专利名称：熔炼及还原铁矿石的方法和设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及熔炼及还原铁矿石的方法和设备，特别是涉及在熔炼还原过程中的装料及吹炼方法以及在构造上适合于这种方法的设备。
还原熔炼法将用来取代高炉炼铁法，这种方法现在已经在研究发展中，以克服高炉炼铁法建造成本昂贵并且设备占地面积大的缺点。
众所周知，在还原熔炼法中，先装入作为原材料的预还原的铁矿石或铁矿石，然后再将作为燃料及还原剂的碳质材料和诸如石灰石之类的熔剂加到还原熔炼炉中的铁水中，同时将氧气吹到还原熔炼炉中。因此，碳质材料熔入铁水中，其中的碳被氧化。用过量吹入氧气的方法，将铁水中产生的CO气燃烧成CO2气。CO2气中的显热被传给覆盖在铁水面上的渣及在渣中悬浮着的铁颗粒，然后传到铁水中。如此，将还原铁矿石所必需的热量传给了待还原的铁矿石，有效地炼出铁水。
然而，为了减少还原的铁矿石的重量和送入还原熔炼炉之前的铁矿石的预还原率，要求从还原熔炼炉流到预还原炉中的废气是低氧化的气体并且量要大。因此，降低了还原熔炼炉中的CO气的燃烧比，因而，这种现有技术的还原熔炼法的缺点是热效率低。
由于存在上面的问题，因此本发明的一个目的是提供一种还原熔炼方法以及设备，使还原熔炼炉中的热效率高，以促进还原熔炼而不提高预还原炉中铁矿石的预还原率。
为了达到此目的，本发明提供了一种熔炼及还原铁矿石的方法，它包括下面的工序将待预热预还原的铁矿石装入还原熔炼炉中;
预热及预还原铁矿石;
将碳质材料及熔剂装入还原熔炼炉中;
通过带有脱碳喷嘴及后燃烧喷嘴的顶吹氧气喷枪将氧气吹入还原熔炼炉中;和通过位于还原熔炼炉侧壁的侧风口及位于底部的底风口吹入搅拌气体;
另外，本发明提供了一种适合于上述方法的还原熔炼设备，其包括一个用来预热及预还原铁矿石的预热预还原炉;
一个可装入铁矿石，碳质材料及熔剂的还原熔炼炉，在该炉中熔炼及还原铁矿石;
一个顶吹氧气喷枪，通过该喷枪将氧气吹入还原熔炼炉中，该喷枪带有脱碳喷嘴及后燃烧喷嘴;和分别安置在还原熔炼炉的侧壁及底部的侧风口及底风口。
下面将配合附图详细说明本发明，可更清楚地了解本发明的上述目的及其它目的和优点。
图1是说明本发明一种设备的一个实施例的原理图;
图2是本发明的设备中的一个还原熔炼炉中的氧气喷枪头部的放大视图;
图3表示渣中含铁量(T，Fe)和搅拌气体的流量之间的关系曲线图，搅拌气体是通过本发明的还原熔炼炉底部的底风口吹入的;
图4是表示渣和铁水之间的温差和通过本发明的还原熔炼炉的侧壁吹入的搅拌气体的流量之间的关系曲线图。
图5是表示本发明的还原熔炉中产生的废气的氧化程度与后燃烧喷嘴的喷射角之间的关系曲线图;和图6是表示本发明还原熔炼炉中的渣比和渣的碱度之间的关系曲线图。
现在具体参照附图，说明本发明的一个最佳实施例。图1表示本发明的熔炼及还原铁矿石设备的一个实施例的原理图。在还原熔炼炉10中，形成铁水池11及渣层12，在炉子的上部装有一根第一装料管13，通过该管将石灰石和熔剂装入炉中，在炉子上垂直插进一根氧气喷枪21，通过该喷枪将氧气吹入炉中。
图2是用于本发明熔炼及还原方法的实施例中的氧气喷枪头部的纵剖面放大图。由图2可见，在氧气喷枪21中设置了脱碳喷嘴22和后燃烧喷嘴23以便分别用控制压力和流量的方法从设置在还原熔炼炉外的独立的供氧源分别通过脱碳喷嘴和后燃烧喷嘴送入氧气。
另外，设置了主要用于装填除了铁矿石外的碳质材料，石灰石等的中心喷嘴24，该喷嘴穿过氧气喷枪的中心顶部。根据炉子10的容量和工作条件，可以用脱碳喷嘴来代替中心喷嘴，因而可以将碳质材料、石灰石等材料与氧气一起送入。在氧气喷枪21的头部的箭头28，29分别表示通过脱碳喷嘴和后燃烧喷嘴喷出的氧气的方向。点划线40是氧气喷枪的中心线。
在还原熔炼炉10的上方，设置了预热预还原炉30，它是一种流态床式的反应容器，带有第二装料管31和第三装料管32。通过第二装料管31，将铁矿石装入预热预还原炉中，通过将预热预还原炉和还原熔炼炉连结起来的第三装料管32，将预热及预还原过的铁矿石送入还原熔炼炉中。
