一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法技术

本发明专利技术公开了一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法，属于钢铁冶金技术领域。本发明专利技术的微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法，其步骤为：含碳球团的装入和预热、含碳球团的还原、钢浴熔池的形成和渣铁熔分反应。通过使用本发明专利技术的技术方案，能够实现超短流程直接炼钢，通过控制加入的含碳球团中的C/O摩尔比，实现了对钢水中[C]含量的控制，且避免了传统的炉渣泡沫化及含碳球团还原后金属化率较低的问题，能量利用率高，生产效率高，实现了连续炼钢，且基建成本和设备投资大幅节省。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢铁冶金
，更具体地说，涉及一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法。
技术介绍
传统长流程钢铁生产流程主要从焦炉炼焦、烧结(或球团)、高炉炼铁到转炉炼钢，整个流程投资大、能耗高，且温室气体CO2的排放难以有效降低。高炉炼铁离不开焦炭，随着炼焦用焦煤的日益短缺和环保压力的不断增大，取消焦炉炼焦—烧结—高炉炼铁等工艺，实现矿石、煤直接炼钢，具有重大的战略意义，是冶金工作者追求的目标。直接还原与熔融还原等非高炉炼铁工艺的开发和发展有助于节能减排和环境友好。当前世界上已开发出的直接还原工艺有20多种，分气基与煤基直接还原，其中气基的Midrex与HYL工艺应用最成熟，但气基还原煤气制取成本高、消耗量大、能量利用程度较低，从而限制了气基直接还原的发展。煤基直接还原有回转窑法、转底炉法和隧道窑法，其中转底炉法的应用最为广泛。转底炉法是采用燃烧碳氢化合物产生热量，并以辐射方式传递给含碳球团，存在热能利用率和工作效率低的弊端以及设备故障率较高的缺点。目前，能直接生产铁水且可商业运行的熔融还原工艺只有COREX及韩国浦项制铁的FINEX工艺，但是这两种工艺均还离不开焦炭，都是通过燃烧碳来提供工艺过程所需热量，因此既不能取消焦炉也很难控制温室气体的排放。加上工艺较复杂、能耗高、设备故障率偏高等，总体运行结果不理想。因此，现有的直接还原与熔融还原等工艺均不能有效用于直接生产钢水，亟需开发一种新的铁矿石、煤直接炼钢工艺。经检索，关于直接炼钢工艺已有相关公开。如：中国专利申请号CN200810139695.6的专利技术专利公开了一种铁矿石直接炼钢工艺，该申请案中是预先在熔池中形成高温的渣铁液，当含铁物料进入熔池后，即被含碳物料还原，然后吹氧炼钢，放渣出钢。由于该方法在含铁物料的还原过程中产生了大量CO气体，使得炉渣泡沫化，破坏了反应的动力学条件，炉内透气性差，温度场不易控制，不利于渣铁熔分，同时不利于出渣，生产效率低。专利申请号
CN200910018446.6公开的一种综合利用能源的短流程转底炉连续炼钢方法同样会出现泡沫渣问题，从而严重影响了钢水的生产。专利申请号CN200910014710.9公开了一种一步法炼铁炼钢新工艺，在炼铁炼钢两用炉内先加入经直接还原的球团、煤和渣料得到铁水，然后向铁水中吹氧熔炼得到钢水，虽然在原理上是可行的，但是这种工艺要求投入的热球团温度达到1100℃，否则容易造成炉渣温度降低，流动性差，增加了生产的难度，而且能量利用率和生产效率都比较低。此外，能生产液态铁水的高炉炼铁与熔融还原等工艺，绝大部分的热量与还原剂都来自碳，而消耗的碳最终将变为CO2并排放进入大气，因此钢铁工业减排的实质必须降低入炉碳消耗。水电与核电工业的快速发展使钢铁工业采用电力供热成为可能，如果直接炼钢工艺的热量由水电或核电提供，可大幅减少单位生铁的CO2排放，对环保十分有利。因此，有必要继续缩短工艺流程、最大限度降低工艺过程的碳消耗、真正实现节能环保与低成本冶炼。美国密西根理工大学在文献《WANG Yong-qing.Direct steelmaking through microwave and electric arc heating[D].USA:Michigan Technological University,2005》中及陈津在文献《微波加热-电炉直接炼钢新工艺探讨[J].工业加热,2003(4):1-3》中都曾提出过“微波炉还原+电炉熔分”的直接炼钢路线，但因其球团的还原使用石墨电极进行升温而使熔池渗碳，要得到钢水，就必须进行二次脱碳，工艺较复杂，难以在同一个装置内实现含铁料从低温固体到高温熔融体的转变。综上所述，现有的直接炼钢技术均采用铁矿石或普通球团配加焦炭或煤粉进行铁水的冶炼，再通过吹炼脱氧、脱碳，以获得最终的钢水。虽然仅采用一个冶炼炉便可完成从含铁物料到钢水的冶炼过程，但其实质是将转炉或电炉作为冶炼炉，将含铁物料作为铁水或直接还原铁的替代品，本质上并没有精简传统含铁矿物—铁水或直接还原铁—钢水的生产工序，生产效率并没有得到真正提高，同时碳消耗产生了大量的CO2进入大气。且现有直接炼钢技术中由于加入的炉料与出钢钢液的温差较大，以及吹炼的进行，需等到放渣出钢后方可加入下一批炉料，冶炼周期较长。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服现有直接炼钢工艺中易发生炉渣泡沫化、炉内透气性
