專利名稱：使用煤基預(yù)還原球團(tuán)的高爐煉鐵法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬高爐煉鐵方法及相關(guān)機(jī)械設(shè)備。
現(xiàn)代高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)過長期發(fā)展，已趨成熟，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及大型化、機(jī)械化、自動(dòng)化和連續(xù)化的程度都已達(dá)到很高水平，進(jìn)一步發(fā)展的難度越來越大，而且高爐本身固有的缺點(diǎn)也越來越突出，主要有三點(diǎn)一是高爐越大、強(qiáng)化程度越高，對(duì)焦炭的要求越高，而全世界的焦煤資源卻日益緊缺，加上發(fā)達(dá)國家的焦?fàn)t壽命老化，更助長了焦炭供應(yīng)危機(jī)；二是環(huán)境污染，高爐本身污染雖并不嚴(yán)重，但與之匹配的煉焦和燒結(jié)都是巨大的難治理污染源，治理污染本身就是投資，而且難以達(dá)到零污染，不如杜絕污染源；三是建設(shè)投資大?？傊环矫媸歉郀t技術(shù)進(jìn)步潛力已趨飽和，另一方面是高爐固有缺點(diǎn)難以用常規(guī)技術(shù)來克服，已經(jīng)向高爐提出了挑戰(zhàn)，迫使高爐實(shí)行進(jìn)一步技術(shù)改造，以求繼續(xù)生存和發(fā)展。然而，如上所述，按傳統(tǒng)方法繼續(xù)提高機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化控制，繼續(xù)改善噴煤、富氧、高風(fēng)溫、高壓操作等工藝，強(qiáng)化高爐冶煉及進(jìn)一步提高原料品位，至今已是余地不多。僅以提高原料品位而論，我國天然富礦品位超過65％的基本沒有，精礦品位現(xiàn)已達(dá)到65％左右(極限為70％)，再提高一個(gè)百分點(diǎn)，每噸精礦成本要提高約30元，高爐無法承受。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有高爐存在的缺點(diǎn)開發(fā)一種顯著減少環(huán)境污染、合理利用能源、提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本的新的煉鐵方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是將傳統(tǒng)的高爐煉鐵分成兩步煉鐵，即第一步高爐外煉鐵和高爐內(nèi)二步煉鐵。所說的第一步高爐外煉鐵是指將鐵礦粉和煤粉制成的煤基生球團(tuán)經(jīng)轉(zhuǎn)底爐還原處理后制成煤基預(yù)還原球團(tuán)，所說的高爐內(nèi)二步煉鐵是指將加入高爐中的煤基預(yù)還原球團(tuán)實(shí)施終還原。采用本方案，一方面由于以煤基預(yù)還原球團(tuán)取代傳統(tǒng)的燒結(jié)礦料，實(shí)現(xiàn)了高爐原料的根本變革；另一方面實(shí)施兩步煉鐵使現(xiàn)有傳統(tǒng)煉鐵過程發(fā)生重大變革。兩步煉鐵，第一步是將含碳球團(tuán)在轉(zhuǎn)底爐中實(shí)現(xiàn)鐵礦石的預(yù)還原，使其金屬化率達(dá)75～85％；第二步是將這種預(yù)還原的球團(tuán)作為高爐原料，在高爐中實(shí)現(xiàn)15～25％的終還原。其特征在于將現(xiàn)有高爐中100％的還原過程減少到15～25％，大大減輕了高爐的負(fù)荷，從而使焦比顯著降低，而預(yù)還原則是用煤作還原劑，不用焦炭，從而部分解決了煉焦問題。由于高爐中FeO大大減少，使硅酸鐵難以生成，從而改善了造渣過程并使軟熔帶減薄并下降，對(duì)高爐順行有利。原料結(jié)構(gòu)的變化要求裝料制度和造渣制度也要相應(yīng)改變，熔劑可同煤粉一起由風(fēng)口噴入。
