专利名称：一种含铁物料渣浴熔融还原炼钢工艺方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及钢的生产工艺，尤其涉及一种用含铁物料渣浴熔融还原炼钢生产钢水 的工艺方法和装置，属钢铁冶金技术领域。
背景技术：
我国钢铁产量已经连续9年世界第一，目前以7亿多吨产能遥遥领先世界，但随之 而来的能源、资源、排放压力巨大。随着国际社会对环保的日益重视，铁矿石、废钢、焦炭等 资源的短缺，焦煤资源尤为突出，人们不断寻找一种不用焦煤的炼铁或炼钢方法，如球团烧 结设备，Itmk3 “第三代炼铁法”日本神户制钢与美国米德兰(Midrex)公司联合开发球团烧 结设备直接还原新工艺(Fastmet)，以天然气为还原剂的MIDREX、HYL法以及煤为还原剂的 回转窑法、竖炉法等。熔融还原主要是用非焦煤生产铁水-转炉炼钢流程工艺方法，主要有 COREX, FINEX、AUSIRON、HI SMELT, DIOS、ROMELT, CCF、AISI、CLEANMELT 等，大多数熔融还原 工艺还处于研发阶段，只有COREX炼铁工艺建成了 5条生产线，在浦项、南非、印度等一些厂 已经运行了十年以上，尤其是南非的⑶REX-2000，COREX实现了吨煤生产2吨铁的目标，在 能耗上可与现代高炉炼铁竞争。HISMELT工艺已经开发成熟，在澳大利亚昆纳纳建设了一 座80万吨的工厂，目前正在试运行，SRV融熔还原炉生产出的是C含量4. 2-4. 5%铁水，存 在投资大、传热效率低等问题。CN02116882.2公开了 一种煤-铁矿微波还原-电炉直接炼钢方法及设备， 这种方法生产效率低，难以规模化生产；CN86105494公开了褐煤预还原矿石直接炼 钢轧材，是将矿石先制成海棉铁，再由电炉炼钢，再轧成钢材，能源利用效率和生产 效率低；CN200610040303. 1公开了用感应炉直接炼钢的方法，能耗高、生产效率低； CN200610040696.6公开了用铁矿粉与无烟煤粉的混合料块利用转炉直接炼钢方法和 CN200610040838.9公开了用氧化铁皮与无烟煤粉的混合料利用电炉直接炼钢方法以及 CN87101210公开了一种铁矿石直接炼钢的方法是指由铁精矿、非焦煤和溶剂做成的未经 任何还原的冷固结球团，加到现代工业炼钢炉中炼钢的方法，这些方法的铁矿石还原效率 低，能耗高，生产效率低；CN92113519. X公开了用矿石直接炼钢的方法及设备，是先将矿石 用还原气体还原成海棉铁，然后将高温海绵铁在与外界大气隔离的情况下送入熔化室内熔 化，再加入造渣剂去除有害元素的方法，能耗高，生产效率低，未见到产业化的报道。CN86106417高炉连续炼钢与制钢生产的连续化，提出改进高炉用纯氧和加压气 化煤气作燃料和还原剂直接炼成钢的方法，未见到产业化的报道。CN87104957.0槽式炉 连续炼钢工艺及设备，设前炉、槽式炉和后炉的一种连续炼钢工艺，所用原料仍然是高炉铁 水，效率低，成本高。目前长流程高炉炼铁采用带式焙烧机、或链篦机回转窑等设备烧结的 1100°C 1250°C高温氧化球团需要经过冷却工序环节，冷到室温再加入高炉，热能损失巨 大，工序能量利用不合理。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明充分利用现有的球团烧结设备所提供的1100°C 1250°C高温氧化球团等含铁物料，直接生产出C含量0.01% 0. 50%的供精炼炉用的钢 水，提供一种全新的炼钢工艺。本发明提出一种全新的利用现有的球团烧结设备所提供的高温氧化球团渣浴熔 融还原炼钢工艺。渣浴炉、氧化炉和“乙”形溢铁口烘烤到大于ioocrc后，加入高温氧化球 团、预熔渣和块煤或焦炭，喷吹煤氧，使在渣浴炉中形成厚渣层的铁渣熔池；实施熔渣顶底 复合喷吹，即碳氧枪向熔渣下部实施富含碳物料粉的碳/氧喷吹，煤气氧枪向熔渣上部实 施富可燃气的可燃气/氧喷吹，碳/氧燃烧和煤气/氧燃烧的热量被熔渣高效吸收，在熔渣 上部形成高温熔渣区，富余碳粉和富余可燃气保持熔渣的高还原性；比重小于熔渣的高温 氧化球团加入渣浴炉漂浮在高温熔渣区被快速熔化成液态铁氧化物，液态铁氧化物被含有 高温碳粉和大量CO的熔渣快速还原得到低碳(C 1. 5-3.0% )铁水；熔池中的低碳铁水经 “乙”形溢铁口流入氧化炉，氧化炉加入造渣熔剂并吹氧生产出C含量0. 01% 0. 50%的合 格钢水供精炼炉。