技术领域
[0001] 本
发明涉及
冶金技术领域，具体地说本发明属于非
高炉炼铁的一种三步法生产铁水的工艺。
背景技术
[0002] 从理化
基础知道，有机物是不可以直接燃烧的，它需要裂解成H（氢）或C（
碳）后，才可以和空气中的
氧结合燃烧。这个裂解的过程是要消耗热量的，所以有机物的燃烧
温度都不高。自然界提供的低价比的直接
能源，最好的是
煤。煤中含有大量有机物质——挥发分，因此煤在空气中燃烧的温度融化不了铁，所以在工业上要用去掉挥发分的二次能源——
焦炭来
冶炼铁。
[0003] 人类现代社会生活需要大量的
钢铁，为了得到这些钢铁，要有五分之一的能源消耗在冶铁工业领域。为了在地球的生存环境，为了社会的持续发展，炼铁业的技术节能就是近百年来钢铁工业竭
力追求的首要目标。
[0004] 现有使用的主要炼铁技术是一种一步法的“高炉”炼铁工艺，它是将铁
矿石、焦炭和
溶剂放在一个
竖炉里给以高温空气，从而得到还原铁水的一种方法。就工艺成熟度讲，现代高炉已经做到了极致。最大的将近6000立方的高炉系统，通过现代化的参数控制，就焦炭的能源消耗而言，它已经比较接近其理论值。但是，在这里还存在有一个问题：为什么不能只在高温区域使用二次能源，而在温度较低的区域使用一次性的能源——煤呢？依据这个思路，现代高炉工艺发明了高炉喷煤技术，从而降低了二次能源的使用量。不过在一步法的同一个炉子里是不可能把加温区域分开来的。
[0005] 为了解决上述问题。许多公开
专利技术开辟了非高炉炼铁的
直接还原铁领域：直接还原铁就是在相对于高炉温度较低的环境下，将铁矿石转
化成粉铁的技术。由于该工艺过程的许多问题，直接还原铁的能源消耗要比高炉法高出许多，所以直接还原铁的技术环境并不是显得很好。在非高炉炼铁法的熔融还原铁领域，近百年的时间里，人们提出有一百多个技术解决方案，几千项公开专利技术。经过多年的技术进步，现在熔融还原铁技术中能够实现工业化规模生产的，并具有代表性的有如下三项工艺：1 、COREX熔融还原技术（CN1042385）是一种利用煤和球团矿（
块矿）生产铁水的冶炼工艺。该工艺是一种二步三段法的熔融还原铁技术，COREX流程主要由熔融
气化炉和还原竖炉构成。铁矿石经还原竖炉的加温和初还原之后（800～900℃）被
挤压入熔融气化炉中，在高温氧气的助燃下，经熔炼造气段和煤气转化段的作用而得到铁水。该技术最大规模的项目COREX C-3000现在运行在上海。该项目经过几年的生产，它的能耗要比高炉法高出许多。
[0006] 2 、Finex熔融还原技术（CN1248297）是改变COREX流程得到的另一种炼铁工艺。其主要改变是将COREX的还原竖炉换成
流化床还原器，所以Finex技术特点是可以处理便宜的粉矿。该工艺的技术实施厂经过三年多的生产实践，结果证明它的能耗也比高炉法高。
[0007] 3 、HIsmelt熔融还原技术（CN1037542）是一种二步法的熔融还原铁的工艺：铁矿粉是经过特有的流化床加温和初还原（800℃）后被喷吹入铁浴炉（SRV）中，并在富氧热
风的助燃下得到铁水。该技术在大规模生产时还需要进一步完善。
[0008] 分析以上这三项技术和其它可以运行的熔融还原铁技术，它们基本上都是采用这种二步的熔融还原铁工艺法。在其工艺过程当中也不是不使用焦炭，而是把焦化过程放到熔融气化炉或者铁浴炉内；其采取的方法是用高温把挥发分
蒸发到炉体的上部，去进行二次燃烧。采用此种方法首先增加了能耗，COREX法的炉顶温度是高炉法的好几倍，所以出炉尾气会带走大量的
热能。其次是工艺布局不合理，COREX法正常生产是需要使用少量焦炭的，在操作过程当中焦炭使用得越多COREX工艺参数也就会变得越顺畅。
[0009] 由于工艺布局的不合理，其外围的工艺辅助设施就会变得更为复杂。由此必然会加大整个系统的基本建设投资，COREX工艺的建设
费用要比高炉法高出百分之八十左右。
[0010] 要把铁矿石还原成铁水，需要有两种
能量参加反应。第一种能量是把铁矿石加温到1000℃以上的热能，它的反应过程是要在一个富O（氧）的环境下才最为合理，
现有技术可以把这个能耗压缩在30kgce/t的数量级上。另一种能量就是把铁矿石中的O还原出来的
化学能，它需要在一个富H或者富C的环境下反应才顺畅。本发明使用煤基来还原铁的，所以这里应该有一个富C的环境存在。这个化学能的数量级是第一种能量的10倍300kgce/t,高炉法接近这个数值也还有一定的距离。
[0011] 在还原铁的工艺过程当中，还有一个被炼铁学技术混淆了的，与氧化铁还原成铁的结果没有直接关系的一个能量，就是还原过程中出现的CO和FeO携带的化学能。FeO对熔融还原铁技术的最终结果影响不大，所以本发明先讨论CO所携带的能量。
[0012] 把氧化铁还原成铁，如果用煤来做还原剂那就是用C把氧化铁中的O携带出来。其最理想的结果就是在还原工艺的最后得到的是CO2。但是，在铁
