CN114752718B - 超低碳耗高炉冶炼工艺及高炉冶炼*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢铁行业低碳环保技术领域，特别是涉及一种超低碳耗高炉冶炼工艺及高炉冶炼***。该超低碳耗高炉冶炼工艺包括：向高炉中添加混合炉料和焦炭以生产铁水，所述混合炉料包括常规炉料和新型炉料；将高炉炼铁过程中生成的炉顶煤气依次经过除尘、提质和电加热处理，以获得处理后的炉顶煤气，并将处理后的炉顶煤气喷入高炉；向高炉中喷入煤粉和富氧空气；其中，电加热处理时，所述炉顶煤气电加热至950℃～1250℃。有益效果是：增大炉顶煤气循环喷入高炉的量，减少煤粉喷入高炉的量，降低高炉一次能源消耗，达到良好的减碳效果。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁行业低碳环保技术领域，特别是涉及一种超低碳耗高炉冶炼工艺及高炉冶炼***。
背景技术
我国钢铁工业每年CO2排放18亿吨左右，约占我国总碳排放的15％以上，钢铁工业的减碳对我国实现碳达峰碳中和的全局至关重要，实施钢铁低碳冶炼将是必由之路。而整个炼铁的碳排放约占钢铁全流程的85％，因此炼铁的减碳是重中之重。
目前，传统长流程高炉冶炼产生的炉顶煤气后续应用方式主要以燃烧为主，包括各种加热(如热风炉、加热炉等)和发电。在燃烧过程中，煤气中含有的约23％的CO、3％的H2最终变成CO2和H2O排放到大气中，这种能源利用方式主要存在如下问题。
1、碳素的使用流程较长，环节较多，虽然能够利用完全，最终都转化为了CO2，但CO2的排放比较分散，不利于后续处理和捕集。
2、煤气流在后续应用过程中，每一个环节都相当于一次能源再转化，势必伴随着一定的能源损失，降低了一次能源的使用效率，不利于碳减排。
因此，针对传统长流程高炉冶炼来说，降碳、降耗的关键就在于尽量减少一次能源的使用环节，提高使用效率，而冶炼过程中产生的炉顶煤气则更多的用于还原剂，尽可能不用或少用做发热剂，这是传统高炉降碳降耗的关键。
目前，在高炉冶炼领域，针对如何更高效的利用炉顶煤气，降低高炉碳素消耗，很多学者进行了大量的研究。有的是通过将煤气化装置引入长流程高炉冶炼工艺中，将煤气化装置产生的高温煤气和脱碳后的炉顶煤气混合后喷入高炉，虽然可一定程度的降低焦比，达到降焦目标，但这种工艺高炉煤比高达240～350kg/tHM，煤气化装置本身煤比为50～250kg/tHM，总的一次能源消耗并没有比常规高炉降低，不能起到减碳的效果。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超低碳耗高炉冶炼工艺及高炉冶炼***，用于解决现有技术中钢铁冶炼生产过程中碳素消耗高，减碳效果差的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超低碳耗高炉冶炼工艺，包括：
向高炉中添加混合炉料和焦炭以生产铁水，所述混合炉料包括常规炉料和新型炉料；
将高炉炼铁过程中生成的炉顶煤气依次经过除尘、提质和电加热处理，以获得处理后的炉顶煤气，并将处理后的炉顶煤气喷入高炉；
向高炉中喷入煤粉和富氧空气；
其中，电加热处理时，所述炉顶煤气电加热至950℃～1250℃。
可选的，所述混合炉料还包括金属化炉料，添加至所述高炉的混合炉料的综合品位大于或等于60％；所述常规炉料、新型炉料、金属化炉料在所述混合炉料中的重量占比依次为5％～35％、10％～95％、0～55％。