本发明提供一种渣浴熔融还原炼钢工艺，包括如下步骤1)新开炉时，按照烘炉工艺要求把渣浴炉、氧化炉和“乙”形溢铁口烘烤到 1000-110(TC，加入高温氧化球团、预熔渣、以及块煤或焦炭，喷吹碳氧，使在渣浴炉中形成 铁水厚700-800mm、熔渣厚600_700mm的铁渣熔池后，即进入正常冶炼；进入正常冶炼后只 加高温氧化球团和熔剂；2)进入正常冶炼后实施熔渣顶底复合喷吹，即碳氧枪向熔渣底部距铁渣界面 300-200mm处实施富含碳物料粉/氧喷吹，含碳物料和氧反应产生的高温被熔渣高效吸 收，产生的CO上升搅动熔渣，富余的碳保持熔渣的还原性；煤气氧枪向熔渣顶部距渣面 260-200mm处实施富可燃气/氧喷吹，可燃气和氧燃烧形成1500°C 1600°C的高温熔渔区， 并强力搅动渣面，富余可燃气保持熔渔的还原性；燃烧枪向熔渔层上方的空间喷吹入1200 1300°C的富氧空气或氧气，与渣浴炉产生的C0、H2等燃烧，产生的高温传至熔渔高温区；3)将含铁物料利用球团烧结设备生产的比重为1. 8-2. 2的高温氧化球团，加入到 渣浴炉比重为2. 5-3的高温熔渣区，漂浮在高温熔渣区的高温氧化球团被快速熔化形成液 态铁氧化物，液态铁氧化物下降过程中在含有高温含碳物料和大量CO的熔渣中很快被还 原得到低碳铁水，低碳铁水下降落入熔池；所述低碳铁水为C含量1. 5-3. 的铁水；4)在步骤3)进行的同时向渣浴炉加入熔剂造渣，对铁水脱硫、脱磷，渣碱度控制 在1. 1 1. 3范围内；5)熔池铁水通过“乙”形溢铁口连续流入氧化炉，向氧化炉内加入熔剂造渣脱硫、 脱磷，渣碱度控制在3. 0 3. 5范围内，通过氧化炉底吹氧透气砖和顶吹氧枪吹氧进一步调 整钢水中的C含量和温度，以获得C含量0.01 0.50%、温度1550°C 1700°C的合格钢 水，直接供LF或RH精炼炉；6)氧化炉出钢口位于氧化炉距炉底100_150mm处，氧化炉出渣口位于氧化炉出 钢口上方300-350mm处，当氧化炉盛满钢水并完成吹氧冶炼操作后，关闭该氧化炉相连的 “乙”形溢铁口密封墙；或渣浴炉实施出渣操作时，打开氧化炉出钢口实施无渣出钢，钢水 上面的钢渣随钢水下降过程中在氧化炉的炉内壁上挂上一层钢渣，起到对炉内壁的保护作
5用；当钢水下降到氧化炉出渣口以下时封闭出钢口停止出钢，打开出渣口开始出渣，完成出 渣后封闭出渣口，打开“乙”形溢铁口密封墙实施下一炉吹氧冶炼操作。优选的，渣浴炉产生的高温煤气(即步骤2)经煤气改质炉后生成600-800°C的优 质改质煤气，用于球团烧结设备的燃料，或用于向渣浴炉的熔渣喷吹的可燃气体，或用于轧 钢加热炉燃料，或用来发电等。所述煤气改质炉把渣浴炉的高温煤气(1450-1550°C)和氧化炉高温煤气 (1500-1650°C )通过煤气改质炉中焦炭或煤(直径3-20mm)组成的改质剂，充分利用高温 煤气的热量使煤气中的CO2与碳反应转化成CO、水蒸汽与C反应生成H2和C0，然后生成 600-800°C的优质煤气。所述的渣碱度，生产现场多采用二元碱度计算法，即CaCVSiO2的比值。步骤1)所述的预熔渣，是指用高炉熔渣冷却成的渣块料。高炉熔渣是冶炼生铁时 从高炉中排出的一种废渣。在高炉冶炼生铁时，从高炉加入的原料，除了铁矿石和燃料(焦 炭)外，还要加入助熔剂。当炉温达到1400 1600°C时，助熔剂与铁矿石发生高温反应生 成生铁和矿渣。高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成的，是 一种易熔混合物。本发明所述的预熔渣可采用任何炼铁高炉产生的高炉熔渣冷却成块料。步骤1)中的新开炉时高温氧化球团、预熔渣和块煤或焦炭的比例为高温氧化球 团预熔渣块煤或焦炭=6:2: 2，重量比。优选的，步骤1)中渣浴炉正常冶炼时熔渣厚度为600mm 2000mm。步骤2)所述的富含碳物料喷吹是指喷入的含碳物料比与氧气完全反应所需要的 含碳物料总量要有所富余；富可燃气喷吹是指喷入的可燃气比与氧气完全反应所需要的可 燃气总量要有所富余。优选的，步骤2)所述含碳物料是煤粉、焦粉、天然气、可燃冰、焦炉煤气、发生煤气 或改质煤气等中的一种或几种；可燃气是指天然气、可燃冰、焦炉煤气、发生煤气或改质煤 气中的一种或几种；可燃气和氧气均可被预热到高温(500-1250°C)后喷入渣浴炉。可燃冰 是天然气水合物，是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等)下， 由气体或挥发性液体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质，外观像冰。