专利名称：一种用粉矿和煤氧直接炼钢的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及炼钢技术领域，特别涉及一种用粉矿和煤氧直接炼钢的设备。
背景技术：
当前最重要也最为常见的钢铁生产流程也被称为长流程，在该流程中，要从铁矿石得到钢水需经烧结(或球团)、炼焦、高炉炼铁、转炉炼钢四个主要的工艺环节，此外还有众多的辅助工艺环节。高炉炼铁中铁矿石的还原70%以上是间接还原，属气固反应，要求高炉保持良好的透气性，因此贫矿选矿后获得的铁精粉矿和富矿块粉矿末都必须经过造块才能供高炉使用，即必需经过烧结(或球团)工艺过程。烧结(或球团)的物料处理量约占钢铁联合企业的第二位(仅次于炼铁生产)，能耗仅次于炼铁和轧钢而居第三位。焦炭在高炉内的用途，一方面是作为提供冶炼所需热量的燃料和铁氧化物还原剂，现在这个作用已部分被喷煤取代，焦炭更重要的作用是在矿石软化熔融后，作为支撑高达数十米的料柱的骨架，同时又是煤气通路。焦煤在原煤中的比例较少，储量有限，这势必给依赖炼焦煤的长流程的发展带来危机。传统长流程已发展到顶峰，但高炉炼铁的特点，决定了传统长流程规模庞大，投资高，生产周期长，吨钢能耗高，环境污染严重。直接还原一电炉流程也可以从铁矿石得到钢水，不需要焦炭，但直接还原铁大部分用竖炉生产，仍然需要铁粉矿造块工序，而且需要丰富的天然气资源，与直接还原一电炉流程相关的方法中，煤基回转窑法生产效率低，转底炉法由于料层较薄规模难以扩大。因此直接还原一电炉流程仍难以和传统长流程方法竞争，在全世界范围内的钢产量份额仅占5%，在我国也很少。熔融还原一转炉流程改变了传统长流程对焦炭的依赖程度，例如，COREX熔融还原炼铁-转炉流程仅需要少量的焦炭，原理上它仅将高炉的功能一分为二，先气态间接还原后熔化分离，但它的缺点 也是显而易见的耗氧量大(500m3/t)，投资比传统长流程高10% 20%，发展速度缓慢。熔融还原一转炉流程只是对传统长流程铁前工序的变革。
发明内容
本发明的目的在于克服现有炼钢设备的不足，从而提供一种用粉矿和煤氧直接炼钢的设备。为了实现上述目的，本发明提供了一种用粉矿和煤氧直接炼钢的设备，包括磨粉矿设备1、粉矿提升设备2、多级旋风预热器3、预还原循环流化床4、终还原循环流化床5、直接炼钢炉6、粉矿喷吹设备7、底吹或侧吹煤氧枪8、第一气体换热器11、第二气体换热器13、第三气体换热器14、第四气体换热器16、气体增压设备12、气体净化设备15以及气体脱除CO2和H2O设备17 ;其中，所述磨粉矿设备I的出料口与所述粉矿提升设备2的进料口连接，而所述粉矿提升设备2的出料口则连接到所述多级旋风预热器3的进料口 ；所述多级旋风预热器3的出料口与所述预还原循环流化床4的进料口相连,而所述预还原循环流化床4的出料口则与所述终还原循环流化床5的进料口连接；所述终还原循环流化床5通过所述粉矿喷吹设备7与所述直接炼钢炉6相连；所述底吹或侧吹煤氧枪8安插到所述直接炼钢炉6的底部或侧部;所述直接炼钢炉6的出气口连接到所述第一气体换热器11，所述第一气体换热器11则与所述气体增压设备12相连，所述气体增压设备12连接到所述终还原循环流化床5的进气口，而所述终还原循环流化床5的出气口连接到第二气体换热器13 ;所述第二气体换热器13再连接到所述预还原循环流化床4的进气口，所述预还原循环流化床4的出气口连接到所述第三气体换热器14，所述第三气体换热器14还与所述多级旋风预热器3的进气口连接；所述多级旋风预热器3的出气口连接到所述气体净化设备15，所述气体净化设备15通过所述第四气体换热器16与所述气体脱除CO2和H2O设备17相连，所述气体脱除CO2和H2O设备17的出气口连接到所述第一换热器11与所述气体增压设备12之间的管路上。