一種高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法，該方法使用的高爐爐料包括熱壓鐵焦，高爐內(nèi)的礦石層由燒結(jié)礦和球團(tuán)礦以一定比例混合組成，焦炭層由焦炭和熱壓鐵焦按一定比例混合組成，采用富氧、熱風(fēng)、噴煤操作。不僅可以降低高爐熱空區(qū)溫度、提高反應(yīng)效率、縮短冶煉時(shí)間、降低焦比、減少CO2排放，而且可以保護(hù)焦炭，從而維持料層透氣性，保證高爐順利進(jìn)行，還可顯著提高生產(chǎn)效率。
【專利說(shuō)明】
-種高妒使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高爐煉鐵技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，全球因使用化石能源而引起的Ofe排放量迅猛增加，溫室氣體C〇2減排已成 為當(dāng)今世界應(yīng)對(duì)氣候變化問(wèn)題的核屯、內(nèi)容。而我國(guó)近年來(lái)C0油巧義量幾乎呈指數(shù)增長(zhǎng)，2013 年全球化石能源C0油巧義量為322億t，中國(guó)0?排放量為90.2億t，占世界總排放量29 %，因此 我國(guó)在未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)都將面臨國(guó)內(nèi)C〇2減排的艱巨任務(wù)和嚴(yán)峻的國(guó)際壓力。
[0003] 鋼鐵工業(yè)是能源密集型行業(yè)，鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中需消耗大量化石燃料，從而排放大 量的C〇2。我國(guó)鋼鐵工業(yè)C〇2排放量占全國(guó)C〇2總排放量的15 %左右，遠(yuǎn)高于全球平均水平 (5%~6%)。在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，高爐工序C〇2排放量占整個(gè)系統(tǒng)C〇2總排放量的70%~ 80 %。若再加上燒結(jié)、球團(tuán)和焦化等鐵前工序，整個(gè)煉鐵系統(tǒng)C0油巧義量將達(dá)到90 % W上。另 夕h高爐是一種傳統(tǒng)煉鐵設(shè)備，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展仍然保持著旺盛的生命力，在現(xiàn)有各種煉鐵流 程中，高爐煉鐵都占據(jù)無(wú)可爭(zhēng)議的主要地位。我國(guó)鋼鐵工業(yè)W高爐-轉(zhuǎn)爐流程為主，該流程 生產(chǎn)的粗鋼產(chǎn)量占全部粗鋼產(chǎn)量的90%左右。2015年我國(guó)高爐生鐵產(chǎn)量已達(dá)6.9141億t，占 全球高爐生鐵總產(chǎn)量的59.97%。在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，高爐-轉(zhuǎn)爐流程仍是鋼鐵工 業(yè)的主導(dǎo)流程。因此，高爐煉鐵工藝的改進(jìn)與完善是我國(guó)鋼鐵工業(yè)節(jié)能降耗和C〇2減排的關(guān) 鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。
[0004] 我國(guó)煤炭資源總儲(chǔ)量相對(duì)豐富，占世界總儲(chǔ)量的12.6%。我國(guó)煤炭資源種類也較 齊全，但煤炭資源數(shù)量分布極不平衡，尤其是優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源，僅占探明儲(chǔ)量的9.%%左 右。近年來(lái)，隨著鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展，優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源越來(lái)越匿乏。而高爐煉鐵工藝對(duì)優(yōu) 質(zhì)煉焦煤資源具有嚴(yán)重的依賴性，W重點(diǎn)企業(yè)高爐平均焦比（約349kg/t歷)推算，2012年我 國(guó)高爐煉鐵共消耗焦炭約2.99億t，約合6.437億t煉焦煤原煤。近年來(lái)，高爐噴煤量逐漸增 加，高爐冶煉對(duì)焦炭的質(zhì)量要求越來(lái)越高。目前，國(guó)內(nèi)許多鋼廠煉焦配煤中肥煤和主焦煤的 配比已超過(guò)50 %。按此消耗速度，估計(jì)我國(guó)主焦煤和肥煤資源將在40年內(nèi)消耗殆盡。因此， 加強(qiáng)稀缺優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源的高效綜合利用W及大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用低變質(zhì)煤資源對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó) 鋼鐵工業(yè)乃至整個(gè)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