可选的，所述常规炉料包括烧结矿、球团或块矿中的任意一种、两种或两种以上的混合；所述新型炉料包括矿石和劣质煤，且新型炉料的金属化率≥70％，反应性CRI≥65％，反应后强度CSR≥30％；所述金属化炉料包括海绵铁和/或碎铁。
可选的，添加至所述高炉的焦炭的焦比为200kg/tHM～260kg/tHM。
可选的，在所述将高炉炼铁过程中生成的炉顶煤气依次经过除尘、提质和电加热处理，以获得处理后的炉顶煤气，并将处理后的炉顶煤气喷入高炉中，
通过煤气电加热装置将炉顶煤气电加热至950℃～1250℃；所述煤气电加热装置包括加热本体，所述加热本体内设有加热腔，所述加热腔的内壁覆盖有耐火材料层，且所述加热腔内设有以耐火材料制成的加热元件，所述加热本体上设有进气口和出气口，所述炉顶煤气沿所述进气口进入所述加热本体加热至950℃～1250℃后由所述出气口排出；
喷入高炉的处理后的炉顶煤气量为生成的炉顶煤气量的30％～100％。
可选的，在所述向高炉中喷入煤粉和富氧空气中，所述富氧空气通过富氧空气电加热装置加热到500℃～1300℃。
可选的，喷入所述高炉的富氧空气含氧量为35％～100％；当所述富氧空气含氧量为35％～60％时，将富氧空气加热至950～1300℃后喷入所述高炉；当所述富氧空气含氧量为60％～90％时，将富氧空气加热至500～950℃后喷入所述高炉；当所述富氧空气含氧量＞90％时，将富氧空气直接喷入所述高炉。
可选的，向高炉中喷入第一还原性气体，所述第一还原性气体喷入所述高炉的流量为90Nm3/tHM～500Nm3/tHM；所述第一还原性气体包括富CO气体、富H2气体、天然气或页岩气中的任意一种、两种或两种以上的混合气体。
可选的，喷入所述高炉的煤粉的煤比为0～60kg/tHM；所述煤粉喷入所述高炉的输送介质为氮气、压缩空气或所述第一还原性气体。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请还提供一种用于实施如上所述的超低碳耗高炉冶炼工艺的高炉冶炼***，包括：
高炉；
炉顶煤气处理装置，所述炉顶煤气处理装置包括依次相连的除尘装置、提质装置和煤气电加热装置，且所述除尘装置和所述煤气电加热装置分别与所述高炉的气体排出口和气体喷入口连接。
如上所述，本发明的超低碳耗高炉冶炼工艺及高炉冶炼***，至少具有以下有益效果：增大炉顶煤气循环喷入高炉的量，减少煤粉喷入高炉的量，降低高炉一次能源消耗，达到良好的减碳效果。
附图说明
图1显示为本发明超低碳耗高炉冶炼工艺的流程示意图；
图2显示为图1中超低碳耗高炉冶炼工艺实施例1的流程示意图；
图3显示为图1中超低碳耗高炉冶炼工艺实施例2的流程示意图；
图4显示为图1中超低碳耗高炉冶炼工艺实施例3的流程示意图；
图5显示为本发明高炉冶炼***的结构示意图；
图6显示为图5中高炉冶炼***实施例1的结构示意图；
图7显示为图5中高炉冶炼***实施例2的结构示意图；
图8显示为图5中高炉冶炼***实施例3的结构示意图。
零件标号说明
1-高炉；2-除尘装置；21-重力除尘器；22-干法除尘器；3-提质装置；31-脱硫装置；32-加压装置；33-脱碳装置；34-脱氮装置；35-第二旁通管路；4-煤气电加热装置；5-富氧空气电加热装置；51-第一旁通管路；61-常规炉料；62-新型炉料；63-金属化炉料；64-焦炭；65-煤粉；66-第一还原性气体；67-第二还原性气体；68-富氧空气；69-绿电。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
