一种利用转炉炼钢系统熔融还原铁矿石的方法

摘要

本发明公开了一种利用转炉炼钢系统熔融还原铁矿石的方法，属于钢铁冶金技术领域。本发明在转炉溅渣护炉后，先向转炉中兑入铁水，再分批次加入铁矿石和造渣剂，所用的造渣剂为石灰石、白云石和石灰，同时通过氧枪顶吹富氧空气和煤粉，通过调整加料速度控制泡沫渣的厚度，将铁矿石熔融还原。本发明基于现代氧气转炉的成熟技术，在转炉流程中进行铁矿石的熔融还原，可以解决目前铁矿石直接熔融还原存在的炉衬侵蚀过快，能耗成本居高不下的难题。

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，更具体地说，涉及一种利用转炉炼钢系统熔融还原铁矿石的方法。

背景技术

我国铁矿石的加工利用大多采用传统的烧结-高炉流程生产铁水，随着焦炭资源的日渐枯竭，以及炼焦、烧结过程的污染严重，高炉生产也面临着危机，因此非高炉冶炼技术的发展已经迫在眉睫。

非高炉炼铁技术的优点在于摆脱了焦煤资源短缺对钢铁工业发展的羁绊、适应日益提高的环境保护要求、降低钢铁生产能耗、改善钢铁产品结构、提高质量和品质、解决了废钢短缺及质量不断恶化的问题并实现了资源的综合利用。

目前，熔融还原炼铁工艺主要包括COREX法、FINEX法、HISMELT法和DIOS法等。然而，由于DIOS、HISMELT、AUSIRON、ROMELT等熔融还原工艺都希望有较高的还原速率，提高还原速率的手段主要为：高温、炉渣高FeO含量、熔池搅拌等，而这些手段的实施一方面加大了对炉衬的侵蚀，炉缸寿命降低；另一方面也造成了能耗的巨大浪费。因此，需要一种行之有效的方法来解决熔融还原炼铁过程中出现的各种难题。

经检索，关于非高炉炼铁技术已有相关方案公开，如中国专利申请号200810098048.5，申请日为2008年5月23日，发明创造名称为：一种非高炉炼铁的方法；该申请案将原料铁矿石破碎至直径为200mm以下，进行筛分，将颗粒直径为30mm～200mm的铁矿石和石灰石与焦炭直接输送到鼓风炉中熔炼铁矿石，得到熔融态的渣铁混合物；将颗粒直径小于30mm的铁矿石与石灰石进行混合，混合均匀后，用压力机挤压成30～100mm的团块，晾干；将晾干后的团快和焦炭、褐煤块或型焦一起送入鼓风炉中熔炼铁矿石；然后采用矿热电炉还原熔炼直接处理熔融态的渣铁混合物生产热态铁水。

又如中国专利申请号99807442.X，申请日为1999年7月1日，发明创造名称为：直接熔炼转炉和直接熔炼方法；该申请案设计了一种用直接熔炼法从金属原料生产金属的转炉，并在所述转炉中形成有金属层和金属层上的渣层的熔池；将有载体气体的金属原料和固体含碳材料的至少一部分通过许多喷管/风嘴喷入熔池，在金属层中熔炼金属材料，其中固体的喷入产生来自金属层的气流，该气流夹带着金属层中的熔融材料并携带熔融材料作为飞溅物，液滴和物流向上运动在渣层上方转炉中的气体连续空间内形成过渡区，其中熔融材料的飞溅物，液滴和物流与转炉的侧壁接触形成渣的保护层；通过一个或多个喷管/风嘴将含氧气体喷入转炉，使从熔池释放的反应气后燃烧，其中上升而后下降的熔融材料的飞溅物，液滴和物流能促进热量向熔池的转移。