另外，导管33将还原熔炼炉10和预热预还原炉30连结起来，以便将还原熔炼炉中产生出的废气通过该管送入预热预还原炉中。从材料、设备的成本，操作的平稳等方面考虑，预热预还原炉可以用热效率高的竖井式炉体或能降低成本和操作方便的回转室式的炉体来实现本发明而没有任何困难。
此外，还设置了用来除去预热及预还原炉30中产生的废气中的尘埃的热式旋风除尘器34，和利用废气的显热来得到蒸汽的蒸汽发生器35，它们跟预热预还原炉相连，如图1所示。另外，在还原熔炼炉的侧壁和底部分别设置了侧风口25和底风口26。还设置了气体选择阀36，它控制从蒸汽发生器出来的废气的传送方向以便将废气送到侧风口25和底风口26或将废气排到系统的对面。应该注意到，蒸汽发生器可被变换用作将预热预还原炉产生的废气来预热铁矿石。
现在来说明使用具有上述结构的设备实现本发明的一个方法的最佳实施例。
在普通的操作中将铁矿石装入还原熔炼炉之前，就已经装入所谓的种子铁水，以便使操作起动平稳而迅速。如果还原熔炼炉中没有种子铁水，可先熔化废铁来制备种子铁水。
在开始操作时，炉中没有渣。可选用氧气顶吹转炉渣，还原熔炼渣，高炉渣和电炉渣中的至少一种渣与碳质材料一起装入炉中，随着碳质材料被氧气燃烧，渣被熔化。直到还原熔炼炉中有每吨铁水30kg的渣量时，才将铁矿石装入炉中。如果渣量少于30kg，渣不能成功地起到熔剂的作用，而如果渣量多于100kg，作为溶剂，将损伤炉子的顶壁。碳质材料装料量及吹氧量与铁矿石的装料量成正比地增加。但是，除非完成了起动造渣，否则，热效率将不足或者铁水温度要下降，其结果就会发生炉壁熔损或喷溅那样的不正常操作。
通常，溶剂是以大块或粗颗粒状加入到还原熔炼炉10中。然而，在要求缩短熔剂熔化时间的情况下，将粉状熔剂和载体气体一起由氧气喷嘴21或者侧风口25和底风口26吹入炉中是很有效的。使用作为载体气体的Ar或N2气通过底风口26吹入氧气顶吹转炉渣80kg/每吨铁水。另外，为比较起见，像普通方法那样，通过第一送料管13装入60kg石灰石/每吨铁水和20kg石英砂/每吨铁水。从开始鼓风到开始装铁矿石之间的时间，用载体气体的方法只要14分钟，而普通的方法花了20分钟。
造渣后，将作为铁水原材料的铁矿石装入还原熔炼炉10中，开始熔炼还原。普通的和基本的操作条件如铁水的产量，铁矿石的装料量，吹氧量等示于表1。下面说明的操作实例是在所示的同样条件或类似的条件下进行的。
炉料如铁矿石、碳质材料和石灰石已经通过第一装料管13装入铁水池11中，通过侧风口25及底风口26吹入的搅拌气体激烈地搅动铁水池11和渣层12，促进了还原反应。在方法中用来搅拌的搅拌气体是蒸汽发生器35产生的废气，N2气和/或Ar气，根据工作条件和原材料情况适当地使用。
如果搅拌气体的量过大，就会通过渣池12的表面吹走搅拌气体，失去了搅拌作用，或者至少不能像希望的那样起作用。通过每个侧风口25吹入的搅拌气体的流量范围最好为0.3到2标准立方米/分/吨铁水，(下面用Nm3/min/T铁水表示)，通过每个底风口26吹入的搅拌气体的流量范围最好为0.5到3Nm3/min/T铁水。应当注意，当使用多个侧风口时，侧风口吹进的气体的流量的最佳范围的下限是0.5到0.8Nm3/min/T铁水，而在使用多个底风口时，底风口吹入的气体的流量的上述最佳范围调整到总流量为3.0Nm3/min/T铁水。根据工作条件在上述范围内调整可以得到一个理想的流量值。
现在，参照图3来说明吹入搅拌气体的一个典型实例。图3用图解示出渣中的含量(T，Fe)和通过底风口26吹入的搅拌气体量之间的关系。渣中的铁含量影响炼出的铁水产量，因此在这方面是很清楚的，在渣中的铁含量越低，铁水的产量就越高。图示的曲线是在通过侧风口25吹入的搅拌气体流量恒定在1.0Nm3/min/T铁水的情况下得到的。当吹入的搅拌气体的流量为3.0Nm3/min/T铁水时渣中铁含量最低，即使搅拌气体量提高到大于3.0Nm3/min/T铁水，还原效果已经到顶了。另一方面，如果搅拌气体的流量低于0.5Nm3/min/T铁水，底风口26有被堵住的可能性。因此，最好将通过底风口26吹入的搅拌气体的流量范围固定在0.5到3.0Nm3/min/T铁水，而定在2到3Nm3/min/T铁水的范围内则更好。