在对本发明实施例进行详细叙述之前，先对本发明的应用环境进行描述。本发明的技术主要是应用于钢铁行业，特别是应用于钢铁行业的低碳环保冶炼技术。本发明是解决传统工艺中高炉碳素消耗高，减碳效果差的问题。
参见图1至图5，在一些实施例中，本发明提供一种超低碳耗高炉冶炼工艺，包括：
向高炉1中添加混合炉料和焦炭64以生产铁水，混合炉料包括常规炉料61和新型炉料62；
将高炉炼铁过程中生成的炉顶煤气依次经过除尘、提质和电加热处理，以获得处理后的炉顶煤气，并将处理后的炉顶煤气喷入高炉1中，且喷入高炉的处理后的炉顶煤气量为生成的炉顶煤气量的30％～100％；
向高炉1中喷入煤粉65和富氧空气68；
其中，电加热处理时，炉顶煤气电加热至950℃～1250℃。
将炉顶煤气采用电加热方式加热至950℃～1250℃后作为还原剂回喷至高炉1中循环利用，有效降低高炉一次能源消耗，实现常规焦炭的焦比200～260kg/tHM，煤粉的煤比≤60kg/tHM，总固体燃料比≤260kg/tHM的减碳目标；并且通过对炉顶煤气的处理以及向高炉喷入煤粉65和富氧空气68配合保证了高炉的冶炼需求。
参见图1至图5，在一些实施例中，混合炉料还包括金属化炉料63，添加至高炉1的混合炉料的综合品位大于或等于60％。
可选的，常规炉料61、新型炉料62、金属化炉料63在混合炉料中的重量占比依次为5％～35％、10％～95％、0～55％。
可选的，常规炉料包括烧结矿、球团或块矿中的任意一种、两种或两种以上的混合；新型炉料包括矿石和劣质煤，矿石和劣质煤混合以使新型炉料的金属化率≥70％，反应性CRI≥65％，反应后强度CSR≥30％，该新型炉料可大幅提高间接还原；金属化炉料包括海绵铁和/或碎铁。
可选的，添加至高炉的焦炭的焦比为200kg/tHM～260kg/tHM，既能减少焦炭消耗，又使得焦炭能够起到骨架作用。
参见图1至图8，在一些实施例中，在将高炉炼铁过程中生成的炉顶煤气依次经过除尘、提质和加热处理，以获得处理后的炉顶煤气，并将处理后的炉顶煤气喷入高炉中，炉顶煤气通过煤气电加热装置加热至950℃～1250℃，喷入高炉的处理后的炉顶煤气量为生成的炉顶煤气量的30％～100％。其中，电加热装置的动力源以绿电69为主要能源，绿电可以为水电、风电、太阳能发电等。加热后的炉顶煤气可以从风口喷入高炉，也可以从炉身喷入高炉，将生成的炉顶煤气量的30％～100％回喷高炉，既有利于降低高炉一次能源消耗，又保证了一定碳量的循环，减少外加碳量，从而实现真正的减碳。
可选的，煤气电加热装置包括加热本体，加热本体内设有加热腔，加热腔的内壁覆盖有耐火材料层，且加热腔内设有以耐火材料制成的加热元件，加热本体上设有进气口和出气口，炉顶煤气沿进气口进入加热本体加热至950℃～1250℃后由出气口排出。进一步的，耐火材料层的耐火材料和加热元件可以为低铁高铝砖、刚玉浇注料、SiC浇注料、陶瓷复合砖或含锆砖等耐火材料。进一步的，煤气电加热装置还包括附属管道，该附属管道包括煤气进气管和煤气出气管，煤气进气管与进气口连通，煤气出气管与出气口连通，炉顶煤气通过煤气进气管输送至进气口，炉顶煤气进入加热腔加热至预设温度后由出气口排出，再通过煤气出气管输送至指定区域。传统的煤气加热到较高温度时，要么通过传统的列管式加热装置加热，要么通过向加热腔室通入氧气燃烧加热。