CN105385805A - 短流程炼钢工艺以及炼钢装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炼钢工艺，提供一种短流程炼钢工艺，采用竖炉与电炉还原铁矿粉，先将铁矿粉与煤粉制成含碳球团，在干燥后将其置于竖炉的还原室内，通过燃烧室加热还原室使得铁氧化物与碳之间发生还原反应生成金属化球团，然后将金属化球团置于电炉内制备为钢水；还提供一种短流程炼钢装置，包括竖炉以及电炉，竖炉具有至少一个燃烧室以及至少一个还原室，每一还原室均与燃烧室紧邻，且还原室与紧邻的燃烧室之间采用炉墙分隔，各还原室均与电炉通过料管连通。本发明中燃烧室采用隔焰加热的方式保证还原室内自还原反应的顺利进行，同时还能够避免还原后的高质量海绵铁被二次氧化，且生成的海绵铁可直接导入电炉内熔炼出高质量钢水，工艺装置均比较简单。

Description

短流程炼钢工艺以及炼钢装置

技术领域

本发明涉及炼钢工艺，尤其涉及一种短流程炼钢工艺以及炼钢装置。

背景技术

电炉短流程工艺近年来迅速发展，在全球范围内电炉炼钢占总产钢量比例已从20世纪50年代初的7.3％，提高到近年来的32％～35％，特别是美国和欧盟电炉钢比例已达50％以上。“短流程”在产品高端化、能源多样化、原料多元化等方面的优势，引起了人们重视。

电炉短流程相对于传统的高炉-转炉长流程的优势很多，主要有以下几点：

(1)投资较少。电炉短流程炼钢主要使用废钢作为原料，减少了高炉及其附属烧结、焦化等工序的巨大投资；

(2)设备布置、工艺衔接紧凑；

(3)节能环保。短流程炼钢较长流程炼钢，可节约能源60％，每多用1吨废钢可少用约1吨生铁，可节约0.4吨焦炭或1吨左右的原煤。并且由于不需要烧结焦化等污染严重的工序，短流程炼钢可减少CO、CO₂、SO₂等废气、废水及废渣的排放，可以带来环保节能等一系列效应。除以上优势以外，在废钢价格和电价格较低的地区，电炉的生产成本很低，相对于长流程工艺还具有成本上的优势。

但是由于我国工业化进程短，社会废钢资源不足，而且钢铁制造过程技术进步使自产废钢不断减少，同时废钢进口量也相应下降，所以废钢资源短缺、价格居高不下，影响了我国电炉短流程炼钢工艺的发展，目前的短流程工艺中，导入电炉内的铁金属化率不高，从而使得电炉内制备的钢水质量不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种短流程炼钢工艺，旨在用于解决现有的短流程工艺制备的钢水质量不高的问题。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供一种短流程炼钢工艺，采用竖炉与电炉还原铁矿粉，包括以下工艺步骤：

将铁矿粉以及煤粉混合添水制成若干含碳球团，且将制备的各所述含碳球团进行干燥；

干燥后的各所述含碳球团均置于所述竖炉的还原室内，所述竖炉的燃烧室与所述还原室采用炉墙分隔；

向所述燃烧室内充入助燃气以及燃料，两者混合燃烧加热所述还原室，所述还原室内的各所述含碳球团均预还原为金属化球团；

将还原后的各所述金属化球团热装送入添加有造渣剂的所述电炉内，同时向所述电炉内吹氧冶炼各所述金属化球团且产生钢水与炉渣。

进一步地，将所述电炉内冶炼产生的部分煤气导入所述燃烧室内。

进一步地，由所述电炉内导出的煤气先进入除尘器内，过滤后的煤气部分导入所述燃烧室内，同时收集过滤产生的炉尘。

进一步地，将所述还原室中预还原产生的部分煤气导入所述燃烧室内。

进一步地，在制备所述含碳球团时，其内的碳氧比为1～1.5，球团的直径为10～30mm。

具体地，在干燥时，将制备的各所述含碳球团均匀散布在慢速运行的链篦机上进行干燥，且各所述含碳球团干燥后的水分含量不高于1％。

本发明实施例还提供一种短流程炼钢装置，包括竖炉以及电炉，所述竖炉具有至少一个燃烧室以及至少一个还原室，每一所述还原室均与所述燃烧室紧邻，且所述还原室与紧邻的所述燃烧室之间采用炉墙分隔，各所述还原室均与所述电炉通过料管连通。

