專利名稱：含碳球團(tuán)-鐵浴熔融還原煉鐵法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于不用高爐的生鐵冶煉領(lǐng)域。
熔融還原作為冶金領(lǐng)域的一項(xiàng)重大新工藝，其主要特點(diǎn)是用非焦煤做為一次能源與還原劑，而且是將氧化鐵在熔化狀態(tài)下還原，具有以煤代焦，流程短，顯著改善環(huán)境污染，降低基建和生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)，是目前各國(guó)鋼鐵工業(yè)競(jìng)相研究開發(fā)的重要領(lǐng)域。
在中國(guó)專利或?qū)＠暾?qǐng)中，CN85100843、CN86105271、CN87101210、CN87102252、CN88104282-U都提供了熔融還原煉鐵的類似工藝，均取得了一定的效益。但仍存在各自的缺點(diǎn)有的沒有完全擺脫對(duì)焦煤或型煤的依賴;有的采用鋼浴，限制了還原速度;有的是采用鐵礦粉加噴煤技術(shù)，增加了原料的損失和基建投資。
現(xiàn)已投入工業(yè)生產(chǎn)的COREX法(熔融還原煉鐵法)不用焦碳，其特點(diǎn)是以塊礦、氧化球團(tuán)和煤為原料，預(yù)還原金屬化率高。但此工藝要求豎爐預(yù)還原氣中的CO和H2含量較高，鐵浴爐中無法進(jìn)行二次燃燒，故能耗較高。
本發(fā)明的目的在于提供一種新的熔融還原煉鐵法，即含碳球團(tuán)-鐵浴熔融還原煉鐵法。
針對(duì)上述目的，本發(fā)明的主要技術(shù)措施是1.采用冷固結(jié)含碳球團(tuán)為原料。該含碳球團(tuán)是以煤粉、鐵精礦粉以及粘結(jié)劑為原料，冷固結(jié)而成。
球團(tuán)的特點(diǎn)是含煤量高，具有很強(qiáng)的自還原能力、高的還原速度和較高的抗氧化能力。
冷固結(jié)含碳球團(tuán)的成分(重量%)為鐵精礦粉50～80%，煤粉7～30%(含碳5～25%)，粘結(jié)劑1～11%，添加劑＜5%。
鐵礦粉料是由磁鐵礦、赤鐵礦、氧化鐵皮、含鐵粉塵，含鐵礦中的一種或兩種以上組成;煤粉是由無煙煤或煙煤中的任意一種，也可以是由這兩種煤混合而成;粘結(jié)劑主要是水玻璃型粘結(jié)劑;添加劑由石灰、石灰石、白云石、膨潤(rùn)土或螢石中的一種、兩種或兩種以上組成。
含碳球團(tuán)可采用對(duì)輥壓球、鋼模壓球、園盤和園筒造球方法制造。
2.在熔融還原煉鐵方法上，采用預(yù)還原-鐵浴熔融還原二步法和鐵浴熔融還原一步法兩種(1)預(yù)還原-鐵浴熔融還原二步法。即首先將含碳球團(tuán)在預(yù)還原爐中進(jìn)行預(yù)還原，預(yù)還原溫度為850～1250℃，預(yù)還原率20～85%;經(jīng)過預(yù)還原的球團(tuán)(仍為固態(tài))隨即進(jìn)入鐵浴爐中進(jìn)行熔融還原。
預(yù)先準(zhǔn)備一個(gè)飽和碳或高碳的鐵浴，該鐵浴也可由上爐預(yù)留一部分鐵水做為鐵浴。鐵浴溫度1400～1550℃。另外在鐵浴爐中，可頂吹或側(cè)吹氧氣，并進(jìn)行二次燃燒，二次燃燒率為20～60%;同時(shí)，底吹多種氣體和多種粉劑，攪拌鐵浴，以提高終還原率。熔化的鐵水由出鐵口出鐵，爐渣由出渣口出渣。
(2)鐵浴熔融還原一步法。鐵浴熔融還原一步法是在鐵浴爐中進(jìn)行。預(yù)先準(zhǔn)備一個(gè)飽和碳或高碳鐵浴，也可由上一爐預(yù)留一部分鐵水，然后將經(jīng)過200～400℃預(yù)熱的含碳球團(tuán)加入爐中，進(jìn)行熔融還原。在鐵浴爐中，頂吹或側(cè)吹氧氣，強(qiáng)化二次燃燒，提高二次燃燒率，同時(shí)底吹多種氣體和多種粉劑，加強(qiáng)攪拌，提高終還原率。終還原的鐵水由出鐵口出鐵，爐渣由出渣口出渣。
