一种二步法冶炼铁水的ba0sherex炼铁工艺的制作方法

一种二步法冶炼铁水的ba0sherex炼铁工艺的制作方法
【专利摘要】一种二步法冶炼铁水的BA0SHEREX炼铁工艺，属于炼铁【技术领域】。工艺步骤包括竖炉型预还原，在竖炉型预还原炉外另设置熔融气化炉：氧气和煤粉从熔融气化炉的炉缸中部均匀分布的氧气风口喷入，产生的热能满足产生铁水和炉渣的需要；BA0SHEREX炼铁工艺的燃料中煤占80-85%wt.，仅使用氧气500-600m3/t铁及焦炭15%-20%wt.生产出1350°C-1480°C的优质热铁水，粒化水淹及优质煤气。优点在于、局广能、局效率，低能耗、低排放、低成本。
【专利说明】-种二步法冶炼铁水的BAOSHEREX炼铁工艺

【技术领域】
[0001] 本发明属于炼铁【技术领域】，特别是涉及一种二步法冶炼铁水的BAOSHEREX炼铁工 艺，BAOSHEREX(Baosteel-Shenghua high efficiency smelting reduction)即宝钢-晨华 高效熔融还原炼铁法，高效是指高铁水产能及高设备利用率。

【背景技术】
[0002] 现代高炉炼铁流程的工艺技术已经发展了几百年，目前在高产、低耗、长寿、效率、 优质、环保等许多方面都有了长足的进步，是目前世界上占绝对统治地位的炼铁工艺。
[0003] 但高炉炼铁工艺流程对优质冶金焦和优质人造块矿的强烈依赖使得缺少焦炭的 地区发展炼铁生产十分困难。因此，决定了它必须具备从炼焦、烧结或球团最终到高炉的较 长流程；决定了它需要经过冷态原燃料一热态加工一冷态输送一热态冶炼反复的转换，因 此能耗比较高；炼焦和烧结一直是钢铁企业中污染排放最多的工序.也决定了高炉炼铁流 程的污染排放比较严重。
[0004] 更严峻的是尽管我国是煤碳资源大国，但主焦煤仅占我国煤炭资源总量的27%左 右，资源有限而且分布地域很不均匀。据有关方面的预测，我国的炼焦煤资源只够使用30 年。但是随着我国钢铁产量的飞跃发展（目前的产能已经达到9亿吨/年）30年后炼焦煤 匮乏的将来我们如何生产钢铁？这个问题已经摆在我们的面前！我们必须寻找对策。
[0005] 非高炉炼铁技术是一种主要以非焦煤为燃料、不用焦炭或仅使用少量焦炭生产铁 水的炼铁方法。开发非高炉炼铁技术的主要目的就是要尽可能摆脱对冶金焦炭的依赖，扩 大利用非炼焦煤的使用比例并推进冶金能源、资源的高效循环利用，它的目标还在于扩大 直接使用低成本难选的低品质（含有较高的氧化硅、氧化镁、氧化铝、或其他杂质）天然块 矿或粉矿炼铁。非高炉炼铁可以使原燃料资源的选择范围进一步拓宽，工艺流程大为缩短， 生产成本更有竞争力，投资和污染大幅度降低，是更加清洁的炼铁技术，对钢铁工业的绿色 发展具有重要的意义。
[0006] 目前非高炉冶炼铁水的工艺技术中，仅有COREX熔融还原炼铁实现了工业应用。 在南非、印度、韩国有4套年产60万吨铁水的COREX 2000已经生产了 15-30年，宝钢2007 年引进两套年产铁水百万吨级的大型COREX熔融还原炼铁生产装置，对我国非高炉炼铁技 术的发展及人才培养、熔融还原生产经验积累起到了重大推动作用。COREX 3000熔融还原 炼铁新工艺入炉焦比低于200kg/t，环境负荷较小，属于清洁生产的炼铁新工艺，受到地方 政府的重视，已在宝钢已实现工业生产3年，宝钢股份公司做了大量消化、吸收、备件本地 化等工作，对引进投产的COREX 3000存在的技术缺陷作了局部改进，目前由于未能与高炉 流程互补，码头物流由上海港务局控制、球团矿和块煤价格高企等因素使其持续亏损，仅达 到70%的设计产能，能耗也较高。
[0007] 大型化的熔融还原炼铁技术COREX 3000在生产运行4年中的遇到的关键技术缺 陷是：
[0008] ⑴预还原坚炉完全依赖熔融气化炉产生的发生煤气生产预还原铁，产能仅能达到 设计能力的70%，使铁水的固定成本居高不下。在罗泾运行4年平均年产铁水不到110万 吨/年，达不到设计产能145万吨/年。
[0009] ⑵预还原坚炉与熔融气化炉衔接时将将20%发生煤气用水洗涤后用于冷却发生 煤气调温至840°C，丧失了发生煤气1050°C _850°C之间"黄金煤气"的中温热量，使还原冶 炼能耗增加。
[0010] ⑶还原煤气含CO高达60%，CO还原氧化铁的放热反应使预还原坚炉内部局部温 度比入炉温度高出50°C -80°C，因此预还原坚炉内部经常发生炉料局部粘结，DRI排料螺旋 堵塞、冷煤气入口堵塞、DRI排料管堵塞，坚炉平均每年被迫停产清空2-3次，年均设备利用 率93%左右，比高炉要低5%，设备维修成本较高。
[0011] ⑷无论炉顶煤气，还是冷却煤气均采用水洗除尘净化和降温，产生了一定量的含 酚氰废水，增加了环境负荷及处理成本。
[0012] (5)还原煤气含氢约15-20%，炉顶煤气含CCHCO2等达75%以上，每吨铁水排放的 CO 2排放量比高炉低，但仍然较高。
[0013] FINEX是在COREX工艺基础上改进发展起来的粉矿炼铁工艺，目前处在扩大的工 业试验生产阶段。该工艺分为流化床预还原-生产60%金属化率压块铁和压块铁加入熔融 气化炉生产铁水两部分，其流化床利用了熔融气化炉产生的优质还原煤气。
[0014] FINEX存在以下主要缺点：⑴使用O-IOmm粉矿及含CO量高达60 %的煤气的 预还原流化床，由于还原煤气中的CO还原反应放热使流化床内局部温度高出入炉温度 50°C -80°C，流化床会经常发生炉料粘结失流而被迫停炉处理，流化床的设备利用率不高。 ⑵FINEX流化床生产的60 %金属化率铁粉必须热压块制成压块铁才能使用，热压块设备的 维修费用高，因此，压块铁的加工成本高。⑶FINEX流化床还原对铁矿石的还原性要求高， 限制了铁矿石的选择范围，提高了原料成本。


