一种全氧高炉炼铁装置的制作方法

本发明属于全氧高炉炼铁装置领域，具体涉及一种全氧高炉炼铁装置。

背景技术：

全氧高炉在欧洲和日本已经建有8m³和12m³的试验高炉，在国内还处于理论研究阶段。全氧高炉相比于传统高炉有很多优点，首先，全氧高炉采用纯氧气代替热风鼓入高炉，由于在无氮环境下运行，还原性气体如co和h2的浓度增加，增加了高炉炉内煤气的还原势。在传统高炉运行中，炉内煤气含有大量氮气且煤气还原势不高，限制了矿石还原速率和间接还原度；在全氧高炉中煤气还原势大幅增加，加快了高炉块状带间接还原效率和间接还原度，使全氧高炉的生产率达到传统高炉的两倍之多。其次，全氧高炉喷煤过程中煤粉燃烧效率大幅提高，使得可以采用大喷煤技术，大幅提高喷煤量可以节约更多的焦炭，进而降低炼铁焦比，因此全氧高炉能够在更高的喷煤率和更低的焦比下运行。第三，全氧高炉炼铁系统可以对外提供高热值的高炉气，传统高炉和全氧高炉中的高炉气的热值区间分别为2.5～3.0mj/nm³和5.8～6.6mj/nm³。高热值的炉顶煤气若结合化工流程可进一步深度利用，即采用炉顶煤气为原料生产化工产品。与此同时，全氧个高炉系统工艺的实现可以进一步提高炼铁工序的环境友好度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种全氧高炉炼铁装置。

具体通过如下技术手段实现：

一种全氧高炉炼铁装置，包括全氧高炉和煤气提质加热炉；

所述全氧高炉顶部设置有炉料入口和炉顶煤气出口，在炉缸上分别设置有氧气喷嘴、喷煤口和下部提质煤气喷嘴，在高炉炉身中下部设置有上部提质煤气喷嘴，所述氧气喷嘴用于鼓入纯氧，喷煤口用于喷入煤粉，下部提质煤气喷嘴和上部提质煤气喷嘴用于鼓入从煤气提质加热炉中产生的高温提质煤气；其中所述下部提质煤气喷嘴与下部提质煤气喷嘴处高炉外壁上部夹角为α，并且所述α的角度设置为85～110°。

在所述下部提质煤气喷嘴处高炉内壁的耐火砖结构设置为内侧壁层和耐火层，所述内侧壁层材质组成为：65～69重量份的高铝矾土、21～25重量份的硅酸铝、2～5重量份的二氧化钛、1.1～1.5重量份的氟化钙、1～2.2重量份的树脂粘合剂；所述耐火层材质组成为：60～68重量份的高铝矾土、15～18重量份的硅酸铝、1.5～1.8重量份的氟化钙、2～3.5重量份的树脂粘合剂。

所述高温提质煤气入高炉的温度为900～1200℃。

所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔和液渣室，所述上部内管插入到下部外管中，上部内管和下部外管整体位于反应腔上部并与反应腔连通，液渣室位于反应腔下部，煤粉入口设置在上部内管的顶端，煤粉通过上部内管顶端加入到煤气提质加热炉中，炉顶煤气入口和氧气入口均设置在反应腔外侧，低温提质煤气出口均设置在上部内管的顶端，高温提质煤气出口设置在上部内管和下部外管之间区域的下部外管的顶端，所述低温提质煤气出口通过管道与所述炉顶煤气入口相连，所述高温提质煤气出口分别与所述下部提质煤气喷嘴和所述上部提质煤气喷嘴通过管道相连，所述炉顶煤气入口通过管道与所述炉顶煤气出口相连。

通过氧气与煤粉不完全燃烧产生co并且产生大量的热量，炉顶煤气中的co2在高温环境下与煤粉中的c反应生成co，从而将炉顶煤气进行提质和加热操作，产生的提质煤气向上流动，从上部内管中流出的煤气通过与新加入的煤粉进行热交换对煤粉进行预热并从上部内管排出形成低温提质煤气，从上部内管和下部外管之间流出的提质煤气在高温的情况下直接排出形成高温提质煤气，所述高温提质煤气包括co、co2、h2和h2o，并且四者体积比为co：co2：h2：h2o＝(50～75)：(1.5～6.5):(15～35):(0.5～5)。

