采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法与流程

1.本发明涉及炼铁技术领域，尤其涉及一种采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法。


背景技术：

2.高炉炼铁经过长期的发展，其工艺和技术已经相当的成熟。然而它也存在着根本的缺陷，高炉炼铁流程长、投资大、能耗高以及环境污染严重，并且强烈依赖冶金焦。随着焦煤资源的日渐匮乏、矿石价格的节节攀升以及国际严格排放标准的出台，高炉炼铁的固有缺陷显得更加无法弥补。开发非高炉炼铁技术的动力便是想使整个炼铁工艺摆脱对冶金焦的依赖，减少对环境的危害。非高炉炼铁经过多年的发展革新，现在已经形成以熔融还原和直接还原为主体的现代非高炉炼铁工业体系。
3.熔融还原是采用非高炉炼铁方法冶炼液态热铁水的工艺过程。熔融还原以非焦煤为主要能源，进行铁氧化物还原，在高温熔融状态下实现渣铁完全分离，得到类似高炉铁水的含碳铁水。一步法熔融还原炉衬侵蚀严重，大量热煤气的能量难以回收利用，能耗成本居高不下。二步法就是将还原过程分解为固体状态的预还原和熔融状态的终还原两个阶段，并分别在两个反应器中进行。
4.申请号201510550196.6提出了全煤基自供热直接还原工艺及全煤基自供热直接还原竖炉，竖炉包括还原室和燃烧室，燃烧室内通入煤气，进行燃烧供热，含碳球团在还原室内受热还原，产生海绵铁。该申请仅公开了铁矿还原阶段的相关内容，未涉及到熔融阶段的相关技术。
5.申请号201510302657.8提出熔融还原炼铁方法，将含碳球团在煤基竖炉进行还原，还原后的金属化球团送入熔化气化炉内，以块煤为还原剂和燃料进行还原与熔分过程。该申请未对熔融气化炉产出烟气进行利用，能耗较高。
6.申请号201910653473.4公开一种从铁精矿中分离富集钒和生产纯铁的方法。将钒钛磁铁矿压球干燥后获得钒钛磁铁矿球团，钒钛磁铁矿球团用煤基竖炉直接还原得到金属化球团，在电弧炉内将金属化球团进行熔分富集。该申请中的金属化球团的熔分需要利用电能，受到电力限制。
7.目前，钢铁企业已经商业化运行的两步法熔融还原炼铁工艺corex和finex，是最成功的非高炉炼铁技术，但仍然没有完全摆脱对焦炭的依赖。


