高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法及熔炼装置 |
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| 申请号 | CN202210426646.0 | 申请日 | 2022-04-22 | 公开(公告)号 | CN114990273B | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 中国恩菲工程技术有限公司; | 发明人 | 汪兴楠; 陈学刚; 郭亚光; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种高磷 铁 矿富 氧 侧吹射流熔炼方法及熔炼装置，包括如下步骤：将待熔炼的高磷铁矿、还原剂和熔剂按照1.0～1.3的配 碳 比和1.0～2.0的二元 碱 度进行均匀混料处理，得到待熔炼混料；将待熔炼混料加入至侧吹射流熔炼炉的熔池中，并通过预设在侧吹射流熔炼炉 侧壁 的 喷枪 向熔池喷吹富氧空气和 燃料 ，对熔池中的熔炼混料进行还原熔炼；在还原熔炼的过程中，通过 电极 对熔池进行补热，使熔池的熔炼 温度 维持在1400℃～1600℃，当还原熔炼中产生的炉渣中氧化亚铁的含量为5％～10％时，得到铁 水 、炉渣和熔炼烟气。利用本发明能够解决现有高磷铁矿熔炼技术存在脱磷效果受到限制、流程长、能耗高、成本高等问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法，其特征在于，包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法及熔炼装置技术领域背景技术[0002] 随着我国加速工业化建设进程，钢铁相关行业随之飞速发展，作为钢铁行业的主要原材料，铁矿石的需求量逐年攀升。尽管我国已勘明铁矿石储量一直处于世界前列，但是我国的贫矿储量占到我国总保有储量的98％左右，因而我国每年需要大量进口铁矿石。随着发展铁精矿的资源逐渐短缺，优质铁矿资源价格的不断上涨，使得钢铁生产成本大大提高，限制的钢铁行业的发展。因此难选矿石的开发利用成为解决问题的关键。 [0003] 我国高磷铁矿资源较为丰富。该矿矿物结构嵌布粒度极细，铁磷紧密共生，难以分离。采用传统的高炉冶炼方式，磷元素将会全部进入烧结矿和铁水中，铁水中的磷含量将高于1.0％，这导致钢材出现偏析现象、冷脆现象等。因此，长期以来，由于没有开发出有效的高磷铁矿冶炼工艺而使得我国储量巨大的高磷铁矿至今仍是“呆矿”。 [0004] 由于高炉工艺在冶炼高磷矿中难以降低铁水的磷含量，铁磷分离困难，因此不能直接单独冶炼高磷矿等矿物。现有高磷铁矿的冶炼工艺包括直接还原工艺及熔融还原工艺。预还原—磨选/电炉熔分等直接还原工艺均难以解决流程长、能耗高、成本高的问题。而熔融还原工艺中，以氧气顶吹熔炼为主，但氧气顶吹易造成渣层中的铁液滴过度氧化，渣中(FeO)含量过高易腐蚀炉衬，且顶吹氧气只能对局部区域进行扰动，脱磷效果受到限制。 发明内容[0005] 鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法及熔炼装置，以解决目前的现有高磷铁矿熔炼技术，由于以氧气顶吹熔炼为主，容易造成渣层中的铁液滴过度氧化，渣中FeO含量过高易腐蚀炉衬，且顶吹氧气只能对局部区域进行扰动，脱磷效果受到限制，以及流程长、能耗高、成本高等问题。 [0006] 本发明提供一种高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法，包括如下步骤： [0009] 在所述还原熔炼的过程中，通过电极对所述熔池进行补热，使所述熔池的熔炼温度维持在1400℃～1600℃，当所述还原熔炼中产生的炉渣中氧化亚铁的含量为5％～10％时，得到铁水、炉渣和熔炼烟气。 [0010] 此外，优选的方案是，所述方法还包括： [0011] 对所述铁水依次进行深脱磷处理和深脱硫处理，得到符合预设合格条件的低磷低硫铁水； [0012] 将所述低磷低硫铁水作为炼钢原料。 [0013] 此外，优选的方案是，所述方法还包括： [0015] 将所述净化烟气和所述烟尘处理达到预设排放标准后，进行排放。 [0016] 此外，优选的方案是，在所述将所述待熔炼混料加入至侧吹射流熔炼炉的熔池中，并通过预设在所述侧吹射流熔炼炉侧壁的喷枪向所述熔池喷吹富氧空气和燃料，对所述熔池中的熔炼混料进行还原熔炼的过程中， [0017] 通过预设在所述侧吹射流熔炼炉侧壁上的至少两个喷枪向所述熔池喷吹富氧空气和燃料； [0018] 采用双通道的喷枪向所述熔池喷吹富氧空气及燃料，所述双通道的喷枪的内层喷吹所述富氧空气，所述双通道的喷枪的外层喷吹所述燃料； [0019] 所述双通道的喷枪的原料入口设置在所述侧吹射流熔炼炉的侧壁的外部，所述双通道的喷枪的原料喷出口设置在所述熔池中，且，所述双通道的喷枪的原料喷出口设置在所述熔池的熔渣层从上向下高度的1/4～3/4处。 [0020] 此外，优选的方案是，通过调整喷入所述熔池的所述富氧空气和所述燃料的量，以及所述富氧空气中空气的过剩系数使所述熔池的温度达到 1400℃～1600℃。 [0021] 此外，优选的方案是，所述高磷铁矿、所述还原剂和所述熔剂的粒度均＜5cm。 [0023] 所述高磷铁矿中磷的含量高于0.1％；和/或， [0025] 所述富氧空气中氧气的体积含量为40％～100％；和/或， [0027] 本发明提供的高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼装置，包括侧吹射流熔炼炉、喷枪和电极；其中， [0028] 在所述侧吹射流熔炼炉的顶部分别设置有进料口和熔炼烟气出口；在所述侧吹射流熔炼炉的内部设置有熔池，在所述熔池的侧壁上设置有出渣口；在所述侧吹射流熔炼炉的下部的侧壁上设置有出铁口； [0029] 所述喷枪设置在所述侧吹射流熔炼炉的侧壁上，且，所述喷枪的喷口设置在所述熔池中； [0030] 所述电极设置在所述侧吹射流熔炼炉内部的渣层内。 [0031] 此外，优选的方案是，还包括铁水深处理装置；其中， [0032] 所述铁水深处理装置包括深脱磷硫装置和与所述深脱磷硫装置连接的炼钢装置，所述深脱磷硫装置的原料入口与所述出铁口连接。 [0034] 所述烟气回收利用装置包括分别与所述熔炼烟气出口连接的二次燃烧装置、与所述二次燃烧装置连接的余热回收发电装置、与所述余热回收装置连接的收尘装置。 [0035] 从上面的技术方案可知，本发明提供的高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法及熔炼装置，通过将富氧空气和燃料从炉膛侧面的喷枪喷入熔池中，浸没式火焰直接接触熔池，提高传热效率；通过调整喷入量及空气过剩系数控制喷入渣层内气氛组成，可灵活调控炉渣的氧化性；通过采用电极加热对熔池进行额外补热，避免大量喷吹气体将造成泡沫渣现象，同时富氧侧吹射流可对整个渣层进行扰动，有利于磷以气体形式挥发，进而获得低磷铁水。与高炉工艺，预还原—电炉等工艺相比，本发明无需对原料进行预处理省去了炼焦工序，投资成本低、工艺流程短、且减少了环境污染；各种级别的煤均能作为燃料,炉内的氧化性气氛灵活调控,有利于脱磷过程的进行，可实现高磷铁基矿物的高效、短流程处置，在冶炼高磷铁矿具有较强的提铁脱磷优势。 [0036] 为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。 附图说明[0037] 通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中： [0039] 图2为根据本发明实施例的高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法的工艺框图； [0040] 图3为根据本发明实施例的高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼装置的结构示意图。 [0041] 在附图中，1‑侧吹射流熔炼炉，11‑进料口，12‑熔炼烟气出口，13‑出渣口， 14‑出铁口，2‑喷枪，3‑电极，4‑深脱磷硫装置，5‑炼钢装置，6‑二次燃烧装置，7‑余热回收发电装置，8‑收尘装置。 [0042] 在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。 具体实施方式[0043] 在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。 [0044] 针对前述提出的目前的现有高磷铁矿熔炼技术，由于以氧气顶吹熔炼为主，容易造成渣层中的铁液滴过度氧化，渣中FeO含量过高易腐蚀炉衬，且顶吹氧气只能对局部区域进行扰动，脱磷效果受到限制，以及流程长、能耗高、成本高等问题，提出了一种高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法及熔炼装置。 [0045] 以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。 [0046] 为了说明本发明提供的高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法，图1示出了根据本发明实施例的高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法的流程，图2示出了根据本发明实施例的高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法的工艺；图3示出了根据本发明实施例的高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼装置的结构。 [0047] 如图1至图3共同所示，本发明提供的高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法，包括如下步骤： [0048] S1、将待熔炼的高磷铁矿、还原剂和熔剂按照1.0～1.3的配碳比和1.0～ 2.0的二元碱度进行均匀混料处理，得到待熔炼混料； [0049] S2、将待熔炼混料加入至侧吹射流熔炼炉的熔池中，并通过预设在侧吹射流熔炼炉侧壁的喷枪向熔池喷吹富氧空气和燃料，对熔池中的熔炼混料进行还原熔炼； [0050] S3、在还原熔炼的过程中，通过电极对熔池进行补热，使熔池的熔炼温度维持在1400℃～1600℃，当还原熔炼中产生的炉渣中氧化亚铁的含量为 5％～10％时，得到铁水、炉渣和熔炼烟气。 [0051] 通过将富氧空气和燃料从炉膛侧面的喷枪喷入熔池中，浸没式火焰直接接触熔池，提高传热效率；通过调整喷入量及空气过剩系数控制喷入渣层内气氛组成，可灵活调控炉渣的氧化性；通过采用电极加热对熔池进行额外补热，避免大量喷吹气体将造成泡沫渣现象，同时富氧侧吹射流可对整个渣层进行扰动，有利于磷以气体形式挥发，进而获得低磷铁水。与高炉工艺，预还原—电炉等工艺相比，本发明无需对原料进行预处理省去了炼焦工序，投资成本低、工艺流程短、且减少了环境污染；各种级别的煤均能作为燃料,炉内的氧化性气氛灵活调控,有利于脱磷过程的进行，可实现高磷铁基矿物的高效、短流程处置，在冶炼高磷铁矿具有较强的提铁脱磷优势。 [0052] 作为本发明的一个优选实施例，方法还包括： [0053] 对铁水依次进行深脱磷处理和深脱硫处理，得到符合预设合格条件的低磷低硫铁水； [0054] 将低磷低硫铁水作为炼钢原料。 [0055] 其中，预设合格条件可根据实际生产需要设定，当铁水中的磷和硫的含量达标后用于炼钢工艺。 [0056] 作为本发明的一个优选实施例，方法还包括： [0057] 对熔炼烟气依次进行二次燃烧、余热回收和收尘处理，得到净化烟气和烟尘； [0058] 将净化烟气和烟尘处理达到预设排放标准后，进行排放。 [0060] 作为本发明的一个优选实施例，在将待熔炼混料加入至侧吹射流熔炼炉的熔池中，并通过预设在侧吹射流熔炼炉侧壁的喷枪向熔池喷吹富氧空气和燃料，对熔池中的熔炼混料进行还原熔炼的过程中， [0061] 通过预设在侧吹射流熔炼炉侧壁上的至少两个喷枪向熔池喷吹富氧空气和燃料； [0062] 采用双通道的喷枪向熔池喷吹富氧空气及燃料，双通道的喷枪的内层喷吹富氧空气，双通道的喷枪的外层喷吹燃料； [0063] 双通道的喷枪的原料入口设置在侧吹射流熔炼炉的侧壁的外部，双通道的喷枪的原料喷出口设置在熔池中，且，双通道的喷枪的原料喷出口设置在熔池的熔渣层从上向下高度的1/4～3/4处。 [0064] 富氧喷枪均位于熔渣层中，位于熔渣高度H的1/4～3/4处(从上往下计算)，在此高度位置布置喷枪使得燃烧在熔渣中发生，实现熔渣上部加入物料的快速熔化及还原熔炼，燃烧后的混合气对渣层产生扰动，加快熔炼过程中磷以气相形式逸出以及向渣相富集。 [0065] 喷枪采用双通道喷枪，采用内层喷吹富氧(或氧气，氧浓度40％～100％) 和外层喷吹气体燃料(天然气、液化石油气、煤气、生物质气、氢气等)或氮气携带的液、固体燃料(煤粉、焦粉、石油焦等)。 [0066] 作为本发明的一个优选实施例，通过调整喷入熔池的富氧空气和燃料的量，以及富氧空气中空气的过剩系数使熔池的温度达到1400℃～1600℃。在熔炼过程中通过喷吹燃料和富氧空气对熔池进行补热，考虑到大量喷吹气体将造成泡沫渣现象，在熔炼过程中可采用电极加热对熔池进行额外补热。 [0067] 作为本发明的一个优选实施例，高磷铁矿、还原剂和熔剂的粒度均＜5cm。优选为2～5cm。 [0068] 作为本发明的一个优选实施例，还原剂为煤、焦炭、石油焦中的一种或按照任意比例混合的多种；和/或， [0069] 高磷铁矿中磷的含量高于0.1％；和/或， [0070] 熔剂为石英砂、石英石、石灰石、白云石中的一种或按照任意比例混合的多种；和/或， [0071] 富氧空气中氧气的体积含量为40％～100％；和/或， [0072] 燃料为粒度小于100μm的固体燃料。 [0073] 本发明提供的高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法的原理为： [0074] 高磷铁矿、还原剂及熔剂进入熔池后发生熔化，并开始还原熔炼过程。通过炉膛侧面的多通道喷枪向熔池中喷吹富氧空气及燃料，为物料熔化及还原熔炼过程提供热量。由于燃料在熔池中燃烧，浸没式燃烧火焰直接接触熔池，提高了传热速率，实现熔渣上部加入物料的快速熔化及还原熔炼，且通过调整富氧空气及燃料的喷吹量可灵活控制铁水温度。当铁水温度较低时，提高燃料的喷吹量及富氧空气中氧气的含量，增加燃料放出的热量，减少因熔化物料和气体逸出导致的温降，当铁水温度较高时，降低燃料的喷吹量及富氧空气中氧气的含量，减少燃料放出的热量。熔炼过程中不仅铁氧化物被还原，磷氧化物也将被还原，部分磷进入铁水中，部分磷以气体形式逸出渣面，未还原的磷氧化物进入渣中。向熔池中喷吹富氧空气及燃料的过程中，气体不断对熔池进行扰动，加快了磷以气体形式的逸出，减少磷与铁接触，进而降低铁水中的磷含量。渣中适量的(FeO)可将铁水中的磷氧化，并使之与渣中(CaO)结合，从而使铁水中的磷进入渣中。但渣中(FeO)含量过高将稀释(CaO)的脱磷能力，因此渣中(FeO)含量控制在5％～10％。通过调整燃料与富氧空气的空气过剩系数，控制燃烧产物的组成(CO、H2、CO2、H2O、 N2)，进而调整炉渣的氧化性。熔炼一定时间后获得低磷铁水、炉渣和高温烟气，分别从出铁口、出渣口及烟气出口流出。此外，当熔池温度过低时，向熔池中喷入过多燃料及富氧气体易产生泡沫渣喷溅的现象，可采用电极对熔池进行补热。 [0075] 本发明提供的高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼装置，包括侧吹射流熔炼炉1、喷枪2和电极3；其中， [0076] 在侧吹射流熔炼炉1的顶部分别设置有进料口11和熔炼烟气出口12；在侧吹射流熔炼炉1的内部设置有熔池，在熔池的侧壁上设置有出渣口13；在侧吹射流熔炼炉1的下部的侧壁上设置有出铁口14； [0077] 喷枪2设置在侧吹射流熔炼炉1的侧壁上，且，喷枪2的喷口设置在熔池中； [0078] 电极3设置在侧吹射流熔炼炉1内部的渣层内。 [0079] 通过将富氧空气和燃料从炉膛侧面的喷枪2喷入熔池中，浸没式火焰直接接触熔池，提高传热效率；通过调整喷入量及空气过剩系数控制喷入渣层内气氛组成，可灵活调控炉渣的氧化性；通过采用电极3加热对熔池进行额外补热，避免大量喷吹气体将造成泡沫渣现象，同时富氧侧吹射流可对整个渣层进行扰动，有利于磷以气体形式挥发，进而获得低磷铁水。与高炉工艺，预还原—电炉等工艺相比，本发明无需对原料进行预处理省去了炼焦工序，投资成本低、工艺流程短、且减少了环境污染；各种级别的煤均能作为燃料, 炉内的氧化性气氛灵活调控,有利于脱磷过程的进行，可实现高磷铁基矿物的高效、短流程处置，在冶炼高磷铁矿具有较强的提铁脱磷优势。 [0080] 作为本发明的一个优选实施例，还包括铁水深处理装置；其中， [0081] 铁水深处理装置包括深脱磷硫装置4和与深脱磷硫装置4连接的炼钢装置5，深脱磷硫装置4的原料入口与出铁口14连接。用于对铁水进一步处理。 [0082] 作为本发明的一个优选实施例，还包括烟气回收利用装置；其中， [0083] 烟气回收利用装置包括分别与熔炼烟气出口12连接的二次燃烧装置6、与二次燃烧装置6连接的余热回收发电装置7、与余热回收装置7连接的收尘装置8。用于对熔炼烟气进行处理，避免环境污染。 [0084] 为了更好的对本发明提供的高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法及熔炼装置进行说明，提供了如下的具体实施例。 [0085] 实施例1 [0086] 高磷铁矿成分如表1所示，将高磷铁矿、煤粉、生石灰破碎至粒度小于 5cm，按照配炭比为1.2，二元碱度为1.5的物料配比混合均匀，从炉顶加料口将物料加入侧吹射流熔炼炉中进行冶炼，通过侧吹喷枪向炉内熔池的渣层中喷入富氧浓度为75％的富氧空气和天然气。冶炼期间，控制炉内温度维持在1500～1550℃，渣中(FeO)含量为5～10wt％，冶炼1h后进行放渣、放铁操作，获得磷含量为0.25％的生铁。由于铁中磷含量较高，在铁水出炉后进行炉外脱磷，获得磷含量小于0.1％的铁水。冶炼过程中产生的含磷烟尘经余热锅炉、电收尘设备回收，烟气经脱硫、脱磷系统处理达标后排放。 [0087] TFe CaO MgO SiO2 Al2O3 P S53.62 4.42 0.65 7.4 4.57 1.07 0.022 [0088] 表1 [0089] 实施例2 [0090] 与实施例1的原料相同，按照配炭比为1.0，二元碱度为1.5的参数进行配料并混合均匀，从炉顶部加入侧吹射流熔炼炉中进行冶炼，通过侧吹喷枪向炉内熔池中喷入富氧浓度为50％的富氧空气和煤粉。冶炼期间，控制熔池温度为1450～1500℃，终渣中(FeO)含量为8wt％，冶炼1.5h后进行放渣、放铁操作，获得磷含量为0.15％的生铁。冶炼过程中产生的含磷烟尘经余热锅炉、电收尘设备回收，烟气经脱硫系统处理达标后排放。 [0091] 通过上述具体实施方式可看出，本发明提供的高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法及熔炼装置，通过将富氧空气和燃料从炉膛侧面的喷枪喷入熔池中，浸没式火焰直接接触熔池，提高传热效率；通过调整喷入量及空气过剩系数控制喷入渣层内气氛组成，可灵活调控炉渣的氧化性；通过采用电极加热对熔池进行额外补热，避免大量喷吹气体将造成泡沫渣现象，同时富氧侧吹射流可对整个渣层进行扰动，有利于磷以气体形式挥发，进而获得低磷铁水。与高炉工艺，预还原—电炉等工艺相比，本发明无需对原料进行预处理省去了炼焦工序，投资成本低、工艺流程短、且减少了环境污染；各种级别的煤均能作为燃料,炉内的氧化性气氛灵活调控,有利于脱磷过程的进行，可实现高磷铁基矿物的高效、短流程处置，在冶炼高磷铁矿具有较强的提铁脱磷优势。 |
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