将纯氧、煤粉和高温提质煤气喷入到全氧高炉中，炉顶加入矿石和焦炭，炉顶煤气通过管道通入到煤气提质加热炉中，将炉顶煤气中的co2转化为co，形成高温提质煤气，然后再将其再喷入到全氧高炉中。

所述炉顶煤气包括co、co2、h2和h2o，并且四者体积比为co：co2：h2o＝(35～49):(26～35):(7～17)：(6～14).

作为优选，所述α的角度设置为85～95°时，所述高温提质煤气入高炉的温度为900～1100℃；所述α的角度设置为95～110°时，所述高温提质煤气入高炉的温度为1100～1200℃。

作为优选，所述内侧壁层材质组成为：66～68重量份的高铝矾土、23～25重量份的硅酸铝、2～3重量份的二氧化钛、1.2～1.5重量份的氟化钙、1.5～2.2重量份的树脂粘合剂。

作为优选，所述耐火层材质组成为：62～65重量份的高铝矾土、16～18重量份的硅酸铝、1.5～1.6重量份的氟化钙、2.5～3.5重量份的树脂粘合剂，所述树脂粘合剂为天然橡胶与三聚硫氰酸、乙二醇甲醚和萜烯树脂的混合物。

作为优选，所述下部提质煤气喷嘴处高炉内壁的耐火砖结构设置为内侧壁层和耐火层，其中内侧壁层设置在内侧，耐火层设置在所述内侧壁层的外部并与高炉外部耐火砖接合。

本发明的效果在于：

1，由于氧气高炉通入的是纯氧，因此高炉内部气体中氮气含量非常少(其氮含量可以忽略)，该工艺条件下从高炉下部炉缸部位上升的炉缸煤气气体量减少，从而将高炉下部带到上部的热量大幅度减少，因此很容易造成高炉“上冷下热”的缺陷，进而会造成高炉炉料上部间接还原不能进行、下部直接还原发展和炉料下行不畅等状况发生。通过将全氧高炉炉身和炉缸部分分别设置煤气喷嘴，用来喷吹提质加热之后的炉顶煤气，可以解决全氧高炉“上冷下热”的缺陷，尤其是炉身上的高温提质煤气喷嘴，喷入的煤气可以使得高炉炉身中上部原燃料的热量得到补充，同时发展高炉上部块状带间接还原，降低炉缸直接还原度，且避免了高炉不顺状况的发生。炉缸处的下部提质煤气喷嘴常规想到会设置的与氧气喷嘴和煤粉喷嘴一样设置为水平的。并且由于下部提质煤气喷嘴喷出的煤气兼顾与反应加热和部分还原剂的作用。本发明是将下部加热提质煤气喷嘴设置为非水平的，使得提质加热煤气气体在高炉内部、喷嘴附近形成气体涡流，从而在煤气反应的过程中，对热量进行局部的混匀，通过设置具体特定喷嘴角度和设置加热提质煤气温度相配合，使得进入高炉内部气体涡流的形成更加符合高炉炼铁过程中炉缸的活跃度指标，并且使得该区域的热量更加均衡稳定。

2，由于下部提质加热煤气的喷嘴为非水平设置，这就需要对喷嘴附近的耐火材料进行改进，使得其不但具有较高的能耐火度，而且还能抵抗冲击压力。通过对高炉内部耐火材料进行改进，使得在气体高速流动的部位，耐火材料的损坏率得到大幅度降低，使得该耐火材料更加符合该特定喷嘴设置形式，耐火材料双层结构以及两层具体材质的不同设置(双层结构既能提高高温气体的耐冲击性，还能保证耐火强度)与喷嘴方向的配合，使得既能保证高炉内部压力均衡、区域热量均衡，还能降低高炉耐火材料的维修频率。