高爐冶煉最基本過程是鐵礦石的還原過程，它也是造成高爐冶煉費(fèi)時(shí)長、能耗多及焦比難以繼續(xù)下降的過程。為從根本上予以突破，發(fā)明人一是采用一種新型的在高爐外實(shí)行預(yù)還原的球團(tuán)取代傳統(tǒng)的鐵礦石爐料，從而使高爐煉鐵中的主要還原過程從高爐冶煉中分離出來，將傳統(tǒng)的高爐冶煉簡化為費(fèi)時(shí)短、能耗少及焦比顯著下降的終還原和熔鐵過程；二是經(jīng)上述分離所形成的二步煉鐵即第一步制備預(yù)還原球團(tuán)、第二步將預(yù)還原球團(tuán)加入高爐冶煉時(shí)，是將二步煉鐵有機(jī)聯(lián)接、合理匹配，令能源互用、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
采用本發(fā)明可消除或顯著改善傳統(tǒng)高爐冶煉所存在的固有缺陷，使高爐冶煉過程發(fā)生質(zhì)的變化和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高爐原料結(jié)構(gòu)和工藝特性的根本變革。
本發(fā)明所說的預(yù)還原球團(tuán)，是由75～82％(重量％，下同)的含鐵量為55～65％的鐵礦粉+18～25％的含灰份＜15％、S(硫)＜1％的煤粉+0～1.0％的粘結(jié)劑按一定配比混勻后制成直徑為5～25mm生球團(tuán)，經(jīng)干燥后裝入轉(zhuǎn)底爐，在1200～1350℃下經(jīng)10～35分鐘還原處理后，在1000～1200℃下出爐冷卻而制得。
預(yù)還原過程即球團(tuán)金屬化過程。金屬化率太低，不能突顯本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)；金屬化率過高，則生產(chǎn)率降低和能耗增高。經(jīng)綜合分析，75～85％的金屬化率為最經(jīng)濟(jì)、最有效的選擇。它既充分顯示本發(fā)明的突出特點(diǎn)，又不會(huì)造成轉(zhuǎn)底爐還原處理的困難，把轉(zhuǎn)底爐剩下的15～25％左右的氧化鐵留給高爐，對(duì)高爐內(nèi)能量利用更有利，否則高爐中的這部分化學(xué)能將無法在爐內(nèi)利用。所以從雙聯(lián)后總的能量平衡來看，這是最佳的匹配。
實(shí)驗(yàn)證明，保證上述球團(tuán)預(yù)還原金屬化率為75～85％的條件是當(dāng)還原溫度為1200～1250℃時(shí)，相應(yīng)最佳還原時(shí)間為25～35分鐘；當(dāng)還原溫度為1300～1350℃時(shí)，相應(yīng)最佳還原時(shí)間為10～20分鐘。
由實(shí)施例表1可以看出，當(dāng)溫度低于1200℃時(shí)，不單費(fèi)時(shí)，且金屬化率顯著下降；研究還表明，還原溫度超過1350℃時(shí)，金屬化球團(tuán)易粘結(jié)。
本發(fā)明所說的二步煉鐵有機(jī)聯(lián)接、合理匹配的方式是a、生球團(tuán)(1)可通過轉(zhuǎn)底爐排出的熱煙氣在干燥機(jī)(3)中予以干燥和預(yù)熱。
b、干燥預(yù)熱后的生球團(tuán)(1)可由錐形滾筒(16)所制成的錐形滾筒布料器(7)裝入轉(zhuǎn)底爐(8)中，進(jìn)行還原處理制成預(yù)還原球團(tuán)。
c、高溫預(yù)還原球團(tuán)可由在螺旋傳動(dòng)軸(25)位于原動(dòng)機(jī)(24)與浮動(dòng)軸承座(21)之間裝有一個(gè)萬向接軸(23)，在傳動(dòng)軸(25)爐外部位裝有兩個(gè)浮動(dòng)軸承座(21)，在軸承座下各裝一與底座連接的彈簧，所形成的浮動(dòng)螺旋出料機(jī)(9)出料。
