富氧双室熔池熔炼侧吹炉及其熔融钢渣提铁调质的方法 |
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| 申请号 | CN202211635976.7 | 申请日 | 2022-12-20 | 公开(公告)号 | CN115615188A | 公开(公告)日 | 2023-01-17 |
| 申请人 | 山西建龙实业有限公司; | 发明人 | 唐续龙; 刘西峰; 芮义斌; 吕国明; 蔡军; 王海洋; | ||||
| 摘要 | 富 氧 双室熔池熔炼侧吹炉及其熔融 钢 渣提 铁 调质的方法，属于钢铁 冶炼 技术领域，解决钢渣处理过程中尾渣利用难、能耗高、成本高的技术问题，解决方案为：炉体包括炉底、炉墙和炉顶，炉墙设置于炉底的四周，炉顶盖设于炉墙的上方，炉底、炉墙和炉顶所围成的腔体为 炉膛 ，炉顶的下表面上吊装隔墙，隔墙将炉膛分为熔融还原区与静止分离区，在两侧相对设置的炉墙上分别布置 燃料 喷枪 、一次 风 口和二次风口；本 发明 利用富氧侧吹对熔融钢渣进行调质、提铁，全过程无二次废弃物产生，实现对钢渣综合利用的目的，具有成本低、能耗低的优势，且无钢渣尾渣处理的难题，可彻底实现钢渣的资源化利用，是一种系统化的钢渣处理方案。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种富氧双室熔池熔炼侧吹炉，它包括燃料喷枪、炉体和炉架，炉体安装在炉架上，所述炉体包括炉底、炉墙和炉顶，炉墙设置于炉底的四周，炉顶盖设于炉墙的上方，炉底、炉墙和炉顶所围成的腔体为炉膛，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 富氧双室熔池熔炼侧吹炉及其熔融钢渣提铁调质的方法技术领域背景技术[0002] 我国每年钢产量超过10亿吨，铁矿石自给率较低，因此寻求廉价的铁源作为矿石的补充具有很重要的现实意义。高铁赤泥、轧钢铁鳞、钢渣、有色冶炼渣等类型固废的铁含量都不低（30%以上），属于廉价（赤泥、钢渣等部分固废本身存在利用困境）铁源，若能充分利用不仅可以解决其利用难题，同时具有相当的经济效益。目前含铁固废的主要的利用途径包括：（1）作为水泥原料；（2）回转窑还原焙烧磁选提铁；（3）转底炉还原产金属化球团。含铁固废直接用于水泥原料无法充分利用其中的铁，且利用量有限；采用回转窑还原焙烧磁选提铁方法回收率较低，产品只能作为烧结/球团原料，成本高；通过转底炉还原产金属化球团受制于固废杂质含量影响，且应用范围较窄，无法满足目前需要。 [0003] 钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物，占钢产量的12% 15%。钢渣碱度高，含铁高，~常规处理工艺是“热焖/热泼+磁选”，将铁类物料返回钢铁系统，现有工艺流程长、尾渣无法得到有效利用，钢渣堆存存在很大的环境风险隐患，影响了钢厂的可持续发展。 [0004] 专利公布（公开）号为：CN102796833A、CN103789469B、CN106045301A以及CN112725629A的专利文献公开了基于钢渣包和钢渣自热进行钢渣处理的方法，通过喷入还原剂和调质剂，从而实现钢渣的调质和渣铁分离，虽然熔融钢渣蕴藏相当数量的显热和潜热，但炼钢过程中钢渣本身就非完全熔化，其自身的热量不足以让钢渣完成调质和还原。 [0005] 专利公布（公开）号为：CN109022645B、CN110218008B、CN112374764A以及CN112939489A的专利文献公开了基于电炉进行调质和提铁的钢渣处理方法，在电炉中喷吹还原剂、调质剂虽然可以起到一定的还原提铁和渣调质的效果，但效率低，且会加剧电极损耗。且电炉供电需要消耗大量电能，增加处理成本。 [0006] 专利公布（公开）号为：CN108658483A、CN111977997A的专利文献公开了基于还原熔分的原理进行钢渣处理的方法，利用冷态钢渣，工艺路线复杂、成本高。 [0007] 专利公布（公开）号为：CN111926127A的专利文献公开了基于转动式炉窑协同利用熔融钢渣和有色渣的钢渣处理方法，利用氧煤喷枪，通过底吹+侧吹的方式喷入铁水层和渣层，该技术方案中底吹氧煤喷枪直接接触铁水/钢水，寿命较低，转动式炉窑难以采用水冷结构，钢渣处理温度较高（1500℃‑1600℃），炉使用寿命低（有色冶炼转动式炉窑工作温度在1300℃左右），无二次燃烧，煤粉利用率低，能耗高。 [0008] 专利公布（公开）号为：CN106191344A的专利文献公开了通过加热、氧化、还原、渣铁分离的步骤协同处理熔融高炉渣和熔融钢渣的钢渣处理方法，采用周期性作业方式，效率低；且高炉渣作为还原剂无实际价值（高炉渣水碎后是一种优质的建筑原材料，同钢渣混合在一起不仅起不到还原作用，还降低了整体金属回收率，增加了能耗和成本）。 [0009] 综上所述，钢渣处理现有技术（热焖+磁选）存在尾渣无法利用的难题，而正在研发的新技术存在工艺不可行、能耗高、成本高等问题。 发明内容[0010] 本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，解决钢渣处理过程中尾渣利用难、能耗高、成本高的技术问题，本发明提供一种熔融钢渣提铁调质的方法，采用钢渣富氧侧吹熔池熔炼处理，具有成本低、能耗低的优势，且无钢渣尾渣处理的难题，可彻底实现钢渣的资源化利用，是一种系统化的钢渣处理方案。 [0011] 本发明的设计构思：熔融钢渣的温度在1600℃左右，含有大量的显热和熔融潜热，若能充分利用其热量，在高温下将其成分调质至接近高炉渣的成分，通过还原提取其中的Fe元素，则可充分利用钢渣中的有价资源，且解决钢渣尾渣的利用难题。基于此，本发明提出以“富氧侧吹熔池熔炼”的方法处理熔融钢渣，通过氧分压的控制，可直接将含铁固废中的铁还原成铁水，并渗碳满足后续炼钢需要，利用富氧侧吹的强搅拌、高反应性、氧势梯度可控等优势对熔融钢渣进行调质、提铁，炉渣经调质后水碎可作为建材原料，具有回收率高、生产成本低、炉型简单、炉寿长、操作方便、作业环境友好、自动化程度高等优势，全过程无二次废弃物产生，实现对钢渣综合利用的目的。 [0012] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种富氧双室熔池熔炼侧吹炉，它包括燃料喷枪、炉体和炉架，所述炉架包括钢立柱、横梁和拉杆，炉体安装在炉架上，在炉体四周设置有多个钢立柱，位于同一侧的钢立柱之间通过横梁连接并维持稳定，拉杆设置在所述炉顶上部和底部，用于维持炉型结构稳定。 