[发明专利]一种高炉低碳冶炼的喷吹调控装置及方法

说明书

一种高炉低碳冶炼的喷吹调控装置及方法，包括用于通入富氧或纯氧形成风口回旋区的高炉风口；沿高炉周向均匀设置有多个调温喷吹口，每个所述调温喷吹口均向所述高炉喷吹含碳氢组分喷吹物，所述调温喷吹口在轴向上处于软熔滴落带所在的高度范围之内且不低于所述高炉风口所在位置，利用所述风口回旋区附近的温度将所述含碳氢组分喷吹物发生热裂解反应，形成碳氢热裂解吸热区，含碳氢组分喷吹物的热裂解反应产生的气体产物增大高炉煤气量，同时携带下部高温区多余的热量至高炉的上部，灵活解决富氧高炉或氧气高炉“下热上冷”的问题。

技术领域

本发明涉及高炉冶金技术领域，具体涉及一种氧气高炉低碳冶炼的喷吹调控装置及方法。

背景技术

高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)，从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭(有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料)中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁，还有副产高炉渣和高炉煤气。

高炉作为目前主要的炼铁工艺，经过上百年的发展，其碳耗已接近该工艺的理论最低值，很难再有大的突破。新兴的富氧高炉或氧气高炉炼铁工艺，利用高浓度氧或纯氧代替传统的热风，不仅可以促进煤粉燃烧、实现喷煤量的大幅增加，而且炉顶煤气中氮含量低、易分离脱出CO₂，实现炉顶煤气循环，最大限度地降低CO₂排放。从上世纪80年代开始，国内外冶金学家开始纯氧冶炼工艺技术的探索和研究，但最终都解决不了氧气高炉的技术瓶颈，使得这一工艺无法实现工业化应用。氧气高炉亟待解决的关键技术难点之一是高富氧(全氧)使理论燃烧温度过高，高炉内温差发生变化，炉内下热上凉。高炉热量几乎全部来自风口回旋区燃料的燃烧热和热风带入的物理热。炉缸热状态不仅影响渣铁温度(即炉缸温度)还影响软熔带的形状、煤气流分布和铁氧化物等的还原反应，其主要标志是风口回旋区理论燃烧温度。

研究表明，鼓风富氧率增加1％，理论燃烧温度增加43℃。目前调节氧气高炉热状态的方法是加湿和炉顶煤气循环喷吹。加湿会使煤气利用率总体变差，燃料比大幅上升，调节程度有限。风口循环喷吹脱出CO₂的炉顶煤气，循环煤气作为热载体，把下部多余热量带到上部，一定程度上可以缓解氧气高炉“下热上冷”，但同时风口循环喷吹炉顶煤气，在风口区发生燃烧，这会进一步加剧“下热”。

发明内容

本发明提供一种高炉低碳冶炼的喷吹调控装置及方法，通过设置向所述高炉喷吹含碳氢组分喷吹物的调温喷吹口，含碳氢组分喷吹物的热裂解反应产生气体产物增大高炉煤气量，同时携带下部高温区多余的热量至高炉的上部，灵活解决富氧高炉或氧气高炉“下热上冷”的问题。

本发明技术方案如下：

一种高炉低碳冶炼的喷吹调控装置，包括用于通入富氧或纯氧形成风口回旋区的高炉风口；沿高炉周向均匀设置有多个调温喷吹口，每个所述调温喷吹口均向所述高炉喷吹含碳氢组分喷吹物，所述调温喷吹口在轴向上处于软熔滴落带所在的高度范围之内且不低于所述高炉风口所在位置，利用所述风口回旋区附近的温度将所述含碳氢组分喷吹物发生热裂解反应，形成碳氢热裂解吸热区。

作为优选，所述含碳氢组分喷吹物包括甲烷；还包括天然气、焦炉煤气、液化石油气中的一种或多种。

作为优选，所述调温喷吹口设于相邻高炉风口中间位置的正上方。

作为优选，所述高炉低碳冶炼的喷吹调控装置还包括炉顶CO₂分离系统，所述炉顶CO₂分离系统用于分离出高炉的炉顶煤气中的CO₂，得到富含CO和H₂的炉顶煤气。

作为优选，所述富含CO和H₂的炉顶煤气通过高炉风口重新喷吹到高炉内。