d、出料后的高溫預(yù)還原球團(tuán)可由高爐煤氣在冷卻裝置(10)中冷卻至300℃以下，再經(jīng)篩分(12)，球狀料直接加入高爐(14)，粉末料經(jīng)壓塊機(jī)(11)壓塊后加入高爐(14)。
e、將轉(zhuǎn)底爐排出的高溫?zé)煔馔ㄟ^余熱鍋爐(6)和換熱器(5)予以利用，而轉(zhuǎn)底爐燃燒用空氣由風(fēng)機(jī)(4)流經(jīng)換熱器(5)預(yù)熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐(8)，低溫?zé)煔饨?jīng)干燥機(jī)(3)干燥預(yù)熱生球團(tuán)(1)后由煙囪(2)排出。
f、高爐煤氣在冷卻裝置(10)中將通過冷卻1000～1200℃預(yù)還原球團(tuán)升溫后通入轉(zhuǎn)底爐(8)作為轉(zhuǎn)底爐燃料。
以上詳見預(yù)還原高爐二步煉鐵法二步雙聯(lián)生產(chǎn)流程示意

圖1。圖中1-生球團(tuán)，2-煙囪，3-干燥機(jī)，4-風(fēng)機(jī)，5-換熱器，6-余熱鍋爐，7-錐形滾筒布料器，8-轉(zhuǎn)底爐，9-螺旋出料機(jī)，10-冷卻裝置，11-壓塊機(jī)，12-篩分，13-高爐煤氣除塵裝置，14-高爐。
本發(fā)明所說的能源互用、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)表現(xiàn)在1、轉(zhuǎn)底爐排出的高溫(1000～1200℃)煙氣通過余熱鍋爐(6)產(chǎn)生的蒸汽可作多種用途，如發(fā)電。通過換熱器(5)可預(yù)熱轉(zhuǎn)底爐燃燒所需空氣，使其達(dá)到400～600℃。通過生球團(tuán)(1)可使球團(tuán)干燥并預(yù)熱到300～400℃。
2、正是由于高爐使用預(yù)還原球團(tuán)，使高爐煤氣中CO2減少，CO比例增大，因而能夠防止預(yù)還原球團(tuán)再氧化，甚至還可起到繼續(xù)還原作用，因此可用高爐煤氣冷卻1000～1200℃的預(yù)還原球團(tuán)，使其不在空氣中氧化，還使煤氣預(yù)熱到700℃以上。
3、預(yù)熱煤氣通入轉(zhuǎn)底爐，可補(bǔ)充轉(zhuǎn)底爐自身生成的燃燒煤氣之不足。
4、令金屬化率達(dá)到75～85％的預(yù)還原過程在高爐冶煉中需4～6小時(shí)才能完成，而在轉(zhuǎn)底爐中則僅需10～35分鐘。與此相反，由金屬化率80～85％到100％的終還原在轉(zhuǎn)底爐中非常困難，而在高爐冶煉卻極易實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明有益效果在于降低焦比和提高生產(chǎn)率。在實(shí)施中，預(yù)還原球團(tuán)在高爐爐料中使用的配比靈活，從10％到100％均能獲得不同程度的效果，最好配比為50％以上。一般高爐料中預(yù)還原球團(tuán)中金屬鐵所占全鐵的比例(簡稱金屬料比)每增加10％，可降低焦比5％，增產(chǎn)5～6％；如全部使用預(yù)還原球團(tuán)，高爐原燃料配比以每產(chǎn)一噸生鐵計(jì)算，需加入預(yù)還原球團(tuán)1.2～1.3噸，焦炭0.14～0.2噸，風(fēng)口噴煤粉0.1～0.15噸，噴熔劑0.2～0.25噸。在此條件下，焦比降低50％，增產(chǎn)可達(dá)50％以上。
如果在高爐中部分使用預(yù)還原球團(tuán)，如加入50～60％的預(yù)還原球團(tuán)礦，其余則應(yīng)采用堿度為2.2～2.5的高堿度燒結(jié)礦，高爐爐料配比以每產(chǎn)一噸生鐵計(jì)算，需加入預(yù)還原球團(tuán)礦0.6～0.75噸，加入焦炭0.32～0.38噸，加入高堿度燒結(jié)礦0.9～1.1噸，燒結(jié)礦的堿度應(yīng)按照造渣制度予以設(shè)定，風(fēng)口噴煤0.05～0.2噸，增產(chǎn)也可達(dá)20％以上。