上述申请案均不失为较好的非高炉炼铁技术，但上述申请案或操作稳定性差，不易控制，或冶炼成本高，生产能耗大，不便于推广使用，仍需进一步改进。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明基于现代氧气转炉的成熟技术，采用厚渣层操作和浸入式燃烧方法，利用熔池内大量熔渣进行矿石、煤粉、熔剂的熔融和还原，通过调整加料速度对熔渣起泡高度进行有效控制，充分利用泡沫渣进行冶炼，提高二次燃烧传热效率和操作的稳定性，同时通过溅渣护炉技术，解决熔融还原炼铁工艺的炉衬寿命问题，有效解决了熔融还原炼铁过程中出现的各种难题。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种利用转炉炼钢系统熔融还原铁矿石的方法，在转炉溅渣护炉后，先向转炉中兑入铁水，再分批次加入铁矿石和造渣剂，所用的造渣剂为石灰石、白云石和石灰，同时通过氧枪顶吹富氧空气和煤粉，通过调整加料速度控制泡沫渣的厚度，将铁矿石熔融还原。其具体工艺操作过程为：

在转炉溅渣护炉后，先向转炉中兑入占转炉吨位60％～80％的铁水，为转炉的初始吹炼提供能量，也为铁矿石的熔融还原提供良好的初始条件，初始吹炼时氧枪枪位为1000mm～1150mm，比正常枪位低50～100mm，首次加入铁矿石和造渣剂后再回到正常枪位，如此操作是为了先通过适当降低枪位，提高富氧流量，待炉温升高，泡沫渣厚度上升后，再提高枪位降低富氧流量，调整加料速率，保证泡沫渣厚度在一定范围内，继续吹炼。

分批次加入铁矿石和造渣剂的过程中，铁矿石和造渣剂的加入时机、加入量以泡沫渣层厚度为标准，使得泡沫渣的厚度适中，保持泡沫渣层距炉口300～600mm。具体加入标准为：首次加入铁矿石1～3t，石灰石1～2t，白云石1～2t；后再视泡沫渣厚度情况，分批次持续加入铁矿石、石灰石和白云石，石灰石每批200～400kg，白云石每批200～400kg，所加造渣剂的量还需保证炉渣二元碱度在1.2～1.3之间。铁矿石每批1～2t，后续每次加入铁矿石时，需提枪20～30mm，铁矿石加入完毕后再回到正常枪位。

持续加入铁矿石和造渣剂吹炼，使得铁水重量达到转炉铁水正常吨位后，旋转转炉倒出70％～80％的炉渣，炉体回正后，继续加入白云石和石灰吹炼，使得终渣碱度在2.8～3.0之间，终渣MgO在8％左右，最后倾动转炉排出钢水，炉渣用于溅渣护炉和下一炉的冶炼。

更进一步地，为了避免铁矿石在转炉中出现炸裂，影响转炉吹炼的正常进行，所述的铁矿石需干燥且粒度均匀，粒度为10～50mm，水分＜2％。

此外，选矿剩下的粒度小于10mm的铁矿粉，可以与煤粉通过添加粘结剂混合制成混合球团，混合球团粒度控制在20～50mm，用于等效替换加入的铁矿石。

更进一步地，所述的粘结剂采用粒度≥400目的铝酸钙超细粉，使用该种粘结剂的好处在于，铝酸钙超细粉润湿后粘结性能好，而且其成分有助于降低炉渣的粘度。

更进一步地，顶吹富氧空气的含氧量为40％以上，最佳为40％。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种利用转炉炼钢系统熔融还原铁矿石的方法，采用厚渣层操作和浸入式燃烧方法，利用熔池内大量熔渣进行矿石、煤粉、熔剂的熔融和还原，通过调整加料速度对熔渣起泡高度进行有效控制充分利用泡沫渣进行冶炼，提高二次燃烧传热效率和操作的稳定性；