进一步地，所述燃烧室为一个，所述还原室为多个，各所述还原室均位于所述燃烧室内，且所述电炉具有连通至所述燃烧室的第一气管。

进一步地，于各所述还原室的顶部均设置有连通至所述燃烧室的第二气管。

进一步地，各所述还原室于对应所述料管处均设置有螺旋排料器。

本发明具有以下有益效果：

本发明的炼钢工艺中，先将铁矿粉与煤粉制成含碳球团，在干燥后将其置于竖炉的还原室内，通过燃烧室加热还原室使得铁氧化物与碳之间发生还原反应生成金属化球团，然后将金属化球团置于电炉内制备为钢水。在上述工艺过程中，还原室内为预还原，采用隔焰加热的方式将含碳球团制备为高质量的海绵铁，同时能够避免还原后的海绵铁被二次氧化，其可以直接导入电炉内进行终还原生成高质量钢水，另外其采用煤粉作为还原剂，摒弃了该还原过程对焦炭的需求，从而可以省去炼焦工序，同时含碳球团加热后发生自还原，其使用铁矿粉和煤粉作为造球原料，反应动力学条件优越，反应速度快，金属化率较高，对于采用这种炼钢工艺的炼钢装置，由于为短流程，使得整个装置结构简单紧凑，对还原过程易于控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的短流程炼钢装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供一种短流程炼钢工艺，采用竖炉1与电炉2配合还原铁矿粉以制备高质量的钢水，主要包括以下工艺步骤：

将铁矿粉与煤粉混合，可选用铁精矿粉，向两者的混合物内还添加有5％左右的水，在混合均匀后置于圆盘造球机上制备若干含碳球团，且将这些含碳球团均进行干燥处理，一般地，在进行干燥处理时，是将制备的各含碳球团均匀散布于慢速运行的链篦机上进行干燥，且在检测含碳球团的水分不高于1％时停止干燥；

将上述干燥后的各含碳球团均置于竖炉1的还原室11内，对于该竖炉1的结构，其燃烧室12与还原室11之间采用炉墙13分隔，竖炉1的还原室11为反应室，而燃烧室12则是用于向还原室11提供必要的反应温度，两者紧邻，燃烧室12燃烧产生的高温通过炉墙13可传递至还原室11内，炉墙13采用耐火材料制成；

向燃烧室12内充入助燃气以及燃料，两者混合燃烧加热还原室11，从而使得还原室11内的各含碳球团均被预还原为金属化球团，在该过程中，燃烧室12内可充入煤气以及空气，两者在专用的火焰燃烧器在燃烧室12内燃烧加热还原室11，而还原室11内则充入惰性气体，反应温度可控制在1000～1150℃，优选为1100℃，含碳球团在该温度区间内且在惰性气氛中先进行预热，然后发生自还原反应，其中煤粉作为还原剂，将含碳球团中的铁氧化物还原为海绵铁生成金属化球团，该过程为预还原，且预还原得到的金属化球团的金属化率控制在94％左右；

上述步骤中还原产生的各金属化球团热装送入电炉2内，其可以避免工艺过程中热量的损失，电炉2内添加有造渣剂，在电炉2内吹氧冶炼各金属化球团以产生钢水与炉渣，造渣剂通常为石灰以及萤石等，各金属化球团在电炉2内冶炼熔化为钢水，该过程为终还原，竖炉1与电炉2配合，还原室11内含碳球团的添加为持续过程，可在还原室11的顶部设置有布料***，通过布料***向还原室11内连续加入含碳球团，且通过调节下料速度可以控制还原速度，进而和电炉2的冶炼周期能够灵活匹配。

本发明中，炼钢工艺主要是在竖炉1与电炉2内完成，且竖炉1内为预还原，电炉2内为终还原，竖炉1内的燃烧室12与还原室11采用炉墙13分隔，其通过热辐射与热传导的方式维持还原室11内的反应温度，以保证各含碳球团自还原反应的顺利进行，同时由于燃烧室12与还原室11分隔，还原室11内的还原气氛可控，能够避免还原后的海绵铁二次氧化，即采用这种方式可以制备高质量的海绵铁，而这种高质量的海绵铁可以直接用于电炉2内吹氧炼钢，且在电炉2内对金属化球团也只需进行熔炼，非常方便。另外采用煤粉与铁矿粉为造球原料，煤为还原剂，相比传统工艺不但可以省去炼焦工艺，节能环保，而且其与铁的氧化物之间反应动力学条件优越，反应速度快，金属化率较高。对于含碳球团的尺寸，其直径通常在10～30mm，优选可为20mm，既可以提高造球效率，又可以保证含碳球团的金属化率，制备高质量海绵铁，另外将含碳球团内的碳氧比限定在1～1.5，其也可以有利于提高含碳球团的金属化率。

优化上述实施例，在电炉2冶炼的过程中会产生还原性煤气，可将该煤气导入燃烧室12内。本实施例中，电炉2内炼钢产生的高温煤气充入燃烧室12内作为燃烧室12的燃料使用，为还原室11内的还原反应提供热量，可以提高热量的利用率。通常在电炉2冶炼中产生的还原性煤气中还含有一定的炉尘，如果直接将其导入燃烧内燃烧，则其内含有的炉尘会随燃烧后的产生的废气排至外界影响周围空气环境，对此在将该还原性煤气导至燃烧室12的流路中增设有除尘器3，过滤后的煤气可以部分导入燃烧室12内作为燃料使用，而另外一部分的剩余过滤后煤气还可以用于其它装置的燃烧，同时将除尘器3过滤产生的炉尘收集，对于除尘器3可以采用旋风除尘器，在向心力作用下过滤去除炉尘。继续优化上述实施例，将还原室11中预还原产生的部分煤气导入燃烧室12内。在还原室11的自还原反应中，煤粉作为还原剂反应后也会生成还原性煤气，将该部分还原性煤气也导入燃烧室12内充作燃料，可以进一步提高整个工艺过程中热量的利用率。