熔化温度的附近，存有大量C时，CO2就很难存在，因为在多C的环境中高温会使CO2裂解成为CO。CO携带的化学能是巨大的，它几乎占到煤能量的四分之三。还原工艺如果处理不好CO，那就会造成工艺能量损失。
[0013] 高炉炼铁法工艺实际上是一种一步二段法工艺：在高炉的缸部熔融还原段里，生成的大量CO带出了氧化铁里的O，使之变成铁水。升腾起来的CO在炉身部的加温反应段里，燃烧掉一部分加温铁矿石并且参加一些低温下的铁氧化物的还原，最后生成的是低热值的含有许多CO的高炉煤气。所以高炉炼铁法是现有技术当中能耗最低的炼铁工艺方法。
[0014] COREX熔融还原技术和Finex熔融还原技术，看起它们的熔融气化炉就是一个煤气发生器。在全炉高温下，其中铁矿石的O几乎全靠CO带出，而且在里面燃烧的煤也只能丢下不到三分之一的能量起作用，其余也会变为CO被排出。为此，这两种还原工艺都必须要建造一座大型
发电厂来回收这些能量。当然，这种使用二次能源电厂的热效率根本就无法与现代技术的热电厂比拟。
发明内容
[0015] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种工艺更为合理、可操性强、节能减排的三步法生产铁水的工艺。
[0016] 本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种三步法生产铁水的工艺，其特点是，其步骤如下：（1）
炉料准备：用配煤还原球团，或者铁块矿与配煤组成的混合物，或者碳铁矿压块作炉料，并对炉料进行干燥处理；
（2）加温：将炉料设入加温设备中进行加温至1000-1300℃，加温热量来自于还原工序中还原炉供给的CO，加温设备自身的喷煤燃烧系统用于需要时的热量补充；
（3）还原：将炉料投入还原炉中加温至1300-1500℃进行还原处理；
（4）熔融：把还原处理后的炉料投入熔融炉中，加热到1500-1700℃，使炉料熔化得到铁水。
[0017] 以上所述的三步法生产铁水的工艺中，优选的技术特征是：1、步骤（2）中，所述的加温设备可以为各种敞焰或内焰对物体加热的竖炉、带式炉、
隧道窑、辊道窑、
回转窑和转底炉等设备，最优选为敞焰或内焰式的竖炉、带式炉或回转窑；
2、步骤（3）中，所述的还原炉为竖炉、斜坡炉、罐式炉或流化床；
3、步骤（3）中，所述的还原炉为内燃式斜坡炉或竖炉，还原能量来自喷煤孔喷入的碳
燃料；所述的碳燃料为煤、废塑料粉、
废橡胶粉或其他含碳粉料；在内燃式斜坡炉或竖炉底部还设有备用电加热装置；
4、步骤（4）中，所述的熔融炉优选为
电弧炉。也可以选用可以选用各种形式的竖炉、平炉、转炉、化铁炉、
电弧炉、矿热炉、中频熔炼炉和
电阻炉等设备。
[0018] 本发明工加温工序的加温热量来自于还原炉，需要从还原炉中引出CO至加温设备的燃烧系统，当CO足够时，可不不需要热量补充，只有当CO不够时，才需要加温设备自身的喷煤燃烧系统用于热量补充。
[0019] 所述的配煤还原球团的主要成分为铁矿粉、配煤（还原剂）、易选剂(脱P、S、Si剂和催化剂)和
粘合剂。本发明工艺也可以直接使用块矿或者碳铁矿压块。
[0020] 在加温工艺段，在大的富O燃烧环境中在炉料里还存在一个小的C预还原环境，它可以将铁矿石预还原50～70％，它需要的C来自球团配碳和回转窑（加温设备）窑尾的加煤。窑尾加煤中可以添加10～40％的白
云石粉或石灰粉，用于脱去煤中的S、P和提高回转窑的不结圈温度。窑尾加煤料还有的作用是保护球团不
破碎，使回转窑可以处理球团矿强度和转鼓指数较低炉料。调整链篦机的出料温度（影响尾气最高温度）、回转窑的出料温度(结圈和还原段的能耗)、球团的配碳和窑尾的加煤量（影响尾气的CO含量，在回转窑富O高温下可以燃烧一部分），使整个系统运行在最佳状态下。
[0021] 在还原工艺段：还原炉在喷煤或者其它含灰分的碳粉时，加入10～20％的白云石粉或石灰粉，以降低灰分的
烧结温度。在大量的C存在的高温还原炉内，C会到处寻找O最后生成CO，所以铁氧化物会很快被还原成铁。控制空气，也就是O的进入量和节奏，使还原炉内空间有时变为O环境，以尽量增加排出气体的CO2含量，使更多的能量留在还原炉内。炉料排出前要把炉料加温到1423℃（FeO消失温度）以上，使其中的FeO（浮氏体）含量降到最低，而铁又不熔化流淌。
[0022] 与现有技术相比，本发明将现有技术的加温还原步和熔融步的二步法的熔融还原炼铁的工艺，分解为加温步、还原步和熔炼步的三步法还原工艺。分解后的工艺方法可以将还原步产生的大量粗CO返回加温步燃烧，以达到节能降耗的目的。本发明三步法生产铁水的工艺的尾气排放最高温度、CO气体排放含量和熔炼时间都小于高炉法，而且对环境的污染也可以降到最低。而且它在生产过程中不使用焦煤。本发明的工艺合理、简洁，不再需要