無論是預(yù)還原-鐵浴熔融還原二步法，還是鐵浴熔融還原一步法，進(jìn)入鐵浴爐中的預(yù)還原球團(tuán)或預(yù)熱球團(tuán)，都是連續(xù)或分批加入鐵浴爐中的，加入量以保證鐵浴不固結(jié)，不產(chǎn)生嚴(yán)重的泡沫渣或噴濺為限。而且鐵浴爐中可以加入固體料。
在預(yù)還原-鐵浴熔融還原二步法的預(yù)還原爐中，含碳球團(tuán)利用本身含有較高的含煤量，進(jìn)行固相自還原。
在二步法和一步法中，加入鐵浴中的含碳球團(tuán)受熱熔化，并進(jìn)行部分固相自還原，熔化進(jìn)入渣中的氧化鐵向渣鐵界面擴(kuò)散，并與鐵水中的[C]發(fā)生反應(yīng)還原出鐵，并進(jìn)入鐵浴中，在球團(tuán)熔化和還原的孕育期，鐵浴向球團(tuán)的傳熱過程是還原速度的控制環(huán)節(jié)，在快速還原期，鐵浴中的含碳球團(tuán)的還原速度主要受到渣中FeO擴(kuò)散控制，在還原終止期，各過程基本達(dá)到平衡，還原反應(yīng)基本停止。
上述熔融還原煉鐵的兩種方法中所述的鐵浴爐可以是專門設(shè)計(jì)的臥式或立式鐵浴爐，也可以是現(xiàn)有的冶煉生產(chǎn)的反應(yīng)器，如轉(zhuǎn)爐、電弧爐、化鐵爐、平爐、感應(yīng)爐等。
通過本發(fā)明所述二步和一步鐵浴熔融還原煉鐵方法所得鐵水成分(重量%)如下C2%～飽和，Si＜0.1%，Mn＜0.1%，S＜0.08%，P＜0.06%。
所得爐渣成分(重量%)如下FeO＜5%，Al2O35～17%，MgO＜10%。
堿度0.5～1.5。
鐵水溫度1400～1550℃。
爐渣溫度1450～1600℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)采用鐵礦精粉和煤經(jīng)冷固結(jié)的含碳球團(tuán)，制造成本低。
(2)鐵浴為飽和碳或高碳的鐵浴，有利于熔融還原反應(yīng)的進(jìn)行。
(3)含碳球團(tuán)既可經(jīng)過預(yù)還原，也可不經(jīng)過預(yù)還原，直接加入鐵浴，故本發(fā)明適應(yīng)性廣，便于推廣。
(4)含碳球團(tuán)的熔化速度很快，而且球團(tuán)中的含碳越高，反應(yīng)越快，縮短了冶煉時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。
(5)由于含碳球團(tuán)具有高的含碳量，可以抑制和控制泡沫渣。
(6)因本發(fā)明含碳球團(tuán)具有很高的自還原速度和抗氧化能力，減輕了鐵浴造氣要求，可以簡(jiǎn)化或省去煤氣改質(zhì)工序，簡(jiǎn)化了工藝，降低了成本。
(7)采用本發(fā)明一步熔融還原法，可以解決設(shè)備聯(lián)動(dòng)問題。
(8)本發(fā)明生成的煙氣，可作為熔融還原法的預(yù)還原的還原劑或預(yù)熱氣體，也可用于煉海綿鐵，冶煉養(yǎng)生系統(tǒng)的能源，也可經(jīng)凈化后它用。
(9)本發(fā)明所采用的裝置適應(yīng)范圍廣，可用專門設(shè)計(jì)的臥式或立式鐵浴爐，也可用氧氣轉(zhuǎn)爐、豎爐、電弧爐、化鐵爐、感應(yīng)爐或平爐等，還可采用高爐。
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
附

圖1為本發(fā)明預(yù)還原-鐵浴熔融還原二步法煉鐵流程示意圖。
