CN103571984A - 一种用原煤冶炼铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用原煤冶炼铁的方法，该方法包括：用铁矿石为主体原料，原煤为燃料，石灰石为溶剂，并将所述主体原料、燃料与溶剂加入到高炉内；通过高炉下设置的风口吹入热风；用煤、油或煤气作为喷吹物，喷入到高炉内的主体原料中；燃料煤中的碳和喷吹物中的碳燃烧生成一氧化碳，一氧化碳与主体原料铁矿石中的氧还原反应，得到铁及铁水。本发明可大幅度降低成本，约为25％---30％；由于对原生产***的改造，对煤气的利用，是整体生产成为循环经济，同时是整体生产无污染排放。

Description

一种用原煤冶炼铁的方法

本发明公开了一种用原煤冶炼铁的方法，该方法包括：用铁矿石为主体原料，原煤为燃料，石灰石为溶剂，并将所述主体原料、燃料与溶剂加入到高炉内；通过高炉下设置的风口吹入热风；用煤、油或煤气作为喷吹物，喷入到高炉内的主体原料中；燃料煤中的碳和喷吹物中的碳燃烧生成一氧化碳，一氧化碳与主体原料铁矿石中的氧还原反应，得到铁及铁水。本发明可大幅度降低成本，约为25％---30％；由于对原生产***的改造，对煤气的利用，是整体生产成为循环经济，同时是整体生产无污染排放。

一.原煤在冶炼高炉内起到的作用

A.原煤在冶炼炉内一系列过程：原煤进入炉内在炉喉.炉腰上半段经过无氧加热，就形成了焦油煤气和半焦。焦油煤气排出炉外，经过一系列流程进行油气分离，一部分回炉助燃。半焦在炉内提供热量及一系列的还原反应(和焦炭性质一样。)

B.高炉内的半焦(兰炭)是冶炼炉的主要燃料，它在冶炼过程中起到的作用是：

1.热源：在风口前燃烧。

2.还原剂；在生成还原气体借以还原铁矿石的同时，也可以直接用碳还原。

3.骨架作用：在炉内支撑炉料使之形成适当的空间，使还原气体和熔融物圆滑地流动。

4.生铁成分：一部分碳将为生铁吸收。

C.优点

1.原煤冶炼和焦炭冶炼相比能大大降低成本。

2.减少了焦煤成焦炭的这一道工序，大大减少了环境的污染程度。

3.半焦(兰炭)特别是气化煤的固定碳高.硫磷特低，无水分力度小且均匀，附合冶炼燃料的高要求。

4.焦油煤气可获得高风温的技术，能满足高炉对1200℃高风湿的需要。

D.缺点

原煤在高炉内形成半焦后相对于焦炭机械强度较低。但是通过操作程序及设备工艺流程的改进后可以克服这一问题。如果加倒装比例，中心加焦，扩大风口，增大风口角度。

二.用原煤冶炼铁的方法主要设备的改进

高炉煤气是高炉冶炼的副产品，是热风炉的主要燃料。原煤冶炼，高炉煤气中含有大量的焦油煤气，所以必须进行炉尘、煤气，油气分离。

近些年来中小高炉对干法布袋除尘器广泛应用，但此法不适合于原煤冶炼产生的煤气净化。原煤冶炼煤气净化必须采用湿法除尘、电除尘。

A.下降管改进：煤气排出炉外防止温度下降过快而形成炉尘，焦油混合的粘结物堵塞下降管，所以下降管改为双层空腔式，通入热水或蒸汽进行保温。

B.洗涤塔：将重力除尘器改进为空心式洗涤塔。主要作用为降温，洗尘，洗油。煤气经过洗涤塔后，温度降低到40℃以下，这样通过温度差将煤气中的部分油气变为焦油和炉尘一起排到污水池中进行油、水、尘分离。此为初除尘。

C.油气分离：由静电除尘器结构改造而来。其工作原理是：在强电场作用下，气体中少量游离的自由电子被加速，获得一定能量后，撞击分子外层电子，被撞击出的自由电子被加速后又撞击其他分子外层电子。随着高压升高，两极间自由电子迅速增加。正离子和自由电子各自向异性极高速运动，形成二次电流。此形象为分子电离。