(2)本发明的一种利用转炉炼钢系统熔融还原铁矿石的方法，通过配加石灰石、白云石和石灰，使得前中期的炉渣二元碱度控制在1.2～1.3之间，终渣碱度在2.8～3.0之间，终渣MgO在8％左右，这样既能保证前中期熔融还原铁矿石渣的碱度和粘度，也能保证终渣碱度和终渣MgO含量，符合溅渣护炉的炉渣要求，解决熔融还原炼铁工艺的炉衬寿命问题；

(3)本发明的一种利用转炉炼钢系统熔融还原铁矿石的方法，通过调整富氧率、矿石负荷、喷吹煤的比例以及调整喷枪的高度等措施来控制炉内的反应气氛和对炉渣进行搅动，不但可最大限度的利用二次燃烧产生的热量，而且可以为熔融和还原反应提供大量反应介质，同时还能够对熔池进行强烈搅拌，加速熔融和还原反应的进行；

(4)本发明的一种利用转炉炼钢系统熔融还原铁矿石的方法，不仅使用粒度为10～50mm的铁矿石作为原料，还通过将选矿剩下的粒度小于10mm的铁矿粉，与煤粉通过添加粘结剂混合制成混合球团，用于等效替换加入的铁矿石，能够降低炼钢成本，提高钢铁厂的综合效益，落实了我国的“低碳-绿色-环保”的炼钢理念。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

本发明的一种利用转炉炼钢系统熔融还原铁矿石的方法，是鉴于现代氧气转炉的技术已相当成熟，且钢铁行业产能过剩，生产节奏变缓，为转炉熔融还原铁矿石提供了时间保证；而提出的一种在转炉系统进行铁矿石的熔融还原的新方法。本发明采用厚渣层操作和浸入式燃烧方法，利用熔池内大量熔渣进行矿石、煤粉、熔剂的熔融和还原。通过调整加料速度对熔渣起泡高度进行有效控制充分利用泡沫渣进行冶炼，提高二次燃烧传热效率和操作的稳定性，同时通过溅渣护炉技术，解决熔融还原炼铁工艺的炉衬寿命问题。

浸入式燃烧方法是在熔池表面形成瀑布状的溅渣，使二次燃烧产生的热能够迅速传回到熔融反应区。厚渣层可使熔池内生成的铁水与上部燃烧区的氧化气氛有效隔离，防止发生再氧化。厚渣层同时配合浸入式燃烧操作，不但可最大限度的利用二次燃烧产生的热量，而且可以为熔融和还原反应提供大量反应介质，同时还能够对熔池进行强烈搅拌，加速熔融和还原反应的进行。

此外，本发明通过配加石灰石、白云石和石灰，使得前中期的炉渣二元碱度控制在1.2～1.3之间，终渣碱度在2.8～3.0之间，终渣MgO在8％左右，这样既能保证前中期熔融还原铁矿石渣的碱度和粘度，也能保证终渣碱度和终渣MgO含量，符合溅渣护炉的炉渣要求。

实施例1

本实施例的一种利用转炉炼钢系统熔融还原铁矿石的方法，选择的铁水的主要成分以及铁矿石成分的质量百分比参见表1和表2：

表1铁水的主要成分

表2铁矿石成分的质量百分比

本实施例的工艺操作过程如下：转炉溅渣护炉后，先向转炉中兑入占转炉吨位70％的铁水，为70t。开始吹炼时氧枪枪位为1100mm，比正常枪位低55mm，吹炼1～3分钟内，加入铁矿石2t、石灰石1.5t和白云石1.5t，铁矿石粒度为10～50mm，水分＜2％，3分钟后回到正常枪位。分批次持续加入铁矿石、石灰石和白云石，铁矿石、石灰石和白云石的加入时机、加入量以泡沫渣层厚度为标准，使得泡沫渣的厚度适中，保持泡沫渣层距炉口300～600mm。具体到本实施例铁矿石每批1.5t，石灰石每批300kg，白云石每批300kg。其中，在加入铁矿石时，提枪30mm，3秒后回到正常枪位。吹炼过程中采用转炉顶吹富氧空气和煤粉，顶吹富氧空气的含氧量为40％以上，最佳为40％。煤粉的喷吹量为10kg/t铁，喷吹速率为28kg/min。持续吹炼45分钟后，铁水重量达到转炉铁水正常吨位100t，炉渣二元碱度为1.2，倒出80％的炉渣，炉体回正后，继续加入白云石和石灰吹炼，终渣碱度在2.8，终渣MgO在8％时，倾动转炉排出钢水，炉渣用于溅渣护炉和下一炉的冶炼。

