一种铁精矿煤基氢冶金转底炉短流程制钢工艺 |
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| 申请号 | CN202311617467.6 | 申请日 | 2023-11-30 | 公开(公告)号 | CN117551830A | 公开(公告)日 | 2024-02-13 |
| 申请人 | 酒泉钢铁(集团)有限责任公司; | 发明人 | 雷鹏飞; 张红军; 蔡斌; 张小兵; 王建平; 寇明月; 白刚刚; 姚征; 沈忠; 吴振中; 郑小龙; 陈得贵; 胡卯晨; 李泽; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种 铁 精矿 煤 基氢 冶金 转底炉短流程制 钢 工艺，该工艺采用铁精矿与高挥发分煤制备成含煤球团，在转底炉内主要通过高挥发分煤充分 热解 和 水 气化 碳 产出的氢气对铁 氧 化物进行还原，制备高 金属化 率球团，金属化球团经中性熔分后得到半 钢水 和酸性钢渣，大幅度缩短了钢铁生产工艺流程，减少了烟气排放，避开了 烧结 、焦化等高污染工艺环节，工艺采用高挥发分、低固定碳煤作为还原剂，符合我国现阶段 能源 结构的同时还可大幅度降低碳排放。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种铁精矿煤基氢冶金转底炉短流程制钢工艺，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种铁精矿煤基氢冶金转底炉短流程制钢工艺技术领域[0001] 本发明属于冶金设备技术领域，具体涉及一种铁精矿煤基氢冶金转底炉短流程制钢工艺。 背景技术[0002] 高炉炼铁工艺是世界上目前最成熟的炼铁生产工艺，世界上生铁产量的85%以上来自高炉炼铁，业内将其视为典型的长流程制钢工艺，其具有热效率高、能耗低、铁回收率高、生产成本低等优点，但同时也存在铁水纯净度低、流程长、资源损耗量大、炼钢成本高、二氧化碳及固废、危废排放量大等缺点。 [0003] 高炉冶金工艺过程集成了炉身部位发生的固态碳冶金过程和在炉缸部位发生的熔融态碳冶金过程。铁料在高炉冶炼过程中，先在炉身部位通过固态碳冶金过程进行低温预还原，该过程通常能得到的还原率只有60 70%（金属化率40%左右）；之后在炉缸部位通过~熔融态碳冶金过程进行高温终还原，同时实现渣铁分离得到成品铁水。在高炉炉缸部位发生的熔融态碳冶金过程中，炼出液相铁的同时，铁矿中Si、Mn、P等元素也被过度还原进入到铁水中，同时C元素也在铁水中饱和溶解。高炉铁水的极度不洁净决定了以它为原料生产洁净钢水将需要一个较长的工艺流程。转炉吹氧炼钢就是要将进入铁水的这些元素绝大部分氧化出来得到钢水，但这个过程使钢水又被过度氧化,钢水中溶解氧达到饱和，不得不继续在精炼炉中耗用Al、Si、Mn等金属进行脱氧，而由此产生的脱氧产物(细小氧化物夹杂)的去除又必须耗费大量的惰性气体，造成资源损耗量大，炼钢成本高，钢水纯净度低。 [0004] 当前CO２排放导致的气候变暖已成为人类面临的巨大挑战之一。国际能源署IEA数据显示，2019年全球因能源生产和消耗而产生的碳排放量约330亿t，其中近14％是由钢铁工业产生。钢铁工业作为中国国民经济的基础产业，对支撑其他产业发展、保障国家安全、提升国际地位具有极其重要的作用，因此，低碳绿色是钢铁工业的发展方向。而氢能因其来源多样、热值高、低碳的特点被认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源。