例如采用125m3高爐，以燒結(jié)礦為原料，焦比0.65，年產(chǎn)9.7萬噸生鐵?，F(xiàn)按本發(fā)明建一座250m2的轉(zhuǎn)底爐，用無煙煤和少量煙煤作還原劑，年產(chǎn)預(yù)還原球團(tuán)20萬噸，用高爐煤氣作為轉(zhuǎn)底爐燃料，年耗還原用煤7.2萬噸。
高爐爐頂加入焦炭和預(yù)還原球團(tuán)，焦比為0.23，在風(fēng)口噴入煤粉和石灰粉，年耗煤粉1.28萬噸，石灰粉4.16萬噸，高爐年產(chǎn)生鐵16萬噸。
又如采用兩座300m3高爐，用燒結(jié)礦為原料，焦比0.515，風(fēng)口噴煤煤比為0.07，年產(chǎn)生鐵49萬噸。現(xiàn)按本發(fā)明建一座450m2的轉(zhuǎn)底爐，年產(chǎn)預(yù)還原球團(tuán)38萬噸，并相應(yīng)把燒結(jié)礦堿度提高到2.4，轉(zhuǎn)底爐用無煙煤和少量煙煤作還原劑，用高爐煤氣作為轉(zhuǎn)底爐燃料，年耗還原用煤13.6萬噸。
高爐爐頂加入焦炭、預(yù)還原球團(tuán)和高堿度燒結(jié)礦，高爐焦比為0.353，風(fēng)口噴煤煤比為0.06，兩座高爐年產(chǎn)生鐵61萬噸。
本發(fā)明的預(yù)還原工藝在環(huán)境保護(hù)方面，工藝過程不產(chǎn)生污水和固體廢棄物，無超常規(guī)的噪聲，轉(zhuǎn)底爐粉塵排放小于100mg/m3，如加布袋除塵可低于50mg/m3(國家標(biāo)準(zhǔn)為100mg/m3)。SO2排放量為100～150ppm(國家標(biāo)準(zhǔn)為850ppm)。由于取代了燒結(jié)礦和減少了焦炭生產(chǎn)，使現(xiàn)有鋼鐵廠這兩大污染源得以根除或緩解。特別是對(duì)我國地方小高爐，使用土燒和土焦，并大量排放爐頂煤氣和煙塵，為當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策所不容。如用本發(fā)明加以改造即可達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，并同時(shí)取得增產(chǎn)和節(jié)能效果，本發(fā)明將對(duì)我國中小型高爐的改造具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
為使轉(zhuǎn)底爐處理預(yù)還原球團(tuán)時(shí)運(yùn)行更為合理，發(fā)明人還對(duì)轉(zhuǎn)底爐原布料器及螺旋出料機(jī)予以改進(jìn)。首先以水冷的錐形布料滾筒替代原布料器中的園柱形布料滾筒，以保證布料均勻。由于爐底呈環(huán)形，而以園柱形滾筒布料就會(huì)造成以同樣的料量布在不同的面積上形成布料不均。采用錐形滾筒布料器使料量由內(nèi)向外連續(xù)增加可保證布料均勻，錐形滾筒尺寸可依底盤大小予以設(shè)定。圖2為錐形滾筒布料器示意圖，圖2b為沿錐形滾筒方向的左視圖，圖2a為頂視圖。圖中15為料倉，16為錐形布料滾筒，17為爐底，18、19分別為滾筒和爐底旋轉(zhuǎn)方向。
此外，為適應(yīng)爐底旋轉(zhuǎn)時(shí)可能出現(xiàn)的上下波動(dòng)，發(fā)明人還在原有螺旋出料機(jī)的螺旋傳動(dòng)軸(25)上處于原動(dòng)機(jī)(24)與浮動(dòng)軸承座(21)之間裝有一個(gè)萬向接軸(23)，在傳動(dòng)軸爐外部位裝有兩個(gè)浮動(dòng)軸承座(21)，軸承座下各裝一彈簧(20)與底座連接。由此可使出料機(jī)隨底盤的波動(dòng)而上下浮動(dòng)。彈簧(20)的尺寸和選材可依轉(zhuǎn)底爐的生產(chǎn)規(guī)模予以設(shè)定。圖3為浮動(dòng)螺旋出料機(jī)示意圖。圖中20為彈簧，21為浮動(dòng)軸承座，22為水冷出料螺旋，23為萬向接軸，24為原動(dòng)機(jī)，17為爐底，25為螺旋傳動(dòng)軸，26為浮動(dòng)方向，27為螺旋旋轉(zhuǎn)方向。
