[发明专利]一体式还原炼铁炉及一体式还原炼铁工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种熔融还原炼铁的新工艺，具体涉及一种一体式熔融还原炼铁工艺，属于铁矿石冶炼技术领域。

背景技术

熔融还原炼铁（Iron making by smelting reduction）是指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态热铁水的工艺过程。因其对环境的污染极小、投资少、流程短得到国内外专家的关注，是目前非高炉炼铁领域的一大课题。目前，最先进的熔融还原炼铁工艺包括COREX、Finex及HISmelt。COREX是奥钢联开发的一种用煤和球团矿（块矿）生产铁水的新炼铁工艺，优点是：可以用大部分非炼焦块煤和天然块矿进行冶炼, 环保排放水平有很大幅度的改善，对原燃料中的有害元素的容忍度有较大幅度的提高。缺点是：1、天然块状原燃料资源量不够大，对资源的适应性还是受到了较大的限制。2、COREX 还不能全部使用天然块矿,仍需要一定比例的焦炭,还没有完全摆脱高炉的弊病。3、由于竖炉会产生粘结等原因,COREX 年作业率还低于高炉水平。

Finex工艺是一种直接使用煤和粉矿的熔融还原炼铁技术，是针对COREX必须使用块矿或球团作原料以保证还原竖炉透气性的特点加以改进而来的，其关键技术是在流化床反应器内将粉铁矿还原成粉状DRI(直接还原铁)以及使用熔融气化炉将DRI熔融还原为铁水，用纯氧进行冶炼。与传统的高炉炼铁工艺相比，FINEX炼铁工艺省去了炼焦和粉矿烧结的工艺过程，产出的铁水质量可以与高炉生产的铁水质量相媲美，同时，对粉矿石和粒度没有严格要求。缺点是：流化床反应器的还原效率不如竖炉，其金属化率仅为80%左右，增加熔融气化炉的还原负担使得每吨生铁耗用的煤量要比高炉燃料比高的多。同时，还需要庞大的制氧和自备电厂以及煤气脱除CO2循环再利用设备。

上述两种工艺均为二步法，在利用还原反应产生的高温一氧化碳热能方面具有一定的降低生产成本、节约资源和能源的优势，但由于存在预还原反应器，使整个流程结构复杂，往往需要庞大的附属设备（如庞大的制氧和自备电厂以及煤气脱除CO₂循环再利用设备等）。相比之下，HIsmelt熔融还原技术是目前另一极具生产前景的熔融还原炼铁技术，采用的是改进的一步法。它是一种直接使用粉矿、粉煤和1200摄氏度热风（不用氧气，用22立方米/吨天然气）的铁浴熔融还原炼铁法。HIsmelt的优点是结构简单，炉体体积和高度较小，投资成本和维修成本低，工艺无需烧结和炼焦，环保水平较高。但HISmelt法同时存在自身明显的缺陷，如HIsmelt熔融还原为低压操作，大量高温含尘煤气热能难以回收利用，吨铁能耗高，高温低热值尾气成为该工艺的“鸡肋”，炉衬腐蚀快，一代炉龄仅12～18个月。因此，总体上说，尽管HIsmelt在直接利用粉矿、粉煤冶炼对钢铁业者有着较大的吸引力，但该工艺要想实现工业化生产，在热煤气利用、CO二次燃烧并将热量有效传递给熔池，提高设备利用率及降低炉衬成本方面还有很长的路要走。

通过以上描述可以看出， COREX、Finex、HIsmelt工艺虽然都考虑了利用提高一氧化碳的二次利用率降低生产成本、节约资源和能源，但每个工艺都存在着明显的缺陷，限制熔融还原炼铁的工业化应用。如果将一步法和二步法的优点结合起来，形成一种流程简单、辅助设备少，同时又能提高煤气二次燃烧率的一步熔融还原炼铁工艺将具有重大意义，也为我国的节能减排提供有力的技术支持。

直接还原铁，简称 DRI ( Direct Reductiong Iron ) ，也称海绵铁，是用高品位铁矿、球团矿或铁磷等杂质含量低的氧化铁在固态直接还原生产的冶金产品，不仅可作为废钢代用品，而且是冶炼优质高效钢材必不可少的原料。同时它的成品含碳量较低、有害杂质少、其能源不用焦炭而用不能炼焦的原煤，是一种短流程、低污染、节能降耗的钢铁冶金新技术。

目前，公知最先进的海绵铁生产工艺应该是转底炉法。转底炉工艺主要是将含铁粉料、煤粉料、脱硫剂混匀后造球，然后将均匀混合的原料烘干并预热后加入转底炉中，随着炉底的旋转，炉料依次经过预热区、还原区、中性区反应完毕后进入热运输罐内或快速冷却。该方法存在产品的含硫量不能满足电炉炼钢的要求、DRI 的再氧化、产品的金属化率较低等问题。如果能使工艺进一步简化并能解决其现有存在的问题，其应用将更广。

发明内容

本发明针对现有技术中一步法和二步法熔融还原炼铁工艺存在的不足，提供了一种一体式熔融还原炼铁工艺，该工艺流程简单、辅助设备少、污染极小，并且能够充分利用反应过程中产生的可燃气体，降低了成本和能源，节约了资源。