差、生产周期长、生产效率和能源利用率低、环境污染大以及工艺流程复杂的不足，提供了一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法。通过采用本专利技术的技术方案，可利用含碳球团直接连续冶炼出钢水，能够有效解决现有直接炼钢工艺存在的上述问题，显著降低了钢铁冶炼过程中CO2气体的排放，生产效率较高，且所冶炼钢水的质量能够完全满足生产需求。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法，其步骤为：步骤一、含碳球团的装入和预热：将含碳球团由微波还原炉顶部的布料口布入微波还原炉，含碳球团进入预热区后进行预热处理；步骤二、含碳球团的还原：经预热后的含碳球团进入还原区，通过微波加热装置进行加热还原；步骤三、钢浴熔池的形成：在冶炼第一炉钢液前向感应熔分炉中加入废钢，通过电磁感应加热装置进行加热，在感应熔分炉内预先形成钢浴熔池；步骤四、渣铁熔分反应：打开微波还原炉底部的排料阀，使还原后的含碳球团进入感应熔分炉，在感应熔分炉内发生软熔，并滴落进入渣铁熔分区进行渣铁熔分。更进一步地，步骤二中含碳球团的还原温度为1100-1250℃，还原时间为18-22分钟；步骤四中渣铁熔分反应的温度为1550-1600℃，时间为19-21min。更进一步地，所述的微波还原炉位于感应熔分炉的上方，且微波还原炉与感应熔分炉之间通过排料阀相连通；通过微波还原炉对含碳球团进行加热还原，通过感应熔分炉进行渣铁熔分反应；上述微波还原炉包括上部的预热区和中下部的还原区，且预热区和还原区对应的炉体四周均设有微波加热装置。更进一步地，所述的微波还原炉为一个或一个以上。更进一步地，所述微波还原炉的顶部设有第一煤气出口，所述感应熔分炉的顶部设有第二煤气出口，第一煤气出口、第二煤气出口均通过进气管道与气体分配器相连，所述的气体分配器通过排气管道与微波还原炉侧壁底部的煤气进口相连。更进一步地，所述微波还原炉的内部下侧设有导气管，所述的排气管道与该导气管相连。更进一步地，所述微波还原炉的下部设计为圆台状结构，且该圆台状结构下底面的半径小于其上底面的半径。更进一步地，所述预热区对应的炉体四周设有上排微波加热装置，所述还原区对应的炉体上部设有中排微波加热装置，该还原区对应的炉体下部设有下排微波加热装置，且微波加热装置的加热频率为2400-2500MHz、输出功率为12-15kW。更进一步地，所述的感应熔分炉包括固相区、软熔区和渣铁熔分区，其中，固相区和软熔区对应的炉体四周设有上排电磁感应加热装置，渣铁熔分区对应的炉体四周设有下排电磁感应加热装置。更进一步地，所述的电磁感应加热装置选用中频加热装置，其加热频率为200-500Hz、输出功率2800-3200kW。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法，其特征在于：其步骤为：步骤一、含碳球团的装入和预热：将含碳球团由微波还原炉(2)顶部的布料口布入微波还原炉(2)，含碳球团进入预热区(201)后进行预热处理；步骤二、含碳球团的还原：经预热后的含碳球团进入还原区(202)，通过微波加热装置进行加热还原；步骤三、钢浴熔池的形成：在冶炼第一炉钢液前向感应熔分炉(7)中加入废钢，通过电磁感应加热装置进行加热，在感应熔分炉(7)内预先形成钢浴熔池。步骤四、渣铁熔分反应：打开微波还原炉(2)底部的排料阀(6)，使还原后的含碳球团进入感应熔分炉(7)，在感应熔分炉(7)内发生软熔，并滴落进入渣铁熔分区进行渣铁熔分。

【技术特征摘要】
1.一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法，其特征在于：其步骤为：步骤一、含碳球团的装入和预热：将含碳球团由微波还原炉(2)顶部的布料口布入微波还原炉(2)，含碳球团进入预热区(201)后进行预热处理；步骤二、含碳球团的还原：经预热后的含碳球团进入还原区(202)，通过微波加热装置进行加热还原；步骤三、钢浴熔池的形成：在冶炼第一炉钢液前向感应熔分炉(7)中加入废钢，通过电磁感应加热装置进行加热，在感应熔分炉(7)内预先形成钢浴熔池。步骤四、渣铁熔分反应：打开微波还原炉(2)底部的排料阀(6)，使还原后的含碳球团进入感应熔分炉(7)，在感应熔分炉(7)内发生软熔，并滴落进入渣铁熔分区进行渣铁熔分。2.根据权利要求1所述的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法，其特征在于：步骤二中含碳球团的还原温度为1100-1250℃，还原时间为18-22分钟；步骤四中渣铁熔分反应的温度为1550-1600℃，时间为19-21min。3.根据权利要求1或2所述的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法，其特征在于：所述的微波还原炉(2)位于感应熔分炉(7)的上方，且微波还原炉(2)与感应熔分炉(7)之间通过排料阀(6)相连通；通过微波还原炉(2)对含碳球团进行加热还原，通过感应熔分炉(7)进行渣铁熔分反应；上述微波还原炉(2)包括上部的预热区(201)和中下部的还原区(202)，且预热区(201)和还原区(202)对应的炉体四周均设有微波加热装置。4.根据权利要求3所述的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法，其特征在于：所述的微波还原炉(2)为一个或一个以上。5.根据权利要求4所述的一种微波与感应加热含碳球团连续生产钢水方法，其特征在于：所述微波还原炉(2)的顶部...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨佳龙，李家新，郭其飞，杨建，张春雷，陈小龙，相冬文，贾晓颖，杨乐彪，佘文文，孟庆民，狄瞻霞，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34