CN104630411A - 一种qdf电炉炼钢工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种QDF电炉炼钢工艺，包括以下步骤：将含铁的原料与还原剂粉料混匀，装入各还原室，在还原室中物料处于分散、均匀分布的状态，还原过程中，还原室和被还原物料均保持静止状态；燃烧室内燃料和助燃气体燃烧产生的热量均匀加热还原室内的物料，使含铁原料和还原剂进行还原反应；还原室为窄长的一段式反应器；待还原室物料反应完毕后，得到热态直接还原铁，通过热送方式将热态直接还原铁运至装料设备，热装进入电炉，得到钢水。该工艺具有流程短、原料适应性强、非焦炭冶炼、还原过程易控制、工序间能量利用充分、明显减少CO2排放量等显著优点，是一种较转炉炼钢工艺流程更短、投资更低、成本更低、环保更好的炼钢方法。

Description

一种QDF电炉炼钢工艺

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种电炉炼钢工艺。

背景技术

随着我国钢铁材料保有量的增加，废钢回收量将不断增加，不久的将来高炉生产铁水的比例将不断降低，废钢-电炉炼钢的短流程将成为发展趋势。但是废钢质量的不稳定不利于各种钢铁产品的开发，并且废钢的资源和价格很不稳定，相比之下海绵铁含碳低、杂质含量少、易熔化等特点更有利于电炉生产优质钢。

目前国内外生产海绵铁的直接还原短流程工艺，根据还原剂种类，有气基和煤基两大类，气基有MIDREX(米德雷克斯法)、HYL(希尔法)、FIOR(流态化法)、FINMET(芬麦特法)等；煤基有回转窑法、转底炉法、外热反应罐法等。以上工艺均存在各自的不足，气基还原工艺需要优质的还原气资源作保障、还原过程难以控制、对原料要求高、还原产品均一性不够等缺点；煤基直接还原炉有原料要求高、能耗大、产量小、还原过程难以控制、作业率低、设备难以大型化等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供了一种QDF(Q，Quiescent，静态的；D，Direct，直接；F，Furnace，炉)电炉炼钢工艺，该工艺具有流程短、原料适应性强、非焦炭冶炼、还原过程易控制、工序间能量利用充分、能耗低、产量高、明显减少CO2排放量、设备作业率高、操作维护方便等显著优点，是一种较转炉炼钢工艺流程更短、投资更低、成本更低、环保更好的炼钢方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种QDF电炉炼钢工艺，包括以下工艺步骤：

ST1：将含铁原料与还原剂粉料混匀，装入各还原室，在还原室中物料处于分散、均匀分布的状态，装料完毕后密封，在整个还原过程中，还原室和被还原物料均保持静止状态；

ST2：点燃燃烧室内持续供应的燃料和助燃气体，产生的热量均匀加热还原室内的物料，使粒状原料和还原剂在还原室内进行还原反应；所述还原室为窄长的一段式反应器，整个炉膛温度均匀一致，还原性气氛均匀一致；