图4以图解示出还原熔炼炉中熔渣与铁水之间的温度和通过侧风口25吹入的搅拌气体的流量之间的关系曲线。该温差表示了铁水池11和渣层12的搅拌程序。温差小表示搅拌充分。换言之，它表示热量传递到铁水中的效率高，因而热效率也高。图示的曲线是在通过底风口26吹入的搅拌气体流量固定在1.8Nm3/min/T铁水的情况下得到的。当通过侧风口25吹入的搅拌气体的流量为2.0Nm3/min/T铁水时，上述的温差最小。即使搅拌气体的流量提高到高于2.0Nm3/min/T铁水，温差已降到极限而不再继续降低，反之，如果搅拌气体的流量低于0.3Nm3/min/T铁水，则侧风口可能被堵住。因此，通过侧风口吹进的搅拌气体的流量范围最好定为0.3到2.0Nm3/min/T铁水，而1到2.0Nm3/min/T铁水的范围则更佳。
另外，如果在还原熔炼炉的侧壁不设置侧风口25的情况下，上述温差为40到60℃。而如图4所示，如果通过侧风口25吹入搅拌气体，则温差为30℃或更小一些，搅拌的效果是很显著的。
通过脱碳喷嘴22吹入的氧气使碳质材料氧化放出足够的热量来还原铁矿石。另外，通过后燃烧喷嘴23吹进氧气，主要用来燃烧碳质材料在铁水池11和渣层12中氧化后产生的CO气。
图2的点划线表示氧气喷枪21的中心线。根据普通的BOF氧气喷枪，将脱碳喷嘴22的喷射角定为15°或更小一些，这里α角是指点划线40与箭头28之间的夹角，而箭头28是脱碳喷嘴22的中心轴，也表示鼓风的方向。然而，后燃烧喷嘴23的喷射角θ在改善还原熔炼炉的热效率方面起着重要的作用，这里θ是点划线40和箭头29之间的夹角，箭头29是后燃烧喷嘴23的中心轴，并表示鼓风的方向。根据喷射角与在还原熔炼炉中产生的废气的氧化程度之间的关系，定出了喷射角的最佳范围。这一关系图解表示在图5。氧化程度(OD)用下式算出OD＝(CO2+H2O)/(CO+CO2+H2+H2O)如图5中所示，如果喷射角θ小于30°，由后燃烧产生的CO2气将很容易被铁水池11中溅出的铁颗粒中的碳或碳质材料中的碳还原，由上式所表示的OD就会显著地降低，结果，还原熔炼炉的后燃烧效率即热效率就降低。另外，如果喷射角θ大于45°，则使得由后燃烧喷嘴出来的氧气引出的还原熔炼炉的内壁的熔损明显地加剧。因此，喷射角θ的范围最好为30°到45。
如前所述，用后燃烧喷嘴吹入氧气，但是如果渣的碱度不合适，将影响炉子的正常工作。下面具体参照图6来讨论渣的碱度的最佳范围。
图6示出渣比与渣的碱度之间的关系。渣比用LS/LM来表示。在Y轴上，LS代表渣层12的厚度而LM代表铁水池11的深度。渣的碱度的降低主要是由于在还原熔炼炉中进行熔炼还原反应时装入炉中的煤炭所含的SiO2熔入渣中所引起的。如图6所示，如果渣的碱度降到低于1.2，渣泡沫增加，因而引起了喷溅。喷溅对于于熔炼还原过程的操作起到极为不利的影响。为了减少这一现象，将含有大量CaO的熔剂材料如石灰石、煅烧白云石或顶吹氧气转炉渣粒加到渣中以增加渣的碱度。相反地，如果渣的碱度超过1.8，则渣中的铁含量增加，由此造成铁水的产量下降。如上述，用煤炭中含的SiO2可以降低渣的碱度。另外，为了迅速地降低渣的碱度，可通过氧气喷枪21的喷嘴24或侧风口25和/或底风口26鼓入煤粉。用以提高渣的碱度的熔剂材料也可以用类似的方法加入到炉中。一般，熔剂材料通过第一送料管13送入炉中的。为了迅速地控制碱度，可通过氧气喷枪21的喷嘴24或侧风口25和/或底风口将粉状的熔剂材料吹进炉中。
权利要求