上述技术方案中，所述直接炼钢炉6为桶形炉子，其内部包括渣区、钢水区和气相区，其中气相区位于所述直接炼钢炉6的顶部，钢水区位于所述直接炼钢炉6的底部，而渣区则在气相区与钢水区之间。上述技术方案中，所述粉矿喷吹设备7与所述直接炼钢炉6相连时，插入到所述直接炼钢炉6的钢水区的钢水熔池中。上述技术方案中，所述底吹或侧吹煤氧枪8插入到所述直接炼钢炉6的底部或侧面的钢水熔池中。上述技术方案中，所述直接炼钢炉6上还开有直接炼钢炉出钢口 9和直接炼钢炉出渣口 10，其中的直接炼钢炉出钢口 9位于所述直接炼钢炉6外侧的炉墙上，而所述直接炼钢炉出渣口 10则位于所述直接炼钢炉6外侧炉墙的中部。
上述技术方案中，所述直接炼钢炉出钢口 9为虹吸出钢口。上述技术方案中，所述直接炼钢炉6还设有耐材系统，水冷系统，废气净化处理和余热回收系统。本发明的优点在于(I)本发明用煤粉和氧气吹入高温熔体造还原气体，利用细粒铁粉矿气相悬浮预热和气相还原速度快、效率高的优势，在旋风预热器和循环流化床中分别将铁粉矿预热、还原，将得到的90%以上金属化率的预还原铁粉矿吹入高温熔体中得到钢水。由于在较低的温度下还原(与高炉炼铁直接还原相比)，生成的预还原铁粉渗碳少，得到成品钢液时脱碳少；现有主流的生产粗钢的高炉一转炉工艺，遵循从铁矿石一铁水一钢水的工艺路线，是一个先增碳后脱碳的过程。本发明使炼钢生产流程得到本质上的简化。(2)本发明实现了从粉矿、煤、氧直接生产钢水，不用粉矿造块、炼焦，也不用转炉脱碳，与现有的炼钢流程相比，设备和基建投资大量节省，保守的计算，可以节省30%以上的设备和基建投资；物流得到充分简化，在传统的钢铁厂，各个工艺环节的物流非常繁忙，含铁物流历经数次的升温降温，损失大量的物理热，新的直接炼钢工艺非常紧凑，物流简单有序，而且避免了铁水在运输过程中的温度损失，易于实现生产的直接化和自动控制，是新一代智能钢铁厂，采用本发明后，钢铁厂的面貌发生重大改变。
图1是本发明的装置简示流程图。图面说明I 磨粉矿设备2粉矿提升设备3多级旋风预热器4 预还原循环流化床5终还原循环流化床6直接炼钢炉7 粉矿喷吹设备 8底吹煤氧枪9直接炼钢炉出钢口10直接炼钢炉出渣口 11第一气体换热器12气体增压设备13第二气体换热器 14第三气体换热器15气体净化设备16第四气体换热器 17气体脱除CO2和H2O设备。
具体实施例方式现结合附图对本发明作进一步的描述。如图1所示，在一个实施例中，本发明的直接炼钢设备包括磨粉矿设备1、粉矿提升设备2、多级旋风预热器3、预还原循环流化床4、终还原循环流化床5、直接炼钢炉6、粉矿喷吹设备7、底吹或侧吹煤氧枪8、第一气体换热器11、第二气体换热器13、第三气体换热器14、第四气体换热器16、气体增压设备12、气体净化设备15以及气体脱除CO2和H2O设备
17。其中，所述磨粉矿设 备I的出料口与粉矿提升设备2的进料口连接，而粉矿提升设备2的出料口则连接到所述多级旋风预热器3的进料口 ；多级旋风预热器3的出料口与预还原循环流化床4的进料口相连,而所述预还原循环流化床4的出料口则与终还原循环流化床5的进料口连接；终还原循环流化床5通过粉矿喷吹设备7与直接炼钢炉6相连；底吹或侧吹煤氧枪8安插到直接炼钢炉6的底部或侧部；直接炼钢炉6的出气口连接到第一气体换热器11，第一气体换热器11则与气体增压设备12相连，气体增压设备12连接到终还原循环流化床5的进气口，而终还原循环流化床5的出气口连接到第二气体换热器13 ;第二气体换热器13再连接到预还原循环流化床4的进气口，预还原循环流化床4的出气口连接到第三气体换热器14，第三气体换热器14还与多级旋风预热器3的进气口连接；多级旋风预热器3的出气口连接到气体净化设备15，气体净化设备15通过第四气体换热器16与气体脱除CO2和H2O设备17相连，气体脱除CO2和H2O设备17的出气口连接到第一换热器11与气体增压设备12之间的管路上。