专利名称：高炉低碱度少渣冶炼在炉外使铁水大幅度脱硫炼铁新工艺的制作方法
技术领域：
本发明是涉及高炉炼铁过程中脱硫工艺乃至整个造渣制度、炉料结构的炼铁新工艺。
高炉炼铁过程中造渣制度要求熔渣①在不增加Fe、Mn、Si等元素直接还原的情况下有尽可能低的熔化温度和熔化性温度及较小的粘度；②要具有较高的碱度保证足够脱除铁水中硫〔S〕的能力(〔S〕≤0.03％)。有时还要添加一定的MgO，用以提高熔渣的热稳定性和化学稳定性，适应炉温和炉料成分的波动。这样在冶炼低品位铁矿，脉石中含SiO2较高，原、燃料含Al2O3较高时，高碱度炼铁势必造成渣铁比升高，有时甚至高达600～900kg/TP乃至一吨以上，这样就难免使高炉炼铁生产效率低，燃料消耗高，经济效益低下。
本发明的目的就是针对上述问题提出的一种炼铁新工艺。现有炼铁工艺中有各种各样炉外脱硫方法，但都是为减轻下一步炼钢工序脱硫任务而进行的。再有是仅对偶而出现的号外铁水进行的脱硫处理。本发明的特征在于用比较廉价炉外脱硫方法大幅度脱除铁水中的〔S〕，不只是减轻炼钢工序脱硫任务，更主要的是减轻高炉内高代价脱硫的负荷，降低熔渣碱度减小渣铁比，使高炉能从高消耗、低产出、低效益中解放出来。
目前铁水炉外脱硫的方法有将脱硫剂在铁水沟铺撒法和连续加入平面流动法，涡流运动或机械或电磁搅拌或转筒回转法等，或加撇渣器使脱硫渣与铁水分离，在铁水罐内有加入脱硫剂后摇动法，机械或气泡搅拌法、气泡泵法，还有喷吹脱硫剂法、插入钟罩或耐火插入杆浸入脱硫剂法、倒罐法、真空法、电解法等，或其不同方法相互组合。所用脱硫剂包括苏达粉、NaOH、石灰粉、Ca(OH)2、白云石、石灰石、炭粉、石墨、CaC2、氰氨化钙、硬硼钙石、莹石、CaCl，Al2O3脱硫脱磷合成渣、丙烷、镁粒、镁焦、镁合金等及其不同组成的混合物，或另外添加一些加入剂促进或缓冲脱硫反应。比较流行有效的铁水脱硫方法是往铁水罐中喷入石灰系列脱硫剂后，再计量喷入镁或石灰、镁混合脱硫剂，以提高镁的利用率和综合深度脱硫效率，已获得很好的脱硫效果(双零以下)。但设备投资大，又不适宜我国内多数厂家铁水罐较小，铁水温降大，运输紧张等实际条件。如果能充分利用高炉出铁场大，流动距离长，并且居高冲入铁水罐这一出铁过程良好的动力学条件，把脱硫剂从撇渣器后冒铁水的小井上方随铁水流连续均匀撒入，使脱硫剂与铁水一起流经铁水沟，再居高冲入铁水罐，这样就使脱硫剂与铁水能大体上全面接触。试验证明其混合作用不亚于罐内喷吹，且投资小见效快，用不着花大量投资建脱硫站，一般厂家均可在短期内成功实施，因此这里特别推荐这种炉外脱硫方法。其特征在于将廉价的石灰系列脱硫剂连续均匀地撒或喷撒在撇渣器后小井所冒出的铁水上，或在各铁水罐铁水流咀处或在向各铁水罐位分流铁水处设贮铁水或不贮铁水式撇渣器，或在贮铁水或不贮铁水式撇渣器后，再向铁水流连续均匀撒或喷撒脱硫剂，或加镁或镁铝、镁钙、镁锰等镁合金，或不设贮铁水或不贮铁水式撇渣器，到炼钢厂用扒渣机或其它方式扒除铁水罐中的渣，或在铁水倒出铁水罐时设档渣装置档渣，使脱硫渣与铁水分离。