ST3：待还原室物料反应完毕后，得到热态直接还原铁，通过热送方式将热态直接还原铁运至装料设备，热装进入电炉；

ST4：电炉炼钢得到钢水。

上述方案中，所述步骤ST1中的含铁原料为块料、粉料或者将粉料与粘结剂混匀后制粒得到的粒状原料。

上述方案中，还原室和燃烧室都设置有多个，还原室和燃烧室间隔排列，或者一个还原室与分设在其两侧的两个燃烧室成组排列。

上述方案中，所述还原室与燃烧室为模块化组合。

上述方案中，还原室和燃烧室的水平方向截面均为梯形或矩形，垂直方向截面为矩形。

上述方案中，所述燃烧室内排出的高温烟气，通过高温热交换器来预热燃料和助燃气体，高温热交换器为蓄热炉或耐高温金属换热器。

实施本发明的QDF电炉炼钢工艺，具有以下有益效果：

1)直接还原过程中还原室和被还原物料均为静止状态，可达到的效果有：

a、由于物料在反应过程中处于静止状态，避免了发生破损，因此对粒状原料的强度要求降低，提高了制粒工序生产效率，减少粘结剂的使用量，从而降低制粒工序的能耗和成本；

b、由于物料在反应过程中处于静止状态，还原时间可以延长，提高还原产品的金属化率，或缩短还原时间以提高生产效率。

2)还原室为一段式反应器，无预热区及冷却区，可达到的效果有：

a、可实现还原过程温度场均匀、还原室空间密闭、还原性气氛均匀一致，工况稳定，提高还原产品的整体质量；

b、可实现还原温度可调、可控，提高还原产品金属化率，可使产品金属化率达90％以上。

3)含铁原料和还原剂粉料在还原室中处于分散、均匀分布的状态，可达到的效果有：

a、还原剂和含铁原料充分接触，提高还原效率；

b、含铁原料处于疏松状态的还原剂粉料中，能充分消除还原过程中粒状原料的膨胀作用，整体物料对还原室大墙无应力作用，延长还原室大墙寿命。

4)可使用无烟煤、烟煤、褐煤等的非焦炭原料作还原剂，整个工艺流程为非焦炭冶炼，降低成本，改善环保。

5)热态直接还原铁有害元素含量低，为冶炼优质钢及特殊钢提供了优质钢水。

6)热态直接还原铁通过热送、热装进入电炉，减少了热量损失，降低电炉能耗，能源利用充分。

7)电炉主要是实现热态直接还原铁的融化，由于直接还原铁的金属化率高，呈热态，与冷料入电炉相比，热态直接还原铁热装可减少熔炼时间，提高电炉产能。

8)由于流程工序短，相比于转炉炼钢工艺，省去了高炉工序，CO2排放量明显降低。

9)与传统的转炉流程相比，该流程主体设施仅还原装置和电炉，其它相关配套设施较少，该工艺投资将大大降低。

10)与传统的转炉流程相比，工序大大简化，工序间衔接紧密，工序间能源介质循环利用程度高，大大减少了有害气体及固体排放，环保效果极佳。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明QDF电炉炼钢工艺流程图；

图2a为本发明QDF电炉炼钢工艺所采用的还原装置实施方式一的俯视图；

图2b为本发明QDF电炉炼钢工艺所采用的还原装置实施方式二的俯视图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供了一种QDF电炉炼钢工艺，其主要生产步骤包括：

1)将含铁原料、粘结剂等配料充分混均后制粒，粒度大小约10mm～40mm，经干燥工序处理，直接运至料仓；所述含铁原料为铁矿粉、镍矿粉、含铁粉料、钒钛粉料等的至少一种。在本步骤中，也可以将还原剂和含铁原料一起制粒，可缩短还原时间，提高还原效率。加入到还原室中的含铁原料也可以不制粒，即直接选用粉料或粒度大小为10mm～40mm块料。

2)将还原剂粉料和上述粒状原料等配料，充分混均后由布料器从还原室2顶部或侧部进料，除还原室2料面上方留有少量空间供还原气汇集外，其余空间由被还原物料填充，物料呈分散、均匀分布状态，还原室2中物料的填充率约90％，装料完毕后，还原室2各进料口完成自动封闭；还原剂为无烟煤、烟煤、褐煤、焦炭、木炭等的至少一种。

3)燃烧室1位于还原室2两侧，还原过程所需热量完全由燃烧室1提供。燃烧室1内设置若干个烧嘴，实现不同燃料和助燃气体的燃烧，点燃燃料和助燃气体会产生1000～1450℃的高温烟气，正常生产时为连续不间断燃烧，高温烟气热量整体均匀加热还原室2内被还原物料；燃料为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、煤制煤气、天然气等的至少一种。

4)粒状原料与还原剂粉料在还原室2内进行充分的还原反应；根据不同的含铁原料，还原室2内的温度可调、可控，还原反应时间可调、可控。

5)燃烧室1排出的烟气温度较高，约700～1200℃，排出后的高温烟气通过热交换器进行热量回收，预热进入燃烧室1的燃料和助燃气体，燃料可预热至500～1000℃，助燃气体可预热至500～1000℃，热交换结束后的烟气温度降低至200～300℃，还可用于干燥原料等，烟气除尘后通过烟囱外排。

6)各个还原室2内部被还原物料在反应过程中，产生的还原性气体，如CO、H₂等，在还原室2顶部空间富集后，由顶部导管导出，总管汇集后返回至各燃烧室1作为补充燃料。

7)待还原室2物料化学反应完毕后，从还原室2的一侧或底部出料，就单个还原室2而言，采取一次整体出料方式。出料端的热态高金属化率直接还原铁呈独立、均匀、不粘结、无粉化的状态，由排料设备装入罐内，直接还原铁的金属化率高达90％以上。

8)通过热送方式将热态直接还原铁运至装料设备，热装进入电炉。

9)电炉冶炼完成炼钢，得到高温烟气可用于预热或发电。

QDF电炉炼钢工艺还具有特征描述如下：

1)该工艺流程中涉及到的还原室2，及还原室2内填装的固态粒状含铁原料、还原剂粉料，在整个还原过程中，均为静止状态，即从装料完毕到开始出料的中间过程，以上还原室2及物料均为静止状态。

2)该工艺流程中涉及到的还原室2，为一段式反应器，省去了物料预热区和冷却区，过程单一，温度场均匀。

3)还原室2内固态还原剂粉料和固态粒状含铁原料处于分散、均匀分布。

4)设置有多个还原室2和燃烧室1，燃烧室1向还原室2提供热量，燃烧室1与还原室2平行，各个单元之间均由普通的、简易的耐火材料砌筑的大墙4隔开，耐火材料可选高铝质、粘土质、硅质等的至少一种。