但传统的列管式加热装置加热温度一般无法超过500℃，若加热温度过高，不仅列管式加热装置中钢管因无法承受过高的温度而强度变弱，而且煤气中的一氧化碳裂解生成的碳也会附着在钢管上，影响换热效果；而直接通入氧气燃烧加热，虽然能够提升煤气的加热温度，但由于是通过煤气自燃来提升温度，会消耗掉煤气中的一氧化碳，反而减少了回喷至高炉中一氧化碳的量。加热腔的内壁通过耐火材料层覆盖，使得耐火材料层与炉顶煤气接触，耐火材料达到高温状态，通过耐火材料形成密闭的换热空间，并且采用电加热方式让由耐火材料制成的加热元件为加热腔提供热量，使得耐火材料直接与煤气接触将热量传递给煤气，既不会消耗掉煤气中的一氧化碳，又能将煤气加热到较高温度，而且耐火材料在高达1300℃时也能保持良好的强度，保证了煤气电加热装置的使用寿命和加热效果，更加安全可靠。
可选的，炉顶煤气在除尘、提质过程中各个装置动力源以绿电为主要能源。其中，提质过程中所需的装置包括煤气脱硫装置、煤气脱碳装置、煤气脱湿装置、煤气脱氮装置、煤气加压装置等。
参见图1至图5，在一些实施例中，向高炉中喷入第一还原性气体66。
可选的，第一还原性气体66可以为包括富CO气体、富H2气体、天然气或页岩气中的任意一种气体、任意两种或任意两种以上的混合气体。
可选的，第一还原性气体66喷入高炉1的流量为90Nm3/tHM～500Nm3/tHM。通过向高炉喷入第一还原性气体66，能够充分保证高炉的冶炼条件，避免还原剂不足，第一还原性气体的流量小于500Nm3/tHM，避免造成资源浪费。
可选的，还可以向高炉喷入第二还原性气体67，第二还原性气体67可以为转炉煤气，可以充分回收利用废弃能源，节能环保，第二还原性气体67也可以为第一还原性气体66。其中，当第二还原性气体67为转炉煤气时，第二还原性气体67在通入高炉前，可以先通过煤气提质装置除掉混入第二还原性气体中的如CO2、N2等非还原性气体，去除非还原性气体的煤气提质装置可以与炉顶煤气提质工序中的煤气提质装置共用，即第二还原性气体67可以在炉顶煤气除尘和提质工序之间通入后与炉顶煤气混合一起经过提质处理后再喷入高炉。简化工序，提高设备利用率。
可选的，喷入高炉1的煤粉量为0～60kg/tHM，例如可以为0kg/tHM、10kg/tHM、30kg/tHM或60kg/tHM中的任一数值。其中，煤粉65喷入高炉1的输送介质可以为氮气、压缩空气或第一还原性气体66。
参见图1至图5，在一些实施例中，在向高炉1中喷入煤粉65、富氧空气68和第一还原性气体66中，富氧空气68通过富氧空气电加热装置5加热到500℃～1300℃。
可选的，喷入高炉1的富氧空气含氧量为35％～100％。进一步的，当富氧空气含氧量为35％～60％时，将富氧空气加热至950～1300℃后喷入高炉1；当富氧空气含氧量为60％～90％时，将富氧空气加热至500～950℃后喷入高炉1；当富氧空气含氧量＞90％时，将富氧空气直接喷入高炉，可以无需加热。
可选的，富氧空气电加热装置包括加热本体，加热本体内设有加热腔，加热腔的内壁衬有黏土质、高铝质定型及不定型耐材，且加热腔内设有以耐火材料制成的加热元件，加热本体上设有进气口和出气口，富氧空气沿进气口进入加热本体加热至预设温度后由出气口排出。进一步的，富氧空气电加热装置还包括附属管道，该附属管道包括空气进气管和空气出气管，空气进气管与进气口连通，空气出气管与出气口连通，空气通过空气进气管和进气口通入加热腔内，加热完成后由出气口排出通过空气出气管输送至高炉。采用电加热方式来加热富氧空气，与传统的热风炉***相比，无需通过燃烧碳基煤气方式来获取热量，可以避免产生大量二氧化碳，减少碳排放，更加环保。