[0005] 鐵焦是將含鐵物料添加至適宜的煤中，利用室式煉焦工藝或豎爐炭化工藝制成含 碳復(fù)合爐料。運(yùn)里所說(shuō)的含鐵物料可W是冶金含鐵廢棄物或低品位鐵礦石等，煤可W是弱 黏結(jié)性煤或非黏結(jié)性煤。高爐使用鐵焦后可降低爐內(nèi)熱空區(qū)溫度，提高反應(yīng)效率，降低焦 比，減少C0油巧義，大幅提高弱粘結(jié)煤和低品位鐵礦石的使用比例。
[0006] 關(guān)于高爐使用鐵焦進(jìn)行冶煉的方法有幾種，如專利公開(kāi)號(hào)為CN104334748中公開(kāi) 的，在高爐內(nèi)形成焦炭層和礦石層進(jìn)行高爐冶煉。礦石層由至少兩批礦石組成，且在其中至 少一批中添加鐵焦，并在至少另一批中不添加鐵焦。鐵焦的加入位置是礦石層厚度比(礦石 層厚度/(礦石層厚度+焦炭層厚度））較大的位置。如專利公開(kāi)號(hào)為CN102597275中公開(kāi)的， 將鐵焦與礦石混合，并與焦炭交替加入高爐進(jìn)行冶煉。鐵焦使用比率為焦炭質(zhì)量的25%~ 50%，鐵焦粒度范圍為15mm~40mm，鐵焦含鐵量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%~40%。又如專利公開(kāi)號(hào)為 CN102471809中公開(kāi)的，高爐內(nèi)交替形成焦炭層和礦石層進(jìn)行冶煉。焦炭層由焦炭形成，礦 石層由鐵焦、焦炭和礦石混合形成，且礦石層分兩批入爐。礦石層中鐵焦添加比例為礦石質(zhì) 量的1 % W上，焦炭加入比例為礦石質(zhì)量的0.5%~6%，鐵焦和焦炭總添加比例為礦石質(zhì)量 的1.5%~20%。礦石層中焦炭粒度為36mm~100mm，鐵焦含鐵量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%~40%。
[0007] 但運(yùn)些方法均是將鐵焦添加至礦石層中，運(yùn)會(huì)導(dǎo)致W下問(wèn)題：由于鐵焦具有較高 的反應(yīng)性，氣化反應(yīng)后局部區(qū)域C0分壓較高，從而加速礦石的還原。然而，鐵焦反應(yīng)后強(qiáng)度 較差，氣化反應(yīng)后產(chǎn)生較多粉末，當(dāng)?shù)V石層達(dá)到軟烙帶時(shí)，礦石層呈現(xiàn)軟烙狀態(tài)，礦石層的 透氣性在鐵焦粉末存在下會(huì)受到嚴(yán)重影響，從而影響高爐正常生產(chǎn)和操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有煉鐵技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的 方法。該方法將熱壓鐵焦添加至高爐焦炭層中。熱壓鐵焦具有較高的反應(yīng)性，高爐冶煉時(shí)焦 炭層中的熱壓鐵焦氣化反應(yīng)在較低溫度下即可發(fā)生，從而促進(jìn)礦石的還原，提高生鐵產(chǎn)量。 焦炭層中的熱壓鐵焦優(yōu)先發(fā)生氣化反應(yīng)，從而保護(hù)高爐焦炭。盡管焦炭層中的熱壓鐵焦在 軟烙帶氣化反應(yīng)后也會(huì)產(chǎn)生粉末，但此時(shí)焦炭可起到骨架的作用，維持料層的透氣性，從而 保證高爐的正常生產(chǎn)和操作。另外，高爐加入熱壓鐵焦后，爐內(nèi)熱空區(qū)溫度降低，反應(yīng)效率 提高，冶煉時(shí)間縮短，高爐焦比降低，C0油巧義減少。
[0009] 本發(fā)明提供了一種高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法，該方法使用的高爐爐料由 燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、焦炭和熱壓鐵焦組成，爐料從高爐爐頂加入，并在高爐內(nèi)部依次交替形成 礦石層和焦炭層，采用富氧、熱風(fēng)、噴煤操作，進(jìn)行高爐冶煉，生成鐵水和爐渣，包括：
