本發(fā)明屬于全氧高爐優(yōu)化煉鐵領(lǐng)域，具體涉及一種富氫煤氣提質(zhì)循環(huán)利用全氧高爐煉鐵方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代鋼鐵冶煉流程中最為常規(guī)的流程為，高爐煉鐵+鐵水預(yù)處理+轉(zhuǎn)爐煉鋼+連鑄。其中高爐煉鐵以鐵礦石和焦炭為主原料，焦炭作為主要的還原劑并且形成高爐內(nèi)部骨架從而對頂端入高爐的鐵礦石原料進行還原。但是煉焦對環(huán)境的污染極其嚴(yán)重。隨著環(huán)保意識的逐步提高，降低焦炭在煉鐵工藝中的使用量成為非常迫切的技術(shù)需要?，F(xiàn)有高爐常規(guī)都會在下部鼓風(fēng)，鼓風(fēng)的時候會鼓入大量的氮氣，氮氣在上升過程中會將熱量大量的帶入到爐頂煤氣中，不但造成能耗非常大的問題，同時還會造成爐頂煤氣熱值降低，且對爐頂煤氣的進一步處理帶來成本增加的增加。
富氧高爐的利用也在逐步增加，富氧高爐使得單位碳素燃燒生成的煤氣量減少，風(fēng)口前理論燃燒溫度上升。熱量集中于高爐下部，爐缸溫度上升，對硅、錳等一些難還原元素的還原十分有利。富氧鼓風(fēng)后，氮含量相對降低，生成煤氣中還原劑CO濃度增高，尤其噴吹含H/C比高的燃料時，煤氣中H2含量增加，有利于高爐間接還原的發(fā)展，減少焦炭消耗。煤氣內(nèi)氮含量減少，發(fā)熱值相應(yīng)提高，從而改善了爐頂煤氣質(zhì)量。富氧鼓風(fēng)使風(fēng)口前理論燃燒溫度提高，可進一步增加噴吹燃料數(shù)量，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。而全氧高爐基本不鼓入氮氣，提高了還原效率，主要的還原物質(zhì)變成了煤粉，焦炭最主要的作用為其骨架作用。但是由于全氧高爐流到爐身上部的氣體量較之前有了大幅度的減少，因此帶入高爐上部的熱量隨之大幅度減少，從而造成高爐上冷下熱的問題，從而影響爐料順暢。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種全氧高爐煉鐵方法。
具體通過如下技術(shù)手段實現(xiàn)：
一種全氧高爐煉鐵方法，包括如下步驟和設(shè)定方式：
(1)將純氧、煤粉和高溫提質(zhì)煤氣噴入到全氧高爐中，爐頂加入礦石和焦炭，爐頂煤氣通入到煤氣提質(zhì)加熱爐中，將爐頂煤氣中的CO2轉(zhuǎn)化為CO，形成高溫提質(zhì)煤氣，將其再噴入到全氧高爐中。
(2)所述全氧高爐煉鐵的設(shè)備包括全氧高爐和煤氣提質(zhì)加熱爐，在全氧高爐爐缸上環(huán)形設(shè)置有氧氣鼓風(fēng)口、噴煤口和下部提質(zhì)煤氣入口，在高爐爐身中下部設(shè)置有上部提質(zhì)煤氣入口，所述下部提質(zhì)煤氣入口與所述上部提質(zhì)煤氣入口之間的距離為L，上部提質(zhì)煤氣入口與爐頂?shù)木嚯x為L’，其中L：L’為0.5～1：1.5～2.1，所述上部提質(zhì)煤氣入口與爐身外壁下部的夾角為α，所述α的夾角度數(shù)范圍為98～132°，所述氧氣鼓風(fēng)口用于鼓入純氧，噴煤口用于噴入煤粉，下部提質(zhì)煤氣入口和上部提質(zhì)煤氣入口用于鼓入從煤氣提質(zhì)加熱爐中產(chǎn)生的高溫提質(zhì)煤氣，所述高溫提質(zhì)煤氣入高爐的溫度為900～1200℃。