参见图1至图8，在一些实施例中，本申请还提供一种用于实施如上任一项实施例的超低碳耗高炉冶炼工艺的高炉冶炼***，包括高炉1和炉顶煤气处理装置。炉顶煤气处理装置包括依次相连的除尘装置2、提质装置3和煤气电加热装置5，且除尘装置2和煤气电加热装置5分别与高炉1的气体排出口和气体喷入口连接。其中，气体排出口可以位于高炉的炉顶，气体喷入口可以位于高炉的炉身或高炉的风口。炉顶煤气从高炉排出后依次经过除尘装置、提质装置和煤气电加热装置后再回喷至高炉，使得炉顶煤气充分回收作为还原剂使用，降低高炉对一次能源的消耗。
可选的，除尘装置2包括重力除尘器21、干法除尘器22。
可选的，提质装置3包括脱硫装置31、加压装置32、脱碳装置33、脱氮装置34。脱碳装置与煤气电加热装置之间设有与脱氮装置并联的第二旁通管路35。
可选的，高炉冶炼***还包括富氧空气电加热装置5，富氧空气电加热装置5与高炉1连接，用于加热喷入高炉的富氧空气。
可选的，高炉冶炼***还包括第一旁通管路51，第一旁通管路51与富氧空气电加热装置5上并联设置，当富氧空气无需加热时，直接通过第一旁通管路51送入高炉1中。
可选的，高炉冶炼***还包括安全控制、智能调控的AI智能控制的控制模块，该控制模块包括控制各***联动的安全控制模块、风口区域状态模型、炉内热平衡及各参数计算模型、煤气流分布模型等。
下面例举不同的实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明并不局限于以下具体实施例。
实施例1：
参见图2和图6，本实施例的高炉冶炼***包括高炉1、重力除尘器21、干法除尘器22、脱硫装置31、加压装置32、脱碳装置33、脱氮装置34、煤气电加热装置4及与常规高炉类似的炉顶***、渣处理***、各公辅设施等。其中，重力除尘器21、干法除尘器22、脱硫装置31、加压装置32、脱碳装置33、脱氮装置34、煤气电加热装置4依次相连，重力除尘器21和煤气电加热装置4均与高炉1连接。
在本实施例中，超低碳耗高炉冶炼工艺的工艺流程如下：
将块矿、矿石、劣质煤、铁焦、碎铁和焦炭按一定布料制度进入高炉。在块矿、矿石、劣质煤、碎铁混合而成的混合炉料中，矿石和劣质煤混合而成的新型炉料的重量比例为62％，混合炉料中的块矿重量占比为14％，为提高混合炉料品位，混合炉料中的碎铁重量占比为24％，以使进入高炉的混合炉料的综合品位达到65％。本实施例中，铁焦和混合炉料混合入炉，铁焦量可以约为60kg/tHM，具体的，铁焦量为60kg/tHM。在本实施例中，焦炭为常规焦炭，焦炭的焦比为200kg/tHM。
高炉炼铁过程产生的炉顶煤气100％全循环，其成分参见表1：
表1实施例1处理前炉顶煤气成分表
| 组分 | CO | H2 | CO2 | N2 |
| 比例 | 65.5％ | 4.6％ | 28.9％ | 1％ |
本实施例中，采用重力除尘与干法除尘相结合的除尘方式进行除尘，通过重力除尘器21与干法除尘器22配合除尘，将炉顶煤气含尘量降到10mg/Nm3以下。
除尘后的炉顶煤气先进入脱硫装置31，将炉顶煤气中的有机硫和无机硫总含量降低到10ppm以下；炉顶煤气脱硫之后进入加压装置32，将脱硫后的炉顶煤气加压到0.6MPa之后再进入脱碳装置33，将炉顶煤气中CO2降低到1％以下。处理后的炉顶煤气成分参见表2。
表2实施例1处理后炉顶煤气成分表