3，由于氧气高炉的炉顶煤气主要为一氧化碳、二氧化碳、氢气和水，通过将炉顶煤气通过煤气提质加热炉中与“c”反应(主要反应为co2+c—co和c+o—co)，将炉顶煤气中的二氧化碳转化为一氧化碳，并且通过煤粉和氧气不完全燃烧生成一氧化碳产生的热量进行热量补充，从而将炉顶煤气质量提升，形成高温还原性气体，将该还原性气体再次通入到高炉中，既可以作为还原剂，又可以作为热量提供和热量补充的载体，从而进一步的将高炉炉顶煤气进行更加充分的利用。煤气提质加热炉中从中部上升的煤气由于与加入的煤粉进行热量交换而预热煤粉，煤气温度会降低(这部分煤气量相对较少)，该部分煤气可用于化工合成、加热炉加热或者燃气轮机发电，尤其在燃气轮机发电能量利用率比传统高炉炉顶煤气发电效率高5％以上。

附图说明

图1为本发明全氧高炉炼铁装置整体结构示意图。

图2为本发明煤气提质加热炉的结构示意图。

其中：11-炉身，12-炉缸，13-喷煤口，14-氧气喷嘴，15-上部提质煤气喷嘴，16-矿石和焦炭入口，17-炉顶煤气出口，18-下部提质煤气喷嘴，2-煤气提质加热炉，21-上部内管，22-下部外管，23-反应腔，24-液渣室，25-氧气入口，26-炉顶煤气入口，27-低温提质煤气出口，28-煤粉物料入口，29-高温提质煤气出口，α-下部提质煤气喷嘴与高炉外壁上部的夹角。

具体实施方式

实施例1

一种全氧高炉炼铁装置，包括全氧高炉和煤气体质加热炉；

所述全氧高炉顶部设置有炉料入口和炉顶煤气出口，在炉缸上分别设置有氧气喷嘴、喷煤口和下部提质煤气喷嘴，在高炉炉身中下部设置有上部提质煤气喷嘴，所述氧气喷嘴用于鼓入纯氧，喷煤口用于喷入煤粉，下部提质煤气喷嘴和上部提质煤气喷嘴用于鼓入从煤气提质加热炉中产生的高温提质煤气；其中所述下部提质煤气喷嘴与下部提质煤气喷嘴处高炉外壁上部夹角为α，并且所述α的角度设置为88°。

在所述下部提质煤气喷嘴处高炉内壁的耐火砖结构设置为内侧壁层和耐火层，所述内侧壁层材质组成为：66.5重量份的高铝矾土、23.2重量份的硅酸铝、2.5重量份的二氧化钛、1.3重量份的氟化钙、2.0重量份的树脂粘合剂；所述耐火层材质组成为：62重量份的高铝矾土、16重量份的硅酸铝、1.6重量份的氟化钙、2.3重量份的树脂粘合剂。

所述高温提质煤气入高炉的温度为960℃。

所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔和液渣室，所述上部内管插入到下部外管中，上部内管和下部外管整体位于反应腔上部并与反应腔连通，液渣室位于反应腔下部，煤粉入口设置在上部内管的顶端，煤粉通过上部内管顶端加入到煤气提质加热炉中，炉顶煤气入口和氧气入口均设置在反应腔外侧，低温提质煤气出口均设置在上部内管的顶端，高温提质煤气出口设置在上部内管和下部外管之间区域的下部外管的顶端，所述低温提质煤气出口通过管道与所述炉顶煤气入口相连，所述高温提质煤气出口分别与所述下部提质煤气喷嘴和所述上部提质煤气喷嘴通过管道相连，所述炉顶煤气入口通过管道与所述炉顶煤气出口相连。

通过氧气与煤粉不完全燃烧产生co并且产生大量的热量，炉顶煤气中的co2在高温环境下与煤粉中的c反应生成co，从而将炉顶煤气进行提质和加热操作，产生的提质煤气向上流动，从上部内管中流出的煤气通过与新加入的煤粉进行热交换对煤粉进行预热并从上部内管排出形成低温提质煤气，从上部内管和下部外管之间流出的提质煤气在高温的情况下直接排出形成高温提质煤气。