附圖2為本發(fā)明鐵浴熔融還原一步法煉鐵流程示意圖。
附圖1和2中，1為含碳球團(tuán)，2為預(yù)還原爐，3為鐵浴爐，4、5為除塵器，6為渣包，7為鐵水包，8為氮?dú)猓?為煤粉，10為氧氣，11為預(yù)還原氣體，12為煤氣輸送管道，13為爐頂煤氣，14為高溫氣體輸送管道，15為高溫煤氣，16為預(yù)還原氣體，17為預(yù)熱爐。
預(yù)還原-鐵浴熔融還原二步法煉鐵工藝流程如下室溫的冷固結(jié)含碳球團(tuán)1由爐頂進(jìn)入預(yù)還原爐2中，進(jìn)行預(yù)還原，預(yù)還原的溫度為850～1250℃，預(yù)還原率為20～85%。預(yù)還原過程中產(chǎn)生的爐頂煤氣13經(jīng)除塵器4除塵后，一部分爐頂煤氣13作為預(yù)還原氣11，經(jīng)煤氣輸送管道12由爐底進(jìn)入預(yù)還原爐2中，強(qiáng)化預(yù)還原，其余作為它用。經(jīng)預(yù)還原的含碳球團(tuán)仍為固相，隨后進(jìn)入鐵浴爐3中。
在鐵浴爐3中，預(yù)先準(zhǔn)備一定量的飽和碳或高碳鐵浴，或由上爐預(yù)留部分鐵液做為鐵浴。鐵浴溫度1400～1550℃，經(jīng)預(yù)還原的含碳球團(tuán)，進(jìn)入鐵浴爐3中，進(jìn)行終還原。同時(shí)，氧氣10由爐頂吹入鐵浴爐，進(jìn)行二次燃燒，二次燃燒率可達(dá)20～60%;由爐底吹入氮?dú)?，以攪拌鐵浴，提高終還原率，并由爐底噴入一定量的煤粉，強(qiáng)化還原。鐵浴爐3中產(chǎn)生的高溫煤氣15，經(jīng)除塵器5除塵后，可作為預(yù)還原氣11，輸入預(yù)還原爐2中，用于含碳球團(tuán)的預(yù)還原。
鐵浴熔融還原一步法煉鐵工藝流程如下在鐵浴爐3中，預(yù)先準(zhǔn)備一定量的飽和碳或高碳鐵浴，或由上爐預(yù)留部分鐵液做為鐵浴。鐵浴溫度1400～1550℃。
經(jīng)預(yù)熱爐17預(yù)熱到200～400℃的含碳球團(tuán)，連續(xù)或分批加入鐵浴爐3中，受熱熔化，并進(jìn)行一部分固相自還原，氧氣10由爐頂吹入鐵浴爐3中，進(jìn)行二次燃燒，二次燃燒率可控制在20～60%。同時(shí)，由爐底吹入氮?dú)?和煤粉9，強(qiáng)化攪拌，提高終還原率。還原過程中所產(chǎn)生的高溫煤氣15，經(jīng)除塵器5除塵后，一部分作為預(yù)熱氣體16，用于含碳球團(tuán)的預(yù)熱，其余的作為它用。
在一步法或二步法的熔融還原煉鐵過程中，含碳球團(tuán)均是連續(xù)或分批加入鐵浴爐3中。加入量以保證鐵浴不固結(jié)，不產(chǎn)生嚴(yán)重的泡沫渣噴濺，能正常冶煉為準(zhǔn)。隨著含碳球團(tuán)的不斷加入，渣量增加，為保證冶煉的正常進(jìn)行，可以適當(dāng)去除一部分渣，以提高熔化速度;在還原結(jié)束后，可以采用連續(xù)出鐵法，也可采用分爐出鐵。無論采用哪種方法出鐵，都要保留一部分鐵水作為下一爐的鐵浴，以便熔融還原過程的連續(xù)進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種含碳球團(tuán)-鐵浴熔融還原煉鐵法，包含鐵浴熔融還原一步法和預(yù)還原-鐵浴熔融還原二步法，以含鐵固體料作為原料，其特征在于A采用煤(主要非焦煤)為能源和還原劑，以冷固結(jié)含碳球團(tuán)為原料；B在含碳球團(tuán)預(yù)還原-鐵浴熔融還原二步法中，含碳球團(tuán)在預(yù)還原爐中的預(yù)還原溫度為850～1250℃；C在鐵浴熔融還原一步法中，含碳球團(tuán)預(yù)熱后進(jìn)入鐵浴爐中，預(yù)熱溫度為200～