| 组分 | CO | H2 | CO2 | N2 |
| 比例 | 91.6％ | 6.4％ | 0.6％ | 1.4％ |
需要说明的是，提质装置中包含脱氮装置34及其第二旁通管路35，当高炉开炉、定修后复风时，炉顶煤气中会有较多的氮气，此时就通过脱氮装置34逐步将循环煤气中的N2脱至1％以下；待高炉稳定生产后，炉顶煤气中的N2含量稳定在1％以下，此时炉顶煤气改走第二旁通管路35。
处理后的炉顶煤气经煤气电加热装置4加热到950℃，加热后的炉顶煤气从风口区域进入高炉1。
本实施例中，富氧空气68采用100％的纯氧，无需使用富氧空气电加热装置5，常温态的富氧空气直接通过第一旁通管路51从风口区域进入高炉。
本实施例中，煤粉65通过压缩空气输送入高炉，煤比≤60kg/tHM。
上述条件下，本实施例可实现高炉冶炼焦比200kg/tHM(常规焦炭)，煤比≤60kg/tHM，总固体燃料比≤260kg/tHM，比传统高炉燃料比降低约50％。
实施例2：
参见图3和图7，本实施例的高炉冶炼***包括高炉1、重力除尘器21、干法除尘器22、脱硫装置31、加压装置32、脱碳装置33、脱氮装置34、煤气电加热装置4、富氧空气电加热装置5及与常规高炉类似的炉顶***、渣处理***、各公辅设施等。其中，重力除尘器21、干法除尘器22、脱硫装置31、加压装置32、脱碳装置33、脱氮装置34、煤气电加热装置4依次相连，重力除尘器21、煤气电加热装置4和富氧空气电加热装置5均与高炉1连接。
在本实施例中，超低碳耗高炉冶炼工艺的流程如下：
将烧结矿、矿石、劣质煤、碎铁和焦炭按一定布料制度进入高炉。在烧结矿、矿石、劣质煤、碎铁混合而成的混合炉料中，烧结矿重量占比为26％，矿石和劣质煤混合而成的新型炉料在混合炉料中的重量占比为50％；为提高炉料品位，碎铁在混合炉料中的重量占比为24％，以使进入高炉的混合炉料的综合品位达到65％。本实施例中，焦炭可以为常规焦炭，焦炭的焦比为200kg/tHM。
高炉炼铁过程产生的炉顶煤气的80％喷入高炉循环，另外20％可以输送至其他用户，其成分参见表3：
表3实施例2处理前炉顶煤气成分表
| 组分 | CO | H2 | CO2 | N2 |
| 比例 | 65％ | 4％ | 26％ | 5％ |
本实施例中，采用重力除尘与干法除尘相结合的除尘方式进行除尘，通过重力除尘器21与干法除尘器22配合除尘，将炉顶煤气含尘量降到10mg/Nm3以下。
除尘后的炉顶煤气先进入脱硫装置31，将炉顶煤气中的有机硫和无机硫总含量降低到10ppm以下；炉顶煤气脱硫之后进入加压装置32，将脱硫后的炉顶煤气加压到0.6MPa之后进入脱碳装置33，将炉顶煤气中CO2降低到1％以下；炉顶煤气脱碳之后进入脱氮装置34，将炉顶煤气中的N2降低到1％以下。处理后的炉顶煤气成分参见表4。
表4实施例2处理后炉顶煤气成分表
| 组分 | CO | H2 | CO2 | N2 |
| 比例 | 93.5％ | 5.6％ | 0.7％ | 0.2％ |
处理后的炉顶煤气经煤气电加热装置4加热到950℃，加热后的煤气分成两部分，一部分占20％，从炉身进入高炉；另一部分占80％，从风口区域进入高炉1。
本实施例中，富氧空气68采用20％的空气与80％的氧气混合，即富氧空气的含氧量为80％，鼓风总含氧量占到84.2％，之后经过富氧空气电加热装置5将富氧空气加热至500℃，加热后的富氧空气从风口区域进入高炉。
