[发明专利]一种熔融还原炼铁方法

说明书

技术领域

本发明属于熔融还原技术领域，特别是提供了一种熔融还原炼铁方法，可以直接使用粒度范围为0.1mm～50mm的铁矿为原料，以小于3mm的粉煤、循环煤气和城市垃圾作为燃料，充分利用现有资源，扩大了原料和燃料的使用范围。

背景技术

熔融还原是冶金领域的一项重大工艺，其本意是用非焦煤代替焦煤进行炼铁生产操作。氧化铁在熔融状态下还原，具有以煤代焦、省略烧结和焦化等环节、减轻环境污染等优点。熔融还原是未来炼铁工业发展的方向之一，也是目前各国钢铁工业竞相研究开发的重要领域。德国、日本、美国、前苏联、澳大利亚、韩国等国家经过长期的研究开发，产生了众多熔融还原工艺，其中较为著名的有澳港联的COREX工艺(CNl032185A)、韩国浦项和奥钢联联合开发的FINEX工艺(CN1248297A)、澳大利亚的HIsmelt工艺(CN07102252)、日本的DIOS工艺(CN1054446)和美国的AISI工艺(CN1071202)等。

到目前为止，只有COREX工艺实现了工业化生产，其它工艺还处在实验室试验或(半)工业试验阶段。COREX工艺的主要特征是以氧化球团、块矿和烧结矿为原料，采用预还原和终还原二步法；预还原在竖炉中进行，终还原在熔融气化炉中完成。但是由于COREX工艺仍然沿用含铁料气-固相的间接还原和碳氧直接燃烧的供热方式，而且无法彻底摆脱焦炭的束缚，因此在产率和能耗方面，与传统高炉相比并没有多大改观，缺乏竞争力。以HIsmelt、DIOS工艺为代表的采用“低预还原+高二次燃烧率”模式的各种铁浴熔融还原工艺，由于要求还原炉内上部气相具有较高的氧化势，很难控制下部熔池内渣、铁两相保持很高的还原势，铁水容易被二次氧化，因此目前尚未有任何工艺实现工业化生产。

本发明采用闪速炉作为熔融还原反应炉，目的在于提供一种以粒度范围为0.1mm～50mm的粉矿、块矿、氧化球团和烧结矿为原料，充分利用资源的熔融还原炼铁方法。

发明内容

本发明的的目的在于提供一种熔融还原炼铁方法，采用闪速炉作为熔融还原反应炉，以粒度范围为0.1mm～50mm的粉矿、块矿、氧化球团和烧结矿为原料，以小于3mm的粉煤、循环煤气和城市垃圾为燃料、以预热块煤为还原剂，采用先熔融后还原的工艺路线。

整个工艺可以分为两个阶段：熔化期和还原期。

熔化期，粒度介于0.1mm～8mm的粉矿和粒度大于8mm的块矿、氧化球团和烧结矿均加入到熔融还原反应炉垂直段内部的熔池以上的空间；循环煤气从熔池表面进入熔融还原反应炉的垂直段，纯氧/富氧空气喷枪位于循环煤气喷枪上部1m以内的位置，纯氧或者是富氧空气可经过预热，使其温度升高至300℃～1200C，循环煤气与纯氧或富氧空气中的氧气发生如下的燃烧反应，并放出热量，使得熔池上部空间的温度升至1300℃～1600℃，固相的粉矿和块矿、氧化球团、烧结矿在熔池上部的高温区域受热并熔化，进而形成液相熔体并下落进入熔池。

2CO+O₂＝2CO₂

2H₂+O₂＝2H₂O

粒度小于3mm的粉煤与氧气通过煤氧枪喷入渣中，30％～90％的粉煤与氧气燃烧，释放出热量来熔化落入熔池中尚未熔化的固相，其余的粉煤进入熔池，与熔池中的Fe₂O₃、Fe₃O₄以及FeO发生如下的还原反应：

6Fe₂O₃+C＝4Fe₃O₄+CO₂

2Fe₃O₄+C＝6FeO+CO₂

2FeO+C＝2Fe+CO₂

通过上述还原反应，可以得到富含FeO的液态铁水和熔渣，根据其比重的不同分为上部熔渣和下部熔液两相，熔渣通过设置在与熔池交界面以上0.5m范围内的渣口排出，熔液则进入熔融还原反应炉的水平段。

本发明采用厚度介于1m～3m之间的厚渣层进行操作。厚渣层不但可以起到隔绝氧化性气体、分离氧化区域和还原区域、防止铁水二次氧化的重要作用；而且液态熔渣的热容较高、蓄热能力大，粉煤在熔渣中燃烧，不但可以将大部分热量储存在渣层中，弥补气相燃烧可能出现的热量不足，而且还可将燃烧产生的热量有效地传入熔池中。