400℃；D在鐵浴熔融還原一步法或預(yù)還原-鐵浴熔融還原二步法中，鐵浴爐中預(yù)先準(zhǔn)備一個(gè)飽和碳或高碳鐵浴，或由上一爐預(yù)留一部分鐵水；E在鐵浴爐中，頂吹或側(cè)吹氧氣，可底吹多種氣體和多種粉劑；F鐵浴爐中的熔融還原溫度為1400～1550℃；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融還原煉鐵法，其特征在于所用的含碳球團(tuán)可以直接加入鐵浴中進(jìn)行鐵浴熔融還原一步法，或經(jīng)過預(yù)還原后加入鐵浴中，進(jìn)行二步法冶煉鐵水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融還原煉鐵法，其特征在于所用鐵浴可以是專門設(shè)計(jì)的臥式或立式鐵浴爐，也可以是轉(zhuǎn)爐、電弧爐、化鐵爐、感應(yīng)爐、平爐等鐵浴反應(yīng)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融還原煉鐵法，其特征在于所用的鐵浴爐中可以加入固體料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融還原煉鐵法，其特征在于在預(yù)還原-鐵浴熔融還原二步法中，經(jīng)預(yù)還原后的球團(tuán)仍為固態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融還原煉鐵法，其特征在于經(jīng)預(yù)還原或預(yù)熱的含碳球團(tuán)，都是連續(xù)或分批加入鐵浴爐(13)中，其加入量以保證鐵浴不固結(jié)，不產(chǎn)生嚴(yán)重的泡沫渣噴濺為限。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融還原煉鐵法，其特征在于在預(yù)還原-鐵浴熔融還原二步法中，預(yù)還原過程中產(chǎn)生的爐頂煤氣(13)和鐵浴爐(3)中產(chǎn)生的高溫煤氣(15)均可作為預(yù)還原氣(11)輸入預(yù)還原爐(2)中，或作它用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融還原煉鐵法，其特征在于鐵浴熔融還原一步法中，鐵浴爐(3)產(chǎn)生的高溫煤氣(15)，一部分作為含碳球團(tuán)的預(yù)熱氣體(16)，其余的作它用。
全文摘要
本發(fā)明屬于不用高爐的生鐵冶煉領(lǐng)域。其主要特征是以煤(主要是非焦煤)為能源和還原劑，以冷固結(jié)含碳球團(tuán)為原料；在工藝上采用預(yù)還原-鐵浴熔融還原二步法或鐵浴熔融還原一步法。在二步法中，含碳球團(tuán)的預(yù)還原溫度為850～1250℃；在一步法中，含碳球團(tuán)預(yù)熱溫度為200～400℃。兩種方法的鐵浴是預(yù)先準(zhǔn)備的飽和碳或高碳鐵浴，或由上爐預(yù)留部分鐵水，鐵浴溫度為1400～1550℃。經(jīng)預(yù)還原或預(yù)熱的含碳球團(tuán)，連續(xù)或分批加入鐵浴爐中，進(jìn)行終還原。在鐵浴爐中，頂吹或側(cè)吹氧氣，底吹多種氣體和多種粉劑。
文檔編號(hào)C21B13/00GK1087124SQ9311455
公開日1994年5月25日 申請(qǐng)日期1993年11月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月16日
發(fā)明者杜挺, 杜昆, 鄭從杰, 郭征, 李文采 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院