本实施例中，配加的部分第一还原性气体66为焦炉煤气，数量约230Nm3/tHM，温度约80℃，压力0.6MPa以上，从风口区域进入高炉。焦炉煤气成分参见表5。
表5实施例2焦炉煤气成分表
本实施例中，煤粉65通过配加的焦炉煤气输送进入高炉，煤比≤60kg/tHM。
上述条件下，本实施例可实现高炉冶炼焦比200kg/tHM(常规焦炭)，煤比≤60kg/tHM，总固体燃料比≤260kg/tHM，比传统高炉燃料比降低约50％。
实施例3：
参见图4和图8，本实施例的高炉冶炼***包括高炉1、重力除尘器21、干法除尘器22、脱硫装置31、加压装置32、脱碳装置33、脱氮装置34、煤气电加热装置4及与常规高炉类似的炉顶***、渣处理***、各公辅设施等。其中，重力除尘器21、干法除尘器22、脱硫装置31、加压装置32、脱碳装置33、脱氮装置34、煤气电加热装置4依次相连，重力除尘器21和煤气电加热装置4均与高炉1连接。
本实施例中，超低碳耗高炉冶炼工艺的流程如下：
将球团、矿石、劣质煤、碎铁、焦炭按一定布料制度进入高炉。在球团、矿石、劣质煤、碎铁混合而成的混合炉料中，球团重量占比约为24.4％，矿石和劣质煤混合而成的新型炉料在混合炉料中的重量占比为50％；为提高炉料品位，碎铁在混合炉料中的重量占比为25.6％，通过碎铁使进入高炉的混合炉料的综合品位达到67.4％。本实施例中，焦炭可以为常规焦炭，焦炭的焦比为200kg/tHM。
高炉炼铁过程产生的炉顶煤气的80％喷入高炉循环，另外20％可以输送至其他用户，其成分参见表6：
表6实施例3处理前炉顶煤气成分表
| 组分 | CO | H2 | CO2 | N2 |
| 比例 | 62.9％ | 3.9％ | 25.2％ | 8％ |
本实施例中，采用重力除尘与干法除尘相结合的除尘方式进行除尘，通过重力除尘器21与干法除尘器22配合除尘，将炉顶煤气含尘量降到10mg/Nm3以下。
除尘后的炉顶煤气先进入脱硫装置31，将炉顶煤气中的有机硫和无机硫总含量降低到10ppm以下；炉顶煤气脱硫之后进入加压装置32，将脱硫后的炉顶煤气加压到0.6MPa之后进入脱碳装置33。
本实施例中，为增加炉腹煤气还原势，配加部分第二还原性气体67，第二还原性气体67可以为转炉煤气，数量约252Nm3/tHM，温度约80℃，压力约25kPa，这部分转炉煤气需要在加压装置32中为其另设加压设备，将转炉煤气加压到0.6MPa后与加压后的炉顶煤气混合得到混合煤气，混合煤气共同进入脱碳装置33，将混合煤气中CO2降低到1％以下之后进入脱氮装置34，将混合煤气中的N2降低到1％以下。配加的转炉煤气成分参见表7，处理后的混合煤气成分参见表8。
表7实施例3转炉煤气成分表
| 组分 | CO | H2 | CO2 | N2 |
| 比例 | 44.2％ | 1.5％ | 27.7％ | 26.6％ |
表8实施例3处理后混合煤气成分表
| 组分 | CO | H2 | CO2 | N2 |
| 比例 | 93.5％ | 4.5％ | 1％ | 1％ |
处理后的混合煤气经煤气电加热装置4加热到1200℃，加热后的混合煤气从风口区域进入高炉1。
本实施例中，富氧空气采用100％的纯氧，即富氧空气68的含氧量为100％，富氧空气可以无需加热，常温态的富氧空气通过第一旁通管路51直接从风口区域进入高炉。
本实施例中，煤粉65可以通过压缩空气输送进入高炉1，煤比≤60kg/tHM。
