一种高炉碳循环的低碳炼铁方法与流程

本发明涉及一种高炉碳循环的低碳炼铁方法，属于高炉低碳炼铁。

背景技术：

1、现代高炉炼铁流程的工艺技术已经发展了几百年，目前在高产、低耗、长寿、 效率、优质、环保等许多方面都有了长足的进步，高炉法炼铁无论从理论和技术上讲可以说发展到鼎盛时期，已达到十分完善的程度。 根据国际能源署统计钢铁企业的co2排放量占全世界co2总排放量的6.7％，高炉炼铁co2排放量约占整个钢铁生产co2排放量的70％。高炉是炼铁行业中最主要的能量消耗者和co2释放源，在不断完善传统节能减排方法（如大喷煤和高风温等）的基础上，还需要进一步开发应用喷吹脱co2还原煤气的技术，以便不断提高节能减排效果。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种高炉碳循环的低碳炼铁方法，可以降低二氧化碳排放，低耗高产。

2、本发明采用的技术方案是，一种高炉碳循环的低碳炼铁方法，该炼铁方法以高炉本体为主要冶炼设备，原燃料通过高炉炉顶的加料设备装入，炉料以含铁的主原料和燃料为主，在炉内形成燃料和含铁主原料的交替层状分布，在高炉风口通过组合风口可以喷吹脱碳煤气，并在组合风口采用超高富氧、热风、喷煤操作进行高炉冶炼，最终使用脱碳煤气全部替代煤粉，同时高炉通过对含铁主原料进行还原反应获得铁水和炉渣；

3、所述原料由含铁第一原料、含铁第二原料、含铁第三原料、含铁第四原料四种原料按一定的比例均匀分配而成，在所述的原料质量百分比中：含铁第一原料的占比按质量百分比为原料总质量的75～80％，含铁第二原料的占比按质量百分比为原料总质量的11～16％，含铁第三原料的占比按质量百分比为原料总质量的2～3％，含铁第四原料的占比按质量百分比为原料总质量的4～6％；

4、所述的含铁第一原料的tfe为54.5%±0.5%，r2倍为1.85±0.08，转鼓指数+6.35mm不低于81.5％，低温还原粉化指数rdi+3.15不低于72％；含铁第二原料的冷态抗压强度不低于2100n，还原膨胀指数rsi不大于15.5％；

5、所述燃料层由燃料1和燃料2按比例均匀混合而成，其中，燃料用量为350～380kg/t铁水；燃料2的配加比例按质量百分数为燃料质量的4～8％；燃料的固定碳fcd％不低于燃料总质量的85.5％，灰分ad％不大于燃料总质量的11.5％，硫分st,d％不大于燃料总质量的0.8％，挥发分vdaf％不大于燃料总质量的1.2％，抗碎强度m40不低于89.5％，耐磨强度m10不大于6.5％，反应性cri 35-50％，反应后强度csr35-42.5％；

6、所述高炉使用的原燃料在槽下称量，通过输送皮带由高炉炉顶装料布料设备，按照焦床层和含铁主原料层从依次分批循环交替从炉顶加入高炉，确保边缘气流和中心气流的合理分布，通过一定深度的漏斗稳定中心气流，同时获得稳定、畅通的边缘气流。在布料过程中料面平台与炉喉钢砖相距300-400mm，料面平台宽度控制在1.5-2.0m左右，中心漏斗深度控制在1.4～2.5米为适宜的料面形状，料线控制在1.4-1.9m；

7、所述的在高炉风口脱碳煤气，具体成分为：脱碳煤气co的体积分数为65～75％，h2的体积分数为10～20％，n2的体积分数为11～15％，co2及其他成分的体积分数为0.5～5％，其他煤气成分的体积分数为1～3％，喷吹脱碳煤气温度35-45℃，喷吹量100～250nm3/t铁；

8、所述的超高富氧、热风、喷煤操作的具体参数是：高炉鼓风温度为1150～1250℃，鼓风中湿度体积为1.0-2.5%，鼓风含氧量为21～50％，喷煤量75～85kg/t，冶炼周期为6.5～8.5h。