所述炉体包括炉底、炉墙和炉顶，炉墙设置于炉底的四周，炉顶盖设于炉墙的上方，炉底、炉墙和炉顶所围成的腔体为炉膛，其中： 所述炉底的纵截面设置为U字形结构； 所述炉墙沿竖直方向的倾角为5°15°，增加了炉膛空间，也有利于炉体稳定，炉墙~ 的下端面与渣铁分界面的距离为200mm 300mm，以利于熔融钢渣的流通，并且在炉墙内设置~ 水冷套；在两侧相对设置的炉墙上分别布置燃料喷枪、一次风口和二次风口，若干燃料喷枪呈“一”字形排列，并且燃料喷枪的喷嘴位于熔融钢渣层中并靠近渣铁分界面位置处，燃料喷枪的喷嘴与铁水面之间的距离为200mm 300mm，燃料喷枪距离铁水面太近易损坏，太远穿~ 透效果较差，燃料喷枪倾斜布置，燃料喷枪与水平面的夹角为30°60°，燃料喷枪采用不完~ 全燃烧的方式，通过氧/燃料比例控制燃烧气中的CO与原料中的C的摩尔比为0.7 0.8，造成~ 强还原性气氛；喷枪燃料可以采用天然气或者煤粉，燃料喷枪的喷射速度不小于100m/s。通过高速喷入未反应完全的燃烧气穿透铁水层，实现对铁水进行补热并渗碳，防止铁水冻死。 若干一次风口呈“一”字形排列于燃料喷枪与渣面之间并位于渣面以下100mm‑210mm位置处，一次风口和燃料喷枪交错布置，一次风口倾斜布置，一次风口与水平面的夹角为10°~ 15°；若干二次风口呈“一”字形排列于渣面以上300mm‑500mm位置处，二次风口沿水平方向布置，设置二次风口的主要目的在于燃烧烟气中的CO并控制烟气温度在1600℃左右，二次风采用微富氧以便于化渣，富氧浓度范围25%‑35%，过高的二次风富氧浓度会影响炉体寿命。 [0013] 所述炉顶的下表面上吊装隔墙，隔墙将炉膛分为熔融还原区与静止分离区，熔融还原区与静止分离区的底部相互连通，熔融还原区的长度为静止分离区长度的2 3倍，并且~炉渣在熔融还原区停留时间不低于3h，静止分离区停留时间不低于1.5h，以确保铁还原及分离效果；靠近静止分离区一侧炉墙的侧壁上设置排渣口，采用大口排溢流方式连续排渣，靠近熔融还原区一侧的炉墙的侧壁上设置铁虹吸排放口，铁虹吸排放口的外端位于炉墙的中部，铁虹吸排放口的内端与炉膛的底部连通；在所述炉顶上开设有加料口、出烟口、探测孔和电极孔，所述加料口、出烟口与探测孔均位于熔融还原区的上方，锅炉的进气口与出烟口连通，出烟口的侧壁上设置三次风口，用于烟气的完全燃烧，经三次燃烧后烟气中O2含量 6‑10%（干基体积分数）；所述电极孔位于静止分离区的上方，加热电极通过电极孔插入炉膛内，加热电极采用双顶直流石墨电极，电压60V‑120V，吨渣耗电量约60kWh，加热电极安装在电极升降机构上，通过电极升降机构调整加热电极插入炉膛中的长度，加热电极与变压器及整流柜电性连接。 [0014] 进一步地，所述炉底的上表面设置为向熔融还原区一侧倾斜的坡面，炉底从上至下依次为耐火工作层、隔热层、保温层和钢板，正常生产时炉底钢板温度≤150℃；所述炉顶为一体成型的拱形炉顶；所述隔墙由捣打料筑成，捣打料的材质为SiC，隔墙中设置风冷夹层；所述出烟口为膜式壁结构，高温烟气发生三次燃烧后被膜式壁带走过剩热，维持烟气温度在1150℃‑1250℃之间，避免因燃烧过热损坏上升烟道。 [0015] 一种采用上述富氧双室熔池熔炼侧吹炉进行熔融钢渣提铁调质方法，包括以下步骤：S1、配料：熔融钢渣从渣包倒入中间包内，然后通过可倾翻式渣包、返渣流槽连续加入富氧双室熔池熔炼侧吹炉内，可倾翻式渣包的容积为转炉单炉产渣量的1.5倍左右，以确保能持续接渣和排渣。翻转机构采用液压驱动，可控制翻包速度和幅度。翻渣包底装有称重单元，通过设定的失重量控制翻转幅度。