(3)爐料結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦：球團礦：塊礦重量比為(5～6):(2～2.5):(1～1.5)，爐頂煤氣包括CO、CO2和H2O。
(4)所述煤氣提質(zhì)加熱爐包括上部內(nèi)管、下部外管、反應(yīng)腔和液渣室，所述上部內(nèi)管插入到下部外管中，上部內(nèi)管和下部外管整體位于反應(yīng)腔上部并與反應(yīng)腔連通，液渣室位于反應(yīng)腔下部，煤粉通過上部內(nèi)管頂端加入到煤氣提質(zhì)加熱爐中，爐頂煤氣入口和氧氣入口均設(shè)置在反應(yīng)腔外側(cè)，通過氧氣與煤粉不完全燃燒產(chǎn)生CO并且產(chǎn)生大量的熱量，爐頂煤氣中的CO2在高溫環(huán)境下與煤粉中的C反應(yīng)生成CO，從而將爐頂煤氣進行提質(zhì)和加熱操作，產(chǎn)生的提質(zhì)煤氣向上流動，從上部內(nèi)管中流出的煤氣通過與新加入的煤粉進行熱交換對煤粉進行預(yù)熱并從上部內(nèi)管排出形成低溫提質(zhì)煤氣，從上部內(nèi)管和下部外管之間流出的提質(zhì)煤氣在高溫的情況下直接排出形成高溫提質(zhì)煤氣，所述高溫提質(zhì)煤氣包括CO、H2和H2O。
(5)所述低溫提質(zhì)煤氣用于燃?xì)獍l(fā)電或軋鋼加熱。
作為優(yōu)選，所述α的夾角度數(shù)范圍為102～130°。
作為優(yōu)選，在所述下部提質(zhì)煤氣入口中還進一步同時通入H2，H2的通入體積量為高溫提質(zhì)煤氣通入體積量的8～18％。
作為優(yōu)選，爐料結(jié)構(gòu)中燒結(jié)礦：球團礦：塊礦重量比為(5～5.5):(2.2～2.5):(1.1～1.5)，爐頂煤氣中四者體積比為CO：CO2：H2：H2O＝(40～65):(20～35):(4～15):(5～18)。
作為優(yōu)選，所述高溫提質(zhì)煤氣中四者體積比為CO：CO2：H2：H2O＝(55～75):(4～10):(15～25):(0.5～5)。
本發(fā)明的效果在于：
1，通過在高爐爐身部位也設(shè)置了高溫提質(zhì)煤氣入口，解決了全氧高爐上冷下熱的問題，同時還進一步的對鐵礦石進行了一定程度的預(yù)熱，使得高爐內(nèi)部整體熱量利用和爐料順行達到了最佳的優(yōu)化效果。同時由于解決了全氧高爐上冷下熱的問題，煤粉能夠更加合理的充分利用，從而使得爐頂添加的焦炭使用量大幅度降低，減少了焦炭的使用從而減少了環(huán)境污染。
2，通過合理設(shè)定上部提質(zhì)煤氣入口噴嘴和下部提質(zhì)煤氣入口噴嘴之間的距離與上部氣體存續(xù)區(qū)的距離比值，使得高溫提質(zhì)煤氣對上部冷爐區(qū)的熱量補充作用更加充分還不會造成過度提熱而造成資源浪費，同時還能對內(nèi)部焦炭骨架不造成不良的破壞。結(jié)合合理設(shè)定噴嘴的角度使得內(nèi)部熱氣體的氣體動力學(xué)能夠不在噴嘴附近形成小范圍的紊流，而形成大的熱循環(huán)，更加充分的對爐身部分進行熱量補充。