将纯氧、煤粉和高温提质煤气喷入到全氧高炉中，炉顶加入矿石和焦炭，炉顶煤气通过管道通入到煤气提质加热炉中，将炉顶煤气中的co2转化为co，形成高温提质煤气，然后再将其再喷入到全氧高炉中。

所述炉顶煤气包括co、co2、h2和h2o，并且四者体积比为co：co2：h2o＝(35～49):(26～35):(7～17)：(6～14).

所述下部提质煤气喷嘴处高炉内壁的耐火砖结构设置为内侧壁层和耐火层，其中内侧壁层设置在内侧，耐火层设置在所述内侧壁层的外部并与高炉外部耐火砖接合。

对比例1

其他参数都和实施例1相同，而仅将其中下部提质煤气喷嘴设置为水平方向的，且将喷嘴周边的耐火砖设置为与高炉炉缸其它部分相同的耐火砖，并且不设置两层不同材质，设为材质相同的耐火砖。高炉运行后，焦炭需求量比实施例1高出1.3％，煤粉喷入量比实施例1高出0.9％，且喷嘴周边耐火砖损坏厚度比实施例1高出3.2cm。

对比例2

其他参数都和实施例1相同，而仅将喷嘴周边的耐火砖设置为与高炉炉缸其它部分相同的耐火砖。高炉运行后，喷嘴周边耐火砖损坏厚度比实施例1高出5.1cm。

实施例2

如图1所示：

一种全氧高炉炼铁装置，包括全氧高炉和煤气体质加热炉；

所述全氧高炉顶部设置有炉料入口和炉顶煤气出口，在炉缸上分别设置有氧气喷嘴、喷煤口和下部提质煤气喷嘴，在高炉炉身中下部设置有上部提质煤气喷嘴，所述氧气喷嘴用于鼓入纯氧，喷煤口用于喷入煤粉，下部提质煤气喷嘴和上部提质煤气喷嘴用于鼓入从煤气提质加热炉中产生的高温提质煤气；其中所述下部提质煤气喷嘴与下部提质煤气喷嘴处高炉外壁上部夹角为α，并且所述α的角度设置为102°。

在所述下部提质煤气喷嘴处高炉内壁的耐火砖结构设置为内侧壁层和耐火层，所述内侧壁层材质组成为：68重量份的高铝矾土、23.6重量份的硅酸铝、3.9重量份的二氧化钛、1.38重量份的氟化钙、2.1重量份的树脂粘合剂；所述耐火层材质组成为：66重量份的高铝矾土、16.5重量份的硅酸铝、1.65重量份的氟化钙、3.2重量份的树脂粘合剂。

所述树脂粘合剂为天然橡胶与三聚硫氰酸、乙二醇甲醚和萜烯树脂的混合物。

所述高温提质煤气入高炉的温度为1141℃。

所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔和液渣室，所述上部内管插入到下部外管中，上部内管和下部外管整体位于反应腔上部并与反应腔连通，液渣室位于反应腔下部，煤粉入口设置在上部内管的顶端，煤粉通过上部内管顶端加入到煤气提质加热炉中，炉顶煤气入口和氧气入口均设置在反应腔外侧，低温提质煤气出口均设置在上部内管的顶端，高温提质煤气出口设置在上部内管和下部外管之间区域的下部外管的顶端，所述低温提质煤气出口通过管道与所述炉顶煤气入口相连，所述高温提质煤气出口分别与所述下部提质煤气喷嘴和所述上部提质煤气喷嘴通过管道相连，所述炉顶煤气入口通过管道与所述炉顶煤气出口相连。

通过氧气与煤粉不完全燃烧产生co并且产生大量的热量，炉顶煤气中的co2在高温环境下与煤粉中的c反应生成co，从而将炉顶煤气进行提质和加热操作，产生的提质煤气向上流动，从上部内管中流出的煤气通过与新加入的煤粉进行热交换对煤粉进行预热并从上部内管排出形成低温提质煤气，从上部内管和下部外管之间流出的提质煤气在高温的情况下直接排出形成高温提质煤气。

