一种高效换热熔融还原炼铁方法及装置与流程

1.本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种高效换热熔融还原炼铁方法及装置。


背景技术：

2.hismelt熔融还原炼铁工艺，是当今冶金领域前沿技术，利用非焦煤粉及铁矿粉生产液态铁水，直接将粉煤粉矿喷入熔池进行还原反应，大量渣铁液和还原煤气从液面上浮，反应器顶部鼓入热风，与上浮的还原气体燃烧产生热量，加热上浮的渣铁，为熔池供热。
3.这一技术的弊端有：
4.第一，上浮的渣铁液与顶部煤气燃烧产生的高温烟气接触不充分，热量传递效果不好，表现为熔池铁水温度偏低仅1400-1450℃，烟气量高达2700nm3/t铁、烟气温度达到1600℃，大量物理热随烟气排除炉外损失。
5.第二，熔池温度低，反应时间短，反应不充分，炉渣中存在大量的feo(3～15％)，为了确保反应尽量充分进行，被迫喷入大量过剩的燃料，造成炉渣含碳量高，吨铁燃料单耗高。
6.第三，部分铁液在上浮过程中，被顶部喷入的氧再次氧化，生成feo(fe o2→
feo)。


技术实现要素：

7.本发明目的在于提供一种高效换热熔融还原炼铁方法及装置，极大地提高了熔池反应温度，为熔池提供充足热量，通过充分的热交换，顶煤气温度降至1000℃以下，有效减少吨铁燃料单耗，当熔池温度具备充足温度热源后，即温度达到1400℃以上时，逐渐减少熔池炉顶富氧热风鼓入量至0。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一方面，本发明提供了一种高效换热熔融还原炼铁方法，所述方法包括如下步骤：
9.调整煤粉和富氧热风的比例；
10.将已调整比例的煤粉和富氧热风一起喷入熔池，反应生成第一物质；
11.将物料喷入熔池，所述物料之间及物料与第一物质反应生成铁水和顶煤气。
12.进一步地，所述方法还包括如下步骤：
13.当熔池温度具备充足温度热源后，逐渐减少熔池炉顶富氧热风鼓入量至0。
14.进一步地，所述调整煤粉和富氧热风的比例具体为：
15.调整煤粉中c和富氧热风中o2的质量比为：c:o2≥2:1。
16.进一步地，所述物料包括：铁矿粉、煤粉、白云石和石灰。
17.进一步地，所述第一物质为高温co；或者为高温co和煤粉。
18.进一步地，所述顶煤气的组分及体积百分含量为：
19.n2含量为35.1％～41.4％，co2含量为23.0％～24.2％，co含量为30.8％～37.6％，h2含量为3.6％～4.3％。
20.基于上述方法，另一方面，本发明还提供了一种高效换热熔融还原炼铁装置，所述装置包括：氧煤喷枪、物料喷枪和熔池；
21.所述氧煤喷枪，用于将已调整比例的煤粉和富氧热风一起喷入熔池；
22.所述物料喷枪，用于将物料喷入熔池；
23.所述熔池，用于为已调整比例的煤粉和富氧热风提供反应场所，反应生成第一物质；
24.以及用于为物料之间及物料与第一物质提供反应场所，反应生成铁水和顶煤气。
25.进一步地，所述熔池的顶端设置有进气口和出气口。
26.进一步地，所述熔池的圆周面上设置有m支氧煤喷枪和n支物料喷枪。
27.进一步地，所述熔池的底部设置有渣口和铁口。
28.本发明的技术效果和优点：
29.第一，本发明通过将一部分富氧热风与煤粉通过同一支喷枪直接喷入熔池，煤粉在枪前端燃烧，产生的高温co的温度可达2400～2700℃，与熔池中渣铁进行热交换，提高熔池温度，简单易操作，实用性强。
30.第二，本发明的高效换热熔融还原炼铁方法可推广到其他熔融还原炼铁工艺，应用价值大。
31.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
32.图1为本发明的高效换热熔融还原炼铁方法流程图；
33.图2为传统的hismelt熔融还原反应炉示意图；
34.图3为本发明的高效换热熔融还原炼铁反应炉示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.为解决现有技术的不足，一方面，本发明公开了一种高效换热熔融还原炼铁方法，图1为本发明的高效换热熔融还原炼铁方法流程图，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
37.调整煤粉和富氧热风的比例；
38.将已调整比例的煤粉和富氧热风一起喷入熔池，反应生成第一物质；
39.将物料喷入熔池，所述物料之间及物料与第一物质反应生成铁水和顶煤气。
40.优选地，所述方法还包括如下步骤：
41.当熔池温度具备充足温度热源后，逐渐减少熔池炉顶富氧热风鼓入量至0。
42.优选地，所述调整煤粉和富氧热风的比例具体为：
43.调整煤粉中c和富氧热风中o2的质量比为：c:o2≥2:1。
44.优选地，所述物料包括：铁矿粉、煤粉、白云石和石灰。
45.优选地，所述第一物质为高温co；或者为高温co和煤粉。
