[发明专利]一种综合利用煤气和粉矿的熔融还原炼铁工艺

说明书

技术领域

本发明涉及炼铁领域中熔融还原炼铁工艺，特别涉及综合利用熔融还原工艺过程产生的煤气、块矿和粉矿资源冶炼铁水的方法。

背景技术

熔融还原冶炼铁水技术是替代当前工艺流程长、污染严重和必须要使用冶金焦炭的高炉冶炼铁水的新工艺，熔融还原工艺总体上可以分为一步法熔融还原工艺和二步法熔融还原工艺。

在一个反应器中一步完成全部熔炼过程的熔融还原法被称为“一步法”，一步法熔融还原工艺难以克服的工艺瓶颈是：如何将熔融还原过程中产生CO用氧燃烧，并将燃烧产生的热量有效地传递给还原区，同时要避免还原区被氧化；此外，熔融还原产出的高(FeO)渣对炉衬有严重的侵蚀作用，耐材成本高；而且，熔融还原产出的高温煤气不能用于氧化铁还原本身，热能利用率低，使产品的能耗成本很高。

为了解决一步法熔融还原炼铁工艺出现的炉衬侵蚀快、大量热煤气的能量难以回收利用，能耗成本居高不下的难题，二步法熔融还原工艺将铁矿石还原过程分解为固体状态的预还原和熔融状态的终还原两个阶段，并分别在两个反应器中进行。预还原装置多为流化床反应器或竖炉反应器，利用熔融气化终还原炉终还原阶段产生的热煤气作预还原阶段的还原气体。预还原后的直接还原铁(DRI)可连续热送到终还原反应器，在高温熔融还原状态下进行终还原、渗碳、渣铁分离，最终得到媲美高炉冶炼工艺生产出的优质铁水。

二步法熔融还原炼铁工艺的熔融气化终还原炉工艺成熟，产能和效率较高，但当前以单一的流化床或竖炉为预还原器成为熔融还原工艺的限制环节。以竖炉为预还原器总体能耗较高、生产效率低，需要使用天然块矿或人造块矿而大量粉矿资源不能直接利用；以流化床为预还原反应器可以直接利用粉矿，但以CO为主的还原气体在流化床中容易发生析碳反应，降低了多级流化床反应效率；而且对于单一的竖炉或多级流化床作为预还原反应器的工艺过程产生大量的富余煤气，总体煤气利用率低。

FINEX工艺以多级流化床为预还原反应器，但该工艺过程使用还原气体是以CO为主的混合气体，典型的气体成分为CO含量为70％，H₂含量为15％，使用粉矿粒度为＜8mm的矿石，流化床操作压力约为0.3MPa，流化床温度范围是650～850℃，得到的DRI还原度为85～90％。

目前以氢气为主的铁矿还原生产还原度大于95％的海绵铁工艺有MIDREX竖炉工艺、LURGI循环流化床工艺和FINMET工艺，几种工艺的产品是还原度大于95％的海绵铁作为电炉冶炼工艺原料，工艺使用的氢气都是使用天然气裂解的产物。MIDREX竖炉工艺使用的氢气含量为50～60％范围，LURGI循环流化床工艺则使用纯氢气还原粉矿，FINMET工艺使用的氢气气氛是40～60％，流化床操作压力＞1.1MPa。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合利用煤气和粉矿的熔融还原炼铁工艺，结合竖炉和流化床反应器的优点，同时使用竖炉和流化床作为预还原反应器，提高熔融还原工艺的预还原过程的综合能力，综合利用粉矿和块矿资源。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种综合利用煤气和粉矿的熔融还原炼铁工艺，其包括如下步骤：

1)鼓入熔融气化终还原炉中的氧气与熔融气化炉中填充的煤发生气化反应，生成还原性煤气；

2)将熔融气化终还原炉产出的煤气通入到竖炉中还原块矿；

3)熔融气化终还原炉出口富余的煤气和竖炉出口煤气混合，经水煤气变换和变压吸附脱除CO₂，得到含氢60～95％的混合气体，供多级流化床反应器处理粉矿原料；

4)经多级流化床反应器处理的粉状直接还原铁以热压块或者直接喷入到熔融气化炉中和竖炉产出的直接还原铁同时在熔融气化终还原炉中终还原得到铁水。

进一步，本发明竖炉预还原反应器使用的块矿原料要求颗粒直径＞8mm；多级流化床反应器使用的粉矿原料要求颗粒直径＜6mm。

又，多级流化床各级压力保持在0.4～1.0Mpa；多级流化床还原气体温度保持在500～850℃范围。

另，经过多级流化床粉矿还原工艺得到的直接还原铁的还原度为70～90％。