[发明专利]一种还原炼钢方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种还原炼钢方法及装置。

背景技术

当前以高炉—氧气顶吹转炉的长流程为代表的氧化法炼钢工艺，其冶金原理是利用焦炭将铁矿石中的金属氧化物在高炉内还原成铁水，在此还原过程中渗入了碳，同时还原出Mn、Si等合金元素和P、S等有害杂质并溶解于铁液中。因此，在炼钢过程中必须通过氧化和加入熔剂的方法将铁水中多余的C和有害杂质去除。由于化学热力学的原因，在去除这些杂质元素的时候，Si、Mn、V、Ti等合金元素将优先被氧化，因此出钢过程中必须额外向钢液中加入硅铁、锰铁等合金元素进行合金化。上述氧化法炼钢工艺是氧化物还原、再氧化、再还原的重复过程，此工艺流程存在以下三个方面的缺点：

1)     这种重复的冶金工艺延长了工艺流程，增加了基建投资和生产成本。

2)     铁矿石中的Si、Mn、V、Ti等合金元素将被氧化进入渣中，未被充分利用，因此在炼钢出钢过程中需再加入大量铁合金；同时，炼钢过程铁损较大，造成了资源浪费。

3)     冶炼过程中增碳—脱碳的反复过程，不仅增加了能源消耗、氧气消耗，更增加了温室气体CO₂的排放。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种还原炼钢方法及装置，该还原炼钢方法及装置不经过焦化工艺、直接集炼铁和炼钢工艺为一体，不仅降低铁矿石中的合金元素的损耗，而且降低废气的排放和氧气的消耗；达到节能损耗、保护环境的目的。

为了解决上述技术问题，本发明一种还原炼钢方法，其步骤如下： 

1）将铁矿石物料装入还原炼钢炉，同时向还原炼钢炉内吹入还原气体，还原气体经过电极产生的电弧或等离子弧加热形成800℃～9700℃的高温还原气体，铁矿石与高温还原气体在还原炼钢炉内的预还原区进行初还原反应，将矿石中的金属氧化物进行初步还原；

2）初还原后的铁矿石进入还原炼钢炉内高温区，被设置在高温区的电极产生的电弧或等离子弧加热升温熔化，同时进一步与高温还原气体在还原炼钢炉内高温区进行还原反应；

3）熔化后的钢水进入还原炼钢炉内熔池中，被底吹系统或侧吹系统处导入的还原气体搅动，并与高温还原气体进行深度还原反应且生产出碳含量为0.03~2.11%的合格钢水；

4）经过深度还原的合格钢水达到一定量后，通过出钢口和出渣口进行周期性地排出钢水和炉渣。

进一步，所述高温还原气体由电极吹入还原炼钢炉炉内的还原气体经过电极产生的电弧或等离子弧加热形成。

进一步，所述还原气体设置为H₂、CO、碳氢化合物C_mH_n再生的还原性气体或上述气体的组合。

进一步，在步骤3）中，所述钢水中的碳含量通过控制还原能力R来进行控制，其表达公式为：

其中还原气体设置为H₂和CO的组合物。

进一步，在步骤1）中所述铁矿石物料可以是铁矿粉经过烧结的烧结矿或者是铁矿粉经过球团处理的球团矿。

本发明还揭示了一种还原炼钢装置，包括炉顶装料系统、排气系统、电极、出渣口、还原炼钢炉、底吹系统或侧吹系统和出钢口，所述炉顶装料系统布置在还原炼钢炉的顶部，所述还原炼钢炉内依次设置有预还原区、高温区和熔池，所述电极设置在还原炼钢炉高温区的炉壁上，所述电极内设置有向还原炼钢炉内喷入还原气体的通道。

进一步，所述电极设置为不少于2根且均匀分布。

本发明的有益效果在于：本发明采用高温还原气体直接对铁矿石进行还原，同时利用电极产生的电弧或等离子弧对预还原后金属进行加热熔化，与常规钢铁冶炼流程相比，大大缩短了钢铁冶炼工艺流程，减少了占地，减少了大量中间物料倒运环节，降低了投资和生产成本，降低了氧气等资源和能源的消耗，减少了CO₂及有害气体的排放，提高了金属元素的收得率，降低了钢铁料的消耗，具有极高的经济价值、环保性和社会效益。

附图说明

图1为本发明一种还原炼钢的装置的结构示意图；

图2为本发明一种还原炼钢的装置中还原炼钢炉带有底吹系统的结构示意图；

图3为本发明一种还原炼钢的装置中还原炼钢炉带有侧吹系统的结构示意图。

附图标记：1-炉顶装料系统;2-排气系统;3-预还原区;4-电极;5-出渣口;6-还原炼钢炉;7a-底吹系统;7b-侧吹系统;8-出钢口;9-熔池10-高温区。

具体实施方式