[0010] (1)礦石層由燒結(jié)礦和球團(tuán)礦均勻混合而成，燒結(jié)礦的添加比例按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 礦石層總質(zhì)量的60%~80%，球團(tuán)礦的添加比例按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為礦石層總質(zhì)量的20%~ 40%;
[0011] (2)焦炭層由焦炭和熱壓鐵焦均勻混合而成，焦炭用量為320~380kg/t歷，熱壓鐵 焦添加量按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為焦炭質(zhì)量的5%~20% ;
[0012] (3)礦石層爐料和焦炭層爐料從爐頂依次交替加入高爐，將焦炭與熱壓鐵焦、燒結(jié) 礦與球團(tuán)礦分別裝入不同的料罐。高爐裝料時(shí)采用較大料批重、分裝裝料操作，高爐料線控 制在1.0~1.5m;
[0013] (4)高爐鼓風(fēng)溫度為1100°C~1200°C，富氧率為1%~3%，噴煤量不超過(guò)150kg/ tHM，爐料從裝入到出鐵水和爐渣的時(shí)間為6.0~8.化；
[0014] 本發(fā)明所用燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)不低于72%，低溫還原粉化指數(shù)RDI".15不低于 75% ;球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度不低于2000N，還原膨脹指數(shù)RSI不高于15% ;
[0015] 本發(fā)明所用焦炭的灰分Ad不超過(guò)焦炭總質(zhì)量的13%，硫分St,d不超過(guò)焦炭總質(zhì)量 的0.8%，揮發(fā)分Vdaf不超過(guò)焦炭總質(zhì)量的1.8%，抗碎強(qiáng)度M25不低于85%，耐磨強(qiáng)度化0不超 過(guò)7%，反應(yīng)性CRI不超過(guò)30%，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR不低于55% ;
[0016] 本發(fā)明所用熱壓鐵焦是由鐵礦粉和弱黏結(jié)性煤均勻混合后采用熱壓工藝制成，其 外形為球形或楠球形，粒度為25~40mm，抗壓強(qiáng)度不低于5000N，反應(yīng)性CRI為40 %~50 %， 反應(yīng)后強(qiáng)度CSR為30 %~40 %。
[0017] 本技術(shù)應(yīng)用可W帶來(lái)如下積極效果，推動(dòng)傳統(tǒng)煉鐵技術(shù)的進(jìn)步與創(chuàng)新：
[0018] (1)添加 5%~20%的熱壓鐵焦至焦炭中可起到保護(hù)焦炭的作用，從而用更少的焦 炭維持高爐透氣性，保證高爐正常生產(chǎn)和操作；
[0019] (2)高爐使用5%~20%的熱壓鐵焦可降低爐內(nèi)熱空區(qū)溫度，提高反應(yīng)效率，降低 焦比，減少C0油巧義；
[0020] (3)熱壓鐵焦制備可使用低品位難處理鐵礦石和弱黏結(jié)性煤，從而擴(kuò)大了原燃料 的來(lái)源范圍，提高了資源利用率。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)會(huì)在實(shí)施例中描 述更為清楚，但運(yùn)些實(shí)施例近似范例性質(zhì)，并不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] 在本實(shí)施例中：
[0024] 燒結(jié)礦TFe含量為55.94%，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表1，其轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為75%，低溫還原 粉化指數(shù)畑1+3.15為80 %。
[0025] 球團(tuán)礦TFe含量為65.33%，其化學(xué)成分如表2所示，其抗壓強(qiáng)度為2650N，還原膨脹 指數(shù)RSI為12%。
[0026] 熱壓鐵焦的化學(xué)成分如表3所示，其粒度為30mm，抗壓強(qiáng)度為5200N，反應(yīng)性為 45%，反應(yīng)后強(qiáng)度為35 %。