优选的，步骤2)中碳氧枪是可更换的，碳氧枪的心部管道是氧气、外部管道是含 碳物料，或者是氧气管道与含碳物料管道并列。碳氧枪由炉子侧壁向下斜插到向距铁渣界 面300-200mm处，燃烧含碳物料向渣浴炉提供所需热量，控制碳氧比、减少渣向铁水中大量 增C。优选的，富含碳物料喷吹，按富碳3-50wt%控制碳氧比。根据炉子的大小和冶炼需要，碳氧枪可以是2到12支，布置在炉壁周围合适的位 置，为含铁物料和熔剂快速熔化提供充分的物理和化学反应动力学条件以及熔化热量。本 领域技术人员可以根据实际需要来选择碳氧枪的数量和位置。优选的，碳氧枪与渣浴炉侧 壁成α角，α角为35 65度夹角。优选的，步骤2)所述煤气氧枪是可更换的，煤气氧枪的心部管道是氧气、外部管 道是煤气，或者是氧气管道与煤气管道并列。优选的，富可燃气/氧喷吹喷入的可燃气与氧 燃烧为熔渣提供热量，并且可燃气富余5-50wt %，保持熔渣的还原性。根据炉子的大小和冶 炼需要，煤气氧枪可以是2到8支，布置在炉壁周围合适的位置，本领域技术人员可以根据 实际需要来选择煤气氧枪的数量和位置。优选的，煤气氧枪与渣浴炉侧壁成β角，β角为50 75度夹角，随着熔渣厚度的变化煤气氧枪可插入、提出或变换角度；优选的，步骤2)渣浴炉上方炉气中可设燃烧枪，所述燃烧枪是可更换的，燃烧枪 喷入1200-1300°C的富氧空气中的氧气与炉气中的C0、H2等燃烧产生的热量传到渣面形成 高温熔渣，富氧空气的氧含量30-80wt%。根据炉子的大小和冶炼需要，燃烧枪可以是2到 8支，布置在炉壁周围合适的位置，本领域技术人员可以根据实际需要来选择燃烧枪的数量 和位置。优选的，燃烧枪与渣浴炉侧壁成Y角，Y角为45 60度夹角，随着熔渣厚度的 变化燃烧枪可插入、提出或变换角度；优选的，步骤1)和步骤3)所述的高温氧化球团的温度为1100°C 1250°C。优选的，步骤3)所述的高温熔渣区是被剧烈搅动的、且反应动力学条件充分的。优选的，步骤3)所述含铁物料选自含铁矿石、含锰铁矿、含镍铁矿等含黑色金属 的矿石、氧化铁皮、含铁粉尘、和/或含铁尘泥中的一种或几种；优选的，步骤3)所述球团烧结设备是去除冷却段改造后的带式焙烧机或链篦机 回转窑，或其它球团烧结设备，所生产出的高温氧化球团(1100°c 1250°C )不经冷却直接 加入渣浴炉。优选的，步骤4)和5)所述熔剂为生石灰、白云石、萤石等中的一种或几种，步骤4) 中熔剂经高温加料系统按吨铁水120-150公斤加入渣浴炉内；步骤5)中熔剂按每吨钢水 30 80公斤加入氧化炉内。 优选的，步骤5)中“乙”形溢铁口上方设有“乙”形溢铁口煤气出口，部分氧化炉 高温煤气由此放出，同时煤气的高温对“乙”形溢铁口起到加热作用；“乙”形溢铁口还设有 “乙”形溢铁口密封墙，密封墙是可移动的，根据氧化炉操作的需要可以关闭“乙”形溢铁口， 阻止铁水流入氧化炉。优选的，步骤5)中氧化炉通过“乙”形溢铁口与渣浴炉相连，在氧化炉顶设有可 更换式氧枪、底部设有底吹氧透气砖，可对钢水作进一步降C操作，以获得所需C含量(C 0. 01 0. 50% )和要求温度(1550 1700°C )的钢水，直接供RH或LF精炼炉。优选的，氧化炉的煤气输出装置与渣浴炉的煤气输出装置相连，达到压力平衡。本发明还提供一种渣浴熔融还原炼钢装置，包括渣浴炉(9)和氧化炉(22)；渣浴 炉(9)和氧化炉(22)通过“乙”形溢铁口(18)相连，实现无渣出铁；渣浴炉(9)上方设有 燃烧枪(11)；渔浴炉(9)炉壁上设有煤气氧枪(12)和碳氧枪(13)，渣浴炉中部设有渣浴炉 出渣口(14)、渣浴炉底部设有放钢口(15)、“乙”形溢铁口(18)、渣浴炉煤气输出口⑶；氧 化炉(22)设有氧化炉氧枪(23)、氧化炉串罐串罐熔剂加入系统(24)、氧化炉出渣口(26)、 氧化炉出钢口(27)、氧化炉底部放钢口(28)、氧化炉煤气输出口(21)。优选的，所述的渣浴熔融还原炼钢装置还包括球团烧结设备(1)和煤气改质炉，球团烧结设备(1)与渣浴炉(9)通过高温加料系统相连；渣浴炉煤气输出口(8)与氧 化炉煤气输出口(21)管道相汇合后经旋风除尘(33)与煤气改质系统相连接。所述球团烧结设备是改造后的直接出高温(1100°C 1250°C )球团的带式焙烧 机、链篦机回转窑，或其它球团烧结设备。优选的，高温加料系统与球团烧结设备(1)的出料槽(2)相连，依次包括出料仓 ⑶、轨道⑷、上料车(5)、串罐式布料器(7)；串罐式布料器(7)与渣浴炉炉盖(10)相连， 串罐式布料器(7)上方设置有溶剂料仓(6)；上料车(5)运行于轨道(4)上。
