电炉烟气加热含碳铁矿球团直接还原热装电炉方法技术

本发明专利技术公开了一种电炉烟气加热含碳铁矿球团直接还原热装电炉方法。属钢铁冶炼领域的直接还原和电炉冶炼。现电炉烟气利用为废钢预热或余热锅炉产蒸气。发明专利技术电炉热烟气加热竖炉中含碳球团且使球团中煤裂解成CO、H2、C来还原铁氧化物及形成煤气，球团还原成含碳直接还原铁，并热态连续加入电炉熔池热区替代部分废钢，有明显流程节能和CO2减排效果，有部分H2参与铁还原，是更加绿色电炉冶炼工艺。电炉热烟气和冷压含碳球团竖炉内逆流换热，由上到下球团被干燥、预热、加热、还原直到排出热含碳直接还原铁加入电炉熔池，过程伴随团中煤粉由外向内裂解和铁还原，烟气可燃成分由下到上不断增加成为低热值煤气并温度不断降低，煤气用于发电或工艺利用。烟气还原度和温度可通过兑入可燃气调节，以利于竖炉铁还原。以利于竖炉铁还原。以利于竖炉铁还原。

【技术实现步骤摘要】
电炉烟气加热含碳铁矿球团直接还原热装电炉方法
1、

[0001]本专利技术属于钢铁冶炼领域的直接还原和电炉冶炼。
2、
技术介绍

[0002]电炉炼钢相比高炉
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转炉炼钢CO2排放减少大约1/2
‑
2/3，具有明显CO2减排优势，如使用直接还原铁炉料热装更具有CO2减排的优势，绿色电力占比的提高，其CO2减排优势更明显。
[0003]电炉炼钢本身利用废钢为主原料，直接体现了废旧金属材料的循环利用，与直接还原铁相结合已成为钢铁冶炼低碳可持续发展的一种工艺模式，是符合绿色钢铁冶炼工艺路线。
[0004]尽管电炉炼钢工艺措施、装备等的发展已经取得长足进步，但以循环经济要求衡量，还远未达到完美程度，电炉技术仍需要不断完善：
[0005]从能源利用角度看：
[0006]排烟热损失+电气运行损失+冷却水热损失+辐射热损失的损失之和接近总能量损失40％，电能有效利用率仅60％左右，若考虑火电目前约31
‑
41％的一次能源转换率，电弧炉总一次能源利用率仅为20
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24％左右，并不十分理想。目前电炉冶炼电能外二次能源率已经达到总输入能耗的40
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60％，问题虽得到了有效改善，但仍有潜力可挖。
[0007]从产品质量角度看：
[0008]电炉钢水除含氮量普遍较高外废钢残存元素高也是短处，必须使用稀释残存元素的铁源如DRI、HBI、铁水、脱碳粒铁、碳化铁、复合金属料等，不仅稀释钢液有害元素、降低气体体积分数，而且解决废钢供应不足，也因增加熔池碳含量而降低废钢熔点起到快速熔化作用；电炉底吹技术的发展进一步降低了钢液含氮量、含氢量。
[0009]优质废钢资源的短缺：
[0010]充分和稳定废钢供应是发展电炉炼钢的前提，否则电炉炼钢成为“无米之炊”。作为一般规律，当一个国家或地区钢铁厂量大幅度增长时，废钢供应短缺；而当产量饱和或下降时，废钢出现过剩，这对发达国家废钢积蓄量较大的情况下是适用的。