【发明内容】

[0015] 本发明的目的是提供一种二步法冶炼铁水的BA0SHEREX炼铁工艺。实现了低能 耗、高产能、高效率、低排放、低成本的炼铁工艺。
[0016] 本发明的工艺步骤及在步骤中控制的技术参数如下：
[0017] (1)坚炉型预还原：加入预还原坚炉的含铁炉料为70% -100% wt.的氧化球团 矿、0^-25% wt.精块矿、0-5% wt.的混合炉料，与含铁炉料一起加入坚炉的还有占燃 料总量15 % -20 % wt.、粒度为25_50mm焦炭100_130kg/t矿、粒状石灰石50-100kg/t、 白z?石80_150kg/t、娃石0-10kg/t，需根据铁矿石中脉石成分的含量不同，按照炉渔中 Al 2O3 兰 17%，二元碱度 B2 = Ca0/Si02 = I. 2-1. 3，Mg0 = 8. 5% -9. 5% wt.的要求计算后 调整配料，进入预还原坚炉的还原气成分为：含40-50% H2，含40-45% CO,含CO2兰7%， 含4〇、（N2+Ar)、CH4均兰2% wt?，入炉还原煤气的温度为800°C _850°C，与铁矿石中的每吨 氧化铁（Fe2O3)还原到65% -70%金属化率对应的还原气流量为1220m3±40m3 ;根据铁水产 量调整的需要，通过炉顶煤气循环使用以及向熔融气化炉喷吹焦炉煤气，进入预还原坚炉 的还原气总量达到熔融气化炉发生煤气量的120 % -150 %，经过5-6h预还原铁的金属化率 达60% -70%，预还原铁通过排料机构利用重力输送到熔融气化炉；
[0018] (2)在坚炉型预还原炉外另设置熔融气化炉：氧气和煤粉从熔融气化炉的炉缸中 部均匀分布的氧气风口喷入，产生的热能满足产生铁水和炉渣的需要；BAOSHEREX炼铁工 艺燃料中煤占85% wt-80% wt.，仅使用氧气（500-600m3/t铁）及少量焦炭（燃料总量的 15% wt. -20% )生产出1350°C -1480°C的优质热铁水，粒化水渣及优质煤气。
[0019] 本发明的熔融气化炉在不扩大熔融气化炉尺寸的条件下，通过气化炉综合喷吹焦 炉煤气使熔融气化炉进入荒煤气上升管的热发生煤气量增加10% -15%。同时循环加压使 用20% -50%的预还原坚炉输出的炉顶煤气，经过水煤气变换成富氢煤气、脱出CO2后用于 冷却气，调节还原气温度至800°C _850°C，坚炉预还原铁的金属化率控制在60% -70%。通 过调控氧气和燃料用量，可使熔融还原炼铁炉生产铁水的能力增加20-50%。
[0020] 本发明的熔融气化炉及预还原坚炉输出的煤气均采用干法除尘，没有瓦斯泥及废 水产生；煤气的余热全部回收利用于工艺本身，干法回收的粉尘可以全部喷吹或压块后返 回熔融气化炉拱顶利用。因此BAOSHEREX工艺无粉尘、无废水、无废气排放。
[0021] 本发明与先前的熔融还原工艺COREX、FINEX的最大区别是预还原坚炉的还原气 含氢量范围由15% -20%提高到40-50%，可减少CO2排放20-30%。
[0022] 本发明的预还原坚炉采用富氢煤气还原，进入预还原坚炉的还原气成分为：含 40-50% H2，含 40-45% CO,含 CO2 刍 7%，含 H20、（N2+Ar)、CH4 均刍 2% wt.，入炉还原煤气 的温度为800°C _850°C，富氢煤气还原减少了还原铁炉料的粘接发生，提高了设备利用率。 预还原坚炉的清空周期可达1. 5-3年一次，生产效率大幅度提高，降低了坚炉的维护费用。
