一种氧气高炉风口超高温加热煤气的冶金方法与流程

1.本发明涉及高炉冶金领域，特别涉及一种氧气高炉风口超高温加热煤气的冶金方法。


背景技术：

2.传统高炉炼铁所需的热风加热炉均采用热风炉加热模式，其加热的介质大多为含氧21%的加压空气，利用烧炉煤气和助燃空气在热风炉燃烧室内进行燃烧加热炉内的格子砖 ，格子砖温度升至1250-1400℃时 ，停止烧炉操作，将冷风从热风炉冷风入口鼓入，鼓入的冷风在热风炉内与高温格子砖进行热传递后成为热风，然后在混风阀处按一定比例与冷风进行混合，混合风达到用户要求的温度，最后送入高炉，一般送入的热风最高温度为1200℃左右。
3.为降低高炉碳消耗，八钢开发顶煤气循环氧气高炉，将以全氧冶炼代替代统的鼓风冶炼，并将输出低氮煤气脱除二氧化碳后循环利用，达到降低碳消耗的目的，对此八钢2020年已实现一期35%的高富氢冶炼技术的突破，2021年完成了50%的超高富氧冶炼目标，首次实现了风口喷吹脱碳煤气技术的重大突破，但我们风口喷吹的是低温（25℃）的煤气，我们研究发现，将冶金煤气加热后鼓入高炉，可有效降低高炉工序的碳消耗，但现有的煤气加热炉大多为管式加热炉或电加热炉，其加热温度受限，加热能力受限，最高加热温度在1300℃左右；而据理论计算，高炉风口前理论燃烧温度最高可达2380℃左右。现有的加热技术无法取得更高的煤气温度要求。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供一种超高温加热冶金煤气进入高炉冶金的方法。
5.为解决上述问题，本发明通过以下方案实现：本发明通过利用等离子矩加热高炉冶金煤气，使送入高炉内的煤气温度达到2500℃以上，满足高炉风口前理论燃烧温度2380℃的要求，可完全代替高炉碳反应放热部分碳消耗，可以降低冶金焦比。
6.一种氧气高炉风口超高温煤气系统，包括等离子矩矩体、围在高炉风口处的冶金煤气围管和设置在风口处的送风装置，所述送风装置包括小套，所述高炉顶部连通脱碳设备，脱碳设备连通加压机，所述加压机连通煤气围管，所述煤气围管上设置有将等离子矩矩体与煤气围管连通的连接管，所述等离子矩矩体出口连通至高炉分口的送风装置，通过等离子矩加热低温冶金煤气送入高炉内进行冶金。
7.进一步地，所述等离子矩矩体的出气端设置有喷嘴，所述喷嘴连通送风装置内的小套，通过喷嘴将等离子矩矩体内加热后的煤气喷入小套内，送入高炉。
8.进一步地，所述喷嘴包括最外层保护套，在所述保护套内紧贴着铜套的内表面螺旋设置一层水冷管，在所述保护套的内表面均匀固定若干个锚爪，在所述锚爪上设置一层由高温耐材喷涂而成的隔离层，将水冷管和保护套与喷嘴内的高温煤气隔开，所述水冷管
在隔离层与保护套之间。
9.进一步地，所述保护套采用能长时间承受1100℃以上的铜材料制成。
10.进一步地，所述连接管的两端处都设置有切断阀，所述两个切断阀之间设置有逆止阀，通过控制阀门实现控制煤气通断与流量。
11.进一步地，所述煤气围管上、等离子矩矩体入口端、喷嘴处都设置有测温仪，实时监测管路运行的温度状态。
12.进一步地，所述等离子矩矩体的外部设置有循环水通道，所述循环水通道内通入高压冷水对等离子矩矩体进行保护。
13.一种利用上述氧气高炉风口超高温加热煤气冶金系统的冶炼方法，步骤如下：s1：将高炉脱碳煤气通过加压机加压成高压冷煤气，将煤气压力加至0.5-0.8mpa；s2：将加压后的高压冷煤气通入煤气围管内，并进入高炉风口前连接内；s3：将连接管内的高压冷煤气通入等离子矩矩体内进行加热；s4：加热后的高温煤气通过等离子矩喷嘴送至风口送风装置内；s5：高温煤气通过送风装置与氧气、煤粉一同送入高炉内，完成冶金过程；s6：冶金后的高炉顶煤气进行脱碳处理；s7：脱碳后的顶煤气重复步骤s1继续重新利用。
14.进一步地，上述步骤s1中高炉脱碳煤气为回收处理后30-40℃的低温煤气。
15.进一步地，上述步骤s2进入煤气围管1的煤气为30-40℃的压力为0.6mpa的高压冷煤气。
16.进一步地，上述步骤s3中等离子矩加热后煤气温度达到2500℃以上。
17.进一步地，上述步骤s3中等离子矩矩体加热煤气的过程中，等离子矩矩体使用清洁电能。
18.进一步地，上述步骤s3中等离子矩矩体加热煤气时使用高压冷水保护等离子矩出口处的喷嘴以及等离子矩矩体，避免高温煤气造成喷嘴和等离子矩矩体损坏。
19.进一步地，上述步骤s3中等离子矩加热煤气时允许通过的流量大于4300m
³
/h，满足生产需要。
20.本发明通过利用等离子矩加热高炉冶金煤气，使送入高炉内的煤气温度达到2500℃以上，满足高炉风口前理论燃烧温度2380℃的要求，可完全代替高炉碳反应放热部分碳消耗，可以降低冶金焦比与煤比，使焦比达到200-240kg/t，煤比达到60-100kg/t，减少生产成本。后期随着加热煤气温度的持续提升，还有很大的燃料比降幅空间，将使传统高炉碳消耗降低50%以上。