关于向铁水罐加入镁或镁合金、镁焦的方法和喷石灰粉一样，现在多用喷入法或插入钟罩或耐火插入杆浸入法，设备复杂笨重，操作危险性大。热力学计算和试验均表明铁水温度下镁的蒸气压相当大，急剧产生的大量镁蒸气会发生爆炸，并将铁水喷溅到铁水罐外。另外由于镁脱硫作用时间越长利用率越高，因此从铁水沟加入镁，到炼钢厂入炼钢炉前再使脱硫渣与铁水分离就更具优越性。所以这里推荐将液态镁或其合金铸入多孔铸铁块，再将其多孔口向下置入铁水沟内，以孔的大小和放入铸铁块的多少控制镁蒸气发生速度在一个适宜的水平。使镁随铁水流一起流过长长的铁水沟，居高冲入铁水罐，再经运输到钢厂过程中长时间的反应，这样就可取得和上述将镁或镁合金浸入铁水罐一样的效果。为防止多孔铸镁铸铁块在铁水沟中上浮，可将多块垒起来，或将多孔铸铁块做成立式的，具有一定高度，立在铁水沟中。多孔铸铁块可在炉前就地取铁由专人制作，无需外购，当然也不排除使用其它多孔铁块或铁合金块。或者将液态镁或镁合金铸入事先做好的多孔耐火砖块中，冷却后将其多孔口向下置入铁水沟中，其上加一定压力，以防在铁水沟中上浮，或做成立式的具有一定高度的多孔铸镁耐火砖块，或在其上再加一定压力。这种多孔耐火砖块可以使用多次。铸入的镁或镁合金所用镁材可用粗镁(制镁中间产品)代替，以降低成本。该方法简单易行脱硫效率高，可使高炉溶渣碱度大幅度降低。
现行冶炼过程对熔渣粘度的要求除从高炉顺行出发外，渣铁之间的脱硫反应的需要也是主要的。AL2O3含量较多时炉渣碱度(二元)或总碱度(三元)还要求稍高一些，这就势必使渣量增多，使高炉增耗减效。
炉渣能从高炉顺利流出的最大粘度为20～25泊(P)(2.0～2.5Pa·秒)。在实测终渣流出炉外的1350～1550℃温度范围内，以下图、表所示的大多数成分的炉渣(划框的除外)都能符合上述粘度要求。附
图1是表中1组内各渣号不同组分的炉渣在不同温度下所对应的粘度曲线；附图2是表中2组内各渣号不同组分的炉渣在不同温度下所对应的粘度曲线；附图3是表中3组内各渣号不同组分的炉渣在不同温度下所对应的粘度曲线；附图4是表中4组内各渣号不同组分的炉渣在不同温度下所对应的粘度曲线；附图5是表中5组内各渣号不同组分的炉渣在不同温度下所对应的粘度曲线；附图6是表中6组内各渣号不同组分的炉渣在不同温度下所对应的粘度曲线；附图7是表中7组内各渣号不同组分的炉渣在不同温度下所对应的粘度曲线。有些低MgO合成渣再适当增加一部分MgO，尚可进一步提高其热稳定性和化学稳定性。高炉渣从碱度和总碱度来看最低粘度区都在0.8～1.2(二元碱度)和1.2～1.4(总碱度)之间。碱度在0.9-1.2的范围，增加适当的MgO(5-15％)其稳定性会好些。然而碱度小于0.9稳定性会更好些。这种情况下就完全可以不考虑其脱硫能力，因为有上述廉价的炉外脱硫作保证。最合适的炉渣组成范围在四元渣系为黄长石、镁蔷薇石、钙镁橄榄石的初晶区。在三元系为硅灰石、硅钙石和铝方柱石的初晶区。当然具体适宜的碱度尚需根据各地区的原、燃料情况，经过实验室试验和高炉的生产实践来进一步确定。
