[发明专利]一种飞速还原直接炼钢的装置及方法

说明书

一种飞速还原直接炼钢的装置及方法，属于钢铁冶金技术领域。该装置包括铁矿粉预处理，飞速还原炉和炼钢炉三个系统。其方法为：先将普通铁精矿通过细磨精选制备超纯铁精矿，实现冷态除杂；再与以氢气为主的还原气体通入还原炉中，气固两相并行向下流动的过程中进行飞速还原，得到金属化率为85～100％的预还原铁粉后，喷吹至炼钢炉中的钢水区，同时喷吹煤粉和氧气进行连续炼钢，得到含C的质量分数为0.01～0.40％的钢水，熔炼尾气经过改质后通过底喷元件吹入熔池进行搅拌。该方法简化了炼钢流程，提高了生产效率，同时减少CO₂排放，减轻环境负荷。

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及非高炉炼铁工艺，特别涉及一种飞速还原直接炼钢的装置及方法。

背景技术

传统的炼铁工艺以高炉为主，将还原、熔化、造渣等过程集于高炉一体，具有设备简化的优点，但高炉炼铁流程长、能耗高以及环境污染严重，并且强烈依赖冶金焦。因此，钢铁工业节能减排的任务非常迫切，实施低碳生产技术、推行清洁生产是现代钢铁企业持续发展的必由之路。

熔融还原炼铁技术以煤代焦，减少冶金焦的使用，同时可利用粉矿进行还原，可省去造块、炼焦等高污染、高耗能工序，因而得以发展。主要有Finex、HIsmelt、DISO法等。Finex法采用多级流化态反应器完成铁矿的还原过程，还原的热矿粉经热压块后作为炉料加入熔融气化炉中进行熔融还原。该工艺使用1～10mm的粉矿进行还原，但由于Finex法采用较高的预还原温度(850℃左右)，获得高金属化率(90％左右)的还原铁粉，在多级流态化还原过程中易于发生粘结失流的现象，影响流化过程的顺利进行。HIsmelt法采用铁浴炉作为熔炼造气炉，循环流化床作为还原炉，直接使用粒度为6mm以下的粉矿与粉煤进行冶炼。熔炼炉中煤与矿石的混合料通过枪口喷入金属熔融区，迅速溶解并进行冶炼。虽然通过控制预还原度显著地降低了矿粉的粘结，但炉渣中的w(FeO)提高，这加重了铁浴炉的负担，加剧炉衬腐蚀，不利于终还原进行。

专利CN101117650A提出熔融还原快速预还原细微铁矿粉的方法，将微米级铁矿粉在输送式反应器或快速流化床中预还原，还原温度为580～750℃，将预还原率控制在70～85％的铁料经压块或喷粉导入熔融气化炉中进行终还原得到铁水和高温煤气，但是由于熔融气化炉主要完成直接还原铁的熔化及造气功能，要求直接还原铁的还原率高于90％，使得该方法中熔炼过程的进行较为困难。专利CN101906501A提出一种用粉矿和煤氧直接炼钢工艺，采用细粒铁矿粉在旋风预热器和循环流化床分别预热还原，将得到的金属化率为90％以上的还原铁矿粉吹入高温熔体中获得钢水，由于该工艺的还原温度为770～850℃，且铁矿粉的金属化率高，因此在流化过程中矿粉极易粘结，影响预还原的进行。专利CN101260448A提出一种直接使用精矿粉的熔融还原炼铁方法，将铁矿粉预热后送入快速流化床中进行预还原，预还原后的铁粉金属化率达到50～80％，与还原后的铁粉与煤粉、氧气喷入炼钢炉内，进行终还原与熔化，但没有提到炼钢炉熔融还原的具体方式。专利CN102586527A中提出一种氢碳熔融还原炼铁新工艺，铁矿粉经预热还原后，在终还原过程中采用氢气和煤粉对铁矿进行熔融还原，但在预还原铁矿粉进入终还原炉的过程中经过炉内自由空间时会发生再氧化，影响还原效率。专利CN101445850A公开了一种含铁物料悬浮二级快速还原工艺方法及其装置，喷射还原炉中气固两相向上并流，气固两相接触充分，为连续炼钢炉提供金属化率为85～97％的预还原铁矿粉，但含铁物料中加入了3～10％的CaO，降低预还原铁矿粉的纯度。

专利CN104551015A、CN106086280A、CN102690919A、CN103993115A等公开的闪速炼铁技术，把还原、熔化、造渣等过程集于一体，具有设备简化，易于生产的大规模生产的优点，但还原过程受到熔炼气氛的影响，无法保证铁矿粉在悬浮的过程中充分还原。

发明内容