煤气通过处于气体电离状态的两极空间时，气体中的尘埃和焦油微粒和电子碰撞摩察过程中被强制荷电，由于电离仅发生在离负极距离较小的强电场区域内，故带正电荷的离子数量被负极吸引流向负极。正离子流通截面仅占整个极间空间很少一部分，而加速自由电子数量大且要通过整个极间流向正极(沉淀极)。电子的流通截面占整个极间99％的面积，故气体中尘埃和焦油微粒大部分荷负电而流向正极(沉淀极)，带电尘埃及焦油微粒达到沉淀极中和后被收集，在重力、水力的作用下落下。

D.污水池：根据炉尘的比重，油的比重，水的比重及温度变化的特点，可将水、油、炉尘分离。建阶梯式污水池，通过控制水温，沉淀8小时左右，池中分为四个层面，底层为炉尘，中层为重油，水上面是轻油。用泥浆泵将底层炉尘抽出，用污水泵将重油，轻油抽出。

技术领域

本发明涉及一种用原煤冶炼铁的方法，尤其涉及一种高炉冶炼铁的生产方法。

背景技术

近年来，特别是“十五”以来，我国钢铁生产突飞猛进，1996年钢铁产量突破1亿吨后，10年间生铁产量翻了两番，居世界首位。2005年我国生铁产量达到了3.3040亿吨，远远超过世界钢铁大国历史最高产量，成为世界钢铁生产第一大国。我国高炉炼铁2001～2005年生产技术指标的变化情况如表1所示

表1

2005年，我国生铁产量500万吨以上的企业其生产技术指标取得显著进步(如表2为2005年我国部分企业高炉经济技术指标)，以宝钢为代表，其炼铁部分经济技术指标达到或接近了国际先进水平。

表2

我国高炉生产各方面取得了显著进步，但在资源和能源利用率、高炉大型化、提高产业集中度以及环保等方面还有很大差距，有待进一步提高，努力向钢铁强国迈进。

1合理利用矿石资源

我国铁矿资源不足，炼铁工业必须依赖国产矿和进口矿两种资源。“十五”期间两种矿石资源的消耗量见表4：

表4

年份	2001	2002	2003	2004	2005
						生铁产量	1.5554	1.6908	2.0231	2.5185	3.304
自产铁矿石	2.1701	2.3262	2.6272	3.113	4.205
						进口铁矿石	0.9231	1.1149	1.4813	2.0809	2.7256

为降低矿石采购成本，应扩大进口矿的采购范围，可以采购一些品位相对较低、价格较为适中的进口矿石，与国产矿相配合，生产出优质的烧结矿和球团矿。

为了应对国外矿石价格上涨的影响，同时解决矿石供应的紧张状态，应大力研究和开发国内的矿石资源。鞍钢采用自主产权开发的贫赤(磁)铁矿细磨、深磨等选矿新工艺，精矿品位提高到68％以上，炼铁生产取得了突破性进展。

2提高能源利用率

提高能源利用率、降低能耗是炼铁生产重中之重。2005年我国重点企业炼铁工序平均能耗为450.79kg标准煤/吨，比国际先进水平高20～100kg标准煤/吨。

大力降低燃料比

高炉吨铁能耗消耗包括燃料、动力(风、水、汽、压缩空气)和电，燃料消耗约占82％左右，其中焦炭和煤粉占75％左右。因此，要提高能源利用率，降低能耗，必须在降低燃料比上下功夫，关键是降低入炉焦比和加大喷煤量，同时相应提高其利用率。

国际上高炉燃料比最低的国家是芬兰和瑞典，分别为439kg/t和457kg/t。2005年我国高炉平均燃料比为536kg/t(最好的是宝钢和首钢，分别达到了483kg/t和470kg/t)，比国际先进水平高100～120kg/t，这是我国高炉生产与国际水平的最大差距。

入炉焦比是燃料比的重要组成部分，国际先进高炉焦比在300kg/t以下。2005年我国重点企业年平均焦比为412kg/t，宝钢焦比为282kg/t，达到世界先进水平。