碳氧枪的心部管道是氧气、外部管道是含碳物料，或者是氧气管道与含碳物料管 道并列。碳氧枪由炉子侧壁向下斜插到向距铁渣界面300-200mm处，燃烧含碳物料向渣浴 炉提供所需热量，控制碳氧比、减少渣向铁水中大量增C。根据炉子的大小和冶炼需要，碳氧枪可以是2到12支，布置在炉壁周围合适的位 置，为含铁物料和熔剂快速熔化提供充分的物理和化学反应动力学条件以及熔化热量。本 领域技术人员可以根据实际需要来选择碳氧枪的数量和位置。优选的，碳氧枪与渣浴炉侧 壁成α角，α角为35 65度夹角。煤气氧枪的心部管道是氧气、外部管道是煤气，或者是氧气管道与煤气管道并列。 优选的，富可燃气/氧喷吹喷入的可燃气与氧燃烧为熔渣提供热量。根据炉子的大小和冶 炼需要，煤气氧枪可以是2到8支，布置在炉壁周围合适的位置，本领域技术人员可以根据 实际需要来选择煤气氧枪的数量和位置。优选的，煤气氧枪与渣浴炉侧壁成β角，β角为 50 75度夹角，随着熔渣厚度的变化煤气氧枪可插入、提出或变换角度；所述燃烧枪是可更换的，根据炉子的大小和冶炼需要，燃烧枪可以是2到8支，布 置在炉壁周围合适的位置，本领域技术人员可以根据实际需要来选择燃烧枪的数量和位 置。优选的，燃烧枪与渣浴炉侧壁成Y角，Y角为45 60度夹角，随着熔渣厚度的变化 燃烧枪可插入、提出或变换角度。优选的，煤气改质系统通过高温煤气管道(32)与渣浴炉煤气输出口(8)和氧化炉 煤气输出口(21)相连，依次包括高温煤气管道(32)、旋风除尘(33)、粉尘出口(34)、煤气出 口(35)、煤气改质炉(36)、改质煤气输出管道(37)；优选的，渣浴炉(9)是熔池区直径小、熔渣区直径大的圆柱形炉子，氧化炉(22) 是圆柱形炉子；在渣浴炉的底部和氧化炉底部均设有渣浴炉放钢口(16)和氧化炉放钢口 (28)，供大修时使用；优选的，渣浴炉出渣口(15)位于渣浴炉铁渣界面以上600-800mm处，以保持渣浴 炉中熔渣的最小厚度大于600mm ；优选的，“乙”形溢铁口(18)设有“乙，，形溢铁口煤气出口(38)和“乙，，形溢铁口 密封墙(39)；优选的，一座渣浴炉(9)可设两个“乙”形溢铁口(18)分别与两座氧化炉(22)相 连；通过“乙”形溢铁口密封墙(39)可以关闭某个“乙”形溢铁口(18)，阻止铁水流入该氧 化炉，便于该氧化炉(22)进行出钢或出渣操作；两座氧化炉(22)可交替操作。如图3所
7J\ ο优选的，渣浴炉(9)和氧化炉(22)的下部熔池部分的外壳以及“乙”形溢铁口(18) 的外壳均采用水冷炉壁结构，使炉子寿命可达到20年以上；优选的，氧化炉(22)底部设有底吹氧透气砖(31)，对钢水进行连续弱吹氧，使钢 水稳定脱C，缩短氧化炉氧枪(23)强吹氧时间，防止钢液出现大沸腾、喷溅等，提高钢水温 度。氧化炉底吹氧透气砖可依据氧化炉的大小设1 7个，并对安装位置进行优化设计。氧 化炉(22)上方设有氧枪(23)吹炼钢水，使钢中的C含量和钢水的温度达到RH或LF精炼 炉的要求；氧化炉串罐串罐熔剂加入系统(24)为氧化炉添加造渣熔剂；氧化炉出钢口(27) 位于氧化炉(22)距炉底100-200mm处，氧化炉出渣口(26)位于氧化炉出钢口(27)上方 300-400mm 处。
本发明的优势体现在(1)不用焦炭，渣浴炉实现熔渣顶底复合喷吹，熔渣下部喷入含碳物料粉和氧气、 熔渣上部喷入渣浴炉自产煤气和氧气，碳/氧、可燃气/氧燃烧热被熔渣高效吸收，热效率 高；利用自产煤气回喷到熔渣中，降低了综合能耗，节能减排效果显著。(2) 1100 1250°C高温氧化球团在熔渣中快速熔化成液态铁氧化物并被熔渣中 的高温碳、CO等快速还原，得到C含量1.5% 3.0%的低碳铁水。本发明的生产率高， 余热利用效率高，这一点优于现有的高炉一转炉流程、COREX熔融还原炼铁-转炉流程， Hismelt-转炉流程，同时也优于一些专利提出连续炼钢或一步炼钢方法。(3)本发明实现渣浴炉连续无渣出铁到氧化炉，在氧化炉直接生产出C含量(C 0. 01 0. 50% )和温度(1550 1700°C )合格钢水，实现了连续炼钢，氧化炉无渣出钢。(4)本发明用紧凑的球团烧结设备、渣浴炉、氧化炉、煤气改质炉组成的连续炼钢 设备实现了从矿石等含铁物料直接生产合格钢水，与现有的长流程相比，设备和基建投资 节省60%以上，节约土地2/3以上，物流得到充分简化，节能25%以上，减排约50%以上，易 于实现生产的连续化和自动控制，炉子寿命可长达20年以上；3座500万吨规模的带式焙 烧机或链篦机回转窑对应6座(或3座)渣浴熔融还原炼钢炉可实现年产1000万吨钢，是 钢铁冶金的一个革命性工艺变革。