上述条件下，本实施例可实现高炉冶炼焦比200kg/tHM(常规焦炭)，煤比≤60kg/tHM，总固体燃料比≤260kg/tHM，比传统高炉燃料比降低约50％。
实施例1、2、3与传统高炉冶炼技术对比详见表9。
表9实施例1、2、3主要技术经济指标
本发明的超低碳耗高炉冶炼工艺及高炉冶炼***，能够大幅度降低高炉碳素消耗，通过提高炉顶煤气循环利用率，并且冶炼过程中采用绿电作为主要能源，实现焦比≤260kg/tHM(常规焦炭)，煤比≤60kg/tHM，总固体燃料比降到260kg/tHM以下的目标。
在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种超低碳耗高炉冶炼工艺，其特征在于，包括：
向高炉中添加混合炉料和焦炭以生产铁水，所述混合炉料包括常规炉料、新型炉料和金属化炉料，添加至所述高炉的混合炉料的综合品位大于或等于60％，所述常规炉料、新型炉料、金属化炉料在所述混合炉料中的重量占比依次为5％～35％、10％～95％、0～55％；所述常规炉料包括烧结矿、球团或块矿中的任意一种、两种或两种以上的混合；所述新型炉料包括矿石和劣质煤，且新型炉料的金属化率≥70％，反应性CRI≥65％，反应后强度CSR≥30％；所述金属化炉料包括海绵铁和/或碎铁；
将高炉炼铁过程中生成的炉顶煤气依次经过除尘、提质和电加热处理，以获得处理后的炉顶煤气，并将处理后的炉顶煤气喷入高炉；
向高炉中喷入煤粉和富氧空气，喷入所述高炉的富氧空气含氧量为35％～100％；
其中，电加热处理时，通过煤气电加热装置将所述炉顶煤气电加热至950℃～1250℃，所述煤气电加热装置包括加热本体，所述加热本体内设有加热腔，所述加热腔的内壁覆盖有耐火材料层，且所述加热腔内设有以耐火材料制成的加热元件，所述加热本体上设有进气口和出气口，所述炉顶煤气沿所述进气口进入所述加热本体加热至950℃～1250℃后由所述出气口排出。
2.根据权利要求1所述的超低碳耗高炉冶炼工艺，其特征在于：添加至所述高炉的焦炭的焦比为200kg/tHM～260kg/tHM。
3.根据权利要求1所述的超低碳耗高炉冶炼工艺，其特征在于：在所述将高炉炼铁过程中生成的炉顶煤气依次经过除尘、提质和电加热处理，以获得处理后的炉顶煤气，并将处理后的炉顶煤气喷入高炉中，
喷入高炉的处理后的炉顶煤气量为生成的炉顶煤气量的30％～100％。
4.根据权利要求1所述的超低碳耗高炉冶炼工艺，其特征在于：在所述向高炉中喷入煤粉和富氧空气中，所述富氧空气通过富氧空气电加热装置加热到500℃～1300℃。
5.根据权利要求1所述的超低碳耗高炉冶炼工艺，其特征在于：当所述富氧空气含氧量为35％～60％时，将富氧空气加热至950～1300℃后喷入所述高炉；当所述富氧空气含氧量为60％～90％时，将富氧空气加热至500～950℃后喷入所述高炉；当所述富氧空气含氧量＞90％时，将富氧空气直接喷入所述高炉。
6.根据权利要求1所述的超低碳耗高炉冶炼工艺，其特征在于：向高炉中喷入第一还原性气体，所述第一还原性气体喷入所述高炉的流量为90Nm3/tHM～500Nm3/tHM；所述第一还原性气体包括富CO气体、富H2气体、天然气或页岩气中的任意一种、两种或两种以上的混合气体。
7.根据权利要求6所述的超低碳耗高炉冶炼工艺，其特征在于：喷入所述高炉的煤粉的煤比为0～60kg/tHM；所述煤粉喷入所述高炉的输送介质为氮气、压缩空气或所述第一还原性气体。
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