3，通過將爐頂煤氣合理的通過煤氣提質(zhì)加熱爐進行CO2和部分H2O的去除，由于氧氣和煤粉的不充分燃燒帶來大量的熱量(同時還有爐頂煤氣帶入的熱量)，使得CO2+C—CO的反應(yīng)能夠順利高效的進行，而產(chǎn)生的煤氣由于去除了CO2，從而煤氣質(zhì)量得到了大幅度提升，并且煤氣是帶有大量熱量的，高溫煤氣上升過程中大部分進入到內(nèi)管和外管中間的區(qū)域(由于內(nèi)管內(nèi)部有新加入的煤粉，阻礙氣體的進入)從而形成高溫提質(zhì)煤氣，少部分進入到內(nèi)管中與新加入的煤粉進行熱交換，從而實現(xiàn)對煤粉的預(yù)熱，本身溫度降低，產(chǎn)出的低溫提質(zhì)煤氣無需降溫即可以進行常規(guī)煤氣儲存，用于鋼廠其他生產(chǎn)需要。從而非常合理的利用了爐頂煤氣，同時也非常合理的利用了過程中的熱量，使得從物質(zhì)到能量都得到了很優(yōu)化的循環(huán)利用，大大降低了成本和環(huán)境承載壓力。
附圖說明
圖1為本發(fā)明全氧高爐設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
其中：11-爐身，12-爐缸，13-噴煤口，14-氧氣鼓風(fēng)口，15-上部提質(zhì)煤氣入口，16-礦石和焦炭入口，17-爐頂煤氣出口，18-下部提質(zhì)煤氣入口，21-上部內(nèi)管，22-下部外管，23-反應(yīng)腔，24-液渣室，25-氧氣入口，26-爐頂煤氣入口，27-低溫提質(zhì)煤氣出口，28-煤粉物料入口，29-高溫提質(zhì)煤氣出口，L-下部提質(zhì)煤氣入口與所述上部提質(zhì)煤氣入口之間的距離，L’-上部提質(zhì)煤氣入口與爐頂?shù)木嚯x，α-上部提質(zhì)煤氣入口與爐身外壁下部的夾角。
具體實施方式
實施例1
一種全氧高爐煉鐵方法，包括如下步驟：
將純氧、煤粉和高溫提質(zhì)煤氣噴入到全氧高爐中，爐頂加入礦石和焦炭，爐頂煤氣通入到煤氣提質(zhì)加熱爐中，將爐頂煤氣中的CO2轉(zhuǎn)化為CO，形成高溫提質(zhì)煤氣，將其再噴入到全氧高爐中。
所述全氧高爐煉鐵的設(shè)備包括全氧高爐和煤氣提質(zhì)加熱爐，在全氧高爐爐缸上環(huán)形設(shè)置有氧氣鼓風(fēng)口、噴煤口和下部提質(zhì)煤氣入口，在高爐爐身中下部設(shè)置有上部提質(zhì)煤氣入口，所述下部提質(zhì)煤氣入口與所述上部提質(zhì)煤氣入口之間的距離為L，上部提質(zhì)煤氣入口與爐頂?shù)木嚯x為L’，其中L：L’為0.8：1.6，所述上部提質(zhì)煤氣入口與爐身外壁下部的夾角為α，所述α的夾角度數(shù)為103°，所述氧氣鼓風(fēng)口用于鼓入純氧，噴煤口用于噴入煤粉，下部提質(zhì)煤氣入口和上部提質(zhì)煤氣入口用于鼓入從煤氣提質(zhì)加熱爐中產(chǎn)生的高溫提質(zhì)煤氣，所述高溫提質(zhì)煤氣入高爐的溫度為930～990℃。
在所述下部提質(zhì)煤氣入口中還進一步同時通入H2，H2的通入體積量為高溫提質(zhì)煤氣通入體積量的11％。
(3)爐料結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦：球團礦：塊礦重量比為5.2:2.1:1.1，爐頂煤氣包括CO、CO2和H2O，并且四者體積比約為CO：CO2：H2：H2O＝53:28:8:11。