技术实现要素：

8.本发明目的在于提供一种采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，通过将铁精矿粉、煤粉与粘结剂和水经过混匀、造球和烘干后，将含碳球团装入煤基竖炉还原室中受热发生自还原，燃料与富氧空气通入竖炉燃烧室内进行燃烧供热，球团还原成金属化球团后送入侧吹炉中，加入熔剂和还原剂，通过向渣层中喷吹燃料及氧气对熔池进行供热，炉内物料进行终还原及渣铁分离，最终可生产出优质铁水，实现低碳炼铁。
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
10.本发明提供了一种采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，所述方法包括如下步骤：
11.步骤s1、原料处理：将铁精矿粉与煤粉按生球碳氧比1：1进行混匀，配加占铁精粉重量1～5％的粘结剂和2～5％的水，混匀后进行压球和干燥处理，得到直径为5～35mm的干燥生球团；
12.步骤s2、煤基竖炉直接还原：将所述干燥生球团连续地加入煤基竖炉的还原室中，同时将燃料及富氧空气通入煤基竖炉的燃烧室内进行燃烧，通过燃烧室与还原室之间的耐火材料炉墙向还原室供热，所述干燥生球受热发生还原，得到高温金属化球团；
13.步骤s3、侧吹炉冶炼：将所述高温金属化球团加入到侧吹炉内，向炉中加入熔剂及还原剂，同时将富氧空气及燃料喷入侧吹炉的过渡区对熔池进行供热，高温金属化球团进行终还原和渣铁分离，产生的铁水和炉渣定期从铁口与渣口放出。
14.在一种可能的实施方式中，所述方法还包括如下步骤：
15.步骤s4、煤气处理：所述煤基竖炉中产出的还原室烟气及所述的侧吹炉中产出的熔炼烟气经余热回收后，进行净化收尘处理并脱除co2后，通入煤基竖炉的燃烧室内或侧吹炉内作为燃料使用；
16.所述煤基竖炉中燃烧室产出的燃烧废气可用于对生球进行干燥处理。
17.在一种可能的实施方式中，步骤s2中所述煤基竖炉的还原室温度为900～1200℃，所述干燥生球团还原时间为30～120min。
18.在一种可能的实施方式中，步骤s3中所述高温金属化球团的终还原温度为1450～1650℃，终还原时间为30～90min。
19.在一种可能的实施方式中，步骤s2和s3中的所述燃料为气体燃料和/或固体燃料；其中，
20.所述气体燃料包括煤制气、焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气、天然气、液化气、页岩气、生物质气和氢气中的一种或多种；
21.所述固体燃料包括煤粉、焦粉和石油焦的一种或多种；所述固体燃料的粒度小于100μm。
22.在一种可能的实施方式中，所述熔剂为石英砂、石英石、石灰石和白云石中的一种或多种。
23.在一种可能的实施方式中，所述还原剂为无烟煤、烟煤、褐煤、木炭、兰炭、焦炭和石油焦中的一种或多种；所述还原剂粒度为1～15mm。
24.在一种可能的实施方式中，所述富氧空气中氧气的体积含量为50％～99.5％。
25.本发明的技术效果和优点：
26.1)本工艺中煤基竖炉的还原区与燃烧区分开，使得还原炉内气氛可控，防止还原后的金属化球团二次氧化，因此直接还原阶段得到金属化率大于95％的高温金属化球团。
27.2)使用铁精矿粉和煤粉作为造球原料，铁氧化物与碳充分接触，反应动力学条件优越，反应速度快。
28.3)侧吹炉中，由于燃料在熔池中燃烧，浸没式燃烧火焰直接接触熔池，提高了传热速率，燃烧气体对熔池进行扰动，与电炉熔分相比，可加速金属化球团的终还原及渣铁分离
过程。
29.4)预还原段和终还原段之间的物料输送使用热装热送技术。煤基竖炉生产的高温金属化球团通过螺旋排料器热装入侧吹熔化炉，热量得到充分利用。
30.5)利用煤基竖炉中产出的还原室烟气及侧吹炉中产出的熔炼烟气作为煤基竖炉燃烧室或侧吹炉的燃料，利用煤基竖炉中燃烧室产出的燃烧废气对含碳球团进行干燥处理，使高温烟气充分利用，实现低碳炼铁。
31.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
32.图1为本发明的一种采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.本发明的设计构思包括：使用铁精矿粉与煤粉混合造球，含碳生球团经干燥后装入煤基竖炉还原室内，在还原室内含碳生球团受热发生自还原，生产的高温金属化球团热装送入侧吹炉中，还原剂、熔剂等从侧吹炉上部加入，通过向渣层中喷吹燃料及氧气对熔池进行供热，炉料在炉内经历进一步的还原、熔化、渗碳等过程，产生铁水和炉渣定期从铁口和渣口放出。煤基竖炉中产出的还原室烟气及侧吹炉中产出的熔炼烟气经余热回收、除尘、脱除co2后引入煤基竖炉燃烧室内和助燃空气混合燃烧，为还原室内的还原反应提供热量。同时可利用煤基竖炉中燃烧室产出的燃烧废气对生球团进行干燥处理。
35.图1为本发明的一种采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法示意图，如图1所示，本发明提供了一种采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，具体实施步骤为：