返渣流槽水平倾角20°‑30°，材质为铸钢结构，断面为V型（便于清理），并设有流槽盖；还原剂、熔剂通过皮带输送机缓存在炉顶料仓内，还原剂与钢渣的质量比为0.08 0.15，还原剂量过少，还原效果差，回收率低；用量过大，成本高，~ 二次燃烧量大，能耗高，熔剂的重量占钢渣重量的15%‑30%,控制终渣的碱度（CaO/SiO2）为 0.8‑1.3；混合物料经配料后由胶带输送机连续加入富氧双室熔池熔炼侧吹炉内； S2、富氧空气和燃料通过燃料喷枪从炉墙鼓入渣层内并穿透到铁水层，燃料喷枪采用双通道，里通道为燃料，外通道为助燃风。燃料可以采用天然气或者煤粉，助燃风富氧浓度＞50%，控制助燃风量以确保燃料处于未完全燃烧状态（未燃烧的C摩尔比不小于 10%，）。高温燃烧气通过渣层鼓入到铁水层内，对铁水进行搅拌、加热、渗碳。通过燃料量控制铁水温度和渣温，铁水温度为1400℃‑1450℃，渣温为1500℃‑1550℃；一次风从炉墙鼓入渣层内，在一次风的搅拌作用和1500℃高温条件下（局部1700℃），熔融钢渣、还原剂、熔剂在富氧双室熔池熔炼侧吹炉内首先进行干燥、分解，进而发生还原反应、交互反应和造渣反应，反应原理如下： 干燥、分解： H2O→H2O↑， CaCO3→CaO+CO2↑； 还原反应： Fe2O3+C→Fe3O4+CO↑， Fe3O4+C→FeO+CO↑， FeO+C→Fe+CO↑， FeO+CO→Fe+CO2↑； 交互反应： C+CO2→CO↑； 燃料燃烧： C+O2→CO↑， CO+O2→CO↑； 造渣反应： CaO+SiO2→2CaO•SiO2； 并控制终渣中炉渣碱度为0.8‑1.3，熔点≤1450℃，1500℃时粘度≤1.0Pa•s，因铁和炉渣不互溶、且密度差别较大，分离得到铁液和炉渣； S3、铁液在炉膛内与鼓入的燃料气进一步接触完成渗碳过程，最后变成铁水，通过铁虹吸排放口放出后送往炼钢； 炉渣通过排渣口排出后经过水碎得到水碎渣，用于建材原料（比如制备矿渣微粉等）； 二次风直接鼓入炉膛内，反应生成的气体（含有大量未完全燃烧的CO）穿透熔体进入炉膛内，反应生成的气体在鼓入的二次风作用下发生二次燃烧，燃烧后的烟气进入余热锅炉，与余热锅炉内鼓入的三次风进行充分燃烧并通过锅炉换热至200℃以下，余热锅炉采用膜式壁结构，在靠近出烟口处的锅炉上鼓入三次风，以实现烟气中CO的彻底燃烧完全，烟气降温后经收尘、脱硫、排放。收尘采用常规布袋收尘器或者电收尘器，脱硫采用湿法脱硫、半干法脱硫、循环流化床脱硫或者钠法脱硫。对NOx排放特别严格的项目，可在脱硫后增加SCR脱硝装置，或者采用干法脱硫+脱硝除尘一体化装置同时实现脱硫、脱硝、除尘的目的。 脱硫产品可外售，亦可与收尘灰一起制球后返回富氧双室熔池熔炼侧吹炉。 [0016] 进一步地，在所述步骤S2中，一次风风压为0.15MPa‑0.25MPa，富氧浓度＞50%，一次风口位于渣面以下190mm 210mm。~ [0017] 进一步地，在所述步骤S2中，熔剂为石英砂、或者有色冶炼渣、或者石英砂与有色冶炼渣的混合物，熔剂采用高含SiO2的物料。 [0018] 进一步地，在所述步骤S2中，还原剂为块煤、或者焦粒、或者块煤与焦粒的混合物。 [0019] 进一步地，在所述步骤S3中，二次风口位于渣面以上300mm‑500mm，主要作用是燃烧部分CO为熔池补热，并搅拌渣层，加快反应。富氧浓度为25%‑40%。 [0020] 进一步地，在所述步骤S3中，为了满足钢铁企业超低排放的需要，当余热锅炉内烟气温度为900℃时向余热锅炉腔体内喷射尿素或者氨水进行脱硝，氨水或者尿素溶液的浓度为10%。 [0021] 进一步地，在所述步骤S3中，锅炉和收尘器收集的烟灰经加水制粒后返回熔炼炉。 [0022] 与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明提出以“富氧侧吹熔池熔炼”的方法处理熔融钢渣，利用富氧侧吹的强搅拌、高反应性、氧势梯度可控等优势对熔融钢渣进行调质、提铁，全过程无二次废弃物产生，实现对钢渣综合利用的目的。 [0023] 采用本发明的方法，以年产400万吨的钢厂为例，熔融钢渣产量约50万吨，年回收铁水11万吨，产水碎渣54万吨，铁回收率90.28%，处理成本2100元/吨（铁水）、480元/吨（钢渣），每年产生净利润1.9亿元，且所有二次固废都得到了充分利用，经济效益和环保效益相当明显。附图说明 [0024] 图1为富氧双室熔池熔炼侧吹炉主视剖视结构示意图；图2为富氧双室熔池熔炼侧吹炉右视剖视结构示意图； 图3为本发明步骤流程框图； 图中，1为炉底，2为炉墙，3为炉顶，4为炉架，5为二次风口，6为一次风口，7为燃料喷枪，8为铁虹吸排放口，9为排渣口，10为出烟口，11为三次风口，12为加热电极，13为加料口，14为隔墙，Ⅰ为熔融还原区，Ⅱ为静止分离区。 具体实施方式[0025] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。 [0026] 如图1和图2所示的一种富氧双室熔池熔炼侧吹炉，炉型为方型结构，无料柱作业，它包括燃料喷枪7、炉体和炉架4，炉体安装在炉架4上，炉体的宽度约3m‑5m（过宽超出一次风搅动范围，易冻结），长度根据熔融钢渣的处理量确定，所述炉体包括炉底1、炉墙2和炉顶3，炉墙2设置于炉底1的四周，炉顶3盖设于炉墙2的上方，炉底1、炉墙2和炉顶3所围成的腔体为炉膛，其特征在于： 所述炉底1的纵截面设置为U字形结构，炉底1采用绝热式炉底（不采用水冷结构，避免铁水接触到水套发生爆炸，以及避免炉底散热过大造成冻结），炉底1从上至下依次为耐火工作层、隔热层、保温层和钢板，正常生产时炉底1的钢板的温度≤150℃； 所述炉墙2沿竖直方向的倾角为5°15°，炉墙2的下端面与渣铁分界面的距离为 ~ 200mm 300mm，并且在炉墙2内设置水冷套，炉墙2采用水冷结构，以提高炉子寿命；在两侧相~ 对设置的炉墙2上分别布置燃料喷枪7、一次风口6和二次风口5，若干燃料喷枪7呈“一”字形排列，并且燃料喷枪7的喷嘴位于熔融钢渣层中并靠近渣铁分界面位置处，燃料喷枪7的喷嘴与铁水面之间的距离为200mm 300mm，燃料喷枪7倾斜布置，燃料喷枪7与水平面的夹角为~ 30°60°；若干一次风口6呈“一”字形排列于燃料喷枪7与渣面之间并位于渣面以下100mm‑~ 210mm位置处，一次风口6和燃料喷枪7交错布置，一次风口6倾斜布置，一次风口6与水平面的夹角为10°15°；若干二次风口5呈“一”字形排列于渣面以上300mm‑500mm位置处，二次风~ 口5沿水平方向布置； 所述炉顶3为一体成型的拱形炉顶3，炉顶3的下表面上吊装隔墙14，隔墙14由捣打料筑成，捣打料的材质为SiC，隔墙14中设置风冷夹层，隔墙14将炉膛分为熔融还原区Ⅰ与静止分离区Ⅱ，熔融还原区Ⅰ与静止分离区Ⅱ的底部相互连通，熔融还原区Ⅰ的长度为静止分离区Ⅱ长度的2 