经计算用上述廉价脱硫剂炉外脱硫的方法可使高炉熔渣碱度至少降低0.1以上，高炉产量将提高2.5-3.5％，综合焦比降低2.5-3.5％以上。
比如鞍钢炼铁厂目前所用铁矿石品位比较低，铁矿脉石中SiO2含量高达7-10％以上(富矿中仅为1-4％)，现通用熔渣碱度1.11。这样象3#高炉渣铁比高达600kg/TP左右(国外为300kg/Tp上下)。铁矿、熔剂、燃料带入AL2O3占8.5％为50kg/TP左右，稳定用MgO含量7.2％为45kg/TP左右。如果减少CaO使二元碱度CaO％/SiO2％为1.0，〔S〕仅从0.019％升高到0.025％，仍然≤0.03％为一级硫铁水，加上炉外脱硫还有很大降低熔渣碱度的潜力。也就是说高炉炼铁造渣制度完全可以不考虑熔渣脱硫问题，把脱硫放在炉外，而熔渣碱度的降低幅度将远超过0.1，增加产量降低消耗也远在2.5～3.5％以上。届时，熔渣浸蚀炉衬的问题就不存在了，熔渣排出炉内碱金属的功能也更大，洗炉也不需要了，加上不考虑炉内脱硫，只需低温平稳运行，高炉将获得一次大的解放。
为降低熔渣碱度，鞍钢高炉可以采用的炉料结构一、二排高炉(7#高炉除外)可考虑用酸、碱双球烧结矿，或高、低碱度球团烧结矿，炉渣成份只需根据炉渣粘度调整。其余炉子可减少高碱度烧结矿用量，如果酸性球团不足，可适当补充天然块矿(如澳矿)或酸性小球烧结矿，以便维持较低的高炉熔渣碱度。现阶段鞍钢高炉初步可将碱度降低到过去操作用过的1.05或者更低，而进行廉价的炉外脱流，以便尽快提高高炉生产经济效益。其它厂家酸性炉料可考虑采用冷固结球团或含碳球团等。
总之，象鞍钢这样冶炼脉石含SiO2比较高的低品位铁矿的高炉，上述新工艺的经济效益是显而易见的。
另外为了在降低熔渣碱度时避开用低强度的自熔性烧结矿，这里推荐一种新型烧结矿，即新型高碱度烧结矿烧夹酸性小球烧结矿。也即在高碱度烧结矿中夹烧酸性小球，以其中高碱度烧结矿和酸性小球用量的多少来调节碱度，或用以获得适当低的高炉终渣碱度。
由于不考虑炉渣的脱硫能力，实行炉外脱硫，造渣制度中就只有一条限制，即要有适当低的粘度，熔化性温度。这就为各种炉料的高炉冶炼制定造渣制度创造了及其有利的条件。比如含钡高炉渣、高汰渣、合氟稀土渣、冶炼高铝高镁铁矿等许多情况下已不得已采用低碱度操作。其脱硫能力较低，如采用炉外脱硫，通过实验室试验和生产实践，一定会进一步制定出更为适宜有利的造渣制度。
注1-7组内各种成份合成渣在不同温度下所对应的粘度曲线见附图1-7。
权利要求