附图说明
21.下面通过附图和具体实施案例对本发明进一步说明。
22.图1为本发明工艺流程示意图；图2为本发明冶金的装置俯视示意图；图3为本发明喷嘴示意图；图4为本发明喷嘴截面示意图；图中：1-煤气围管、2-连接管、3-等离子矩矩体、4-高炉、5-保护套、6-水冷管、7-隔
离层、8-锚爪。
具体实施方式
23.一种氧气高炉风口超高温煤气系统，包括在高炉4风口处加热高压冷煤气的等离子矩矩体3以及围在高炉4风口处的一圈冶金煤气围管1，所述高炉4顶部的顶煤气通至脱出高炉顶煤气中二氧化碳的脱碳设备，脱出碳后送至加压机加压，所述煤气围管1上设置有将等离子矩矩体3与煤气围管1连通的连接管2，所述等离子矩矩体3出口连通至高炉4分口的送风装置上，将经过等离子矩加热的高温煤气送入高炉4内进行冶金。
24.所述等离子矩矩体3的出气端设置有喷嘴，通过喷嘴连接至送风装置上的小套，通过喷嘴将等离子矩矩体3内加热后的煤气喷出，所述送风装置将高温煤气、煤粉以及氧气一起送入高炉4内，完成冶金过程。
25.所述喷嘴包括最外层防止喷嘴裂开的保护套5，在所述保护套5内紧贴着保护套5的内表面螺旋设置一层水冷管6，在所述保护套5的内表面均匀固定若干个锚爪8，在所述锚爪8上设置一层由高温耐材喷涂而成的隔离层7，将水冷管6和保护套5与喷嘴内的高温煤气隔开，所述水冷管6在隔离层7与保护套5之间。
26.所述保护套5采用能长时间承受1100℃以上材料制成，例如水冷铜套。
27.所述连接管2在煤气围管1的一端以及在等离子矩矩体3的一端都设置有切断阀，在等离子矩矩体3一端的切断阀靠近煤气围管1的一侧设置有逆止阀，通过控制阀门实现控制煤气通断与流量。
28.所述冶金煤气管道、等离子矩矩体3入口端、等离子矩喷嘴都设置有测温仪，实时监测管路运行的温度状态，避免发生事故。
29.所述等离子矩矩体3的外部设置有循环水通道，所述循环水通道内通入高压冷水对等离子矩矩体3进行保护。
30.利用上述煤气系统的一种氧气高炉风口超高温加热煤气的冶金方法，具体步骤如下：s1：将高炉脱碳煤气通过加压机加压成高压冷煤气，将煤气加压至0.5-0.8mpa，将低温煤气加压为高压冷煤气，满足流量需求。
31.s2：将加压后的高压冷煤气通入煤气围管1内，并进入高炉4风口前连接管内。
32.s3：将连接管内的高压冷煤气通入等离子矩矩体3内进行加热。
33.s4：加热后的高温煤气通过等离子矩喷嘴送至风口送风装置内。
34.s5：高温煤气通过送风装置与氧气、煤粉一同送入高炉4内，完成冶金过程。
35.s6：冶金后的高炉顶煤气进行脱碳处理。
36.s7：脱碳后的顶煤气重复步骤s1，将脱碳煤气加入到加压机中重新利用，实现循环。
37.上述步骤s1中高炉脱碳煤气为回收处理后30℃左右的低温煤气。
38.上述步骤s2进入煤气围管1的煤气为30-40℃的压力为0.6mpa的高压冷煤气。
39.上述步骤s3中等离子矩加热后煤气温度达到2500℃以上。
40.上述步骤s3中等离子矩矩体3加热煤气的过程中，等离子矩矩体3使用由风力、光伏等产生的清洁能源。
41.上述步骤s3中等离子矩矩体3加热煤气时使用高压冷水保护等离子矩出口处的喷嘴以及等离子矩矩体3，避免高温煤气造成喷嘴和等离子矩矩体3损坏。
42.上述步骤s3中等离子矩加热煤气时允许通过的流量大于4300m
³
/h，满足日常生产的产量要求所需的煤气量。
43.本发明使用时，将高炉脱碳煤气送至加压机加压到0.5-0.8mpa的高压冷煤气，将高压冷煤气送至煤气管道内，在煤气进入高炉风口时，将高压冷煤气通过等离子矩加热至2500℃的高压热煤气，然后将高压热煤气通过风口小套送入高炉内完成冶金，冶金完成后的高炉顶煤气进行脱碳处理，然后继续送入加压机加压，使煤气循环利用。
44.本发明通过利用等离子矩加热高炉4冶金煤气，使送入高炉4内的煤气温度达到2500℃以上，满足高炉4风口前理论燃烧温度2380℃的要求，可完全代替高炉4碳反应放热部分碳消耗，可以降低冶金焦比与煤比，使焦比达到200-240kg/t，煤比达到60-100kg/t，减少生产成本。
45.本发明在风口前设计等离子矩加热，低温煤气无需通过热风炉提前加热，省略了热风炉的工序，可以减少一部分加热煤气的能量消耗，节省成本。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“内侧”、“外侧”、“顶端”、“末端”、“一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。同时，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.显然，以上所述仅仅是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。