下面对直接炼钢设备中的各个部件做进一步的描述。所述的直接炼钢炉6是桶形炉子，其内部包括渣区、钢水区和气相区，其中气相区位于直接炼钢炉6的顶部，钢水区位于直接炼钢炉6的底部，而渣区则在气相区与钢水区之间。粉矿喷吹设备7与直接炼钢炉6相连时，插入到直接炼钢炉6的钢水区的钢水熔池中，而底吹或侧吹煤氧枪8则插入到直接炼钢炉6的底部或侧面的钢水熔池中。直接炼钢炉6上还开有直接炼钢炉出钢口 9和直接炼钢炉出渣口 10，其中的直接炼钢炉出钢口 9位于直接炼钢炉6外侧的炉墙上，而直接炼钢炉出渣口 10则位于直接炼钢炉6外侧炉墙的中部。所述直接炼钢炉出钢口 9为虹吸出钢口。作为一种优选实现方式，本发明的直接炼钢设备中，所述直接炼钢炉6还设有耐材系统，水冷系统，废气净化处理和余热回收系统。下面对本发明的直接炼钢设备的工作过程进行说明。首先，在直接炼钢炉6内预先形成一个钢水熔池，或者是钢渣混合的熔池，温度在16000C以上；然后向直接炼钢炉6内吹入煤粉、氧气及少量熔剂，从而产生CO+H2>85%的还原气。这些还原气从直接炼钢炉6的出气口输出后，依次流过终还原循环流化床5、预还原循环流化床4、多级旋风预热器3。磨粉矿设备I将铁矿细磨至100目以下325目以上，然后将该微粉用粉矿提升设备2提升至多级旋风预热器3的进料口，铁粉矿在多级旋风预热器3中被加热，加热后的粉矿又被传输到预还原循环流化床4中。与此同时，多级旋风预热器3所产生的尾气(即后文中所提到的直接炼钢炉所产生的还原气经过终还原循环流化床5、预还原循环流化床4与多级旋风预热器3后所剩余的气体)通过气体净化设备15进行净化，然后再经过第四气体换热器16降温，接着再由脱除CO2和H2O设备17脱除其中的CO2和水蒸汽。直接炼钢炉6产生的高温还原气与脱除CO2的循环尾气及各级循环流化床出口气体换热后降温至850°C以下，还原气与粉矿的流动方向相反，通过终还原循环流化床5、预还原循环流化床4和多级旋风预热器3。每级循环流化床出口的还原气温度已降低，因此需要和出直接炼钢炉6的高温还原气进行换热以提高温度。出多级旋风预热器3的循环尾气需要脱除其中的CO2和水蒸汽，再与出直接炼钢炉6的高温还原气混合，升温至850°C，然后通入循环流化床；在循环流化床内，铁矿粉与还原气发生还原反应，出最后一级循环流化床的铁粉矿的金属化率达到90%以 上。向直接炼钢炉内用氮气吹入经过预热和还原后金属化率90%以上的铁粉矿，同时继续向直接炼钢炉内吹入煤粉和氧气及少量熔剂，通过调整煤粉、氧气、铁粉矿的比率，可以使得钢水的含碳量保持在O. 4%以下，同时能脱除大部分的磷和少量的硫，熔池里钢水和炉渣不断增加，通过虹吸出钢口 9和出渣口 10流出。经过本发明的直接炼钢炉的上述操作后，所得到的粗钢水中，C的含量约为O.1
O.8%, Si,Mn的含量< O. 05%，经过后续的炉外精炼和脱氧合金化工序即可得到合格的钢水。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种用粉矿和煤氧直接炼钢的设备，其特征在于，包括磨粉矿设备(I)、粉矿提升设备(2)、多级旋风预热器(3)、预还原循环流化床(4)、终还原循环流化床(5)、直接炼钢炉(6 )、粉矿喷吹设备(7 )、底吹或侧吹煤氧枪(8 )、第一气体换热器(11)、第二气体换热器(13)、第三气体换热器(14)、第四气体换热器(16)、气体增压设备(12)、气体净化设备(15)以及气体脱除CO2和H2O设备(17);其中， 