1.一种熔炼及还原铁矿石的方法，它包括下面的工序将碳质材料及熔剂材料装入熔炼还原炉(10)中，预热及预还原铁矿石和装入经过预热预还原的铁矿石装入还原熔炼炉中，其特征在于包括下面的工序(1)通过带有脱碳喷嘴(22)和后燃烧喷嘴(23)的顶吹氧气喷枪(21)将氧气吹入还原熔炼炉中。(2)通过还原熔炼炉侧壁上设置的侧风口(25)和底部设置的底风口(26)吹入搅拌气体。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述的吹入搅拌气体的工序包括通过每个底风口吹入搅拌气体，其流置为0.5-3.0Nm3/min/T铁水及通过每个侧风口吹入搅拌气体，其流量为0.3-2.0Nm3/min/T铁水。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于所述的吹入搅拌气体的工序包括通过每个底风口吹入搅拌气体，其流量为2.0-3.0Nm3/min/T铁水及通过每个侧风口吹入搅拌气体，其流量为1.0-2.0Nm3/min/T铁水。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于脱碳喷嘴的喷射角为15°或低于15°并且后燃烧喷嘴的喷射角为30°到45°。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其特征在于所述的装入熔剂材料的工序包括在开始鼓风时以30-100kg/T铁水的比例装入熔剂材料。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于溶剂材料至少是顶吹氧气转炉渣、还原熔炼炉渣、高炉渣或电炉渣中的一种。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其特征在于所述的装入熔剂材料的工序包括至少通过氧气喷枪、底风口和侧风口中的一个将熔剂材料装入炉中。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其特征在于搅拌气体至少是N2气、Ar气或过程气体中的一种。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其特征在于所述的装熔剂材料的工序包括造出渣的碱度为1.2-1.8。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于溶剂材料是至少为石灰石、煅烧白云石和氧气顶吹转炉渣粒中的一种。
11.一种熔炼及还原铁矿石的方法，其包括装入碳质材料和熔剂材料，预热预还原铁矿石和将预热及预还原过的铁矿石装入还原熔炼炉(10)中的工序，其特征在于包括下面的工序(1)通过氧气喷枪(21)中的脱碳喷嘴(22)以等于或小于15°的喷射角喷入和通过氧气喷枪(21)中的后燃烧喷嘴(23)以30°-45的喷射角喷入氧气，和(2)通过设置在还原熔炼炉的每个底风口(26)、2-3Nm3/min/T铁水的流量及通过设置在还原熔炼炉的每个侧风口(25)，1.0-2Nm3/min/T铁水的流量吹入搅拌气体。
12.熔炼及还原铁矿石的一种设备，其包括预热及预还原铁矿石的预热预还原炉(30)和一个可装铁矿石，碳质材料和熔剂材料的还原熔炼炉，在其中熔炼及还原铁矿石，其特征在于包括一个顶吹氧气喷枪(21)，通过它将氧气吹入还原熔炼炉中，其带有脱碳喷嘴(23)和后燃烧喷嘴(23)，在还原熔炼炉上设置有侧风口(25)和底风口(26)用来吹入搅拌气体，底风口设置在还原熔炼炉的底部而侧风口设置在还原熔炼炉的一个侧壁上。
13.根据权利要求12的设备，其特征在于脱碳喷嘴的喷射角等于或小于15°和后燃烧喷嘴的喷射角为30°-45。
全文摘要
还原熔炼铁矿石的方法，包括预热预还原铁矿石，将预还原铁矿石，碳质材料及熔剂装入还原熔炼炉，通过带有脱碳喷嘴和后燃烧喷嘴的顶吹氧气喷枪吹入氧气及通过底风口及侧风口吹入搅拌气体的工序。以及还原熔炼铁矿石的设备。包括预热预还原铁矿石的预热预还原炉；可装入铁矿石、碳质材料和熔剂并在炉中还原熔炼铁矿石的还原熔炼炉；带脱碳喷嘴和后燃烧喷嘴的顶吹氧气喷枪和吹入搅拌气体的设在炉底部和侧壁的底风口和侧风口。
文档编号C21B13/14GK1032552SQ8810688
公开日1989年4月26日 申请日期1988年9月24日 优先权日1987年9月25日
发明者高桥谦治, 岩崎克博, 井上茂, 田辺治良, 川上正弘, 山田健三, 菊地一郎 申请人:日本钢管株式会社