9、有益效果

10、1.本发明采用喷吹煤气的炼铁方法，喷吹50～250nm3/t脱碳的高还原性循环煤气，高浓度co通过管道输送到高炉风口，实现co和h2在高炉内部重新富集成高还原势的煤气，，用于还原铁含铁主原料，实现了碳循环，使碳化学能的完全利用。通过煤气循环，高还原性循环煤气中的co和h2就不会浪费其化学能，通过脱除co2后在高炉内循环使用，从而降低高炉对化石能源的消耗。

11、2.本发明采用风口鼓风含氧量为26～50％，可对喷吹煤气后风口回旋区理论燃烧温度下降进行有效热补偿；

12、3. 本发明采用喷吹煤气的炼铁方法，同时配加部分含铁第四原料，提高生铁产量，含铁第四原料比增加1kg/t，燃料比降低0.52kg/t，含铁第四原料在炉内只消耗部分熔化热，不消耗化学热，使炉内的co和h2的还原气氛相对传统高炉冶炼技术充足，可显著促进铁含铁主原料还原，可提高低值废弃含铁资源的利用比例，为冶金资源综合利用提供新方法。

13、4.本发明采用以喷吹煤气为抓手，改善优化了高炉送风制度的操作手段，并将其技术与已有高炉炼铁技术进行集成并合理匹配，最大限度的降低焦比，减少二氧化碳排放，提高冶炼效率。

14、5.本发明提供一种低热态强度燃料下大型高炉喷吹煤气的炼铁方法，它能够保证八钢燃料在热态强度csr36-42％的燃料性能指标下，通过优化操作手段，提高高炉产铁量和生铁合格率，提高高炉冶炼的各项技术经济指标，保证高炉炉况稳定顺行，低耗高产。

15、实施方式

16、下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

17、一种高炉碳循环的低碳炼铁方法，该方法以高炉为冶炼设备，煤气脱碳装置为喷吹设备，高炉内以含铁主原料层和燃料层为炉料，原燃料在槽下称量，通过输送皮带由高炉炉顶装料布料设备，按照焦床层和含铁主原料层从依次分批循环交替从炉顶加入高炉内部；在高炉风口喷吹脱碳煤气，并采用超高富氧、热风、喷煤操作进行高炉冶炼，最终获得铁水和炉渣。

18、所述的一种高炉碳循环的低碳炼铁方法，所述原料由含铁第一原料、含铁第二原料、含铁第三原料、含铁第四原料四种原料按一定的比例均匀分配而成，在所述的原料质量百分比中：含铁第一原料的占比按质量百分比为原料总质量的75～80％，含铁第二原料的占比按质量百分比为原料总质量的11～16％，含铁第三原料的占比按质量百分比为原料总质量的2～3％，含铁第四原料的占比按质量百分比为原料总质量的4～6％。

19、所述的一种高炉碳循环的低碳炼铁方法，所述的含铁第一原料的tfe为54.5%±0.5%，r2（倍）为1.85±0.08，转鼓指数+6.35mm不低于81.5％，低温还原粉化指数rdi+3.15不低于72％；含铁第二原料的冷态抗压强度不低于2100n，还原膨胀指数rsi不大于15.5％。

20、所述的一种高炉碳循环的低碳炼铁方法，所述的一种高炉碳循环的低碳炼铁方法，所述燃料层由燃料1和燃料2按比例均匀混合而成，其中，燃料用量为350～380kg/t铁水；燃料2的配加比例按质量百分数为燃料质量的4～8％。燃料的固定碳fcd％不低于燃料总质量的85.5％，灰分ad％不大于燃料总质量的11.5％，硫分st,d％不大于燃料总质量的0.8％，挥发分vdaf％不大于燃料总质量的1.2％，抗碎强度m40不低于89.5％，耐磨强度m10不大于6.5％，反应性cri 35-50％，反应后强度csr35-42.5％。本发明提供一种低热态强度燃料下高炉喷吹煤气的炼铁方法，它能够保证八钢燃料在低热态强度下，通过优化操作手段，提高高炉各项技术经济指标。