3倍，并且炉渣在熔融还原区Ⅰ停留时间不低于3h，静止分离区Ⅱ停留时间~ 不低于1.5h；炉底1的上表面设置为向熔融还原区Ⅰ一侧倾斜的坡面，靠近静止分离区Ⅱ一侧炉墙2的侧壁上设置排渣口9，靠近熔融还原区Ⅰ一侧的炉墙2的侧壁上设置铁虹吸排放口 8，铁虹吸排放口8的外端位于炉墙2的中部，铁虹吸排放口8的内端与炉膛的底部连通；在所述炉顶3上开设有加料口13、出烟口10、探测孔和电极孔，所述加料口13、出烟口10与探测孔均位于熔融还原区Ⅰ的上方，出烟口10为膜式壁结构，锅炉的进气口与出烟口10连通，出烟口10的侧壁上设置三次风口11；所述电极孔位于静止分离区Ⅱ的上方，加热电极12通过电极孔插入炉膛内。 [0027] 本具体实施方式采用上述富氧双室熔池熔炼侧吹炉，如图3所示的一种熔融钢渣提铁调质的方法，包括以下步骤：S1、配料：熔融钢渣5t/h（Fe的质量百分比含量为24%，炉渣碱度为3.44），熔融钢渣从渣包倒入中间包内，然后通过可倾翻式渣包、返渣流槽连续加入富氧双室熔池熔炼侧吹炉内，还原煤（还原剂）0.6t/h、石英砂（熔剂）1.5t/h通过皮带输送机缓存在炉体上方的料仓内，经配料后由胶带输送机连续加入富氧双室熔池熔炼侧吹炉内； S2、富氧空气（富氧浓度为65%）和煤粉（燃料）0.5t/h通过燃料喷枪7从炉墙2鼓入 3 渣层内并穿透到铁水层，富氧空气的鼓风量为700Nm/h，一次风从炉墙2鼓入渣层内，一次 3 风风压为0.15MPa‑0.25MPa，鼓风量为600Nm /h，富氧浓度＞50%，在一次风的搅拌作用和 1500℃高温条件下，熔融钢渣、还原剂、熔剂在富氧双室熔池熔炼侧吹炉内首先进行干燥、分解，进而发生还原反应、交互反应和造渣反应，分离得到铁液和炉渣，铁水温度为1430℃，排渣温度为1480℃，排渣量为5.4t/h，铁水流量为1.15t/h（Fe的质量百分比含量为93%，C的质量百分比含量为3.5%），铁回收率为89.12%； S3、铁液在炉膛内与鼓入的燃料气进一步接触完成渗碳过程，最后变成铁水，通过铁虹吸排放口8放出后送往炼钢； 炉渣通过排渣口9排出后经过水碎得到水碎渣，用于建材原料； 3 二次风直（富氧浓度30%）接鼓入炉膛内，二次风的鼓风量为1000Nm /h，反应生成的气体（烟气温度1580℃）穿透熔体进入炉膛内，反应生成的气体在鼓入的二次风作用下发生二次燃烧，燃烧后的烟气进入余热锅炉，与余热锅炉内鼓入的三次风（三次风的鼓风量为 3 1460Nm/h）进行充分燃烧并通过锅炉换热至200℃以下，烟气降温后经收尘、脱硫、排放，其 3 中余热锅炉出口烟气量5700Nm /h，排烟温度为190℃，回收温度为180℃，饱和蒸汽流量为 4.7t/h，炉渣碱度（CaO/SiO2）为1.1，熔点≤1450℃，1500℃时粘度≤1.0Pa•s，流动性非常好。当余热锅炉内烟气温度为900℃时向余热锅炉腔体内喷射尿素或者氨水进行脱硝，氨水或者尿素溶液的浓度为10%。锅炉和收尘器收集的烟灰经加水制粒后返回熔炼炉。 [0028] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。 |
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