图1是本发明的示意流程图。其中1 球团烧结设备，2 出料槽，3 出料仓，4 轨道，5 上料车，6 溶剂料仓，7 串罐式布料器，8 煤气输出装置，9 渣浴炉，10 渣浴炉炉 盖，11 燃烧枪，12 煤气氧枪，13 碳氧枪，14 渣浴炉出渣口，15 渣浴炉底部放钢口，16 渣浴炉水冷炉壁，17 渣浴炉耐火材料炉壁；18 乙形溢铁口，19 乙形溢铁口耐火材料壁， 20 乙形溢铁口水冷炉壁，21 氧化炉煤气出口，22 氧化炉，23 氧化炉氧枪，24 氧化炉串 罐串罐熔剂加入系统，25 氧化炉炉盖，26 氧化炉出渣口，27 氧化炉出钢口，28 氧化炉底 部放钢口，29 氧化炉水冷炉壁，30 氧化炉耐火材料炉壁，31 氧化炉底吹氧透气砖；32 高 温煤气管道，33 旋风除尘，34 粉尘出口，35煤气出口，36 煤气改质炉，37 改质煤气输出 口。38 “乙”形溢铁口煤气出口，39 “乙”形溢铁口密封墙。
图2是本发明的另一实施例示意流程图。 图3是本发明实施例5的示意流程图。
具体实施例方式以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明并不局限于此。本发明从铁矿石等含铁物料连续生产钢水的具体工艺路线是新开炉时，按照 烘炉工艺要求把渣浴炉、氧化炉和“乙”形溢铁口烘烤到1000-1100°c，加入高温氧化 球团(1100°C 1250°c )、预熔渣和块煤或焦炭，喷吹煤氧，使在渣浴炉中形成铁水厚 700-800mm、熔渣厚600_700mm的铁渣熔池；实施熔渣顶底复合喷吹，即熔渣下部喷入含碳 物料和氧气、熔渣上部喷入可燃气体和氧气，碳/氧、可燃气/氧燃烧的热量被熔渣高效吸 收，并强力搅动渣面形成高温熔渣区，富余含碳物料和富余CO保持熔渣的高还原性；高温 氧化球团与熔剂被加入到渣浴炉，漂浮在高温熔渣区被快速熔化成液态铁氧化物，液态铁氧化物下降被渣中的高温含碳物料、CO等快速还原成铁水落入熔池，得到碳含量1. 5% 3. 0%的钢水。铁水通过“乙”形溢铁口连续无渣流入到氧化炉，向氧化炉加入适量造渣剂 同时起到脱硫磷作用，吹氧脱C同时提升钢水温度，以获得所需C含量(C 0. 01 0. 50% ) 和所要求温度(1550°C 1700°C)的钢水，直接供精炼炉。渣浴炉和氧化炉的高温煤气经 煤气改质炉后生成600-800°C的优质煤气，用于球团烧结设备的燃料，或用于向渣浴炉的熔 渣喷吹煤气，或用于轧钢加热炉燃料，或用来发电。渣浴炉和氧化炉的炉渣用来生产水泥、 建材、筑路等。实施例1 含铁物料铁矿粉；含碳物料煤粉，硫磷尽量低，一般固定碳含量在77%以上；球 团烧结设备链篦机回转窑。本发明的连续炼钢设备，包括链篦机回转窑(球团烧结设备)1、渣浴炉9、氧化炉 22和煤气改质炉36，渣浴炉9和氧化炉22通过乙形溢铁口 18相连，链篦机回转窑(球团 烧结设备)1通过高温加料系统与渣浴炉9相连，煤气改质炉36通过高温煤气管道32与渣 浴炉煤气输出口 8和氧化炉煤气输出口 21相连；渣浴炉9上部设有渣浴炉炉盖10、燃烧枪 11、煤气氧枪12、碳氧枪14，渣浴炉下部设有渣浴炉出渣口 15、渣浴炉底部放钢口 16、渣浴 炉水冷炉壁17、渣浴炉耐火材料炉壁18 ；“乙”形溢铁口 18、乙形溢铁口耐火材料壁19、乙 形溢铁口水冷壁20 ；氧化炉22上设有氧化炉氧枪23、氧化炉串罐串罐熔剂加入系统24、氧 化炉炉盖25、氧化炉出渣口 26、氧化炉出钢口 27、氧化炉底部放钢口 28、氧化炉耐火材料炉 壁29、氧化炉水冷炉壁30和氧化炉底吹氧透气砖31 ；乙形溢铁口 18设有乙形溢铁口煤气 出口 38和乙形溢铁口密封墙39。链篦机回转窑(球团烧结设备)1、出料槽2、出料仓3、轨道4、上料车5、串罐式布 料器7依次相连组成高温加料系统，串罐式布料器7上方设置有熔剂仓6。高温煤气管道32、旋风除尘33，粉尘出口 34，煤气出口 35，煤气改质炉36，改质煤 气输出管道38依次相连组成煤气改质系统。球团烧结设备1依次通过出料槽2、出料仓3、轨道4、上料车5、熔剂仓6把球团 烧结设备提供的高温氧化球团、预熔渣、块煤和生石灰、白云石、萤石等输送到渣浴炉9上 方的串罐布料器7，新开炉时按照烘炉工艺要求把渣浴炉、氧化炉和“乙”形溢铁口烘烤到 1000-1100°C，高温氧化球团、预熔渣、块煤按照6 2 2重量比的比例加入渣浴炉，喷吹 含碳物料粉和氧气，待渣浴炉中形成铁水厚700-800mm、熔渣厚600-700mm的铁渣熔池后即 进入正常冶炼，进入正常冶炼后只加高温氧化球团和熔剂；熔剂生石灰、白云石、萤石按 10 9 1重量比的比例、吨铁水120公斤加入到渣浴炉渣面上，渣浴炉熔渣碱度控制在 1. 