[发明专利]铁矿石气体还原直接炼钢工艺

说明书

技术领域

本发明涉及钢的生产工艺，尤其涉及一种铁矿石气体还原直接生产钢水的工艺。

背景技术

当前最重要的钢铁生产流程(长流程)从铁矿石得到钢水，需经烧结(或球团)、炼焦、 高炉炼铁、转炉炼钢四个主要工艺环节，还有众多的辅助工艺环节。高炉炼铁中铁矿石的 还原70％以上是间接还原，属气固反应，要求高炉保持良好的透气性，因此贫矿选矿后获 得的铁精矿粉和富矿块矿粉末都必须经过造块才能供高炉使用，即经过烧结(或球团)工 艺过程。烧结(或球团)的物料处理量约占钢铁联合企业的第二位(仅次于炼铁生产)，能 耗仅次于炼铁和轧钢而居第三位。焦炭在高炉内的用途，一方面是作为提供冶炼所需热量 的燃料和铁氧化物还原剂，现在这个作用已部分被喷煤取代，焦炭更重要的作用是在矿石 软化熔融后，作为支撑高达数十米的料柱的骨架，同时又是煤气通路。焦煤在原煤中的比 例较少，储量有限，这势必给依赖炼焦煤的长流程的发展带来危机感。传统长流程已发展 到顶峰，但高炉炼铁的特点，决定了传统长流程规模庞大，投资高，生产周期长，吨钢能 耗高，环境污染严重。

直接还原—电炉流程也可以从铁矿石得到钢水，不需要焦炭，但直接还原铁大部分用竖 炉生产，仍然需要铁矿粉造块工序，而且需要丰富的天然气资源，煤基回转窑法生产效率 低，转底炉法由于料层较薄规模难以扩大。因此直接还原—电炉流程仍难于和传统长流程 竞争，在全世界范围内的钢产量份额仅占5％，我国则很少。

熔融还原—转炉流程改变了传统长流程对焦炭的依赖程度，例如COREX熔融还原炼铁- 转炉流程仅需要少量的焦炭，原理上它仅将高炉的功能一分为二，先气态间接还原后熔化 分离，缺点也是显而易见的：耗氧量大(500m³/t)，投资比传统长流程高10％～20％，发展 速度缓慢。熔融还原一转炉流程只是对传统长流程铁前工序的变革。

也有一些专利提出直接炼钢或一步炼钢，CN87101210A发明者在转炉上用碳同时作还原 剂和燃料，产生的大量CO仅作预热用，回收其物理热，这是不经济的，理论上也是与炼铁 原理违背，不可能得到实现。他提到的用中频炉或电弧炉直接炼钢，同样不利用产生的大 量CO，电耗将很大，不可能用于生产。专利CN1116240A与专利CN87101210A，作者为同一 人，技术原理基本一致，内容上稍微增添和细化。

专利CN1087951A获得海绵铁的技术，理论上相当于煤基竖炉工艺，炼铁界公认该工艺 不成熟，生产成本偏高。该专利一个致命的缺点是当高温还原气体通过海绵铁溜槽底部的 气孔进入上部容室上行，将矿石预热还原时，溜槽气孔容易堵死，如改为侧吹还原气体则 容易实现。该专利也未提到铁矿石必须造块。粉矿是不能通过竖炉还原的。专利CN1348013A 使用的原料是球团矿，获得海绵铁的技术原理也相当于煤基竖炉工艺，与传统流程相比经 济上不可行。

专利CN1223301A用隧道窑、推料杆和铧板的复杂机构来生产海绵铁，其反应机理类似 于煤基回转窑工艺，专利CN1818082A反应机理也类似于煤基回转窑工艺，生产效率不可能 高。

专利CN1850997A提出用感应炉直接炼钢，在同一感应炉内先加入铁矿粉、煤、熔剂得 到铁水，然后向铁水中吹氧和加入熔剂得到钢水，在技术原理上是可行的，但是感应炉规 模小，电耗大，不经济，不可能大规模生产。

专利CN1851000A提出用铁矿粉和无烟煤粉的混合料块利用转炉直接炼钢，该方法往混 合料块中同时顶底吹氧。底吹氧只会将还原出来的Fe不断的氧化，该反应的实质就是煤不 断的氧化。正确的方法应当是在渣区用煤还原，也可以在渣区吹少量的一次氧以增加反应 的热量，通过控制氧的吹入量来实现煤还原铁矿物，在气相区吹氧二次燃烧，二次燃烧的 热量提供给渣区还原反应吸热，但决不可以再底吹氧氧化铁液。因此该专利提出的方法煤 耗高，而生产率不一定高，大生产上很难实现。

专利CN1073212A提出的炼铁方法，原理上和1988年荷兰的霍戈文钢铁公司、英国钢铁 公司和意大利的伊瓦尔公司开发的旋风炉式熔融还原流程一致。旋风炉式熔融还原只进行 了中间试验，至今没有任何进展。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种铁矿石气体还原直接炼钢工艺。

本发明提供一种铁矿石气体还原直接炼钢工艺，包括下列步骤：