铁矿石一步炼钢法的制作方法

专利名称：铁矿石一步炼钢法的制作方法
“铁矿石一步炼钢法”，是钢铁冶金方法的一项发明，是把炼钢、炼铁两个予盾的冶金过程有意义的结合在一起，形成氧化与还原互为补充的具有重大现实意义和实用价值的一种全新的钢铁冶金方法。
现有技术在长达几十年百余年的延用和自我完善过程中，已发展成较为成熟的技术，为钢铁工业的发展，为人类的物质文明作出了重大贡献。但是传统工艺固有的浪费大、能耗高、工艺庞杂、环境污染等问题，不仅困扰了现有技术自身的发展，也使人类社会为满足对钢和铁的需要付出了沉重的代价和牺牲。
炼铁高炉，炉料从常温入炉，经过预热、还原、熔融、渣铁分离到出铁，全在炉中完成，所以高炉随着大型化的发展，高炉越来越高，有的大型高炉高达120m，高炉向高发展带来一系列问题，如供料、供水、耐火材料、基建费用等都会成倍增加。高炉是个竖炉炉料必须有很好的透气性，为此，要求炉料有严格的粒度和强度，所以长期以来高炉用发热值高，强度大，价格昂贵的焦炭为能源，然而焦煤短缺，只有总产煤量的5％，无法满足炼铁高炉生产发展的需要。
炼钢，平炉、电炉，转炉炼钢，全部用钢铁料为炉料。能源，电炉用电，平炉用煤气或重油，燃原材料短缺，生产成本也高。转炉用氧炼钢，但是为了满足排烟要求，炉口到机前有个庞大的烟气污水降温除尘系统，如[AN]，一个转炉生产要用500t/h环水和补100t/h新水，将1400-1600℃，CO峰值高达86％的高温煤气资源，要投入很大的人力物力设备将其毁灭，水污染后，再进行二次治理。显然这是个很大的浪费，还有，钢铁厂是出了名的环境污染大户，这一切都是传统工艺一直在解决，但始终没解决得了的问题。
本发明的目的，就是寻求新的理想的钢铁冶金方法，取代不合理的传统方法，从根本上解决现有技术存在的老大难问题。一步炼钢炉具有氧化与还原的双重功能，铁矿混合料入炉后有充分的机会或条件预热、还原、熔融、最后高温液体金属用氧气冶炼成钢，从而铁矿石在高效低耗全封闭无污染的环境下，一步炼钢炉完成铁矿石到钢的全过程。
本发明的内容，其核心是一步炼钢炉。一步炼钢炉，由五个互相关联又各具独立使命的重要装置组成，即高频颤板预热还原竖塔，简称竖塔；往复式步进推料还原隧道窑，简称隧道窑；熔融竖炉，简称竖炉；余热混铁炉；双熔池氧气炼钢炉，简称双熔池炼钢。竖塔是个方型板塔，外部钢结构，内衬耐火砖，有多层顷斜高频颤板，颤板频率和顷角，可视料的粒度和供料速度要求进行无级调整，炉料在此可与500-800℃高温炉气大比面接触中，进行预热和还原。
隧道窑，是个贯通的多功能动态通道，底部用耐热钢板铺底且固定在托梁上。钢板下为高温水泥打结层。两壁内衬用耐火砖砌成，顶部为高铝粉预制盖板，盖板上用珍珠岩封顶保温。盖板下是冷风预热管道。底部钢板上有往复式推料杆和铧板，铧板前进时推料，后退时抬起一定高度将炉料拦平。推料杆(双层套管)为窝干电机往复带动。可无级调速，推料杆和前十排铧板为汽冷件。铧板可将炉料翻动向前推进。在隧道窑内有个适合铁矿石还原的温度场和充足的还原气氛(H2+CO＞0.6；料进出口温度805-1000℃)，温度可根据需要调整，隧道窑是铁矿石还原的主要装置。
熔融竖炉，是向隧道窑竖塔供热、供煤气并将进入竖炉的高温炉料继续加热、补充还原、熔化，向余热混铁炉输送高温液体金属的重要环节。是个钢壳内砌耐火砖的竖炉，中部和底部与混铁炉相通。中部配备有对称的密封螺旋加煤机，燃煤从这里加入，在热风口处充分燃烧，液体金属熔融，具有充分的渗炭机会是氧气炼钢的好炉料。
余热混铁炉，是个钢壳带衬的椭圆体卧式贮铁炉，两端分别与竖炉和双熔池炼钢炉贯通连接，贮存混合，由竖炉进入的铁水，并用炼钢过来的高温煤气加热。上部有受铁口，可接受外来铁水，中下部有两个出铁口，中部出铁口还可扒渣放渣。