36.步骤s1、原料处理：将铁精矿粉与煤粉按生球碳氧比1：1进行混匀，配加占铁精矿粉重量1～5％的粘结剂和2～5％的水，优选为3％的粘结剂和3％的水，混匀后进行压球和干燥处理，得到直径为5～35mm的生球团，优选为5～10mm。
37.碳氧比指配碳比，是碳与铁氧化物中的氧的物质的量(mol)之比。
38.步骤s2、煤基竖炉直接还原：煤基竖炉由还原室和燃烧室组成，将干燥后的含碳生球团连续地加入煤基竖炉的还原室中，生球团受热发生还原，将燃料及富氧空气通入煤基竖炉的燃烧室内进行燃烧，通过燃烧室与还原室之间的耐火材料炉墙向还原室供热，还原室内的炉温稳定控制在900～1200℃，生球团还原时间为30～120min，得到高温金属化球团产物。煤基竖炉中燃烧室产出的燃烧废气对生球团进行干燥处理。
39.燃料为气体燃料和/或固体燃料；其中，气体燃料包括煤制气、焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气、天然气、液化气、页岩气、生物质气和氢气中的一种或多种；固体燃料包括煤粉、焦粉和石油焦的一种或多种；所述固体燃料的粒度小于100μm。
40.富氧空气中氧气的体积含量为50％～99.5％，优选为80％。
41.步骤s3、侧吹炉冶炼：将高温金属化球团通过螺旋排料器、下料管加入到侧吹炉内，从炉顶向炉中加入熔剂及还原剂，通过侧吹炉两侧的多通道喷枪将富氧空气及第二燃料喷入炉内渣层和铁水之间的过渡区对熔池进行供热，熔池温度维持在1450～1650℃，熔炼时间为30～90min，金属化球团在高温下进行终还原和渣铁分离，产生的铁水和炉渣定期从铁口与渣口放出。
42.还原剂包括无烟煤、烟煤、褐煤、木炭、兰炭、焦炭、石油焦的一种或多种；所述还原剂粒度为1～15mm；
43.熔剂包括石英砂、石英石、石灰石、白云石中的一种或多种；
44.燃料为气体燃料和/或固体燃料；其中，气体燃料包括煤制气、焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气、天然气、液化气、页岩气、生物质气和氢气中的一种或多种；固体燃料包括煤粉、焦粉和石油焦的一种或多种；所述固体燃料的粒度小于100μm。
45.富氧空气中氧气的体积含量为50％～99.5％，优选为80％。
46.步骤s4、煤基竖炉中还原室烟气及侧吹炉中产出的熔炼烟气经余热回收后，进行净化收尘处理并脱除co2后，通入煤基竖炉的燃烧室内或侧吹炉内作为燃料。
47.本发明中，将铁精矿粉和煤粉混合造球，在煤基竖炉的还原室中还原含碳生球团，铁氧化物与碳充分接触，反应动力学条件优越，反应速度快。还原室中产出的烟气中主要为碳还原铁氧化物产生的co及还原剂中的挥发性可燃气体，经过处理后返回煤基竖炉燃烧室内或侧吹炉内作为燃料。煤基竖炉的燃烧室内产出的燃烧废气温度较高，可利用其余热对球团进行干燥。还原后的金属化球团加入侧吹炉内进行终还原及渣铁分离，通过炉膛侧面的多通道喷枪向熔池中喷吹富氧空气及燃料，为物料熔化及还原熔炼过程提供热量。由于燃料在熔池中燃烧，浸没式燃烧火焰直接接触熔池，提高了传热速率，实现熔渣上部加入物料的快速熔化及还原熔炼，且通过调整富氧空气及燃料的喷吹量可灵活控制铁水温度。侧吹炉中产出的高温熔炼烟气含co、h2等可燃性气体，对高温熔炼烟气进行余热回收、净化收尘处理并脱除co2后，可作为燃料通入煤基竖炉的燃烧室内或侧吹炉内。
48.实施例1：
49.步骤s1、将铁精矿粉与煤粉按生球碳氧比1：1进行混匀，配加占铁精粉重量3％的粘结剂和3％的水，混匀后压球，得到直径为5～10mm的生球，对生球进行干燥处理。其中，碳氧比为碳与铁氧化物中的氧的物质的量之比。
50.步骤s2、煤基竖炉由还原室和燃烧室组成，将干燥后的含碳生球团连续地加入煤基竖炉的还原室中，球团受热发生还原，将焦炉煤气及富氧空气(氧气的体积含量为80％)通入煤基竖炉的燃烧室内进行燃烧，通过燃烧室与还原室之间的耐火材料炉墙向还原室供热，还原室内的炉温稳定控制在900℃，还原时间为120min，得到金属化率大于95％的高温金属化球团产物。
51.步骤s3、将还原后的高温金属化球团通过螺旋排料器、下料管加入到侧吹炉内，向炉中加入石灰石及块煤，通过侧吹炉两侧的多通道喷枪将焦炉煤气及富氧空气(氧气的体积含量为80％)喷入炉内渣层和铁水之间的过渡区对熔池进行供热，熔池温度维持在1450℃，熔炼时间为90min，金属化球团在高温下进行终还原和渣铁分离，产生的铁水和炉渣定期从铁口与渣口放出。
52.步骤s4、煤基竖炉中产出的还原室烟气及侧吹炉中产出的熔炼烟气经余热回收后，进行净化收尘处理并脱除co2后，引入煤基竖炉的燃烧室内作为燃料。利用煤基竖炉中燃烧室产出的燃烧废气对生球团进行干燥处理。
53.实施例2：
54.步骤s1、将铁精矿粉与煤粉按生球碳氧比1：1进行混匀，配加占铁精粉重量3％的粘结剂和3％的水，混匀后压球，得到直径为5～10mm的生球，对生球进行干燥处理。其中，碳氧比为碳与铁氧化物中的氧的物质的量之比。