可以有以下两种实施方式：

如图2a所示，多个还原室2和燃烧室1间隔排列，相邻的还原室2和燃烧室1之间设有传热隔墙3，各还原室2内温度基本一致，适合于处理一种含金属原料；

如图2b所示，一个还原室2与分设在其两侧的两个燃烧室1成组排列，每组之间采用隔热大墙4隔开，各还原室2温度可独立控制，彼此不受影响，可同时处理多种不同的含金属原料。

5)各还原室2和燃烧室1的水平方向截面为梯形或矩形，垂直方向截面为矩形，还原室2具体尺寸可根据具体原料、产品质量要求、反应温度、反应时间等确定。

6)高温热交换器可选择带有格子砖或耐火球的蓄热炉，或耐高温金属换热器。

7)还原室2为窄长空间，单个还原室2的容积较大，被还原物料填充率高，容积率可达90％以上，还原室2与燃烧室1为模块化组合，还原室2的数量可根据产量需要调整。

8)单个还原室2采取周期性上料及出料，整个QDF还原工艺为连续上料及出料。

本发明还提供一种QDF电炉炼钢工艺具体实施例，生产步骤包括：

ST1：将含铁品位50％以上的铁矿粉、粘结剂充分混均后制粒，粒度大小约30mm，干燥处理后运至储料仓；

ST2：将以上得到的粒状原料和无烟煤还原剂等配料，粒状原料和还原剂质量比例约为1:0.3，充分混均后由布料器从还原室顶部下料，被还原物料处于松散、均匀分布，堆密度为2t/m³，还原室中物料的填充率约90％，装料完毕后，还原室各进料口完成自动封闭；

ST3：还原室为窄长形，其宽度为300～550mm，长度为5～18m，高度3～8m；

ST4：通过管道向燃烧室供应的预热煤气为900℃和预热助燃空气为900℃；

ST5：燃烧室内煤气和助燃空气燃烧产生1450℃的高温烟气，粒状含铁原料与还原剂在还原室内进行还原反应；还原室内的温度控制在1100℃，还原反应时间控制在16h；

ST6：燃烧室出来的烟气温度约1100℃，排出后的高温烟气通过热交换器进行热量回收，将进入燃烧室的煤气和助燃空气预热至900℃，热交换结束后的烟气温度降低至200～300℃，进一步作为原料干燥气，最后通过烟囱外排；

ST7：各还原室含铁原料反应完毕后，直接还原铁及剩余碳粉由侧部或底部排出，得到金属化率达90％的粒状直接还原铁，无粘结及粉化现象，热料装入料罐内；

ST8：热料温度600～800℃左右，通过热装料设备与溶剂等一起从顶部装入电炉；

ST9：电炉在完成冶炼过程中加入钢种所需的合金原料即可冶炼成相应的钢水。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种QDF电炉炼钢工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：

ST1：将含铁原料与还原剂粉料混匀，装入各还原室，在还原室中物料处于分散、均匀分布的状态，装料完毕后密封，在整个还原过程中，还原室和被还原物料均保持静止状态；

ST2：点燃燃烧室内持续供应的燃料和助燃气体，产生的热量均匀加热还原室内的物料，使含铁原料和还原剂在还原室内进行还原反应；所述还原室为窄长的一段式反应器，整个炉膛温度均匀一致，还原性气氛均匀一致；

ST3：待还原室物料反应完毕后，得到热态直接还原铁，通过热送方式将热态直接还原铁运至装料设备，热装进入电炉；

ST4：电炉炼钢得到钢水。

2.根据权利要求1中所述的QDF直接还原工艺，其特征在于，所述步骤ST1中的含铁原料为块料、粉料或者将粉料与粘结剂混匀后制粒得到的粒状原料。

3.根据权利要求1中所述的QDF电炉炼钢工艺，其特征在于，还原室和燃烧室都设置有多个，还原室和燃烧室间隔排列，或者一个还原室与分设在其两侧的两个燃烧室成组排列。

4.根据权利要求1或3中所述的QDF电炉炼钢工艺，其特征在于，所述还原室与燃烧室为模块化组合。

5.根据权利要求1中所述的QDF电炉炼钢工艺，其特征在于，还原室和燃烧室的水平方向截面均为梯形或矩形，垂直方向截面为矩形。

6.根据权利要求1中所述的QDF电炉炼钢工艺，其特征在于，所述燃烧室内排出的高温烟气，通过高温热交换器来预热燃料和助燃气体，高温热交换器为蓄热炉或耐高温金属换热器。