将氢能应用于钢铁生产的氢冶金工艺，是钢铁产业优化能源结构、工艺流程、实现低碳绿色化可持续发展的有效途径之一。 [0005] 国内外众多科研院所与钢铁企业将注意力集中到清洁、高效的氢能源上，氢冶金工艺研究热度愈来愈高。但国内外氢冶金技术大多基于“制氢”‑“储氢”‑“用氢”分步实施这一技术理念，具有以下共性特点：一是产业链长，“制氢”‑“储氢”‑“用氢”分步实施；二是研发基础薄弱，氢气的制、储、用均没有经济性好的成熟技术；三是受产业链长、研发基础薄弱影响，该技术体系研发投入巨大，其中德国氢能战略计划投入90亿欧元，其中氢能技术20亿欧元，后续产业链研发完善70亿欧元；四是研发风险大，氢气制、储、用环节缺一不可，其中任何一项未能取得产业化突破，整体工艺都不能得以产业化实施；五是安全隐患大，氢气属于易燃易爆气体，长流程的储存、运输及倒运过程中存在诸多的泄露、爆炸隐患。 [0006] 酒钢氢冶金研究院提出的煤基氢冶金技术，打破了“制氢”‑“储氢”‑“用氢”分步实施这一传统的固有思维局限，在一个特定的热态系统中，通过煤的充分热解过程与铁氧化物还原过程的热态交集，“制氢‑储氢‑用氢”在热态下同步发生，从而实现氢冶金过程。“制氢‑储氢‑用氢”同步的思路，解决了传统思维模式下产业链长、研发基础薄弱、产业化难度大、研发投入高昂及危险性大等诸多问题，这是酒钢煤基氢冶金技术能够率先进入产业化研发阶段的主要原因。在煤基氢冶金技术的基础上，依托西北地区丰富的绿电资源，提出了一种铁精矿煤基氢冶金转底炉短流程制钢工艺。 发明内容[0007] 本发明采用煤基氢冶金技术，实现了在成熟的转底炉装置上，实现煤的充分热解过程与铁氧化物还原过程的热态交集，“制氢‑储氢‑用氢”在热态下同步发生，解决了制氢”‑“储氢”‑“用氢”分步实施存在的产业链长、研发基础薄弱、产业化难度大、研发投入高昂及危险性大等诸多问题。 [0008] 一种铁精矿煤基氢冶金转底炉短流程制钢工艺，其主要包括以下步骤：（1）原料准备：本工艺使用的原料主要有铁精矿、高挥发分煤、粘接剂、液相调质剂，铁精矿要求TFe品位60%以上，粒度‑200目占比80%以上；高挥发分煤要求挥发分含量30%以上，粒度‑200目占比50%以上，采用烟煤或褐煤；液相调质剂采用熔点800‑1000℃、沸点 1500℃以上的低熔点物质。 [0009] （2）球团制备：将铁精矿、高挥发分煤、粘接剂、液相调质剂按一定比例充分混匀后，采用圆盘造球机制备成粒径25‑30mm含煤球团；铁精矿、高挥发分煤、粘接剂的质量比为100:（30 40）:（2 5）。 ~ ~ [0010] （3）球团还原：含煤球团经链篦机烘干后通过布料机均匀布于转底炉炉盘上，布料厚度为2‑3层球团，入炉后球团随转底炉炉底同步转动并升温，温度升高至800℃以上后开始发生较为剧烈的系列冶金反应，转底炉内还原区温度控制为1150 1250℃，转动一圈后得~到的成品金属化球团金属化率达到90%以上，并在出料螺旋作用下排出转底炉； （4）中性熔分：从转底炉排出的温度1000℃以上的金属化球团通过专用的输送罐车输送至中频炉进行熔分，熔分过程中物料不发生氧化、还原反应，全过程在中性气氛条件下进行，得到铁含量99%以上的半钢水以及酸性钢渣。 [0011] （5）制钢：根据钢材质量要求加入合金料对半钢水进行质量调整，可获得所需的高品质产品。 [0012] （6）烟气处理：从转底炉排出的1000℃以上高温烟气通过余热锅炉、空气换热器、水换热器多级装置回收余热；从空气换热器置换出的500℃以上热风大部分作为转底炉的助燃风使用，小部分进入混风装置后制备160℃的低温风供链篦机含煤球团干燥；通过链篦机收集的除尘灰返灰原料系统进行配料。 [0013] 本发明球团配料中使用的液相调质剂，可在800 1000℃温度条件下产生一定的液~相，并在球团表层产生表面张力，球团内部发生冶金反应生成的气体在排出球团表面时会受表面张力牵制，球团不会发生明显的膨胀及粉化现象。球团中液相调质剂的配加比例根据铁精矿自身低熔点物质的含量进行相应的调整，以保持足以抑制球团膨胀粉化的表面张力且内部气体可顺利排出球团表面的液相量为标准进行配加。铁精矿与液相调质剂的质量比为100:（1 3）。 ~ [0014] 转底炉起炉时采用天然气、焦炉煤气或液化石油气等燃料作为热源，稳定供料后随着炉内冶金反应的进行，会从料层不断溢出冶金煤气，此时可根据炉内温度变化逐步下调外供燃料使用量，转底炉运行稳定且蓄热足够以后冶金反应自供煤气足以满足转底炉供热需求，可停止外供燃料。 [0015] 本发明的有益效果：1、采用圆盘造球机制备含煤球团，含煤球团通过链篦机烘干预固结后直接入转底炉焙烧，铁精矿冶金还原过程中不需要设置焦化、烧结、球团等高污染、高能耗工序，大幅度降低了污染物排放和CO2排放； 2、转底炉稳定运行后采用铁精矿含煤球团自反应产生的冶金煤气进行供热，供热量满足转底炉升温及还原过程的热需求，不需要外供燃料； 3、通过含煤球团配加一定比例的液相调质剂，保证了冶金还原过程前期球团的完整度和强度，解决了含煤球团膨胀粉化问题。 [0016] 4、转底炉煤基氢冶金制备的金属化球团在热状态下与中频炉进行对接，大幅降低了能源消耗；5、煤基氢冶金过程实现了铁精矿在固态下的快速选择性还原，原料中除了铁、镍、铜等金属被还原外，其他金属都以氧化物形式赋存，在中性气氛下进行熔分后，可得到纯度较高的半钢水，半钢水经简单调质即可得到想要制备的钢铁产品。 附图说明 [0017] 图1为本发明铁精矿煤基氢冶金转底炉短流程制钢工艺流程图。 具体实施方式[0018] 下面结合具体实施方式对本发明做进一步的解释说明。 [0019] 物料的选择：采用的铁精矿，其铁品位62‑63%，粒度为‑200目80%；高挥发分煤为褐煤，挥发分42%，固定碳48%，采用配套氮气保护系统的磨煤装置磨制至‑200目50%；粘接剂采用改性淀粉；液相调制剂采用工业纯碱。 [0020] 某铁精矿煤基氢冶金转底炉制钢短流程工艺，其主要包括以下步骤：（1）球团制备：将铁精矿、高挥发分煤、粘接剂、液相调质剂按100:35:3:1的比例经混料机充分混匀后，采用圆盘造球机制备成粒径25‑30mm含煤球团； （2）球团还原：含煤球团经链篦机烘干后通过布料机均匀布于转底炉炉盘上，布料厚度为2‑3层球团，入炉后球团随转底炉炉底同步转动并升温，温度升高至800℃以上后开始发生较为剧烈的系列冶金反应，转底炉内还原区温度控制为1150 1250℃，转动一圈后得~ 到的成品金属化球团金属化率为92‑95%，金属化球团通过出料螺旋排出转底炉； （3）中性熔分：从转底炉排出的金属化球团完整率达到90%，且剩余10%为球团碎化后的小块，温度为1080‑1100℃，金属化球团通过专用输送罐车输送至中频炉进行中性熔分，得到铁含量99.8%的半钢水以及酸性钢渣。制钢时根据钢材质量要求加入合金料对半钢水进行质量调整，可获得所需的高品质钢材产品。 [0021] （4）烟气处理：从转底炉排出的1000℃以上高温烟气通过余热锅炉、空气换热器、水换热器多级装置回收余热；从空气换热器置换出的500℃以上热风大部分作为转底炉的助燃风使用，小部分进入混风装置后制备160℃的低温风供链篦机含煤球团干燥；通过链篦机收集的除尘灰返灰原料系统进行配料。 |
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