[0011]我国经过钢铁生产高速增长期，废钢积蓄量在不断增大，但积蓄量中以长材为主，大多数是回收期长建筑钢材，废钢增长速度赶不上电弧炉钢产量不断增加速度需求，我国废钢短缺局面还将持续相当长时期，因此及时发展基于富氢还原的直接还原铁也是发展迫切需要。
[0012]废钢代用品生产是当务之急：
[0013]过去我国在铁水废钢价格倒挂的情况下，采用铁水热装短期内起到了缓解废钢短缺、提高电炉产量、有害元素稀释、降低电能消耗的作用。但从长远看扩大了全流程吨钢能耗和CO2排放、仅利用了铁水中铁和硅、锰等氧化化学热，大量其他有价金属没有得到很好利用，根本解决办法是开发新技术，经济、有效地实现铁与有价元素分离并分别得到有效回收利用。
[0014]铁水价格的回归使用铁水盈利水平越来越差，直接导致电炉发展的停滞。碳减排、碳中和趋势下，电炉炼钢又迎来了一个发展高潮，必将导致废钢进一步短缺，必将阻碍电炉炼钢的健康发展。
[0015]发展直接还原
‑
电炉炼钢流程，热装DRI、HBI缓解废钢不足，提高电炉钢占比是可行的成熟技术，如能开发更有竞争力新的废钢代用品又是重要工作。
[0016]含碳球团直接还原后直接热入电炉，不仅可以缓解废钢短缺压力，减少电耗、降低生产成本、稀释有害元素含量，同时作为可靠熔池增碳手段加以方便利用，并附加一定的CO2减排效果。
[0017]电炉高温烟气废钢预热存在缺点：
[0018]目前电炉烟气余热利用基本思路集中在：炉内二次燃烧；烟气汽化冷却余热锅炉余热回收；烟气废钢在线预热余热回收。
[0019]余热锅炉回收烟气热量高于废钢烟气预热回收热量约2.5倍，例Consteel废钢预热仅吸收烟气余热的～40％。但从回收余热质量、工艺利用看，废钢预热高于余热锅炉具有综合效益，是合适的烟气余热回收方法。烟气预热废钢是现代电炉设备及工艺发展极其重要成果，取得了显著节电效果。
[0020]但是因废钢体积、形状不稳定、尺寸较大，导致料堆或相对空隙较大，烟气穿过料堆阻力小、气流速度较快且不均匀，利于加快废钢传热速度，但接触时间减少使烟气排放温度较高，不利于烟气余热回收率进一步提高，或废钢块过大，导致废钢预热外热内冷，平均预热温度不高，例Consteel排烟温度相对较高，废钢平均预热温度仅450℃；Fucsh竖炉虽采用烟气与废钢逆流预热，尽管废钢平均加热温度～650℃，但排烟温度仍然相对较高，底层废钢温度超过850℃发生废钢粘黏，容易发生下料不顺，进一步提高废钢预热温度存在上限，同时空间布置困难，烟气余热回收效率不尽人意。
[0021]国内外含碳球团还原的研究以及应用已经较为充分，例如利用含碳球团回转窑生产直接还原铁，直接还原铁原铁
‑
电炉热装炼钢；利用含碳球团转底炉生产直接还原铁，热装电炉炼钢；以及含碳球团直接还原铁在高炉、转炉中的应用等。
[0022]已有的氧化球团DIR、HBI及碳化铁等在电炉生产中大量应用，为电炉烟气加热还原含碳球团直接入炉冶炼奠定了工艺及设备基础。
[0023]鉴于电炉如上存在的问题和已有的应用结果提出本专利技术。
3、
技术实现思路