1.一种高炉炼铁新工艺，现在高炉炼铁为保证冶炼顺利进行，生产出合格的铁水，常常要求炉渣有较低的熔化温度和熔化性温度及粘度，并且要求具有一定高的碱度，以保证有足够的脱除铁水中硫的能力，采用各种各样的炉料结构，一般都不进行炉外脱硫，或有炉外脱硫是对个别号外铁或为减轻下一步炼钢工序脱硫任务而进行的，所用铁水炉外脱硫的方法包括将脱硫剂在铁水沟铺撒法和连续加入平面流动法，涡流运动或机械或电磁搅拌或转筒回转法等，或加撇渣器使脱硫渣与铁水分离，在铁水罐内有加入脱硫剂后摇动法，机械或气泡搅拌法、气泡泵法，还有喷吹脱硫剂法、插入钟罩或耐火插入杆浸入脱硫剂法、倒罐法、真空法、电解法等，或其不同方法相互组合，所用脱硫剂包括苏达、NaOH、石灰、白云石、Ca(OH)2、石灰石、炭、石墨、CaC2、氰氨化钙、硬硼钙石、莹石、CaCl，Al2O3脱硫脱磷合成渣、丙烷、镁或镁合金等或其不同组成的混合物，本发明的特征在于利用比较廉价的脱硫剂在炉外处理铁水，大幅度脱除铁水中硫，从而有效减轻高炉内高代价的脱硫负荷，大幅度降低熔渣碱度，减小渣铁比，并可进一步改善、优化炉料结构使高炉减耗增效。
2.根据权利要求1所述，本发明的特征在于将廉价的石灰系列脱硫剂均匀连续撒在撇渣器后小井所冒出的铁水上，或在铁水分流到各铁水罐的分流处，或在各铁水罐的铁水流咀前设撇渣器，或用其它扒渣方法扒渣，或在撇渣器后再撒脱硫剂或加入镁或镁合金，或不设撇渣器到炼钢厂用各种扒渣机或其它扒渣方法扒除铁水罐中的渣，或在铁水倒出铁水罐时设挡渣装置挡渣，使脱硫渣与铁水分离。
3.根据权利要求1.2所述，本发明的特征在于在铁水进入铁水罐前的铁水沟中加入镁或镁合金的方法是将液态镁或镁合金铸入事先铸好的多孔铸铁块中，冷却后将其多孔口向下置入铁水沟中，或多块垒起来，或为一定高度的立式的多孔铸镁铸铁块，或为其它多孔铸镁铁块或铁合金块，或用粗镁代替所铸镁或镁合金。
4.根据权利要求1.2所述，本发明的特征在于在铁水进入铁水罐前的铁水沟中加入镁或镁合金的方法是将液态镁或镁合金铸入事先做好的多孔耐火砖块中，冷却后将其多孔口向下置入铁水沟中，或在其上加一定压力，或做成一定高度的立式的多孔铸镁耐火砖块，或加一定压力，或用粗镁代替所铸镁或镁合金。
5.根据权利要求1.2所述，本发明的特征在于高炉炉料结构用较少量的高碱度烧结矿，配以大量的酸性球团矿或酸性小球烧结矿或天然块矿，或冷固结球团或含碳球团，或不用高碱度烧结矿，而用酸、碱双球烧结矿或高、低碱度球团烧结矿，用以调整高炉炉渣碱度，使之比正常炉渣碱度降低的幅度在0.01以上。
6.根据权利要求1.2所述，本发明的特征在于高炉炉料结构用在高碱度烧结矿中夹烧酸性小球以获得适当终渣碱度的新型高碱度夹烧酸性小球烧结矿，或使高炉熔渣碱度比正常炉渣碱度降低的幅度在0.01以上。
全文摘要
本发明公开了一种高炉炼铁新工艺,用比较廉价的铁水炉外脱硫方法大幅度脱除铁水中硫(S),从而减轻高炉内高代价脱硫的负荷,实现高炉低碱度少渣冶炼新工艺。所用脱硫剂是极其一般的石灰系列脱硫剂,另外从铁水沟加入部分粗镁,充分利用出铁、运输铁水过程中良好的动力学条件,使铁水中(S)降至双零以下。该方法投资小见效快,一般厂家均可在短时间内成功实施。
文档编号C21B5/00GK1243882SQ98121520
公开日2000年2月9日 申请日期1998年10月9日 优先权日1998年8月3日
发明者李中祥 申请人:冶金工业部鞍山热能研究院