所述磨粉矿设备(I)的出料口与所述粉矿提升设备(2)的进料口连接，而所述粉矿提升设备(2)的出料口则连接到所述多级旋风预热器(3)的进料口 ；所述多级旋风预热器(3)的出料口与所述预还原循环流化床(4)的进料口相连，而所述预还原循环流化床(4)的出料口则与所述终还原循环流化床(5)的进料口连接；所述终还原循环流化床(5)通过所述粉矿喷吹设备(7)与所述直接炼钢炉(6)相连；所述底吹或侧吹煤氧枪(8)安插到所述直接炼钢炉(6)的底部或侧部； 所述直接炼钢炉(6)的出气口连接到所述第一气体换热器(11)，所述第一气体换热器(11)则与所述气体增压设备(12)相连，所述气体增压设备(12)连接到所述终还原循环流化床(5)的进气口，而所述终还原循环流化床(5)的出气口连接到第二气体换热器(13);所述第二气体换热器(13)再连接到所述预还原循环流化床(4)的进气口，所述预还原循环流化床(4)的出气口连接到所述第三气体换热器(14)，所述第三气体换热器(14)还与所述多级旋风预热器(3)的进气口连接；所述多级旋风预热器(3)的出气口连接到所述气体净化设备(15)，所述气体净化设备(15)通过所述第四气体换热器(16)与所述气体脱除CO2和H2O设备(17)相连，所述气体脱除CO2和H2O设备(17)的出气口连接到所述第一换热器(11)与所述气体增压设备(12)之间的管路上。
2.根据权利要求1所述的用粉矿和煤氧直接炼钢的设备，其特征在于，所述直接炼钢炉(6)为桶形炉子，其内部包括渣区、钢水区和气相区，其中气相区位于所述直接炼钢炉(6)的顶部，钢水区位于所述直接炼钢炉(6)的底部，而渣区则在气相区与钢水区之间。
3.根据权利要求2所述的用粉矿和煤氧直接炼钢的设备，其特征在于，所述粉矿喷吹设备(7)与所述直接炼钢炉(6)相连时，插入到所述直接炼钢炉(6)的钢水区的钢水熔池中。
4.根据权利要求2所述的用粉矿和煤氧直接炼钢的设备，其特征在于，所述底吹或侧吹煤氧枪(8)插入到所述直接炼钢炉(6)的底部或侧面的钢水熔池中。
5.根据权利要求1所述的用粉矿和煤氧直接炼钢的设备，其特征在于，所述直接炼钢炉(6)上还开有直接炼钢炉出钢口(9)和直接炼钢炉出渣口( 10)，其中的直接炼钢炉出钢口(9)位于所述直接炼钢炉(6)外侧的炉墙上，而所述直接炼钢炉出渣口(10)则位于所述直接炼钢炉(6 )外侧炉墙的中部。
6.根据权利要求5所述的用粉矿和煤氧直接炼钢的设备，其特征在于，所述直接炼钢炉出钢口(9)为虹吸出钢口。
7.根据权利要求1所述的用粉矿和煤氧直接炼钢的设备，其特征在于，所述直接炼钢炉(6)还设有耐材系统，水冷系统，废气净化处理和余热回收系统。
全文摘要
本发明涉及一种用粉矿和煤氧直接炼钢的设备，包括磨粉矿设备、粉矿提升设备、多级旋风预热器、预还原循环流化床、终还原循环流化床、直接炼钢炉、粉矿喷吹设备、底吹或侧吹煤氧枪、第一气体换热器、第二气体换热器、第三气体换热器、第四气体换热器、气体增压设备、气体净化设备以及气体脱除CO2和H2O设备；磨粉矿设备的出料口与粉矿提升设备的进料口连接，粉矿提升设备的出料口则连接到多级旋风预热器的进料口；多级旋风预热器的出料口与预还原循环流化床的进料口相连，而预还原循环流化床的出料口则与终还原循环流化床的进料口连接；终还原循环流化床通过粉矿喷吹设备与直接炼钢炉相连；底吹或侧吹煤氧枪安插到所述直接炼钢炉的底部或侧部。
文档编号C21B13/14GK103060505SQ20131000784
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月9日 优先权日2013年1月9日
发明者周勇, 管山吉, 张炯, 杨立威, 毕永杰 申请人:莱芜钢铁集团有限公司