降低燃料比的主要途径如下：

(1)采用精料

精料对降低燃料比起决定性作用，精料的关键是提高入炉矿石品位。近几年，我国大部分企业矿石品位可以达到57％～59％，个别可达到60％(芬兰高炉可达到65％)，渣量普遍降到350kg/t以下。因此，要降低燃料比，必须努力提高入炉矿石品位。要求TFe＞58％，高炉渣量降到300kg/t以下。提高矿石品位可通过选矿技术、改善炉料结构、增加球团和天然富矿的使用量等来实现。

精料的另一个重要方面是要格外重视焦炭质量。焦炭和煤粉的灰分应＜12％，焦炭强度指标M40＞80％，M10＜7％，CSR＞60％，CRI＜25％。对于2000m3以上的高炉还应优于上述指标。

(2)提高风温水平

高炉风温高低是衡量高炉节能的重要指标。风温低就很难达到低燃料比和高喷煤比。2005年全国重点企业高炉平均风温为1084℃，宝钢高炉风温(1229℃)达到了国际先进水平。风温达到1100℃以上的企业只有16家。2006年8月，鞍钢炼铁总厂高炉平均风温达到1103℃，新1号高炉达到1199℃。

应该看到，我国高炉风温水平与国际先进水平相比还有100～150℃的差距，少数企业高炉风温还处于800～900℃的低水平。

国际上高炉最高风温为1300～1320℃，而我国大型高炉风温力求达到1200℃以上，目前除宝钢高炉外，要真正达到1200℃以上高风温仍需要努力。

提高风温(＞1200℃)的措施是多方面的。宝钢采用外燃式热风炉(4座)，风温常年保持在1250℃左右。设计和实践表明，外燃式热风炉和内燃式热风炉都可获得1200℃以上的高风温，关键是要提高热风炉燃烧煤气的热值。一般高炉燃烧煤气热值只有3000kJ/m3左右，虽然有的已对煤气和助燃空气进行了双预热，但热风炉拱顶温度只有1300～1350℃，难以达到1200℃以上高风温的需求。在焦炉煤气缺乏的情况下，提高热风炉燃烧煤气热值的途径有：采取富氧鼓风或掺烧部分高热值煤气，每1％富氧率，可提高煤气发热值146kJ/m3；转炉煤气发热值约为7500kJ/m3，将转炉煤气供热风炉，热风炉燃烧煤气热值可提高到3400kJ/m3；增设热风炉附加预热***，进行煤气与助燃空气双预热。鞍钢新建的大型高炉附建了几座小型顶燃式预热炉，对热助燃空气和煤气进行双预热，效果较好。

(3)强化喷煤

提高高炉喷煤比对降焦起着直接作用。2005年我国重点企业高炉喷煤比平均为124kg/t，宝钢高炉喷煤比超过200kg/t，处于世界领先水平。但应看到，我国高炉喷煤水平尚不平衡，很多企业高炉喷煤比还处于100kg/t以下较低水平。

提高喷煤比与煤种、喷吹方式、富氧水平、精料水平等直接相关，与风温更是紧密相关。宝钢高炉喷煤比能达到200kg/t与其1250℃的高风温有直接关系。提高风温有利于提高喷煤比和煤粉利用率，有效降低燃料比，而低风温、高喷煤比往往会使燃料比升高(在其它冶炼条件一定时，高喷煤比、低风温操作会使未燃煤粉增加，喷煤比为130kg/t时，炉尘中碳仅为13％；当煤比提高到165kg/t和190kg/t时，炉尘中碳会升高到38％和50％)。生产实践表明，低风温条件下，当煤比大于150kg/t时，每提高10kg/t，燃料比要升高2kg/t左右。因此，大喷煤比操作时，必须尽可能提高风温(或富氧)，以提高喷煤比及其利用率。

二次能源的回收和利用

(1)发展循环经济

发展循环经济是钢铁生产强国不可缺少的措施。以钢铁生产企业为核心建设循环***：可燃气体回收循环***，从煤炭、焦炭等能源的投入到高炉、转炉、焦炉煤气的全面回收利用；工业用水循环***，从企业补充新水到生产过程用水，回收、处理工业污水以替代新水，实现水资源重复使用；固气废弃物循环***，从铁矿石等原料的投入到钢铁产品的生产全过程，实现固体废弃物全面回收利用。