双熔池炼钢炉，是个钢壳带衬的双炉连体炉，两炉上部相通，下部各有一个熔池及相应的出钢口出渣口，顶部分别有氧枪孔，可用同一根枪轮番吹氧炼钢，其特点是一个炉吹氧炼钢，另一个炉可出钢、装料兑铁水；由于上部相通，炼钢一侧产生的强热，可使另一侧炉料加热，如此轮番进行，可最大限度的利用余热连续炼钢，连续向混铁炉竖炉隧道窑提供高温还原煤气，可使一步炼钢炉持续稳定的运行。
工艺过程是将品位≥60％，粒度0.3-20m/m的铁矿石与粒度≤25m/m还原煤(无烟煤)按1∶0.18配比，再加1％粒度≤25的石灰石作脱硫剂混合干燥好，用提升机送入竖塔顶部料仓内，经螺旋密封布料机送到竖塔最上层颤板上。料在延颤板斜面逐层跳跃滑落过程中与高温烟气相对运动进行预热还原，当炉料行进到竖塔底部时，被往复推料机送进隧道窑并逐步滚动着推向竖炉，当接近竖炉时铁矿石已经还原成1000℃左右的高温海棉铁，进入竖炉后，继续升温和补充还原，最后在余热混铁炉与竖炉连接处和热风口附近高温区(＞1400℃)被迅速熔融，高温液体金属自流进入余热混铁炉，蓄热均质，而后再进入双熔池炼钢炉，按供氧强度≥要求，供氧速度＞2码赫数，供气纯度≥99.5％，即可冶炼成钢，炼钢产生的高温煤气反馈给竖炉、隧道窑系统，加快炉料熔融和还原，形成良性循环反应过程。(如图)。
一步炼钢法采用引射排烟，不受烟气温度限制，空气引射可将残余煤气烧掉，冲淡单位体积粉尘浓度。排烟机设在烟道出口(烟道有耐火内衬)与干燥料仓接口处，引射角30°，风机电机可自动无级调速，根据烟气量大小能自动调整引射量。
本发明的技术效果及特点(1)燃原材料资源丰富，生产成本低，冶炼一吨钢需要的燃原材料有铁矿石或球团矿品位在63％以上1.8吨；煤(燃烧煤烟煤68％；还原煤无烟煤32％)0.9吨；脱硫剂为石灰石1-2％；氧气50m3；用水用电微量。
合计材料成本(含烧损)1.8×200+0.9×200+80=620元/t氧气顶吹转炉钢，仅钢铁料一项(含烧损)1100×(1+1.5)=1265元/t差别之大十分悬殊。
(2)一步炼钢炉是个多功能系统，即可出钢也可出铁，即可用自产铁水炼钢，又可用外来铁水炼钢，混铁炉铁水进炼钢炉炼钢还是直接出铁，可根据需要自行选择，这是其它炼钢法绝对没有的。由竖塔、隧道窑到竖炉，完全可以自成体系，是个用煤不用焦炭充分利用余热、全封闭无污染的卧式炼铁炉；余热混铁炉和双熔池炼钢炉加引射排烟亦可自成体系，成为一种全新的炼钢炉，由于投资小，运行费用低，最适合有铁无钢，建混铁炉无热源的中小型炼铁厂采用，吨钢成本比氧气顶吹炼钢低16％左右，但是最经济最有效的是一步炼钢炉法。
(3)热损失小，回收利用率高一步炼钢炉，就整个系统而言是个高温缺氧的封闭系统，有利于冶金还原煤气的形成，有利于所有热原的回收利用，炼钢高温煤气派上用场，这是个很大的节能降耗举措，高温烟气与炉料对流运动中是个减速降温过程，尤其竖塔有明显的滤尘和重力除尘作用，粉尘有充分机会被炉料吸附，烧损被二次还原。因此，铁矿石还原后的金属化率可达到93％以上，系统烧损可控制在7％以下，比转炉炼钢烧损可低50％左右。
(4)炼钢炼铁合二为一，炼钢炉双炉连体，以及所产生的效果都是前所未有的。
(5)用工少，运行费用低。
除料场，炼钢炉前和铸钢用工之外，其它部位只需要维护人员和管理人员，生产运行大部分靠自流和机械完成，用工比传统工艺低90％，水电用量很少，运行费用约为转炉的20％左右。
(6)一步炼钢生产是个负压全封闭无污染的系统，完全符合可持续发展战略方针的要求。
权利要求