21、所述的一种高炉碳循环的低碳炼铁方法，所述高炉使用的原燃料在槽下称量，通过输送皮带由高炉炉顶装料布料设备，按照焦床层和含铁主原料层从依次分批循环交替从炉顶加入高炉，确保边缘气流和中心气流的合理分布，通过一定深度的漏斗稳定中心气流，同时获得稳定、畅通的边缘气流。在布料过程中料面平台与炉喉钢砖相距300-400mm，料面平台宽度控制在1.5-2.0m左右，中心漏斗深度控制在1.4～2.5米为适宜的料面形状，料线控制在1.4-1.9m。

22、所述的一种高炉碳循环的低碳炼铁方法，所述的在高炉风口脱碳煤气，具体成分为：脱碳煤气co的体积分数为65～75％，h2的体积分数为10～20％，n2的体积分数为11～15％，co2及其他成分的体积分数为0.5～5％，其他煤气成分的体积分数为1～3％，喷吹脱碳煤气温度35-45℃，喷吹量100～250nm3/t铁。

23、所述的一种高炉碳循环的低碳炼铁方法，所述的超高富氧、热风、喷煤操作的具体参数是：高炉鼓风温度为1150～1250℃，鼓风中湿度体积为1.0-2.5%，鼓风含氧量为21～50％，喷煤量75～85kg/t，冶炼周期为6.5～8.5h。

24、实施例1：传统高炉操作技术(基准操作期)

25、在本实施例中（脱碳煤气喷吹为0 nm3/t铁）：

26、含铁第一原料tfe含量为54.5％，其主要化学成分见表1，其转鼓指数为81％，低温还原粉化指数rdi+3.15为72％。

27、含铁第二原料tfe含量为65.27％，其化学成分如表1所示，其抗压强度为2100n，还原膨胀指数rsi为14％。

28、含铁第三原料tfe含量为48.9％，其化学成分如表1所示。

29、含铁第四原料的化学成分如表1所示，tfe含量为98.2％。

30、燃料工业分析如表2所示，其抗碎强度m40为89.70％，耐磨强度m10为6.00％，反应性cri为40-50％，反应后强度csr为36-42％，硫分st,d为0.47％。

31、；

32、将表1中的含铁第一原料、含铁第二原料、含铁第三原料和含铁第四原料混合均匀后加入高炉形成含铁主原料层，将表2中的燃料加入高炉形成燃料床层，所有的原燃料在槽下称量，通过输送皮带由高炉炉顶装料布料设备，按照焦床层和含铁主原料层从依次分批循环交替从炉顶加入高炉内部进行高炉冶炼。含铁主原料层中含铁第一原料：含铁第二原料：含铁第三原料：含铁第四原料的质量百分比为75％：15％：5％:5%。热风温度为1120℃，鼓风湿度为12.32g/m3，富氧率为3.5％。

33、常规高炉操作条件下高炉冶炼1t铁水的主要操作指标如表6所示。矿焦比为3.89，生铁产量为5000t，焦比为430kg/t，煤比为100kg/t，燃料比为550kg/t，减少co2碳素排放为0kg/t，煤气利用率为45.2％。

34、；

35、实施例2 ：(喷吹50nm3/t脱碳煤气)

36、采用实施例1中的含铁第一原料、含铁第二原料、含铁第三原料和含铁第四原料混合均匀后加入高炉形成含铁主原料层，燃料加入高炉形成燃料床层，所有的原燃料在槽下称量，通过输送皮带由高炉炉顶装料布料设备，按照焦床层和含铁主原料层从依次分批循环交替从炉顶加入高炉内部进行高炉冶炼。含铁主原料层中含铁第一原料：含铁第二原料：含铁第三原料：含铁第四原料的质量百分比为75％：15％：5％:5%。热风温度为1120℃，鼓风湿度为12.32g/m3，富氧率为5.5％。

