[发明专利]煤-氧-矿-熔剂复合喷射铁浴造气炼铁的工艺及所用的喷枪

说明书

本发明涉及化工冶金领域，是熔融还原炼铁的一种新工艺。该工艺将喷粉冶金技术、熔融还原炼铁技术和煤气制备技术结合为一体，所以具有熔融还原炼铁、半钢、造气和废钢熔化等多种工能。

本世纪六十年代以来，世界各国的许多冶金研究工作者一直致力于熔融还原炼铁新技术的研究与开发工作，即试图用氧、煤、矿石直接冶炼出生铁或半钢。特别是近十年来，对这一新技术的开发有了重大的突破。目前正在开发的熔融还原工艺有十余种，但从本质上说，煤氧熔炼可分为两类，即一步法和二步法。一步法是以煤作为还原剂和热源，将铁矿石直接在熔融状态下在铁浴炉内还原成生铁或半钢，煤粉和氧气可从炉底、炉顶或炉侧喷入铁浴中，而铁矿和造渣料从炉顶加入或随煤粉喷入熔铁，为了提高供热强度，同时还向熔炼炉空腔或熔渣中吹入氧气来提高二次燃烧率。二步法是在一步法的基础上加了一个或二个预还原炉，即首先以熔炼炉煤气为热源和还原剂，将铁矿石在固体状态下预还原到一定程度，然后紧接着进行熔融终还原。

无论是一步法还是二步法，大多数流程都离不开铁浴熔融终还原。二步法所需煤气也必须由铁浴反应器产生。对于流化床预还原矿粉，需经喷吹方式输送到铁浴反应器内。此外，由于吹入大量的煤粉，导致熔铁中硫含量较高，需经脱硫后才能用于炼钢。因此可以说，铁浴反应器是整个熔融还原工艺的中枢环节。

目前，世界各国正在开发多种熔融还原工艺和反应器。与本发明较接近的熔融还原工艺是日本SUMITOMO METAL IND KK公司煤氧铁浴气化与炼铁工艺(专利号86229175/08635)。该工艺是将煤氧从立式铁浴反应器的底部喷入熔铁，底喷枪喷嘴由同时吹入的碳氢气体化合物C_nH_m裂解吸热得到保护，而矿粉和熔剂由顶喷枪从反应器的顶部软喷入反应器，矿粉大部分直接进入熔渣。由于矿粉不能直接与熔铁接触，因而反应速度较慢。此外，煤气二次燃烧率低，成分不宜调整，熔渣FeO含量高，脱硫能力差，渣量大，难以得到合格硫含量的铁水。

本发明工艺克服了上述缺点，本发明将氧气和预还原矿粉加煤粉的混合粉料从炉顶喷入熔铁表面，自炉底喷入氧气和煤粉，或自炉底喷入氧气和预还原矿粉加煤粉的混合料。当炉容积大于2m³时，还自顶喷枪喷入二次燃烧副氧，使煤气进一步二次燃烧和控制煤气成分，煤氧熔炼和造气结束并逸渣后，直接在炉内进行底喷粉脱硫精炼批处理。

本发明工艺设计了一个煤-氧-矿-熔剂复合喷射铁浴反应器，在同一反应器内，实现熔融终还原、制备不同成分的煤气、精炼脱硫三个目的。这种工艺，既充分地利用了煤的化学能，又把炉外脱硫的程序引进了该工艺，从而节约了设备，提高了效益，降低了炼铁的成本。可得到预还原炉所要求的合格煤气和炼钢炉所要求的合格铁水。

为了实现发明的目的，本发明者设计了多流道的顶喷枪和双流道预混式底喷枪与转炉炉体配套使用。顶喷枪分为水冷多流道喷枪(A)和双流道喷枪(B)两种，视炉容积的大小来选用顶喷枪种类，炉容积小于2m³时，可采用双流道喷枪，炉容积大于2m³时，采用多流道喷枪。

图1为煤-氧-矿-熔剂复合喷射造气与熔融还原炼铁反应器的示意图。图2为顶喷枪(A)结构示意图。图3为顶喷枪(B)结构示意图。图4为底喷枪结构示意图。其中包括：顶喷枪1、底喷枪2、转炉型铁浴炉体3、中心管4、中间管5、外层管6、外层环管7、环隙8、中心管9、中间环缝10、外层环管11、内喷管12、内喷嘴13、喷枪头14、中隔管15、氧气喷管16、外套管17、内喷管18、外喷管19、外喷管进口接头20、密封压盖21、密封塞22、预混管23。

图1为反应器的结构图，其特点是由顶喷枪1、底喷枪2、转炉型炉体3三个部分组成。顶喷枪安装在炉体上部(见图1)，用以喷射氧、煤、预还原矿、水蒸汽和副氧。底喷枪为双流道预混式喷枪，安装在炉底，用以喷射煤粉或预还原矿加煤的混合粉料、氧气或熔剂。对于底喷枪的结构和性能本发明者在已获专利中有详述(中国专利CN91216746.7)，所设计的炉底煤氧枪无需冷却气保护，而靠煤粉自身热解得以保护。

图2为多流道喷头结构示意图，中心管4为煤粉、预还原矿粉流道，中间管5为主氧流道，外层管6为二次燃烧副氧流道，外层环管7为冷却水流道，与中心管相邻的环隙8为水蒸汽流道。喷头由紫铜铸造而成，与枪身螺纹连接。副氧流道的设计不仅使一氧化碳进一步二次燃烧，释放更多的热量供还原吸热，提高热效率，而且改善了气-渣间的传热条件，这是区别于其它顶枪的关键所在。