本发明实施例还提供一种短流程炼钢装置，包括竖炉1以及电炉2，竖炉1包括至少一个燃烧室12以及至少一个还原室11，每一还原室11均均与燃烧室12紧邻，且还原室11与紧邻的燃烧室12之间均采用炉墙13分隔，各还原室11还均与电炉2通过料管连通。本实施例的炼钢装置对应上述的炼钢工艺，在竖炉1内进行含碳球团的预还原生成金属化球团，然后采用料管将上述的金属化球团导入电炉2进行终还原，吹氧冶炼产生钢水。由于采用球状结构，预还原之后的金属化球团也呈球状，从而可以将其沿料管导入电炉2内，不但可以保证金属化球团热装送入电炉2内，而且还比较方便。通常在各还原室11于对应料管处均设置有螺旋排料器，当其旋转时，可将对应还原室11内预还原后的金属化球团自动导入电炉2内，非常方便。

优化上述实施例，对于燃烧室12为一个，而还原室11则为多个，但是燃烧室12的尺寸较大，将各还原室11均设置于燃烧室12内，且电炉2具有连通至燃烧室12的第一气管。本实施例中，燃烧室12与还原室11之间为一对多模式，对此只需采用一根第一气管与燃烧室12连通，即可使得电炉2产生的还原性煤气充满于燃烧室12内，结构比较简单，同时燃烧室12的内壁沿高度方向上布置有若干圈烧嘴，而在水平方向上每一圈的各烧嘴沿燃烧室12的内壁均匀分布，由电炉2内导出的还原性煤气分流至各烧嘴处，通过烧嘴燃烧以达到向各还原室11均匀供热的目的。

针对上述结构，在各还原室11的顶部设置有连通至燃烧室12中下部的第二气管，将还原室11内预还原产生的煤气也导入燃烧室12内，其也作为燃烧室12内燃料的来源，保证整个炼钢装置的热量利用率，另外通常将燃烧室12的废气排出口设置于燃烧室12的顶部，对此为避免导入燃烧室12内的煤气被直接排出，则应将第二气管连接至燃烧室12的接口设置于燃烧室12的中下部位置，同理由于各还原室11内产生的还原性煤气均为高温，则第二气管连接至还原室11的接口应设置于还原室11的顶部位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种短流程炼钢工艺，采用竖炉与电炉还原铁矿粉，其特征在于，包括以下工艺步骤：

将铁矿粉以及煤粉混合添水制成若干含碳球团，且将制备的各所述含碳球团进行干燥；

干燥后的各所述含碳球团均置于所述竖炉的还原室内，所述竖炉的燃烧室与所述还原室采用炉墙分隔；

向所述燃烧室内充入助燃气以及燃料，两者混合燃烧加热所述还原室，所述还原室内的各所述含碳球团均预还原为金属化球团；

将还原后的各所述金属化球团热装送入添加有造渣剂的所述电炉内，同时向所述电炉内吹氧冶炼各所述金属化球团且产生钢水与炉渣。

2.如权利要求1所述的短流程炼钢工艺，其特征在于：将所述电炉内冶炼产生的部分煤气导入所述燃烧室内。

3.如权利要求2所述的短流程炼钢工艺，其特征在于：由所述电炉内导出的煤气先进入除尘器内，过滤后的煤气部分导入所述燃烧室内，同时收集过滤产生的炉尘。

4.如权利要求1所述的短流程炼钢工艺，其特征在于：将所述还原室中预还原产生的部分煤气导入所述燃烧室内。

5.如权利要求1所述的短流程炼钢工艺，其特征在于：在制备所述含碳球团时，其内的碳氧比为1～1.5，球团的直径为10～30mm。

6.如权利要求1所述的短流程炼钢工艺，其特征在于：在干燥时，将制备的各所述含碳球团均匀散布在慢速运行的链篦机上进行干燥，且各所述含碳球团干燥后的水分含量不高于1％。

7.一种短流程炼钢装置，包括竖炉以及电炉，其特征在于：所述竖炉具有至少一个燃烧室以及至少一个还原室，每一所述还原室均与所述燃烧室紧邻，且所述还原室与紧邻的所述燃烧室之间采用炉墙分隔，各所述还原室均与所述电炉通过料管连通。

8.如权利要求7所述的短流程炼钢装置，其特征在于：所述燃烧室为一个，所述还原室为多个，各所述还原室均位于所述燃烧室内，且所述电炉具有连通至所述燃烧室的第一气管。

9.如权利要求7所述的短流程炼钢装置，其特征在于：于各所述还原室的顶部均设置有连通至所述燃烧室的第二气管。

10.如权利要求7所述的短流程炼钢装置，其特征在于：各所述还原室于对应所述料管处均设置有螺旋排料器。