制備預(yù)還原球團(tuán)實(shí)施例見表1。
表權(quán)利要求
1.一種以煤基預(yù)還原球團(tuán)作為爐料的高爐煉鐵法，它包括第一步高爐外預(yù)還原和將預(yù)還原產(chǎn)物加入高爐內(nèi)實(shí)行二步煉鐵，其特征在于所說的第一步高爐外煉鐵是指將鐵礦粉和煤粉配制成煤基生球團(tuán)經(jīng)轉(zhuǎn)底爐還原處理，所說的預(yù)還原產(chǎn)物是指經(jīng)轉(zhuǎn)底爐預(yù)還原處理所獲得的煤基預(yù)還原球團(tuán)，所說的在高爐內(nèi)二步煉鐵是指將加入高爐中的煤基預(yù)還原球團(tuán)實(shí)施終還原。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說的煤基預(yù)還原球團(tuán)是由75～82％的含鐵量為55～65％的鐵礦粉+18～25％的灰份＜15％及S(硫)＜1％的煤粉+0～1.0％粘結(jié)劑按一定配比混勻后制成直徑為5～25mm的生球團(tuán)(1)，經(jīng)干燥后裝入轉(zhuǎn)底爐(8)中，在1200～1350℃下經(jīng)10～35分鐘還原處理后，在1000～1200℃下出爐冷卻而制得。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于當(dāng)還原溫度為1200～1250℃時(shí)，相應(yīng)最佳還原時(shí)間為25～35分鐘；當(dāng)還原溫度為1300～1350℃時(shí)，相應(yīng)最佳還原時(shí)間為10～20分鐘。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于預(yù)還原球團(tuán)的最佳金屬化率為75～85％，亦即鐵礦爐料75～85％的還原過程要在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)完成，余下的終還原則在高爐中完成。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于a、生球團(tuán)(1)可通過轉(zhuǎn)底爐排出的熱煙氣在干燥機(jī)(3)中予以干燥和預(yù)熱；b、干燥預(yù)熱后的生球團(tuán)(1)可由錐形滾筒(16)所制成的錐形滾筒布料器(7)裝入轉(zhuǎn)底爐(8)中，進(jìn)行還原處理制成預(yù)還原球團(tuán)；c、高溫預(yù)還原球團(tuán)可由在螺旋傳動(dòng)軸(25)位于原動(dòng)機(jī)(24)與浮動(dòng)軸承座(21)之間裝有一個(gè)萬向接軸(23)，在傳動(dòng)軸(25)爐外部位裝有兩個(gè)浮動(dòng)軸承座(21)，在軸承座下各裝一與底座連接的彈簧，所形成的浮動(dòng)螺旋出料機(jī)(9)出料；d、出料后的高溫預(yù)還原球團(tuán)可由高爐煤氣在冷卻裝置(10)中冷卻至300℃以下，再經(jīng)篩分(12)，球狀料直接加入高爐(14)，粉末料經(jīng)壓塊機(jī)(11)壓塊后加入高爐(14)；e、將轉(zhuǎn)底爐排出的高溫?zé)煔馔ㄟ^余熱鍋爐(6)和換熱器(5)予以利用，而轉(zhuǎn)底爐燃燒用空氣由風(fēng)機(jī)(4)流經(jīng)換熱器(5)預(yù)熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐(8)，低溫?zé)煔饨?jīng)干燥機(jī)(3)干燥預(yù)熱生球團(tuán)(1)后由煙囪(2)排出；f、高爐煤氣在冷卻裝置(10)中將通過冷卻1000～1200℃預(yù)還原球團(tuán)升溫后通入轉(zhuǎn)底爐(8)作為轉(zhuǎn)底爐燃料。