10-1. 12 ；渣浴炉上部设有4支碳氧枪13与炉壁成50度夹角，把煤粉和氧气同时喷距铁 界渣面300-200mm的渣中；3支煤气氧枪12与渣浴炉侧壁成50度角，把高温改质煤气和氧 气同时喷入熔渣上部距渣面260-200mm处燃烧形成熔渣高温区；2支燃烧枪11与渣浴炉侧 壁成55度角，把1200°C富氧IOwt%空气喷入熔渣上方燃烧炉气中的C0、H2等，把热量传到 渣面加速氧化球团和熔剂的熔化；当渣浴炉熔渣达到1600-2000mm厚时，调整碳氧枪13的 煤氧比使富煤量达到40-45wt%和煤气氧枪12的煤气氧比使富煤气量达到45-55V%，使熔 渣中FeO含量小于0. 05wt%时由出渣口 15出渣，当熔渣达到600-800mm厚时停止出渣，进 入正常冶炼；渣浴炉下部的乙形溢铁口 19保证无渣连续出铁到氧化炉22 ；通过串罐熔剂加入系统24按吨钢30公斤和23 5 2的比例为氧化炉加入生石灰、白云石、萤石进一步 脱除钢水中的硫磷，氧化炉熔渣碱度控制在3. 3-3. 5，；氧化炉底吹氧透气砖31连续吹氧对 铁水脱碳，氧化炉上方的氧枪23吹炼钢水，使钢中的C含量(0. 01 0. 50% )和钢水的温 度达到RH或LF精炼炉的要求；当氧化炉(22)盛满钢水并完成吹氧冶炼操作后，关闭该氧 化炉(22)相连的乙形溢铁口密封墙(39)，打开氧化炉出钢口(27)实施无渣出钢，钢水上 面的钢渣随钢水下降过程中在氧化炉(22)的炉内壁上挂上一层钢渣，起到对炉内壁的保 护作用；当钢水下降到氧化炉出渣口(26)以下时封闭出钢口停止出钢，打开出渣口开始出 渣，完成出渣后封闭出渣口，打开乙形溢铁口密封墙(39)实施下一炉吹氧冶炼操作。乙形 溢铁口上方设有乙形溢铁口煤气出口，部分氧化炉高温煤气由此放出，同时煤气的高温对 乙形溢铁口起到加热作用。渣浴炉铁水(碳含量1. 5% 3.0%、磷含量< 0. 015%、硫含量< 0.06%、Si <0.01%)流入氧化炉中，按每吨钢30 80公斤加入熔剂到氧化炉内造渣脱硫、脱磷，渣 碱度控制在3. 0 3. 5范围内，通过吹氧使钢水的C含量和温度分别达到RH或LF精炼炉 的要求，得到钢水成分 C 0. 01 0. 40%，Si < 0. 01%，Mn < 0. 02%, S,P < 0. 010%，钢水 温度为1550 1700°C。渣浴炉和氧化炉的高温煤气经煤气改质炉后生成600-800°C的优质煤气，用于球 团烧结设备的燃料，或用于向渣浴炉的熔渣喷吹煤气，或用于轧钢加热炉燃料，或用来发 电。渣浴炉和氧化炉的炉渣用来生产水泥、建材、筑路等。纵剖面如图1所示。实施例2 含铁物料铁矿粉；含碳物料煤粉，硫磷尽量低，一般固定碳含量在77%以上；球 团烧结设备带式焙烧机。本实施例不采用燃烧枪11，可得到优质高温煤气。其它同实施 例1。实施例3 含铁物料铁矿粉70%、含铁冶金粉尘30% ；含碳物料煤粉，硫磷尽量低，一般固 定碳含量在77%以上；球团烧结设备带式焙烧机。含铁冶金粉尘组成氧化铁皮、高炉除尘灰、转炉除尘灰、电炉除尘灰、烧结球团除 尘灰等。铁矿粉70%、含铁冶金粉尘30%原料经球团烧结设备烧结后和熔剂一起加入渣 浴炉。生石灰、白云石、萤石按10 9 1重量比的比例、吨铁水140公斤加入到渣浴炉渣 面上，渣浴炉熔渣碱度控制在1. 26-1. 28 ；燃烧枪11与渣浴炉侧壁成50度角，煤气氧枪12 与渣浴炉侧壁成50度角，渣浴炉碳氧枪13与侧壁成60度夹角；渣浴炉的上方两侧壁设有 3支燃烧枪11插入到渣浴炉上方的炉气中，喷入1200-1300°C富氧空气或氧气，燃烧炉气中 的CO、H2等可燃气体产生的高温传至渣面，加速渣面氧化球团和熔剂的熔化。其它同实施 例1。实施例4:含铁物料铁矿粉30%、含铁冶金粉尘70% ；含碳物料煤粉，硫磷尽量低，一般固 定碳含量在77%以上；球团烧结设备转底炉。高温预还原球团(金属化率30-70% )和熔剂一起加入渣浴炉。生石灰、白云石、 萤石按10 9 1重量比的比例、吨铁水130公斤加入到渣浴炉渣面上，渣浴炉熔渣碱度