(4)所述煤氣提質(zhì)加熱爐包括上部內(nèi)管、下部外管、反應(yīng)腔和液渣室，所述上部內(nèi)管插入到下部外管中，上部內(nèi)管和下部外管整體位于反應(yīng)腔上部并與反應(yīng)腔連通，液渣室位于反應(yīng)腔下部，煤粉通過上部內(nèi)管頂端加入到煤氣提質(zhì)加熱爐中，爐頂煤氣入口和氧氣入口均設(shè)置在反應(yīng)腔外側(cè)，通過氧氣與煤粉不完全燃燒產(chǎn)生CO并且產(chǎn)生大量的熱量，爐頂煤氣中的CO2在高溫環(huán)境下與煤粉中的C反應(yīng)生成CO，從而將爐頂煤氣進行提質(zhì)和加熱操作，產(chǎn)生的提質(zhì)煤氣向上流動，從上部內(nèi)管中流出的煤氣通過與新加入的煤粉進行熱交換對煤粉進行預(yù)熱并從上部內(nèi)管排出形成低溫提質(zhì)煤氣，從上部內(nèi)管和下部外管之間流出的提質(zhì)煤氣在高溫的情況下直接排出形成高溫提質(zhì)煤氣，所述高溫提質(zhì)煤氣包括CO、H2和H2O，并且四者體積比約為CO：CO2：H2：H2O＝68:10:18:4。
(5)所述低溫提質(zhì)煤氣用于燃?xì)獍l(fā)電或軋鋼加熱。
對比例1
其他參數(shù)都和實施例1相同，而僅將其中L：L’設(shè)定為1.1：1，α的夾角度數(shù)設(shè)定為65°，通過監(jiān)控高爐爐料的順行狀況，推斷出在噴嘴下側(cè)存在冷溫區(qū)，從而造成爐料順行狀況欠佳。
實施例2
如圖1所示：
全氧高爐煉鐵的主體設(shè)備包括全氧高爐和煤氣提質(zhì)加熱爐，在全氧高爐爐缸上環(huán)形設(shè)置有氧氣鼓風(fēng)口、噴煤口和下部提質(zhì)煤氣入口，在高爐爐身中下部設(shè)置有上部提質(zhì)煤氣入口，所述下部提質(zhì)煤氣入口與所述上部提質(zhì)煤氣入口之間的距離為L，上部提質(zhì)煤氣入口與爐頂?shù)木嚯x為L’，其中L：L’為0.9：1.9，所述上部提質(zhì)煤氣入口與爐身外壁下部的夾角為α，所述α的夾角度數(shù)為112°，所述氧氣鼓風(fēng)口用于鼓入純氧，噴煤口用于噴入煤粉，下部提質(zhì)煤氣入口和上部提質(zhì)煤氣入口用于鼓入從煤氣提質(zhì)加熱爐中產(chǎn)生的高溫提質(zhì)煤氣。全氧高爐頂端排出爐頂煤氣，通過導(dǎo)管將爐頂煤氣導(dǎo)管與煤氣提質(zhì)加熱爐的爐頂煤氣入口相連。
所述煤氣提質(zhì)加熱爐包括上部內(nèi)管、下部外管、反應(yīng)腔和液渣室，所述上部內(nèi)管插入到下部外管中，上部內(nèi)管和下部外管整體位于反應(yīng)腔上部并與反應(yīng)腔連通，液渣室位于反應(yīng)腔下部，煤粉通過上部內(nèi)管頂端加入到煤氣提質(zhì)加熱爐中，爐頂煤氣入口和氧氣入口均設(shè)置在反應(yīng)腔外側(cè)，通過氧氣與煤粉不完全燃燒產(chǎn)生CO并且產(chǎn)生大量的熱量，爐頂煤氣中的CO2在高溫環(huán)境下與煤粉中的C反應(yīng)生成CO，從而將爐頂煤氣進行提質(zhì)和加熱操作，產(chǎn)生的提質(zhì)煤氣向上流動，從上部內(nèi)管中流出的煤氣通過與新加入的煤粉進行熱交換對煤粉進行預(yù)熱并從上部內(nèi)管排出形成低溫提質(zhì)煤氣，從上部內(nèi)管和下部外管之間流出的提質(zhì)煤氣在高溫的情況下直接排出形成高溫提質(zhì)煤氣，通過導(dǎo)管將高溫提質(zhì)煤氣分別與全氧高爐的下部提質(zhì)煤氣入口和上部提質(zhì)煤氣入口相連。