55.步骤s2、煤基竖炉由还原室和燃烧室组成，将含碳球团连续地加入煤基竖炉的还原室中，球团受热发生还原，将焦炉煤气及富氧空气(氧气的体积含量为80％)通入煤基竖炉的燃烧室内进行燃烧，通过燃烧室与还原室之间的耐火材料炉墙向还原室供热，还原室内的炉温稳定控制在1200℃，还原时间为30min，得到金属化率大于95％的高温金属化球团产物。
56.步骤s3、将还原后的高温金属化球团通过螺旋排料器、下料管加入到侧吹炉内，向炉中加入石灰石及块煤，通过侧吹炉两侧的多通道喷枪将焦炉煤气及富氧空气(氧气的体积含量为80％)喷入炉内渣层和铁水之间的过渡区对熔池进行供热，熔池温度维持在1650℃，熔炼时间为30min，金属化球团在高温下进行终还原和渣铁分离，产生的铁水和炉渣定期从铁口与渣口放出。
57.步骤s4、煤基竖炉中产出的还原室烟气及侧吹炉中产出的熔炼烟气经余热回收后，进行净化收尘处理并脱除co2后，引入煤基竖炉的燃烧室内作为燃料。利用煤基竖炉中燃烧室产出的燃烧废气对生球团进行干燥处理。
58.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤s1、原料处理：将铁精矿粉与煤粉按生球碳氧比1：1进行混匀，配加占铁精矿粉重量1～5％的粘结剂和2～5％的水，混匀后进行压球和干燥处理，得到直径为5～35mm的干燥生球团；步骤s2、煤基竖炉直接还原：将所述干燥生球团连续地加入煤基竖炉的还原室中，同时将燃料及富氧空气通入煤基竖炉的燃烧室内进行燃烧，通过燃烧室与还原室之间的耐火材料炉墙向还原室供热，所述干燥生球受热发生还原，得到高温金属化球团；步骤s3、侧吹炉冶炼：将所述高温金属化球团加入到侧吹炉内，向炉中加入熔剂及还原剂，同时将富氧空气及燃料喷入侧吹炉的过渡区对熔池进行供热，高温金属化球团进行终还原和渣铁分离，产生的铁水和炉渣定期从铁口与渣口放出。2.根据权利要求1所述的采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：步骤s4、煤气处理：所述煤基竖炉中产出的还原室烟气及所述的侧吹炉中产出的熔炼烟气经余热回收后，进行净化收尘处理并脱除co2后，通入煤基竖炉的燃烧室内或侧吹炉内作为燃料使用；所述煤基竖炉中燃烧室产出的燃烧废气可用于对生球团进行干燥处理。3.根据权利要求1或2所述的采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，步骤s2中所述煤基竖炉的还原室温度为900～1200℃，所述干燥生球团还原时间为30～120min。4.根据权利要求1或2所述的采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，步骤s3中所述高温金属化球团的终还原温度为1450～1650℃，终还原时间为30～90min。5.根据权利要求1所述的采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述步骤s2和s3中的燃料为气体燃料和/或固体燃料；其中，所述气体燃料包括煤制气、焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气、天然气、液化气、页岩气、生物质气和氢气中的一种或多种；所述固体燃料包括煤粉、焦粉和石油焦的一种或多种；所述固体燃料的粒度小于100μm。6.根据权利要求1所述的采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述熔剂为石英砂、石英石、石灰石和白云石中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述还原剂为无烟煤、烟煤、褐煤、木炭、兰炭、焦炭和石油焦中的一种或多种；所述还原剂粒度为1～15mm。8.根据权利要求1所述的采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，其特征在于，所述富氧空气中氧气的体积含量为50％～99.5％。

技术总结
本发明公开了一种采用煤基竖炉直接还原-侧吹炉熔分炼铁方法，涉及炼铁技术领域，包括：S1、将铁精矿粉与煤粉按生球碳氧比1：1进行混匀，配加占铁精粉重量1～5％的粘结剂和2～5％的水，混匀后进行压球和干燥处理，得到直径为5～35mm的干燥生球团；S2、将所述干燥生球团连续地加入煤基竖炉的还原室中，同时将燃料及富氧空气通入煤基竖炉的燃烧室内进行燃烧，所述干燥生球受热发生还原，得到高温金属化球团；S3、将所述高温金属化球团加入到侧吹炉内，向炉中加入熔剂及还原剂，同时将富氧空气及燃料喷入侧吹炉的过渡区对熔池进行供热，高温金属化球团进行终还原和渣铁分离。该方法反应速度快，热量得到充分利用，可生产出优质铁水，实现低碳炼铁。低碳炼铁。低碳炼铁。


技术研发人员：陈学刚 汪兴楠
受保护的技术使用者：中国有色工程有限公司
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/7/19