[0027] 焦炭工業(yè)分析如表4所示，其硫分St,d為0.77%，抗碎強(qiáng)度M25為90%，耐磨強(qiáng)度Mio 為6 %，反應(yīng)性CRI為25.3 %，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR為64.5 %。
[0028] 表1燒結(jié)礦化學(xué)成分(wt%)
[0034] 表4焦炭工業(yè)分析(wt%)
[0n?ol
[0
[0
[0
[0
[00351
[0036] 將表1中的燒結(jié)礦和表2中的球團(tuán)礦混合均勻后加入高爐形成礦石層，將表4中的 焦炭加入高爐形成焦炭層，礦石層和焦炭層在爐內(nèi)交替形成并進(jìn)行高爐冶煉。礦石層中燒 結(jié)礦和球團(tuán)礦的質(zhì)量百分比為70 %: 30 %，焦炭層中焦炭加入量為380kg/tHM。高爐噴吹煤 粉量為150kg/地M，熱風(fēng)溫度為1150°C，富氧率為2%，冶煉時(shí)間為8.化。高爐物料平衡表和 能量平衡表分別如表5和表6所示。
[0041] 冶煉1000kg鐵水，產(chǎn)生爐渣359.54kg。該工藝的噸鐵能耗為380.00kg焦炭和150kg煤粉。
[0037] 表5未加熱壓鐵焦時(shí)高爐冶煉物料平衡 [00381
[
[
[0042] 實(shí)施例2
[0043] 采用實(shí)施例1中的燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、熱壓鐵焦、焦炭、煤粉等原燃料條件，將燒結(jié)礦 和球團(tuán)礦均勻混合后加入高爐形成礦石層，將熱壓鐵焦和焦炭均勻混合后裝入高爐形成焦 炭層，礦石層和焦炭層交替加入并進(jìn)行高爐冶煉。礦石層中燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的質(zhì)量百分比 為70% :30%，焦炭層中熱壓鐵焦加入量按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為焦炭用量的5.01%。高爐噴吹煤粉量 為150kg/t麗，熱風(fēng)溫度為1150°C，富氧率為2%，冶煉時(shí)間縮短到7 .化。高爐物料平衡表和 能量平衡表分別如表7和表8所示。
[0044] 表7添加 5%熱壓鐵焦時(shí)高爐冶煉物料平衡
[0045]
[004引冶煉1000kg鐵水，產(chǎn)生爐渣359.00kg。該工藝的噸鐵能耗為363.80kg焦炭和150kg 煤粉，比實(shí)施例1顯著降低焦比約16kg。
[0049] 實(shí)施例3
[0050] 采用實(shí)施例1中的燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、熱壓鐵焦、焦炭、煤粉等原燃料條件，將燒結(jié)礦 和球團(tuán)礦均勻混合后加入高爐形成礦石層，將熱壓鐵焦和焦炭均勻混合后裝入高爐形成焦 炭層，礦石層和焦炭層交替加入并進(jìn)行高爐冶煉。礦石層中燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的質(zhì)量百分比 為70 %: 30%，焦炭層中熱壓鐵焦加入量按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為焦炭用量的10.01 %。高爐噴吹煤粉 量為150kg/t歷，熱風(fēng)溫度為1150°C，富氧率為2%，冶煉時(shí)間縮短到6.化。高爐物料平衡表 和能量平衡表分別如表9和表10所示。
[0051]表9添加10%熱壓鐵焦時(shí)高爐冶煉物料平衡
[0化 2] L(K)56」冶煉1000kg鐵水，產(chǎn)生爐渣358.52kg。該工藝的啞鐵能耗為：M9.20kg焦炭和150kg 煤粉，比實(shí)施例2顯著降低焦比約15kg。
[0化7] 實(shí)施例4
[005引采用實(shí)施例1中的燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、熱壓鐵焦、焦炭、煤粉等原燃料條件，將燒結(jié)礦 和球團(tuán)礦均勻混合后加入高爐形成礦石層，將熱壓鐵焦和焦炭均勻混合后加入高爐形成焦 炭層，礦石層和焦炭層交替加入并進(jìn)行高爐冶煉。礦石層中燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的質(zhì)量百分比 為70 % : 30 %，焦炭層中熱壓鐵焦加入量按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為焦炭用量的20.00 %。高爐噴吹煤粉 量為150kg/t歷，熱風(fēng)溫度為1150°C，富氧率為2%，冶煉時(shí)間縮短到6.化。高爐物料平衡表 和能量平衡表分別如表11和表12所示。