将纯氧、煤粉和高温提质煤气喷入到全氧高炉中，炉顶加入矿石和焦炭，炉顶煤气通过管道通入到煤气提质加热炉中，将炉顶煤气中的co2转化为co，形成高温提质煤气，然后再将其再喷入到全氧高炉中。

所述下部提质煤气喷嘴处高炉内壁的耐火砖结构设置为内侧壁层和耐火层，其中内侧壁层设置在内侧，耐火层设置在所述内侧壁层的外部并与高炉外部耐火砖接合。

对比例2

本对比例其他设置与实施例2相同，不同之处在于将α设置为80°，700小时的高炉顺行率比实施例2低2.1％。

实施例3

一种全氧高炉炼铁装置，包括全氧高炉和煤气体质加热炉；

所述全氧高炉顶部设置有炉料入口和炉顶煤气出口，在炉缸上分别设置有氧气喷嘴、喷煤口和下部提质煤气喷嘴，在高炉炉身中下部设置有上部提质煤气喷嘴，所述氧气喷嘴用于鼓入纯氧，喷煤口用于喷入煤粉，下部提质煤气喷嘴和上部提质煤气喷嘴用于鼓入从煤气提质加热炉中产生的高温提质煤气；其中所述下部提质煤气喷嘴与下部提质煤气喷嘴处高炉外壁上部夹角为α，并且所述α的角度设置为98°。

在所述下部提质煤气喷嘴处高炉内壁的耐火砖结构设置为内侧壁层和耐火层，所述内侧壁层材质组成为：65.8重量份的高铝矾土、22重量份的硅酸铝、2.3重量份的二氧化钛、1.2重量份的氟化钙、1.2重量份的树脂粘合剂；所述耐火层材质组成为：63.8重量份的高铝矾土、16.9重量份的硅酸铝、1.66重量份的氟化钙、2.8重量份的树脂粘合剂。所述树脂粘合剂为市购强粘合性树脂粘合剂。

所述高温提质煤气入高炉的温度为1056℃。

所述煤气提质加热炉包括上部内管、下部外管、反应腔和液渣室，所述上部内管插入到下部外管中，上部内管和下部外管整体位于反应腔上部并与反应腔连通，液渣室位于反应腔下部，煤粉入口设置在上部内管的顶端，煤粉通过上部内管顶端加入到煤气提质加热炉中，炉顶煤气入口和氧气入口均设置在反应腔外侧，低温提质煤气出口均设置在上部内管的顶端，高温提质煤气出口设置在上部内管和下部外管之间区域的下部外管的顶端，所述低温提质煤气出口通过管道与所述炉顶煤气入口相连，所述高温提质煤气出口分别与所述下部提质煤气喷嘴和所述上部提质煤气喷嘴通过管道相连，所述炉顶煤气入口通过管道与所述炉顶煤气出口相连。

通过氧气与煤粉不完全燃烧产生co并且产生大量的热量，炉顶煤气中的co2在高温环境下与煤粉中的c反应生成co，从而将炉顶煤气进行提质和加热操作，产生的提质煤气向上流动，从上部内管中流出的煤气通过与新加入的煤粉进行热交换对煤粉进行预热并从上部内管排出形成低温提质煤气，从上部内管和下部外管之间流出的提质煤气在高温的情况下直接排出形成高温提质煤气。

将纯氧、煤粉和高温提质煤气喷入到全氧高炉中，炉顶加入矿石和焦炭，炉顶煤气通过管道通入到煤气提质加热炉中，将炉顶煤气中的co2转化为co，形成高温提质煤气，然后再将其再喷入到全氧高炉中。

所述下部提质煤气喷嘴处高炉内壁的耐火砖结构设置为内侧壁层和耐火层，其中内侧壁层设置在内侧，耐火层设置在所述内侧壁层的外部并与高炉外部耐火砖接合。