1．一步炼钢炉，是由五个相关联，又各具独立使命的装置所构成。其技术特征是，把炼钢和炼铁两个矛盾的冶金过程有意义的结合在一起，从而一步炼钢炉具有氧化与还原、互补性较强的双重功能。铁矿石和还原煤按要求组成的混合炉料，在一步炼钢炉中有充分的条件和机会预热、还原、熔融，最后熔融的液体金属，用氧冶炼成钢。这些装置分别是高频颤板预热还原竖塔，简称竖塔[1]；往复式步进推料还原隧道窑，简称隧道窑[2]；熔融竖炉，简称竖炉[3]；余热混铁炉[4]；双熔池氧气炼钢炉，简称双熔池炼钢[5]。[1]是个桶型竖塔，外壳钢结构，内砌耐火砖衬，塔内设多层高频颤板，颤板频率和倾角根据加料要求可调。其技术特征是还原炉料沿颤板斜面跳跃向下自由滑落，与烟气对流形成很大的换热比表面，是个铁矿石混合料预热、预还原的高效板塔。[2]是个多功能的动态通道，底部耐热钢铺底，两壁用耐火砖砌筑，顶部是高铝粉预制盖板，板上用珍珠岩封顶保温。盖板下有预热风管通过，向竖炉风咀供热风。铺底板上有往复式推料机，推料机推杆(套管)和前十排铧板为汽冷件，靠窝杆，正反转推拉铧板。铧板可将铁矿石混合料滚动前移，后退时靠自动引桥将铧板抬起，将堆积的炉料拦平，如此周而复始，可将炉料推向竖炉。这里有个适合铁矿石还原的温度场和充足的还原气氛，隧道窑进出料口温度控制在805-1000℃,H2+CO＞0.6，(可调正)当铁矿石混合料运行到隧道窑出口时，已变成1000℃左右的高温海棉铁，金属化率在93％以上，隧道窑是一步炼钢炉铁矿石还原的主要装置。[3]是个圆桶型竖炉，钢壳内衬耐火砖，中部通过余热混铁炉与炼钢炉连通，炼钢高温煤气由此进入竖炉，中下部有两个对称的螺旋密封燃煤机和一个热风烧咀，其技术特征是通过残余煤和燃煤在风口前燃烧和炼钢高温煤气的进入，使由隧道窑进入竖炉的高温海棉铁，继续加热、熔化和补充还原。熔融渗炭的高温铁水进入余热混铁炉贮备炼钢，同时向隧道窑和竖塔源源不断的供热供冶金还原煤气，确保铁矿石充分还原。因此搞好竖炉操作，是确保一步炼钢炉稳定运行的重要环节。[4]是个钢壳内砌耐火砖的椭圆体卧式贮铁炉，两端分别与竖炉和炼钢炉连接。其技术特征是上部有一受铁口，可接受外来铁水炼钢。中下部有两个出铁口，即可根据液面高度出铁，上口也可用于出渣。采用固定式或倾动式均可，固定式投资小，其出铁口通过铁水槽(带封闭盖)分别与两个炼钢炉受铁口连通。其热源依靠炼钢高温煤气加热。[5]是钢壳内砌白云石砖的双炉连体炉，上部两炉连通，下部各有一个熔池和相应的出钢口出渣口，顶部各有一个氧枪孔，其技术特征是一个炉吹氧炼钢，另一个炉可出钢加料兑铁水，炼钢一侧产生的强热，可使另一侧炉料加热升温，可充分利用余热，减少炼钢提温耗氧缩短冶炼时间，更重要的是可作到连续炼钢和连续稳定的向竖炉和隧道窑输送高温煤气，加快炉料还原熔融，也为快速炼钢提供了充足的铁水。因此，上述技术装置及其特征为确保一步炼钢炉，用铁矿石直接炼钢提供了可靠的保障。
2．[1]、[2]、[3]可自成体系直接出铁。是个全新的用煤作能源，炉料高温入炉的卧式炼铁炉。
3．[4]、[5]可自成体系，用外来铁水炼钢。是有铁无钢，建混铁炉无热源、资金实力不足的中小铁厂，上炼钢的最佳选择。
4．一步炼钢采用空气引射排烟，引斜角30°，风机电机无级调整。其技术特征是引射排烟不受烟气温度限制；可把残余煤气烧掉；降低单位体积粉尘浓度；保护热源为我所用。
全文摘要
铁矿石一步炼钢法,是炼钢炼铁两个矛盾的冶金过程,通过更实际更有意义的工艺方式溶为一体的钢铁冶金新方法。它既有铁矿石混合料充分预热、还原、熔融的必要条件,也有熔融后液体金属用氧快速冶炼成钢的功能。这样,铁矿石直接还原熔融为炼钢提供了源源不断的铁水,而炼钢又把产生的高温煤气和化学热,反馈给还原系统从而又促进了铁矿石的还原与熔融。一步炼钢法用1.8t铁矿石(品位63%以上)0.9吨煤和50m
文档编号C21B13/14GK1223301SQ9810024
公开日1999年7月21日 申请日期1998年1月15日 优先权日1998年1月15日
发明者刘恩琛 申请人:刘恩琛