[0023] 本发明的预还原坚炉输出的煤气在提供一部分循环加压煤气后，剩余的炉顶煤气 输出到工厂煤气管网，可以用于发电或做轧钢加热炉的燃料。企业如果有原煤制成的水煤 气或者少量富余的转炉煤气，净化后也可用于循环加压生产冷却煤气增产铁水。
[0024] 本发明由于喷吹焦炉煤气和炉顶煤气循环，使预还原坚炉的炉顶煤气量增加了 20% -40%，同时干法除尘将净化煤气的温度由40°C提高到270°C，因此炉顶煤气余压发电 能力可提高到100-llOkwh/t铁左右，使炼铁工序能耗降低。（大型高炉炉顶煤气余压发电 能力约为35kwh/t铁）
[0025] 本发明的优点在于，可不用烧结矿，以氧化球团矿、原煤为主要原燃料，仅使用氧 气及少量焦炭生产出优质热铁水，水渣及优质煤气。还原及发生煤气需要的块煤粒度为 20_-60_、半焦或型煤从熔融气化炉顶部加入，=100kg/t的粉煤和一部分氧气从熔融气 化炉的风口喷吹进入炉缸，在风口循环区燃烧产生炼铁工艺需要的大部分热量和煤气，生 成成分、温度合格的铁水及炉渣。
[0026] 本发明是在二步法熔融还原工艺的基础上进一步优化、改造创新出的一种低能 耗、高产能、高效率、低排放、低成本的炼铁工艺。
[0027] 本发明与先前的熔融还原工艺C0REX、FINEX的最大区别是预还原坚炉的还原气 含氢量范围由15% -20%提高到40-50%，可减少CO2排放20-30%，同时通过减少炉料粘 结提高了设备利用率。
[0028] 本发明的熔融气化炉在不扩大熔融气化炉尺寸的条件下，通过气化炉综合喷吹焦 炉煤气使熔融气化炉进入荒煤气上升管的热发生煤气量增加10% -15%。同时循环加压使 用的20% -50%预还原坚炉输出的炉顶煤气，经过水煤气变换成富氢煤气、脱出CO2后用于 冷却气，调节还原气温度至800°C _850°C，坚炉预还原铁的金属化率控制在60% -70%，通 过调控氧气和燃料用量，可使熔融还原炼铁炉生产铁水的能力增加20-50%。
[0029] 本发明熔融气化炉仅使用=190kg/t焦炭，焦炭与含铁原料一同从坚炉加入，可 被还原煤气预热，同时结合富氢煤气坚炉还原，减少了还原铁炉料的粘接发生。预还原坚炉 的清空周期可达1. 5-3年一次，生产效率大幅度提高，降低了坚炉的维护费用。
[0030] 本发明的熔融气化炉及预还原坚炉输出的煤气均采用干法除尘，没有瓦斯泥及废 水产生；煤气的余热全部回收利用于工艺本身，干法回收的粉尘可以全部喷吹或压块后返 回熔融气化炉拱顶利用。因此BA0SHEREX工艺无粉尘、无废水、无废气排放。
[0031] 本发明的预还原坚炉输出的煤气在提供一部分循环加压煤气后，剩余的炉顶煤气 输出到工厂煤气管网，可以用于发电或做轧钢加热炉的燃料。企业如果有原煤制成的水煤 气或者少量富余的转炉煤气，净化后也可用于循环加压生产冷却煤气增产铁水。
[0032] 本发明由于喷吹焦炉煤气和炉顶煤气循环，使预还原坚炉的炉顶煤气量增加了 20% -40%，同时干法除尘将净化煤气的温度由40°C提高到270°C，因此炉顶煤气余压发电 能力可提高到100-llOkwh/t铁左右，使炼铁工序能耗降低。（大型高炉炉顶煤气余压发电 能力约为35kwh/t铁）