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于加入高爐的預(yù)還原球團(tuán)可為爐料的10～100％。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于當(dāng)爐料中預(yù)還原球團(tuán)的配比為100％時(shí)，每產(chǎn)一噸生鐵應(yīng)加入預(yù)還原球團(tuán)1.2～1.3噸，焦炭0.14～0.2噸，風(fēng)口噴煤粉0.1～0.15噸，噴熔劑0.2～0.25噸。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于當(dāng)爐料中預(yù)還原球團(tuán)的配比為50～60％時(shí)，每產(chǎn)一噸生鐵應(yīng)加入預(yù)還原球團(tuán)0.6～0.75噸，堿度為2.2～2.5的高堿度燒結(jié)礦0.9～1.1噸，焦炭0.32～0.38噸，風(fēng)口噴煤0.05～0.2噸。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于加入高爐的預(yù)還原球團(tuán)可為爐料的10～100％。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于當(dāng)爐料中預(yù)還原球團(tuán)的配比為100％時(shí)，每產(chǎn)一噸生鐵應(yīng)加入預(yù)還原球團(tuán)1.2～1.3噸，焦炭0.14～0.2噸，風(fēng)口噴煤粉0.1～0.15噸，噴熔劑0.2～0.25噸。
11.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于當(dāng)爐料中預(yù)還原球團(tuán)的配比為50～60％時(shí)，每產(chǎn)一噸生鐵應(yīng)加入預(yù)還原球團(tuán)0.6～0.75噸，堿度為2.2～2.5的高堿度燒結(jié)礦0.9～1.1噸，焦炭0.32～0.38噸，風(fēng)口噴煤0.05～0.2噸。
全文摘要
一種預(yù)還原二步煉鐵法,它是為克服傳統(tǒng)高爐煉鐵存在的難以克服的缺陷所提出的一種新型煉鐵法,即第一步先在高爐外實(shí)行礦料預(yù)還原,制成預(yù)還原球團(tuán),再將其加入高爐實(shí)行終還原及熔煉的二步煉鐵。預(yù)還原球團(tuán)是由鐵礦粉、煤粉和粘結(jié)劑按一定配比制球后在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)以1200～1350℃和10～35分鐘還原后制得。最經(jīng)濟(jì)、最合理的預(yù)還原球團(tuán)金屬化率為75～85%。此外,發(fā)明人還將二步煉鐵有機(jī)聯(lián)接、合理匹配,更使二步煉鐵具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、能源互用的效果,使高爐生產(chǎn)率顯著提高,焦比顯著下降。
文檔編號(hào)C21B5/00GK1270232SQ9910554
公開日2000年10月18日 申請(qǐng)日期1999年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月14日
發(fā)明者任大寧, 黃務(wù)滌, 萬天驥, 潘毓淳, 段東平 申請(qǐng)人:北京蘭斯節(jié)能技術(shù)開發(fā)中心