高溫煤氣中的物理熱、熔融還原爐中的二次燃燒熱效率較低，再加上熔融還原爐內(nèi)的水冷爐壁需強(qiáng)冷，致使熔融還原區(qū)的大量寶貴的高溫?zé)崃勘粠ё?，因此該流程的單位能耗高，單位凈能耗更高。本發(fā)明的目的在于提高流程的總熱效率，大幅度地降低單位能耗。本含碳球團(tuán)煤氣循環(huán)還原熔分流程(PGC)是利用還原性煤氣、中性煤氣或惰性氣流(煤氣的氧化度≤25％)作為循環(huán)傳熱介質(zhì)，在1050至1150℃下加熱含碳球團(tuán)，使含碳球團(tuán)中的碳還原其中的鐵氧化物，直到其預(yù)還原度≥90％，然后將預(yù)還原后的含碳金屬化球團(tuán)在高溫狀態(tài)下直接投入渣鐵熔分爐進(jìn)行進(jìn)一步還原和熔化、使其渣鐵分離以獲取類似傳統(tǒng)的高爐鐵水的液態(tài)金屬鐵。在渣鐵熔分爐內(nèi)的二次燃燒率控制在15至25％之間。本發(fā)明的循環(huán)傳熱介質(zhì)(惰性氣體、還原性煤氣或中性煤氣)是利用蓄熱式熱風(fēng)爐由工藝自身所產(chǎn)生的一部分煤氣或其它燃?xì)饣蛉加腿紵訜?。與其它的熔融還原流程一樣，PGC流程可直接利用礦粉和非焦煤生產(chǎn)鐵水，從而取消了煉鐵對(duì)焦炭的依賴。但與其它熔融還原流程相比，PGC流程除了在煤耗和氧耗方面的優(yōu)越性之外還有以下優(yōu)點(diǎn)1.煤氣在常溫下除塵，避免了高溫煤氣除塵的困難。與COREX流程相比，PGC流程以4,000至4,100Nm3潔凈煤氣兌入終還原爐產(chǎn)生的400至500Nm3荒煤氣，這樣即使終還原爐的粉塵吹出量為100kg/tHM，進(jìn)入預(yù)還原豎爐的煤氣中的熱煤氣的含塵量也不過25g/Nm3。因此PGC流程避免了高溫煤氣的除塵的困難，而只要對(duì)逸出豎爐的荒煤氣在常溫下除塵，故而PGC流程將可以利用現(xiàn)有高爐成熟的煤氣除塵技術(shù)，大大提高了除塵效率，同時(shí)降低除塵消耗。2.避免了熔融還原流程中高溫FeO對(duì)終還原爐耐火材料的侵蝕與其它追求高二次燃燒率的熔融還原流程相比，由于采用含碳球團(tuán)在1100℃下，利用還原性、中性循環(huán)煤氣或惰性氣流加熱還原，解決了利用還原性煤氣深度還原普通球團(tuán)或其它不含碳?jí)K礦速度慢的問題，還原速度快。因此在PGC流程中爐料的預(yù)還原度高，如控制在95％以上，終還原爐實(shí)際上使其熔化渣鐵的作用和產(chǎn)生一小部分煤氣，因此終還原爐內(nèi)的熔渣中的FeO含量可以控制在很低在水平，從而避免的了高溫FeO對(duì)終還原爐耐火材料的侵蝕問題。另一方面，由于熔分爐內(nèi)產(chǎn)生的煤氣量少(一般為400至600Nm3)，熔分爐的吹出量較其它熔融還原的小得多，加上爐渣中FeO低，因此該流程金屬鐵的回收率高。3.流程熱效率高PGC流程熱效率高達(dá)90％左右，與全氧高爐相仿，比普通高爐還高，這種流程的熱效率是其它熔融還原流程所不能比擬的，從圖5中可知，在其它熔融還原流程中，總熱效率只有45％至75％。ICBCG流程熱效率高的原因是用除塵后的凈煤氣冷卻逸出豎爐的荒煤氣中的物理熱，然后再將熱量帶回還原體系，因此使還原尾氣中的物理熱得以充分利用。4.避免“二次燃燒”和傳熱的矛盾由于采用蓄熱式換熱器，以循環(huán)煤氣為熱載體，故而在傳遞煤氣的燃燒產(chǎn)生的熱量同時(shí)，避免了將煤氣燃燒產(chǎn)生的氧化性氣體帶入還原區(qū)的問題。