11控制在 1. 18-1. 20 ；4支碳氧枪13喷入的是天然气和氧气；4支煤气氧枪12喷入的是天然气和氧气， 并保持15%的富余天然气保持熔渣的还原性，3-5支燃烧枪11插入到渣浴炉上方的炉气 中，喷入1200°C富氧30wt%的氧气，达到充分燃烧炉气中的CO、H2等可燃气体产生的高温 传至渣面，加速渣面氧化球团和熔剂的熔化。本实施例不采用煤气改质系统；链篦机回转窑 燃烧的是天然气；渣浴炉产生的高温烟气利用余热锅炉回收发电。如图2所示。其它同实 施例1。实施例5 含铁物料铁矿粉；含碳物料煤粉，硫磷尽量低，一般固定碳含量在77%以上；球 团烧结设备链篦机回转窑。一座渣浴炉(9)，配套二座氧化炉(22)和(922)，由于氧化炉(22)长期高温操作 耐材寿命会降低，二座氧化炉交替使用，可大幅度提高氧化炉的使用寿命，如图3所示。其 它同实施例1。实施例6 含铁物料含锰铁矿粉，其中锰含量30%、铁含量15% ；含碳物料煤粉，硫磷尽量 低，一般固定碳含量在77%以上；球团烧结设备带式烧结机。氧化炉温度快速达到1600°C，冶炼出高附加值的低碳低硅锰铁合金(C < 0. 05， Mn 65-66%, Fe 32-33%, P < 0. 015%, S < 0. 06%, Si < 0. 01% )如图 1 所示。其它同 实施例1。
权利要求
一种渣浴熔融还原连续炼钢工艺，包括如下步骤1)按照烘炉工艺要求把渣浴炉、氧化炉和“乙”形溢铁口烘烤到1000 1100℃，加入高温氧化球团、预熔渣、以及块煤或焦炭，喷吹煤氧，使在渣浴炉中形成铁水厚700 800mm、熔渣厚600 700mm的铁渣熔池，即进入正常冶炼；进入正常冶炼后只加高温氧化球团和熔剂；2)进入正常冶炼后实施熔渣顶底复合喷吹，即碳氧枪向熔渣底部距铁渣界面300 200mm处实施富含碳物料/氧喷吹，含碳物料和氧反应产生的高温被熔渣高效吸收，产生的CO上升搅动熔渣，富余的碳保持熔渣的还原性；煤气氧枪向熔渣顶部距渣面260 200mm处实施富可燃气/氧喷吹，可燃气和氧燃烧形成1500℃～1600℃的高温熔渣区，并强力搅动渣面，富余可燃气保持熔渣的还原性；燃烧枪向熔渣层上方的空间喷吹入1200～1300℃的富氧空气或氧气，与渣浴炉产生的CO、H2等燃烧，产生的高温传至熔渣高温区；3)将含铁物料利用球团烧结设备生产的比重为1.8 2.2的高温氧化球团，加入到渣浴炉比重为2.5 3的高温熔渣区，漂浮在高温熔渣区的高温氧化球团被快速熔化形成液态铁氧化物，液态铁氧化物下降过程中在含有高温含碳物料和大量CO的熔渣中很快被还原得到低碳铁水，低碳铁水下降落入熔池；所述低碳铁水为C含量1.5 3.0wt％的铁水；渣中富余的含碳物料的比例为3～50％(wt％)；4)在步骤3)进行的同时向渣浴炉内加入熔剂造渣，对钢水脱硫、脱磷，从而得到磷含量＜0.015％、硫含量＜0.06％的钢水，渣碱度控制在1.1 1.3；5)熔池铁水通过“乙”形溢铁口连续流入氧化炉，向氧化炉内加入熔剂造渣脱硫、脱磷，渣碱度控制在3.0～3.5范围内，通过氧化炉底吹氧透气砖和顶吹氧枪吹氧进一步调整钢水中的C含量和温度，以获得C含量0.01～0.50％、温度1550℃～1700℃的合格钢水，直接供LF或RH精炼炉；6)氧化炉出钢口位于氧化炉距炉底100 150mm处，氧化炉出渣口位于氧化炉出钢口上方300 350mm处，当氧化炉盛满钢水并完成吹氧冶炼操作后，关闭该氧化炉相连的“乙”形溢铁口密封墙；或渣浴炉实施出渣操作时，打开氧化炉出钢口实施无渣出钢，钢水上面的钢渣随钢水下降过程中在氧化炉的炉内壁上挂上一层钢渣，起到对炉内壁的保护作用；当钢水下降到氧化炉出渣口以下时封闭出钢口停止出钢，打开出渣口开始出渣，完成出渣后封闭出渣口，打开“乙”形溢铁口密封墙实施下一炉吹氧冶炼操作。
2.如权利要求1所述的渣浴熔融还原连续炼钢工艺，其特征是，步骤1)正常冶炼时渣 层厚度为600mm 2000mm ；步骤2)所述含碳物料是煤粉、焦粉、天然气、可燃冰、焦炉煤气、 发生煤气、改质煤气等中的一种或几种，当含碳物料是煤粉或焦粉时以N2气体作载气喷入， 当含碳物料或可燃气体是天然气、可燃冰、焦炉煤气、发生煤气或改质煤气时直接喷入；步 骤1)和步骤3)所述的高温氧化球团的温度为1100°C 1250°C。
3.如权利要求1所述的渣浴熔融还原连续炼钢工艺，其特征是，步骤3)所述含铁物料 选自含铁矿石、含锰铁矿、含镍铁矿等含黑色金属的矿石、氧化铁皮、含铁粉尘、和/或含铁 尘泥中的一种或几种；步骤4)和5)所述熔剂为生石灰、白云石、萤石中的一种或几种，步骤 4)中熔剂经高温加料系统按吨铁水120-150公斤加入渣浴炉内；步骤5)中熔剂按每吨钢 水30 80公斤加入氧化炉内。