[0059] 表11添加20 %熱壓鐵焦時(shí)高爐冶煉物料平衡
[0060]
[0064] 冶煉1000kg鐵水，產(chǎn)生爐渣357.68kg。該工藝的噸鐵能耗為323.20kg焦炭和150kg 煤粉，比實(shí)施例3顯著降低焦比約26kg。
[0065] 從W上實(shí)施案例可W看出，與不使用熱壓鐵焦的高爐傳統(tǒng)操作相比，高爐焦炭層 添加5%、10%、20%熱壓鐵焦后，焦炭消耗分別減少161^、3化肖、574肖，因此，將熱壓鐵焦添 加到焦炭層進(jìn)行高爐冶煉，不僅解決了現(xiàn)有高爐使用鐵焦冶煉工藝存在的問(wèn)題，而且可提 高高爐冶煉效率，縮短冶煉時(shí)間，提高產(chǎn)量，降低焦比，降低能耗，減少C0油巧義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法，所述方法使用的高爐爐料由燒結(jié)礦、球團(tuán) 礦、焦炭和熱壓鐵焦組成，爐料從高爐爐頂加入，并在高爐內(nèi)部依次交替形成礦石層和焦炭 層，采用富氧、熱風(fēng)、噴煤操作進(jìn)行高爐冶煉，從而生成鐵水和爐渣，其特征在于： (1) 礦石層由燒結(jié)礦和球團(tuán)礦均勻混合而成，燒結(jié)礦的添加比例按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為礦石 層總質(zhì)量的60%~80%，球團(tuán)礦的添加比例按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為礦石層總質(zhì)量的20%~40% ; (2) 焦炭層由焦炭和熱壓鐵焦均勻混合而成，焦炭用量為320~380kg/tHM，熱壓鐵焦添 加量按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為焦炭質(zhì)量的5%~20% ; (3) 將焦炭與熱壓鐵焦、燒結(jié)礦與球團(tuán)礦分別裝入不同的料罐，并將礦石層爐料和焦炭 層爐料從爐頂依次交替加入高爐，高爐裝料時(shí)采用較大料批重、分裝裝料操作，高爐料線控 制在1 · 0m~1 · 5m; (4) 高爐鼓風(fēng)溫度為1100°C~1200°C，富氧率為1%~3%，噴煤量不超過(guò)150kg/tHM，爐 料從裝入到出鐵水和爐渣的時(shí)間為6.0~8. Oh。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法，其特征在于:所述方法中 所用燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)不低于72%，低溫還原粉化指數(shù)RDI +3.15不低于75% ;球團(tuán)礦抗壓強(qiáng) 度不低于2000N，還原膨脹指數(shù)RSI不高于15%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法，其特征在于:所述方法中 所用焦炭的灰分Ad不超過(guò)焦炭總質(zhì)量的13%，硫分S t,d不超過(guò)焦炭總質(zhì)量的0.8%，揮發(fā)分 Vdaf不超過(guò)焦炭總質(zhì)量的1.8%，抗碎強(qiáng)度M25不低于85%，耐磨強(qiáng)度M1Q不超過(guò)7%，反應(yīng)性 CRI不超過(guò)30%，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR不低于55%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐使用熱壓鐵焦低碳煉鐵的方法，其特征在于:所述方法中 所用熱壓鐵焦是由鐵礦粉和弱黏結(jié)性煤均勻混合后采用熱壓工藝制成，其外形為球形或橢 球形，粒度為25mm~40mm，抗壓強(qiáng)度不低于5000N，反應(yīng)性CRI為40 %~50 %，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR 為 30% ~40%。
【文檔編號(hào)】C21B5/00GK106048114SQ201610573574
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月19日
【發(fā)明人】?jī)?chǔ)滿生, 王宏濤, 柳政根, 趙偉, 王崢, 汪燃, 唐玨
【申請(qǐng)人】東北大學(xué)