一个1000万t/a的钢铁厂，如果将高炉、转炉、焦炉所产生的煤气全部回收，除可供装机容量为120万kW的发电厂使用外，还可向社会供气；生产过程中产生的固体废弃物除含Fe部分自己回收外，其余可满足一个年产300万t水泥厂的原料需求。

(2)发展干式除尘

我国1000m3以上(最大2660m3)高炉采用干式除尘法已取得较好的效果。莱钢1880m3高炉采用干式除尘法取得了如下效果：1煤气质量好，含尘＜3mg/m3；2节能，除尘后煤气平均温度140℃，比湿法除尘高100℃，用于锅炉、热风炉加热，可节省煤气和提高风温50℃左右，并提高TRT发电量30％以上；3节水，日用水量仅为4～6m3；4节电，湿法除尘电耗为6.2kW·h/t，而干式除尘法只有0.3kW·h/t；5减少污水的产生，有利于环保。

(3)回收余热、余能、废料

钢铁生产中会产生大量的废渣、粉尘、气体等伴生物，可供回收利用的二次能源约达40％左右。我国在资源、能源循环及高效利用等方面与国外先进水平相比有很大差距，能源消耗比发达国家高15％～20％，因此回收余热、余能、废料工作不能放松。应做到：TRT设施应与高炉同步投产；做好钢铁厂煤气平衡工作，避免煤气放散；回收热风炉废气余热；回收粉尘用于烧结生产；炉渣经水淬后用作水泥原料，避免放干渣。

减轻环境污

染炼铁生产会产生大量的固、液、气废弃物，污染环境和人体健康。长期以来，我国钢铁企业对环境控制做了大量卓有成效的工作，而且把环保工作作为首要任务之一。宝钢、济钢、莱钢等一批企业实现了企业的尘泥、炉渣、水、煤气、余热蒸汽等污染物的闭路循环。2005年全国重点企业焦炉煤气放散率为5.26％，有35家企业实现了零排放。为了进一步控制环境污染，有的企业提出了“三同时”(同时设计、同时施工和同时生产)和“三一样”(环保设备和生产设备同样做到一样维护、一样检修和一样研究改进)，为进一步减轻环境污染提供了保障。

当前，我国炼铁生产应努力研究如何合理利用资源、能源和控制环境污染，提高资源和能源利用效率等重大课题，使炼铁生产高效、节焦(燃料)、节能、节水、环保、优质和长寿，实现我国高炉炼铁生产大且强的奋斗目标。

综上所述、我们知道，目前现有的炼铁技术主要原料为铁矿石、焦炭(兰炭)、溶剂灰石，除尘器主要为布袋式除尘器，并且对铁矿石品位要求较高。

发明内容

为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种用原煤冶炼铁的方法。所述技术方案如下：

用原煤冶炼铁的方法，包括：

一.原煤在冶炼高炉内起到的作用

A.原煤在冶炼炉内一系列过程：原煤进入炉内在炉喉.炉腰上半段经过无氧加热，就形成了焦油煤气和半焦。焦油煤气排出炉外，经过一系列流程进行油气分离，一部分回炉助燃。半焦在炉内提供热量及一系列的还原反应(和焦炭性质一样。)

