[发明专利]一种纯氧两段式预热还原炼铁工艺

说明书

本发明涉及一种纯氧二段式预热还原炼铁工艺，是与纯氧二段式预热还原炼铁炉配套用的工艺，工艺步骤为将铁矿石或铁粉矿/除尘灰预处理后送至矿仓，经喷枪喷入炼铁炉预热段；矿粉被加热至熔化和部分热解/还原后流到还原段；矿粉在还原段还原成氧化亚铁滴落到金属熔池中；煤粉喷入炉缸段熔池，部分溶解到熔池中并与氧化亚铁发生还原反应生成CO和铁水；CO和煤挥发物上升带动高温液态金属和渣形成“涌泉”；上升的气体与还原段通入的O₂燃烧将热量传递给“涌泉”带起的液态金属和渣滴，液滴回落将热量传给熔池、搅拌熔池并保证还原反应进行；出炉烟气经重力除尘器除尘，烟气余热用于预热矿粉和煤粉。本发明工艺流程简洁，环境友好。

技术领域

本发明涉及一种熔融还原炼铁工艺，具体地说是涉及一种纯氧两段式预热还原炼铁工艺，属于非高炉炼铁技术领域。

背景技术

使用焦炭的高炉炼铁技术和工艺装备已有400余年历史，是迄今为止最成熟的炼铁工艺。但高炉炼铁技术仍有明显的不足，主要体现在四个方面：配料中使用高比例焦煤；与焦化和烧结相关联的环境排放问题；不能直接使用粉矿入炉；无法脱磷等。因此，国内外都积极开展新的炼铁技术的研究，已取得一些成功案例，如含碳球团的回转窑、隧道窑、转底炉法、Corex工艺、Finex技术和HIsmelt技术等冶炼技术。

回转窑法的冶炼温度在1100～1200℃左右，冶炼温度低，Zn和Pb的收得率低，产品金属化率低，提高冶炼温度虽然可以提高Zn、Pb的收得率和产品的金属化率，但存在的问题主要是炉窑“结圈”，严重影响作业率，这也是制约回转窑发展的主要原因。

转底炉法作为一种冶金粉尘综合处理工艺，具有还原反应速度快，资源利用效率高的特点，为钢铁企业固体废弃物提供了一条高效利用的新途径。转底炉工艺目前在国内已经建成多条生产线，生产实践表明，转底炉工艺处理含锌冶金尘泥技术是成熟的，但存在工艺燃料消耗大，生产成本高，还因金属化球团属于半成品，利用途径受到限制。

由德国的科夫(KORF)公司和奥地利的奥钢联联合开发的Corex工艺，综合了较成熟的竖炉和煤气化两种工艺,在竖炉内进行含铁料预还原,用煤炭流化床作熔炼容器进行终还原及煤气化。Corex是最早实现商业化和工业化的熔融还原炼铁工艺，但该工艺对原燃料要求苛刻、设备复杂、寿命比高炉低，不利于该工艺的推广。

由韩国POSCO公司基于Corex工艺开发的商业化Finex技术也已实现工业化生产，但是Finex技术投资成本巨大，生产成本也高于传统高炉，且仍然依赖焦炭，对原料要求较高。

由澳大利亚力拓公司主导的HIsmelt技术是目前最可能实现产业化的一项技术，其基本工艺路线类似于Finex技术，但比其更具吸引力的是，HIsmelt技术在冶炼矿种，如在可以直接冶炼高磷矿等所取得的工艺参数方面，比Finex技术更具应用前景。

HIsmelt技术使用的熔融还原炉(SRV)的主体设备外壳由上部水冷炉壳和下部砌筑耐材的炉缸组成，用下倾斜式水冷喷枪将煤和部分矿粉高速喷入熔池，喷入的矿粉与富碳铁水接触后还原熔炼；由顶部喷枪鼓入1200℃富氧热风,与熔池上部煤气(主要成分CO)混合并在上部氧化区燃烧，维持炉内热平衡所需热量。但该工艺也存在一些不足：从炉顶排出的炉气为低热值的煤气，温度高达1400℃左右，热能利用率低，工序能耗及生产成本优势不明显，且耐火材料侵蚀、破损严重，真正在大生产中推广应用的时间相对较短。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有炼铁工艺高排放、高污染和高能耗的问题，而提供一种工艺流程简洁，操作方便，能保证生产高品质铁水，可处理含铁粉尘，还能充分利用回收炉气热量预热矿粉和煤粉，综合回收原料中的Zn、Pb等有价金属，达到窑炉运行节能降耗且符合了国标、企标低污染物排放要求的纯氧两段式预热还原炼铁工艺。