实施例2

本实施例的工艺操作过程如下：转炉溅渣护炉后，先向转炉中兑入占转炉吨位80％的铁水，为80t。开始吹炼时氧枪枪位比正常枪位低50mm，吹炼1～3分钟内，加入铁矿石1.5t、石灰石1t和白云石1t，铁矿石粒度为10～50mm，水分＜2％，3分钟后回到正常枪位。分批次持续加入铁矿石、石灰石和白云石，铁矿石、石灰石和白云石的加入时机、加入量以泡沫渣层厚度为标准，使得泡沫渣的厚度适中，保持泡沫渣层距炉口300～600mm。具体到本实施例铁矿石每批1.5t，石灰石每批200kg，白云石每批200kg。其中，在加入铁矿石时，提枪25mm，3秒后回到正常枪位。吹炼过程中采用转炉顶吹富氧空气和煤粉，顶吹富氧空气的含氧量为40％。煤粉的喷吹量为11kg/t铁，喷吹速率为29kg/min。持续吹炼35分钟后，铁水重量达到转炉铁水正常吨位100t，炉渣二元碱度为1.3，倒出80％的炉渣，炉体回正后，继续加入白云石和石灰吹炼，终渣碱度在2.9，终渣MgO在8.1％时，倾动转炉排出钢水，炉渣用于溅渣护炉和下一炉的冶炼。

实施例3

本实施例的工艺操作过程如下：转炉溅渣护炉后，先向转炉中兑入占转炉容量60％的铁水，为60t。开始吹炼时氧枪枪位比正常枪位低100mm，吹炼1～3分钟内，加入铁矿石3t、石灰石2t和白云石1t，铁矿石粒度为10～50mm，水分＜2％，3分钟后回到正常枪位。分批次持续加入铁矿石、石灰石和白云石，铁矿石、石灰石和白云石的加入时机、加入量以泡沫渣层厚度为标准，使得泡沫渣的厚度适中，保持泡沫渣层距炉口300～600mm。具体到本实施例铁矿石每批1t，石灰石每批400kg，白云石每批400kg。其中，在加入铁矿石时，提枪20mm，3秒后回到正常枪位。吹炼过程中采用转炉顶吹富氧空气和煤粉，顶吹富氧空气的含氧量为42％。煤粉的喷吹量为11kg/t铁，喷吹速率为30kg/min。持续吹炼50分钟后，铁水重量达到转炉铁水正常吨位100t，倒出70％的炉渣，炉体回正后，继续加入白云石和石灰吹炼，终渣碱度在3.0，终渣MgO在8％时，倾动转炉排出钢水，炉渣用于溅渣护炉和下一炉的冶炼。

实施例4

本实施例一种利用转炉炼钢系统熔融还原铁矿石的方法，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例利用选矿剩下的粒度小于10mm的铁矿粉，与煤粉通过添加粘结剂混合制成混合球团，混合球团粒度控制在20～50mm，用于等效替换加入的铁矿石，粘结剂采用粒度≥400目的铝酸钙超细粉，使用该种粘结剂的好处在于，铝酸钙超细粉润湿后粘结性能好，而且其成分有助于降低炉渣的粘度。本实施例使用混合球团替换铁矿石，能够降低炼钢成本，提高钢铁厂的综合效益，落实了我国的“低碳-绿色-环保”的炼钢理念。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。