37、喷吹50nm3/t脱碳煤气高炉冶炼1t铁水的主要操作指标如表7所示。矿焦比为4.0，生铁产量为4120t，焦比为418kg/t，煤比为92kg/t，燃料比为530kg/t，煤气利用率为46.1％。与实施例1传统高炉操作技术(基准操作期)相比，产量提高120t，焦比降低12kg，煤比降低8kg，碳素排放降低48.8kg，煤气利用率提高4.70％。

38、；

39、实施例3：(喷吹150nm3/t脱碳煤气)

40、采用实施例1中的含铁第一原料、含铁第二原料、含铁第三原料和含铁第四原料混合均匀后加入高炉形成含铁主原料层，将燃料加入高炉形成燃料床层，所有的原燃料在槽下称量，通过输送皮带由高炉炉顶装料布料设备，按照焦床层和含铁主原料层从依次分批循环交替从炉顶加入高炉内部进行高炉冶炼。含铁主原料层中含铁第一原料：含铁第二原料：含铁第三原料：含铁第四原料的质量百分比为75％：15％：5％:5%。热风温度为1080℃，鼓风湿度为12.32g/m3，富氧率为20.5％。

41、喷吹150nm3/t脱碳煤气高炉冶炼1t铁水的主要操作指标如表5所示。矿焦比为4.23，生铁产量为5500t，利用系数2.2，焦比为394kg/t,，煤比为76kg/thm，燃料比为490kg/t，煤气利用率为47.8％。

42、与实施例1传统高炉操作技术(基准操作期)相比，产量提高500t，焦比降低36kg，煤比降低24kg，碳素排放降低146.4kg，煤气利用率提高2.6％。

43、与实施例2相比，产量提高380t，焦比降低24kg，煤比降低16kg，燃料比降低40kg，碳素排放降低97.6kg，煤气利用率提高1.7％。且各指标均优于实施例1、2。

44、；

45、实施例4：(喷吹250nm3/t脱碳煤气)

46、采用实施例1中的含铁第一原料、含铁第二原料、含铁第三原料和含铁第四原料混合均匀后加入高炉形成含铁主原料层，将燃料加入高炉形成燃料床层，所有的原燃料在槽下称量，通过输送皮带由高炉炉顶装料布料设备，按照焦床层和含铁主原料层从依次分批循环交替从炉顶加入高炉内部进行高炉冶炼。含铁主原料层中含铁第一原料：含铁第二原料：含铁第三原料：含铁第四原料的质量百分比为75％：15％：5％:5%。热风温度为1050℃，鼓风湿度为12.32g/m3，富氧率为29.5％。

47、喷吹250nm3/t脱碳煤气高炉冶炼1t铁水的主要操作指标如表6所示。矿焦比为4.49，生铁产量为6000t，利用系数2.4，焦比为370kg/t,，煤比为60kg/thm，燃料比为450kg/t，煤气利用率为49.6％。

48、与实施例3相比，产量提高500t，焦比降低24kg，煤比降低16kg，燃料比降低40kg，碳素排放降低97.6kg，煤气利用率提高1.8％。且各指标均优于实施例3。

49、

50、至此，高炉风口喷吹脱碳煤气为操作手段，喷吹50～250nm3/t脱碳的高还原性循环煤气，高浓度co通过管道输送到高炉风口，实现co和h2在高炉内部重新富集成高还原势的煤气，辅以配加部分含铁第四原料，提高生铁产量，含铁第四原料在炉内只消耗部分熔化热，不消耗化学热，使炉内的co和h2的还原气氛相对传统高炉冶炼技术充足，可显著促进铁含铁主原料还原。采用风口鼓风含氧量为26～50％的超高富氧冶炼，同时利用八钢现有焦煤资源的燃料在热态强度csr36-42％的燃料性能指标下，优化高炉送风制度，使用低热态强度燃料与喷吹脱碳煤气技术有效耦合，并将其技术与已有高炉炼铁技术进行集成并合理匹配，最大限度的降低焦比，减少二氧化碳排放，提高冶炼效率。

51、以上实施例所述仅是本发明的优选实施例方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。