此外在加熱循環(huán)煤氣時(shí)，可根據(jù)需要，引出相應(yīng)數(shù)量的煤氣充分燃燒供熱，其燃燒產(chǎn)物不會(huì)向其它追求高二次燃燒率的熔融還原流程那樣污染剩余的煤氣，因此其剩余煤氣的質(zhì)量比其它煉鐵流程的好。5.單元設(shè)備技術(shù)成熟，避免了對(duì)特種冶金設(shè)備的要求。在PGC流程中所設(shè)計(jì)到的設(shè)備包括預(yù)還原豎爐、渣鐵熔分爐、蓄熱式熱風(fēng)爐、金屬管式換熱器、常溫煤氣除塵器和煤氣柜等。而以上這些設(shè)備都已在現(xiàn)有的冶金企業(yè)中大量應(yīng)用，故而設(shè)備技術(shù)成熟。此外由于該流程氧耗極低，因此在非特殊的生產(chǎn)規(guī)模下，也無需超大型的制氧機(jī)，因此PGC流程不需涉及非常規(guī)的特殊設(shè)備，這可大大降低PGC流程的設(shè)備造價(jià)，而進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳述。在含碳球團(tuán)煤氣循環(huán)還原熔分流程(PGC)中，配碳量為10至15％含碳球團(tuán)從移動(dòng)床(1)的上部加入，經(jīng)過蓄熱式熱風(fēng)爐預(yù)熱(2)至1100至1200℃的作為循環(huán)傳熱介質(zhì)的還原性煤氣、中性煤氣或惰性氣流(煤氣的氧化度≤25％)和從熔分爐(3)產(chǎn)生的煤氣一起從移動(dòng)床(1)的下部側(cè)面噴入。還原后的尾氣從移動(dòng)床(1)的上部逸出后經(jīng)過金屬換熱器(4)將其中的物理熱傳給經(jīng)過除塵凈化后的煤氣。經(jīng)過金屬換熱器后的荒煤氣通過常規(guī)的煤氣除塵系統(tǒng)(5)進(jìn)行除塵凈化后輸入煤氣柜(6)用作下一步的循環(huán)載熱體。從移動(dòng)床(1)上部進(jìn)入的含碳球團(tuán)在移動(dòng)床內(nèi)在熱氣流的加熱下被還原，使其預(yù)還原度達(dá)到90％以上后排入移動(dòng)床下面的熔分爐(3)內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步的還原和熔分，從而使渣鐵分離，生產(chǎn)類似高爐鐵水的液態(tài)生鐵。在熔分爐(3)內(nèi)，塊煤和熔劑從其頂部加入，氧氣和/或煤粉和從其下部側(cè)面通過一排風(fēng)口噴入熔分爐中的溶池的上部，為了避免金屬鐵再氧化，熔分爐內(nèi)的二次燃燒率控制在15％至25％。蓄熱式熱風(fēng)爐利用PGC流程自身產(chǎn)生的煤氣和空氣燃燒加熱或其它來源的煤氣和空氣燃燒加熱。PGC流程能耗·原料條件表1礦粉或球團(tuán)礦化學(xué)成分(wt.％)TFeFeOSiO2CaOMgOAl2O3MnOSP其它65.000.503.500.300.302.000.200.020.010.00表2塊煤或粉煤化學(xué)成分(wt.％)·工業(yè)分析CfixSVAH2O78.730.459.6511.170.00·灰分成分SiO2Al2O3CaOFeOP2O5其它49.3225.552.544.200.2418.15·揮發(fā)份成分COCO2CH4H2N229.86019.13640.3064.9165.782表3生石灰成分(wt.