實施例3
一種全氧高爐煉鐵方法，包括如下步驟和設(shè)定方式：
(1)將純氧、煤粉和高溫提質(zhì)煤氣噴入到全氧高爐中，爐頂加入礦石和焦炭，爐頂煤氣通入到煤氣提質(zhì)加熱爐中，將爐頂煤氣中的CO2轉(zhuǎn)化為CO，形成高溫提質(zhì)煤氣，將其再噴入到全氧高爐中。
(2)所述全氧高爐煉鐵的設(shè)備包括全氧高爐和煤氣提質(zhì)加熱爐，在全氧高爐爐缸上環(huán)形設(shè)置有氧氣鼓風(fēng)口、噴煤口和下部提質(zhì)煤氣入口，在高爐爐身中下部設(shè)置有上部提質(zhì)煤氣入口，所述下部提質(zhì)煤氣入口與所述上部提質(zhì)煤氣入口之間的距離為L，上部提質(zhì)煤氣入口與爐頂?shù)木嚯x為L’，其中L：L’為0.6：1.8，所述上部提質(zhì)煤氣入口與爐身外壁下部的夾角為α，所述α的夾角度數(shù)范圍為105～118°，所述氧氣鼓風(fēng)口用于鼓入純氧，噴煤口用于噴入煤粉，下部提質(zhì)煤氣入口和上部提質(zhì)煤氣入口用于鼓入從煤氣提質(zhì)加熱爐中產(chǎn)生的高溫提質(zhì)煤氣，所述高溫提質(zhì)煤氣入高爐的溫度為1010℃。
(3)爐料結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦：球團礦：塊礦重量比為5.6:2.3:1.1，爐頂煤氣包括CO、CO2和H2O，并且四者體積比為CO：CO2：H2：H2O＝63:21:7:9。
(4)所述煤氣提質(zhì)加熱爐包括上部內(nèi)管、下部外管、反應(yīng)腔和液渣室，所述上部內(nèi)管插入到下部外管中，上部內(nèi)管和下部外管整體位于反應(yīng)腔上部并與反應(yīng)腔連通，液渣室位于反應(yīng)腔下部，煤粉通過上部內(nèi)管頂端加入到煤氣提質(zhì)加熱爐中，爐頂煤氣入口和氧氣入口均設(shè)置在反應(yīng)腔外側(cè)，通過氧氣與煤粉不完全燃燒產(chǎn)生CO并且產(chǎn)生大量的熱量，爐頂煤氣中的CO2在高溫環(huán)境下與煤粉中的C反應(yīng)生成CO，從而將爐頂煤氣進行提質(zhì)和加熱操作，產(chǎn)生的提質(zhì)煤氣向上流動，從上部內(nèi)管中流出的煤氣通過與新加入的煤粉進行熱交換對煤粉進行預(yù)熱并從上部內(nèi)管排出形成低溫提質(zhì)煤氣，從上部內(nèi)管和下部外管之間流出的提質(zhì)煤氣在高溫的情況下直接排出形成高溫提質(zhì)煤氣，所述高溫提質(zhì)煤氣包括CO、H2和H2O，并且四者體積比為CO：CO2：H2：H2O＝73:5:17.5:4.5。
(5)所述低溫提質(zhì)煤氣用于燃?xì)獍l(fā)電或軋鋼加熱。
在所述下部提質(zhì)煤氣入口中還進一步同時通入H2，H2的通入體積量約為高溫提質(zhì)煤氣通入體積量的15％。