46.优选地，所述顶煤气的组分及体积百分含量为：
47.n2含量为35.1％～41.4％，co2含量为23.0％～24.2％，co含量为30.8％～37.6％，h2含量为3.6％～4.3％。
48.基于上述方法，另一方面，本发明还公开了一种高效换热熔融还原炼铁装置，所述装置包括：氧煤喷枪、物料喷枪和熔池；
49.所述氧煤喷枪，用于将已调整比例的煤粉和富氧热风一起喷入熔池；
50.所述物料喷枪，用于将物料喷入熔池；
51.所述熔池，用于为已调整比例的煤粉和富氧热风提供反应场所，反应生成第一物质；
52.以及用于为物料之间及物料与第一物质提供反应场所，反应生成铁水和顶煤气。
53.优选地，所述熔池的顶端设置有进气口和出气口。
54.优选地，所述熔池的圆周面上设置有m支氧煤喷枪和n支物料喷枪。
55.优选地，所述熔池的底部设置有渣口和铁口。
56.下面以某钢铁厂开展的工业试验为例，对本发明作进一步详细说明，图2为传统的hismelt熔融还原反应炉示意图，如图2所示，以hismelt熔融炼铁为对比例，具体实验过程如下：
57.对比例：
58.通过物料喷枪向熔池喷入铁矿粉2000吨、煤粉1104吨和熔剂322吨，从熔池反应器顶部吹入富氧热风(含o2量30％)3
×
106nm3，经充分反应后，产出铁水1183吨和炉渣507吨，其中铁水温度为1380℃，生成的炉顶煤气组分及体积百分含量为：n2含量为44.56％、co2含量为19.78％、co含量为21.40％、h2含量为3.35％，炉渣中fe含量为12％，总燃料比为551.8kg/t。
59.基于本发明的新型熔融还原炼铁方法和装置，本发明开展了四期试验，图3为本发明的高效换热熔融还原炼铁反应炉示意图，如图3所示，氧煤枪煤粉和富氧热风比例达到c:o2≥2:1，逐步增大氧煤枪煤粉和热风喷吹量，降低混合喷枪煤粉喷吹量和炉顶热风量，铁水温度提高，渣中带铁和总燃料比下降，煤气热值升高。具体实验过程如下：
60.实施例1：
61.通过煤氧喷枪向熔池喷入煤粉200吨、富氧热风(含o2量30％)4.23
×
105nm3，通过物料喷枪向熔池喷入铁矿粉2000吨、煤粉868吨、熔剂322吨，从熔池反应器顶部鼓入富氧热风(含o2量30％)2.37
×
106nm3，经充分反应后，产出铁水1198吨和炉渣498吨，其中铁水温度为1400℃，生成的炉顶煤气组分及体积百分含量为：n2含量为41.4％、co2含量为24.2％、co含量为30.8％、h2含量为3.6％，炉渣中fe含量10.4％，总燃料比为534.2kg/t。
62.实施例2：
63.通过煤氧喷枪向熔池喷入煤粉400吨、富氧热风(含o2量30％)8.46
×
105nm3，通过物料喷枪向熔池喷入铁矿粉2000吨、煤粉641吨、熔剂322吨，从熔池反应器顶部鼓入富氧热风(含o2量30％)1.73
×
106nm3，经充分反应后，产出铁水1217吨和炉渣487吨，其中铁水温度1420℃，生成的炉顶煤气组分及质量百分含量为：n2含量为38.3％、co2含量为23.1％、co含量为34.7％、h2含量为3.9％，炉渣中fe含量为8.3％，总燃料比为520.5kg/t。
64.实施例3：
65.通过煤氧喷枪向熔池喷入煤粉500吨、富氧热风(含o2量30％)10.58
×
105nm3，通过物料喷枪向熔池喷入铁矿粉2000吨、煤粉530吨、熔剂322吨，从熔池反应器顶部鼓入富氧热风(含o2量30％)1.41
×
106nm3，经充分反应后，产出铁水1227吨和炉渣481吨，其中铁水温度1425℃，生成的炉顶煤气组分及质量百分含量为：n2含量为36.7％、co2含量为23.1％、co含量为36.1％、h2含量为4.1％，炉渣中fe含量为7.2％，总燃料比为515.2kg/t。
66.实施例4：
67.通过煤氧喷枪向熔池喷入煤粉600吨、富氧热风(含o2量30％)12.7
×
105nm3，通过物料喷枪向熔池喷入铁矿粉2000吨、煤粉434吨、熔剂322吨，从熔池反应器顶部鼓入富氧热风(含o2量30％)1.1
×
106nm3，经充分反应后，产出铁水1237吨和炉渣475吨，其中，铁水温度1440℃，生成的炉顶煤气组分及质量百分含量为：n2含量为35.1％、co2含量为23.0％、co含量为37.6％、h2含量为4.2％，炉渣中fe含量为6.0％，总燃料比为516.8kg/t。
68.根据对比例和实施例中各反应原料及产出物的数据，整理汇总如下表1。
69.表1对比例和实施例中各反应原料及产出物的数据汇总表
[0070][0071]
通过分析表1数据可知，通过逐步增大氧煤枪的煤粉和富氧热风喷吹量，降低混合物料喷枪煤粉喷吹量和炉顶富氧热风量鼓入量，铁水温度提高，渣中带铁和总燃料比下降，
煤气热值升高。
[0072]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。