【专利附图】

【附图说明】
[0033] 图1为本发明的流程图。其中，含铁原料与少量焦炭供应系统1，坚炉炉顶装料系 统2,预还原坚炉3,熔融气化炉产生的高温发生煤气10在兑入冷煤气11在煤气混合器12 混合、调温，再经热旋风除尘后的热还原煤气4,经由环管送入预还原坚炉3,热还原气从下 向上逆流穿过预还原坚炉中下降的炉料。被预还原坚炉还原出的金属化率60% -70%的海 绵铁（DRI) (Direct Reduction Iron)通过下料管5送入烙融气化炉6，块煤、型煤及烙剂 供应系统7输送到熔融气化炉顶部的料仓6加入中间密封储罐8,从煤螺旋输出的块煤、型 煤及熔剂9直接加入熔融气化炉6,从熔融气化炉拱顶排出的的1050°C发生煤气10,与加压 净化后的冷煤气11在煤气混合器12混合、调温到800?850°C，再经热旋风除尘器13除尘 后作为上部坚炉的还原煤气4,熔融气化炉拱顶下部均匀分布有多个喷吹氧气、旋风除尘器 粉尘及焦炉煤气的喷嘴14,熔融气化炉炉缸下部均匀分布有一组氧气风口 15,炉缸下部设 有定期排放热铁水和炉渣的出铁口 16。预还原坚炉炉顶煤气的余热通过换热器17回收、经 过换热降温的煤气通过干法除尘器18净化，然后通过余压发电机19回收电能。净化后的 炉顶煤气20,其中一部分21返回煤气压缩机24加压循环使用，剩余的煤气进入工厂煤气 管网22。用原煤生产的水煤气、或钢铁厂富余的少量转炉煤气23也可以用作循环煤气使 用，加压后的循环煤气通过一个水煤气变换机25,然后再经过CO 2脱出机26,就形成了本工 艺使用的冷却煤气11。空分氧气27。

【具体实施方式】
[0034] 以下结合附图对本发明的实施例作进一步描述。
[0035] 以含铁炉料全部使用氧化球团的BA0SHEREX炼铁工艺为例。
[0036] 从含铁原料与少量焦炭供应系统1来的氧化球团矿（1540kg/铁，含65% TFe)、焦 炭（190kg/t铁，含固定碳85% )、及石灰石（80kg/t铁）和白云石（110kg/t)硅石（9kg/ t)。经由坚炉炉顶装料系统2,然后按照操作工艺装入预还原坚炉3,炉料靠重力从上向下 运动，熔融气化炉产生的1050°C高温发生煤气10与加压净化后的冷煤气11在煤气混合器 12混合、调温到800°C?850°C，再经热旋风除尘器13除尘后，作为上部预还原坚炉的还原 煤气4,经由环管送入预还原坚炉3,热还原煤气从下向上逆流穿过预还原坚炉3中下降的 炉料。含铁原料在坚炉中经过约5h在下降过程中被还原成金属化率65%的海绵铁（DRI)， 海绵铁通过螺旋排料机及下料管4输送入熔融气化炉6,坚炉排出的海绵铁温度约为800°C 左右。
[0037] 海绵铁在熔融气化炉6中经过2h左右完成熔化终还原。从熔融气化炉顶部加入的 块煤（750kg/t铁，含固定碳74% wt.，挥发份20% wt.，灰分6% wt.)、型煤及熔剂9与拱 顶的高温煤气逆向换热，被干燥、分解和干馏焦化，在炉内形成半焦炭床，同时产出满足上 部坚炉要求的1050°C发生煤气10,可以通过多个均匀分布的喷嘴14向气化炉上部空间喷 吹氧气使反吹粉尘中的煤粉及喷入焦炉煤气（75m 3/t铁）气化分解，释放的能量可以改善 气化炉中的能量平衡，发生的1050°C左右的高温还原煤气经过半焦床会发生碳气化反应， 碳氢化合物和焦油将全部分解成CO、C0 2、H2、N2、H2S和C0S，其中（CCHH2) >90%。由于本工 艺全部采用干法除尘，完全没有废水产生。BA0SHEREX炼铁工艺生产过程中流程各位置的煤 气成分见下表。
[0038] BA0SHEREX炼铁工艺生产过程中流程各位置的煤气成分
[0039]