％)SiO2CaOMgOAl2O30.08997.4302.1260.355表4白云石成分(wt.％.)SiO2CaOMgOAl2O3H2O(s)TFeFeORest5.00020.00068.6835.0000.0001.0001.0000.000在以上原燃料條件下、PGC流程的能耗如表5所示。當(dāng)熔分爐內(nèi)二次燃燒率增加時(shí)、該流程的能耗呈下降趨勢(shì)。在以上同樣的原料條件下，目前國(guó)際上各種重要的熔融還原流程能耗情況如表6所示，而氧氣高爐和傳統(tǒng)的焦?fàn)t-高爐流程的流程能耗情況如表7所示。從表1中可知，當(dāng)二次燃燒率控制在20-25％之間時(shí)，在中國(guó)的煤炭資源條件下，PGC流程的煤耗僅為580至650kg/tHM，折合標(biāo)煤為450至500kg/tHM，氧耗為220至260Nm3/tHM，同時(shí)還可輸出350至440Nm3/tHM發(fā)熱值高達(dá)9000kJ/Nm3以上的優(yōu)質(zhì)煤氣。因此PGC在其生產(chǎn)能耗及成本方面將具有極大的吸引力。很顯然在同樣的原料條件下，PGC流程的煤耗、總能耗以及凈能耗都將低于普通的高爐流程和全氧高爐流程，當(dāng)然也將低于現(xiàn)有的各種熔融還原流程，這主要是PGC流程的熱效率較高爐流程和其它熔融還原流程的熱效率高的緣故。表5PGC流程的能耗</tables>表6各種熔融還原工藝的工序能耗</tables>表7PGC流程的能耗及其與高爐流程的比較</tables>權(quán)利要求1.一種含碳球團(tuán)煤氣循環(huán)還原熔分流程(PGC)，其特征是利用還原性煤氣、中性煤氣(煤氣的氧化度≤25％)或惰性氣流作為循環(huán)傳熱介質(zhì)，在1050至1200℃下加熱含碳球團(tuán)，直到其預(yù)還原度≥90％，然后將預(yù)還原后的含碳金屬化球團(tuán)在高溫狀態(tài)下直接投入渣鐵熔分爐進(jìn)行進(jìn)一步還原和熔化、使其渣鐵分離以獲取類似傳統(tǒng)的高爐鐵水的液態(tài)生鐵。在渣鐵熔分爐內(nèi)的二次燃燒率控制在25％以內(nèi)。2.如權(quán)利要求1所述的一種含碳球團(tuán)煤氣循環(huán)還原熔分流程(PGC)，其特征是循環(huán)傳熱介質(zhì)(惰性氣體、還原性煤氣或中性煤氣)利用蓄熱式熱風(fēng)爐由工藝自身所產(chǎn)生的一部分煤氣或其它燃?xì)饣蛉加腿紵訜?。全文摘要本發(fā)明是利用還原性煤氣、中性煤氣或惰性氣流(煤氣的氧化度≤25%)作為循環(huán)傳熱介質(zhì),在1050至1150℃下加熱含碳球團(tuán),直到其預(yù)還原度≥90%,然后將預(yù)還原后的含碳金屬化球團(tuán)在高溫狀態(tài)下直接投入渣鐵熔分爐進(jìn)行進(jìn)一步還原和熔化、使其渣鐵分離以獲取類似傳統(tǒng)的高爐鐵水的液態(tài)生鐵。在渣鐵熔分爐內(nèi)的二次燃燒率控制在25%以內(nèi)。這種煉鐵新工藝屬于非焦煉鐵的范疇,大幅度地減小了單位能耗和對(duì)環(huán)境污染。文檔編號(hào)C21B11/00GK1178246SQ9611984公開日1998年4月8日申請(qǐng)日期1996年9月28日優(yōu)先權(quán)日1996年9月28日發(fā)明者黃典冰,孔令壇,楊天鈞申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)