B.高炉内的半焦(兰炭)是冶炼炉的主要燃料，它在冶炼过程中起到的作用是：

1.热源：在风口前燃烧。

2.还原剂；在生成还原气体借以还原铁矿石的同时，也可以直接用碳还原。

3.骨架作用：在炉内支撑炉料使之形成适当的空间，使还原气体和熔融物圆滑地流动。

4.生铁成分：一部分碳将为生铁吸收。

C.优点

1.原煤冶炼和焦炭冶炼相比能大大降低成本。

2.减少了焦煤成焦炭的这一道工序，大大减少了环境的污染程度。

3.半焦(兰炭)特别是气化煤的固定碳高.硫磷特低，无水分力度小且均匀，附合冶炼燃料的高要求。

4.焦油煤气可获得高风温的技术，能满足高炉对1200℃高风湿的需要。

D.缺点

原煤在高炉内形成半焦后相对于焦炭机械强度较低。但是通过操作程序及设备工艺流程的改进后可以克服这一问题。如果加倒装比例，中心加焦，扩大风口，增大风口角度。

二.用原煤冶炼铁的方法主要设备的改进

高炉煤气是高炉冶炼的副产品，是热风炉的主要燃料。原煤冶炼，高炉煤气中含有大量的焦油煤气，所以必须进行炉尘、煤气，油气分离。

近些年来中小高炉对干法布袋除尘器广泛应用，但此法不适合于原煤冶炼产生的煤气净化。原煤冶炼煤气净化必须采用湿法除尘、电除尘。

A.下降管改进：煤气排出炉外防止温度下降过快而形成炉尘，焦油混合的粘结物堵塞下降管，所以下降管改为双层空腔式，通入热水或蒸汽进行保温。

B.洗涤塔：将重力除尘器改进为空心式洗涤塔。主要作用为降温，洗尘，洗油。煤气经过洗涤塔后，温度降低到40℃以下，这样通过温度差将煤气中的部分油气变为焦油和炉尘一起排到污水池中进行油、水、尘分离。此为初除尘。

C.油气分离器：由静电除尘器结构改造而来。其工作原理是：在强电场作用下，气体中少量游离的自由电子被加速，获得一定能量后，撞击分子外层电子，被撞击出的自由电子被加速后又撞击其他分子外层电子。随着高压升高，两极间自由电子迅速增加。正离子和自由电子各自向异性极高速运动，形成二次电流。此形象为分子电离。

煤气通过处于气体电离状态的两极空间时，气体中的尘埃和焦油微粒和电子碰撞摩察过程中被强制荷电，由于电离仅发生在离负极距离较小的强电场区域内，故带正电荷的离子数量被负极吸引流向负极。正离子流通截面仅占整个极间空间很少一部分，而加速自由电子数量大且要通过整个极间流向正极(沉淀极)。电子的流通截面占整个极间99％的面积，故气体中尘埃和焦油微粒大部分荷负电而流向正极(沉淀极)，带电尘埃及焦油微粒达到沉淀极中和后被收集，在重力、水力的作用下落下。

D.污水池：根据炉尘的比重，油的比重，水的比重及温度变化的特点，可将水、油、炉尘分离。建阶梯式污水池，通过控制水温，沉淀8小时左右，池中分为四个层面，底层为炉尘，中层为重油，水上面是轻油。用泥浆泵将底层炉尘抽出，用污水泵将重油，轻油抽出。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

可大幅度降低成本，约为25％---30％。

由于使用了原煤，在电除尘排出一种高强度粘合物，这种粘合物为制作型焦开发出一种合适的粘合剂。

因原煤含硫低，大大降低二氧化硫的排放

电除尘产生的粘合剂，能够使粉煤得到大大的利用，生产出型煤，为电厂发电所利用，这样就大大减低了发电成本，是整个冶炼成为循环经济。

由于产业的循环经济，从而是整个产业无污染排放。

附图说明

图1一种用原煤冶炼铁的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述：

本实例提供了一种用原煤冶炼铁的方法，高炉冶炼的原料主要有铁矿石、燃料原煤和溶剂石灰石三部分组成。参见图1，其高炉冶炼的具体流程包括：

从炉顶不断装入铁矿石、原煤、溶剂石灰石，从高炉下部吹进冷风，冷风通过高炉热风炉并从高炉风口吹进高炉内热风，喷入油、煤或煤气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，原煤中和喷煤站喷煤种的碳及碳燃烧生成一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、原煤及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等溶剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经电除尘后，作为工业用煤气。在电除尘时，还排出一种高强度粘合物，这种粘合物为制作型焦开发出一种合适的粘合剂。