【权利要求】
1. 一种二步法冶炼铁水的BAOSHEREX炼铁工艺，其特征在于，工艺步骤及在步骤中控 制的技术参数如下： (1) 坚炉型预还原：加入预还原坚炉的含铁炉料为70% -100% wt.的氧化球团矿、 0^-25% wt.精块矿、0-5% wt.的混合炉料，与含铁炉料一起加入坚炉的还有占燃料 总量的15 % -20 % wt.、粒度为25_50mm焦炭100_130kg/t矿、粒状石灰石50-100kg/t、 白z?石80_150kg/t、娃石0-10kg/t，需根据铁矿石中脉石成分的含量不同，按照炉渔中 Al 2O3 兰 17%，二元碱度 B2 = Ca0/Si02 = I. 2-1. 3，MgO = 8. 5% -9. 5% wt.的要求计算后 调整配料，进入预还原坚炉的还原气成分为：含40-50% H2，含40-45% CO,含CO2兰7%， 含4〇、（N2+Ar)、CH4均兰2% wt?，入炉还原煤气的温度为800°C _850°C，与铁矿石中的每吨 氧化铁（Fe2O3)还原到65% -70%金属化率对应的还原气流量为1180-1260m3 ;根据铁水产 量调整的需要，通过炉顶煤气循环使用以及向熔融气化炉喷吹焦炉煤气，进入预还原坚炉 的还原气总量达到熔融气化炉发生煤气量的120 % -150 %，经过5-6h预还原铁的金属化率 达60% -70%，预还原铁通过排料机构利用重力输送到熔融气化炉； (2) 在坚炉型预还原炉外另设置熔融气化炉：氧气和煤粉从熔融气化炉的炉缸中部 均匀分布的氧气风口喷入，产生的热能满足产生铁水和炉渣的需要；BAOSHEREX炼铁工艺 燃料中煤占85 % wt-80 % wt.，仅使用氧气500-600m3/t铁及15 % wt. -20 %焦炭生产出 1350°C -1480°C的热铁水，粒化水渣及煤气。
2. 根据权利要求1所述的炼铁工艺，其特征在于，熔融气化炉在不扩大熔融气化炉尺 寸的条件下，通过气化炉综合喷吹焦炉煤气使熔融气化炉进入荒煤气上升管的热发生煤气 量增加10% -15%。同时循环加压使用20% -50%的预还原坚炉输出的炉顶煤气，经过水 煤气变换成富氢煤气、脱出CO2后用于冷却气，调节还原气温度至800°C _850°C，坚炉预还 原铁的金属化率控制在60% -70%。通过调控氧气和燃料用量，使熔融还原炼铁炉生产铁 水的能力增加20-50%。
3. 根据权利要求1所述的炼铁工艺，其特征在于，熔融气化炉及预还原坚炉输出的煤 气均采用干法除尘，没有瓦斯泥及废水产生；煤气的余热全部回收利用于工艺本身，干法回 收的粉尘全部喷吹或压块后返回熔融气化炉拱顶利用 预还原坚炉的还原气含氢量范围由15 % -20 %提高到40-50 %，减少CO2排放20-30 %。
4. 根据权利要求1所述的炼铁工艺，其特征在于，预还原坚炉采用富氢煤气还原，进入 预还原坚炉的还原气成分为：含40-50% H2，含40-45% CO,含CO2兰7%，含H20、（N2+Ar)、 01 4均写2% wt?，入炉还原煤气的温度为800°C _850°C，富氢煤气还原减少了还原铁炉料的 粘接发生，提高了设备利用率；预还原坚炉的清空周期达1. 5-3年一次。
5. 根据权利要求1所述的炼铁工艺，其特征在于，预还原坚炉输出的煤气在提供一部 分循环加压煤气后，剩余的炉顶煤气输出到工厂煤气管网，用于发电或做轧钢加热炉的燃 料。
【文档编号】C21B13/02GK104212930SQ201410454196
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】周渝生, 齐渊洪, 严定鎏, 刘和平, 许海川 申请人:钢研集团晟华工程技术有限公司, 钢铁研究总院