4.如权利要求1所述的渣浴熔融还原连续炼钢工艺，其特征是，步骤3)球团烧结设备是去除冷却段改造后的带式焙烧机或链篦机回转窑等；含铁物料制成球团，烧结到温度 1100 1250°C的氧化球团，经高温加料系统加入到渣浴炉的高温熔渣区。
5.一种渣浴熔融还原连续炼钢装置，包括渣浴炉(9)和氧化炉(22)；渔浴炉(9)和氧 化炉(22)通过“乙”形溢铁口(18)相连，实现无渣出铁；渔浴炉(9)上方设有燃烧枪(11)； 渣浴炉(9)炉壁上设有煤气氧枪(12)和碳氧枪(13)，渣浴炉中部设有渣浴炉出渣口(14)、 渣浴炉底部设有放钢口(15)、“乙”形溢铁口(18)、渣浴炉煤气输出口(8)；氧化炉(22)设 有氧化炉氧枪(23)、氧化炉串罐串罐熔剂加入系统(24)、氧化炉出渣口(26)、氧化炉出钢 口(27)、氧化炉底部放钢口(28)、氧化炉煤气输出口(21)。
6.如权利要求5所述的渣浴熔融还原连续炼钢装置，其特征是，，所述的渣浴熔融还原 炼钢装置还包括球团烧结设备(1)和煤气改质炉(35)，球团烧结设备(1)与渣浴炉(9)通 过高温加料系统相连；渣浴炉煤气输出口(8)与氧化炉煤气输出口(21)管道相汇合后经旋 风除尘(33)与煤气改质系统相连接。所述球团烧结设备是改造后的直接出1100°C 1250°C球团的带式焙烧机或链篦机回 转窑。在渣浴炉上方炉气中设置有2-8支燃烧枪(11)，是可更换的，燃烧枪与渣浴炉侧壁成 Y角，Y角为45 60度夹角，随着熔渣厚度的变化燃烧枪可插入、提出或变换角度；在渣浴炉熔渣上部设置有2-8支煤气氧枪(12)，是可更换的，煤气氧枪与渣浴炉侧壁 成β角，β角为50 75度夹角，随着熔渣厚度的变化煤气氧枪可插入、提出或变换角度；在渣浴炉熔渣下部设置有2-12支碳氧枪(13)，是可更换的，碳氧枪与渣浴炉侧壁成α 角，α角为35 65度夹角。
7.如权利要求5所述的渣浴熔融还原连续炼钢装置，其特征是，高温加料系统与球团 烧结设备⑴的出料槽(2)相连，依次包括出料仓(3)、轨道(4)、上料车(5)、串罐式布料 器(7)；串罐式布料器(7)与渣浴炉炉盖(10)相连，串罐式布料器(7)上方设置有溶剂料 仓(6)；上料车(5)运行于轨道⑷上。
8.如权利要求5所述的渣浴熔融还原连续炼钢装置，其特征是，煤气改质系统通过高 温煤气管道(32)与渣浴炉煤气输出口(8)和氧化炉煤气输出口(21)相连，依次包括高温 煤气管道(32)、旋风除尘(33)、粉尘出口(34)、煤气出口(35)、煤气改质炉(36)、改质煤气 输出管道(37)。
9.如权利要求5所述的渣浴熔融还原连续炼钢装置，其特征是，渣浴炉(9)是熔池区 直径小、熔渣区直径大的圆柱形炉子，氧化炉(22)是圆柱形炉子；一座渣浴炉配二座氧化 炉。
10.如权利要求5所述的渣浴熔融还原连续炼钢装置，其特征是，渣浴炉出渣口(15)位 于渣浴炉铁渣界面以上600-800mm处，以保持渣浴炉中熔渣的最小厚度大于600mm ；氧化炉(22)底部设有底吹氧透气砖(31)；氧化炉(22)上方设有氧枪(23)吹炼钢水， 使钢中的C含量和钢水的温度达到RH或LF精炼炉的要求；氧化炉串罐串罐熔剂加入系统 (24)为氧化炉添加造渣熔剂；氧化炉出钢口(27)位于氧化炉(22)距炉底100-200mm处， 氧化炉出渣口(26)位于氧化炉出钢口(27)上方300-400mm处。
11.如权利要求5所述的渣浴熔融还原连续炼钢装置，其特征是，氧化炉底吹氧透气砖设 1 7个；“乙”形溢铁口 18设有“乙”形溢铁口煤气出口(38)和“乙”形溢铁口密封墙(39)。
全文摘要
本发明涉及一种用含铁物料球团烧结设备渣浴熔融还原连续炼钢工艺，渣浴炉内形成厚渣层熔池后，实施熔渣顶底复合喷吹含碳物料、可燃气体、氧气或富氧空气，燃烧含碳物料或可燃气体形成高温熔渣，富余碳或可燃气体保持熔渣的还原性；含铁物料通过球团烧结设备烧结成高温氧化球团，通过高温加料系统加入到渣浴炉内被熔融还原；钢水通过“乙”形溢铁口连续无渣流入氧化炉，并加入熔剂到氧化炉内造渣脱硫、脱磷，底锤氧和插入式氧枪吹氧调整钢水中的C含量和温度，以获得钢水直接供LF或RH精炼炉。本发明的生产率高，热效率高，炉子寿命长，流程短，易于生产的连续化和自动控制，节省设备和基建投资，节约土地，节能减排。
文档编号C21B13/00GK101956035SQ20101017711
公开日2011年1月26日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者周生献, 董亚飞, 董涛 申请人:莱芜美澳冶金科技有限公司