[发明专利]一种以水煤浆为燃料的氧气高炉炼铁工艺

说明书

技术领域

本发明属于黑色冶金领域。适用于高炉炼铁流程，涉及一种使用水煤浆作为炼铁燃料和还原剂的高炉炼铁工艺。

背景技术

目前我国90％以上生铁都是由高炉生产的，现行的传统高炉是从炉顶装入矿石和焦炭，同时从风口喷入热风和煤粉。这种生产工艺有以下问题需要解决：首先，高炉鼓风带入大量惰性气体N₂，炉身煤气中CO所占比例不足40％，铁矿石在炉身中还原不充分，大量FeO需要在高炉下部高温区用碳直接还原，造成焦炭消耗量大，增加高炉焦比；其次，FeO与其他化合物从高炉炉身下部开始容易生成低熔点矿物，形成透气性差的软熔带，容易造成悬料崩料等生产事故，降低高炉生产率；最后，传统高炉必不可少的配套设施——热风炉在生产过程中排放出大量的CO₂及其他污染物，环境污染严重。

所谓氧气高炉就是区别于传统炼铁高炉的叫法，它一般是指采用超高富氧鼓风(富氧率＞40％)或全氧鼓风的一种冶炼方式，工业试验和理论计算均表明氧气高炉炼铁工艺可以大幅度提高高炉生产率，降低高炉焦比，减少CO₂等污染物的排放。但当高炉鼓风采用超高富氧或全氧鼓风以后，炉缸理论燃烧温度大幅度上升，炉腹煤气量减少，使高炉产生‘下热上凉’现象，影响高炉顺行。水煤浆是20世纪80年代出现的一种新型煤基流体燃料，国际上称为CWM(Coal Water Mixture)或CWF(Coal Water Fuel)。水煤浆具有生产安全，便于燃烧、称量和输送的性质，同时所用原料——烟煤在我国的储藏量丰富且价格便宜等优点。

发明内容

本发明的目的是利用水煤浆代替煤粉应用于氧气高炉炼铁工艺中，解决传统高炉生产工艺带来的CO₂排放量大，污染严重，生产率不高等问题。

本发明利用全氧或超高富氧代替热空气鼓风，用水煤浆来代替喷吹煤粉，提高高炉生产率，生产高热值煤气，降低生产成本和炼铁工艺对环境的不利影响。

一种以水煤浆为燃料的氧气高炉炼铁工艺，工艺过程如下：

1)水煤浆氧气高炉所用含铁炉料与传统高炉相差不大，可以为烧结矿、球团矿、块矿或三者的任意组合；水煤浆氧气高炉炼铁用能源主要来源于氧气和水煤浆，它们可提供吨铁能耗的2/3到3/4，其余部分来自于焦炭，吨铁焦炭用量在150～350kg/tHM；

2)向高炉中鼓入常温氧气，氧气用量为吨铁200～400Nm³/tHM，富氧率在40％以上，最高可达到100％；

3)从高炉风口喷吹水煤浆，水煤浆用量为200～450kg/tHM，要求水煤浆中煤和水的重量比大于7∶3，发热值大于20MJ/kg。

4)高炉煤气经除尘系统净化处理及CO₂脱除装置后，最后回收至煤气罐储备或经预热处理后从高炉炉身下部喷入高炉内，预热温度为700～1000℃，炉身煤气循环量为：100～500Nm³/tHM，循环煤气成分为：CO₂：0～3％，CO：30～70％，H₂：0～30％，N₂：0～10％，H₂O：0～3％。

水煤浆氧气高炉炼铁工艺的主要设备包括：上料系统、高炉重力除尘器、高炉布袋除尘器、煤气加压装置，CO₂脱除装置、煤气预热装置、制氧设备及水煤浆制备及输送设备。

水煤浆氧气高炉的装料方式相比传统高炉不变，但从风口喷入的是富氧率在40～100％的空气以及水煤浆，根据生产条件的不同，每冶炼1t生铁耗氧量为200～500Nm³，水煤浆用量为200～450kg。为保证高炉顺行，水煤浆氧气高炉所用水煤浆要求煤和水的重量比要大于7∶3，水煤浆热值要高于20MJ/kg。从高炉风口喷入常温氧气以后，高炉理论燃烧温度升高，煤气量减少，造成高炉炉缸区域热量过多而炉身部位热量不足。而风口喷入常温氧气和水煤浆后，水煤浆中的煤粉挥发、分解燃烧，同时其中的水分也会蒸发并与炽热的焦炭发生水煤气反应，反应式如下：

C+O₂＝CO