[发明专利]一种含铁粉料在还原性气氛中直接炼钢装置及使用方法

说明书

本发明实施例公开一种含铁粉料在还原性气氛中直接炼钢装置及使用方法，属于冶金的技术领域。所述装置包括炼钢池、造气塔、快速还原区、矿料投放区和控制系统；所述炼钢池设在最底部，所述炼钢池包括造渣熔剂堆，所述炼钢池底部设有钢水层，所述钢水层上设有液态渣层；所述炼钢池的上方设有快速还原区；所述快速还原区下部设有造气塔，所述快速还原区的上方设有矿料投放区；所述矿料投放区顶部的中央部位设有尾气排放口，所述尾气排放口的外侧设有造渣熔剂投放口，所述矿料投放区的侧面设有冷气口和矿粉投放口，所述矿料投放区的内部设有造渣熔剂仓和造渣熔剂投放机构；所述直接炼钢装置设有控制系统，通过传感器和控制部件与所述装置电连接。

技术领域

本发明属于冶金的技术领域，涉及一种含铁粉料在还原性气氛中直接炼钢装置及使用方法。

背景技术

炼焦+烧结/球团→高炉→转炉是目前粗钢生产的主要流程，该流程集烧结(或球团)、炼焦、高炉炼铁和转炉氧化炼钢四个工艺环节，具有生产流程长、能耗高、依赖焦炭资源而对环境污染严重等缺点。在当前全球环境污染和资源、能源短缺问题愈演愈烈之际，实行节能减排、推行清洁生产已成为全球钢铁工业持续发展的必由之路。

传统炼钢工艺采用氧气转炉和电炉炼钢工艺。氧气转炉采用高炉铁水为原料进行吹炼获得合格钢水，生产单元多，规模庞大，生产周期长。氧气转炉采用的高炉铁水含碳量高(通常为2.5-4.3％)，含有较多的硅、锰、磷、硫等杂质，不仅仅需要造渣熔剂，还需要高纯度氧气吹炼，铁水转运亦会损失热量。电炉炼钢主要采用回收再利用的废钢，在电炉中利用电能作为热源进行冶炼获得合格钢水的工艺，工艺流程简单，生产环节和周期少。由于需要熔化废钢，需要耗费大量的电能，两者均需建设独立的炼钢设备，投入资金巨大。

针对传统高炉炼铁流程高污染、高能耗问题，熔融还原炼铁技术因可降低对造块、烧结、炼焦等高污染、高耗能工序的依赖，近年来得以发展，成为钢铁工业实现节能减排和清洁生产的重要技术途径，如COREX、FINEX和HIsmelt等工艺。COREX法采用上部预还原竖炉进行铁矿预还原，得到金属化率为70％-90％的金属化球团(DRI)，然后将DRI送入下部熔化气化炉进行终还原。该工艺生产过程中仍需依靠块矿、球团矿、烧结矿和部分焦炭来维持炉况顺行。FINEX工艺以粉矿为原料，采用多级流化态反应器完成铁矿预还原，获得金属化率为90％左右的还原铁粉，还原铁粉和粉煤经热压块后作为炉料加入熔化气化炉进行熔融终还原。HIsmelt工艺以粉矿为主要原料，采用旋风熔化炉对粉矿进行闪速熔炼，粉矿、熔剂、煤粉以氧气为载体沿炉体切线方向喷吹到旋风熔化炉内，粉矿在运动过程中被还原熔化，进而沿着炉壁流淌、滴落到熔融还原炉内进行终还原。

上述的工艺显然都是通过不同的装置进行还原炼铁和熔融终还原炼钢，其中的先还原含铁粉料然后压块，之后还原炼钢，显然工艺复杂，装置利用率低。虽然闪速熔炼效率高，但是其中的旋风熔化炉和熔融还原炉也是不同的装置结构，沿炉体切线方向喷吹到旋风熔化炉对喷吹性能的要求非常高，耐火材料侵蚀严重，炉衬寿命短，不能够进行工业大规模生产和推广。

而专利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，但产物铁水的碳含量高(2.0％)，Si、Mn、P、S等杂质无法有效去除，不能直接生产粗钢。其他的专利CN101906501A、CN108374067A提出用粉矿和煤氧直接炼钢的工艺，铁矿粉经预还原后，与煤粉、氧气喷入炼钢炉内进行炼钢。特别是CN108374067A中的飞速还原直接炼钢的装置包括铁矿粉预处理系统、飞速还原炉系统和炼钢炉系统，显然也是通过不同的装置进行还原炼铁和熔融终还原炼钢。

综上所述，现阶段熔融还原炼铁/直接炼钢方法可在一定程度上解决钢铁生产流程长、能耗高、污染严重的问题，然而上述工艺依然采用传统的还原炼铁和氧化炼钢二步过程；还原工序和氧化工序在不同设备或容器中实施，存在设备投资大、连接设备故障多的弊端。

发明内容