[0024]将电炉第四孔引出的1200
‑
1600℃热烟气引入竖炉下部，竖炉内热烟气与含碳球团逆流运动热交换，含碳球团由上向下运动被逐步预热、加热、还原；
[0025]电炉烟气由下到上穿过含碳球团料层，首先将下层球团加热到950
‑
1350℃，将含碳球团逆流热交换加热还原，烟气继续上升继续加热、预热竖炉内中层及上层的入炉冷含碳球团，最终以150
‑
280℃排烟温度在竖炉上部排出；其排烟温度相对较低，余热利用效率更高。同时在上述加热过程中球团内的配煤煤逐步裂解，放出CO、H2，参与球团中铁氧化物的自还原，可使球团还原中有一定的氢参与还原进一步减少CO2排放；还原后的热直接还原铁立即转入电炉冶炼，大大节省了电耗，直接工艺利用了含碳球团直接还原余热。
[0026]电炉第四孔烟气温度范围在1200
‑
1600℃，最高2100℃(小炉容1200
‑
1400℃，大炉
容1400
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1600℃)，具备950
‑
1350℃还原含碳球团的温度条件；若烟气温度高于球团还原所需要的烟气温度，在入竖炉前可以兑入天然气或其他煤气调节温度，达到合适的入炉温度，避免炉内球团因温度过高而粘接。
[0027]含碳球团在氧化性气氛下仍然具有很高的金属化率，常规冶炼烟气CO：CO2≈1/2，在采取控制炉内二次燃烧和第四孔吸入空气量的条件下CO：CO2比值将增大，烟气还原性变好；若炉内控制二次燃烧量，可提高烟气还原度，能满足含碳球团加热还原气氛要求；如上在入竖炉前可以兑入天然气或其他煤气可增高烟气的还原度，减少含碳球团表面再氧化。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电炉烟气加热含碳铁矿球团直接还原热装电炉方法，其特征在于电炉第四孔高温烟气在不吸入冷空气条件下，将还原竖炉下部进入的电炉第四孔高温烟气通过还原竖炉内含碳球团料柱向上由还原竖炉上部的排气口抽出，或从还原竖炉下部齿棍卸料器上部的布风器穿过含碳球团料柱，由还原竖炉上部排气口抽出；电炉高温烟气由下到上穿过含碳球团料柱逐步加热
‑
还原、加热、预热料柱的含碳球团，并使含碳球团内的铁氧化物不断被上述裂解气CO、H2及C还原，含碳球团中的煤在上述过程中逐步裂解由球团中的毛细孔不断排出。含碳球团所用的原料包括铁矿石、还原煤、防黏剂。上述原料经过破碎工序、磨粉工序、配料工序、混料工序，最终加入设置在还原竖炉顶部加料口上的冷压球机，将上述混合料压成冷含碳球团加入还原竖炉上部，其中还原煤需要经过洗煤工序处理将煤矸石粉和煤粉分离，煤粉烘干后进入配料工序作为含碳球团的还原剂，而煤矸石粉经生物处理作为土壤改良剂。在还原竖炉内抽气口到齿棍卸料器之间的含碳球团料柱，含碳球团不断由上到下运动和电炉高温烟气逆流换热，含碳球团经过干燥、预热、加热、加热还原最终在下部齿棍卸料机上部还原成含碳直接还原铁球团，该球团经还原竖炉出料直接通过电炉炉盖上的热转料斗连续加入电炉电极区熔池内还原熔化成为熔池钢水，最终通过出钢口排出电炉。2.根据权利要求书1所述的电炉烟气加热含碳铁矿球团直接还原热装电炉方法，其特征在于电炉第四孔1200
‑
1600℃高温烟气在还原竖炉的下部被抽穿过过含碳球团料柱由下向上流动，烟气随着向上料柱高度的变化，同时进行与含碳球团逆流热交换，含碳球团下部温度最高大约950
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1350℃，随着料柱高度继续增高含碳球团温度逐渐降低，到达排气口料面处烟气温度降低到150
‑
280℃，料柱中的含碳球团由下到上逐步完成还原、加热、预热、干燥，排气口含碳球团温度降低到100
‑
200℃；含碳球团在被加热的同时，在高于大约240℃后由外小内发生含碳球团内的煤裂解反应，产生H2、CO气体，气体沿球团内毛细孔向球团表面外喷出，在≤570℃发生CO还原Fe2O3到Fe2O3的反应，在≥600℃同时发生H2还原铁氧化物反应，该阶段由于铁矿的晶型转变，发生明显的低温还原膨胀，但绝大部分被含碳球团煤裂解产生的内部空隙所抵消，避免了氧化球团在该温度段的还原粉化；当球团外层温度处于＞680℃T≤710℃，CO的还原性比H2要强，此时主要还原反应为CO还原和H2间接还原以及少量C的直接还原，Fe3O4还原生成FeO，体积膨胀增加7％基本被煤裂解及C还原导致的孔洞所吸收。当球团外层温度≥710℃，H2的还原性比CO要强，C的直接还原开始，主要发生FeO还原生成Fe的反应，体积减少2％，其吸收主要来自C还原的孔洞以及中心煤残余裂解产生的孔洞所吸收，同时球团内部温度逐步达到＞680℃T≤710℃，内部发生上述以CO还原为主的铁氧化物还原。当含碳球团外壳温度达到900℃以后，不仅发生内部放出的CO、H2还原反应，而...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：梁文玉，
类型：发明
国别省市：