通常冶炼1吨生铁需要1.5---2.0吨铁矿石、1.2---1.4吨原煤、0.2----0.4吨溶剂，总计需要2----3吨原料。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种用原煤冶炼铁的方法，其特征在于，该方法包括：用铁矿石为主体原料，原煤为燃料，石灰石为溶剂，并将所述主体原料、燃料与溶剂加入到高炉内；通过高炉下设置的风口吹入热风；用煤、油或煤气作为喷吹物，喷入到高炉内的主体原料中；燃料煤中的碳和喷吹物中的碳燃烧生成一氧化碳，一氧化碳与主体原料铁矿石中的氧还原反应，得到铁及铁水。

原煤在冶炼炉内一系列过程：原煤进入炉内在炉喉、炉腰上半段，经过无氧加热，就形成了焦油煤气和半焦。焦油煤气排出炉外，经过一系列流程进行油气分离，一部分回炉助燃。半焦在炉内提供热量及一系列的还原反应(和焦炭性质一样)。

高炉炉喉到炉腰上半段区间的煤气温度为100℃-1100℃。此区间正是炼焦过程中将煤在隔绝空气下加热使煤分解过程的条件。

在炉喉区间温度为100℃-300℃，原煤在这个区间内进行预热、水分蒸发、及吸出附在煤上的二氧化碳、甲烷等气体。随着炉料的下降，在下降的区间内煤气的温度也随之升高，原煤开始分解，产生气体和液体、固体微粒形成胶质体。

炉料下降到450℃-550℃时，胶质体的液相进一步分解固化与碳原子结合在一起生成半焦。

炉料下降到650℃-950℃区间时，半焦继续吸出气体就形成完整的半焦。

随着炉料逐渐下降，生成的半焦在炉内和其他物料进行还原反应。到了风口区域的半焦就在风口前燃烧提供炉内主要热源。

焦油煤气排出炉外经过一系列的油气分离燃烧利用，给高炉提供高风温。

2.用原煤炼铁主要设备的改进

高炉煤气是高炉冶炼的副产品，是热风炉的主要燃料。原煤冶炼，高炉煤气中含有大量的焦油煤气，所以必须进行炉尘、煤气，油气分离。

近些年来中小高炉对干法布袋除尘器广泛应用，但此法不适合于原煤冶炼产生的煤气净化。原煤冶炼煤气净化必须采用湿法除尘、电除尘。

A.下降管改进：煤气排出炉外防止温度下降过快而形成炉尘，焦油混合的粘结物堵塞下降管，所以下降管改为双层空腔式，通入热水或蒸汽进行保温。

B.洗涤塔：将重力除尘器改进为空心式洗涤塔。主要作用为降温，洗尘，洗油。煤气经过洗涤塔后，温度降低到40℃以下，这样通过温度差将煤气中的部分油气变为焦油和炉尘一起排到污水池中进行油、水、尘分离。此为初除尘。

C.油气分离器：由静电除尘器结构改造而来。其工作原理是：在强电场作用下，气体中少量游离的自由电子被加速，获得一定能量后，撞击分子外层电子，被撞击出的自由电子被加速后又撞击其他分子外层电子。随着高压升高，两极间自由电子迅速增加。正离子和自由电子各自向异性极高速运动，形成二次电流。此形象为分子电离。

煤气通过处于气体电离状态的两极空间时，气体中的尘埃和焦油微粒和电子碰撞摩察过程中被强制荷电，由于电离仅发生在离负极距离较小的强电场区域内，故带正电荷的离子数量被负极吸引流向负极。正离子流通截面仅占整个极间空间很少一部分，而加速自由电子数量大且要通过整个极间流向正极(沉淀极)。电子的流通截面占整个极间99％的面积，故气体中尘埃和焦油微粒大部分荷负电而流向正极(沉淀极)，带电尘埃及焦油微粒达到沉淀极中和后被收集，在重力、水力的作用下落下。

D.污水池：根据炉尘的比重，油的比重，水的比重及温度变化的特点，可将水、油、炉尘分离。建阶梯式污水池，通过控制水温，沉淀8小时左右，池中分为四个层面，底层为炉尘，中层为重油，水上面是轻油。用泥浆泵将底层炉尘抽出，用污水泵将重油，轻油抽出。

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