[发明专利]铁矿粉和煤粉Y型气流床分级还原气化炼铁工艺

说明书

铁矿粉和煤粉Y型气流床分级还原气化炼铁工艺，预还原的热铁矿粉与煤粉混合均匀后和气化剂分别通过顶喷嘴和侧喷嘴喷入Y型气流床的气化室发生燃烧气化和还原反应；顶喷嘴和侧喷嘴产生多股射流在炉膛中心相互碰撞形成Y型旋转撞击的高温反应区，固体灰渣抛向气化室的炉壁，旋流向下，熔渣停留和还原反应时间延长10倍以上；粗合成气和熔渣流到渣铁分离室，熔渣沉降分离为铁水和铁渣后分别排出进入下步工序，高温合成气从分离室顶部侧面排出并抽吸铁矿粉进入提升管进行预热和部分还原；提升管顶部分离出的预还原的热铁矿粉与煤粉混合作为Y型气流床进料，尾气净化后补燃回收余热利用。

一、技术领域

本发明涉及铁矿粉和煤粉Y型气流床分级还原气化炼铁工艺，它属于熔融还原炼铁和煤化工领域。

二、背景技术

传统的竖炉炼铁工艺已有近千年的历史，其工艺已达到相当完善的地步，目前占世界铁产量的95％以上。但是在它日益完善和大型化的同时，流程长、投资大，需要消耗大量的焦炭，而焦炭的生产过程在消耗优质煤炭的同时会产生大量的苯并芘、二噁英、Sox、NOx和粉尘等环境污染问题。炼铁是钢铁生产中的能耗大户和主要污染源，由烧结、球化、焦化和高炉各工序组成的炼铁过程，消耗了吨钢总能量的近70％，而烧结作为炼铁过程的重要组成部分，它的成本、质量和产量，直接影响了炼铁的综合效益。中国已是世界钢铁生产大国，生铁产量是世界之首。中国钢铁业中80％的污染来自于烧铁环节，而作为污染大户中国的焦炭业，有九成企业节能减排不达标，这些焦炭企业所生产的产品绝大部分用于钢铁业的炼铁环节。2016年生铁产量已突破7亿吨，焦炭产量达44911万吨，不仅每年要消耗约5.7亿吨焦煤，而且如此大量的焦炭生产对环境的污染更是不可忽视的。

现代高炉炼铁工艺已经相当成熟，但流程复杂、能耗高、环境污染严重和投资巨大这些高炉炼铁与生俱来的问题仍未解决。另外由于炼焦煤资源日渐短缺，焦炉逐渐老化以及人们对焦炉污染日益关注，更关键的是高炉炼铁对冶金焦炭依赖性太强，从目前已探明世界煤炭储量中，焦煤仅占5％，且分布很不均匀，正是这个资源限制，催生了无焦炼铁技术。

上一世纪八十年代以来，各发达国家纷纷谋求开发无焦炼铁工艺：熔融还原与直接还原炼铁技术。“一步法”熔融还原只有熔态还原，矿石预还原率接近0，是真正意义上的熔融还原炼铁法，如HIsmelt、Romelt、Ausmelt等低预还原率工艺均属于此；而“二步法”熔融还原，即预还原加终还原，如COREX、FINEX工艺等，严格讲“二步法”应该称为还原熔融炼铁法。熔融还原炼铁是以煤代焦和直接用粉矿炼铁，因而既无炼焦又无烧结或球团厂，使炼铁流程简化，目的是取代高炉，是炼铁技术发展的方向。但现有熔融还原炼铁过程均采用竖炉作为还原炉或终还原炉，需要将铁矿粉和煤粉成型为球团。采用竖炉这种固定床反应器生产规模难以大型化且流程较长，投资高。

最具代表性的为HIsmelt熔融还原炼铁技术，可全部使用粒度6mm以下的粉矿、粉煤，包括无法通过烧结厂回收的废弃物，物料中的C、CaO和MgO也能得到利用，对燃料煤的要求不高，大幅减少资源消耗；由于HIsmelt熔融还原炉有强氧化性炉渣，有较好地脱磷效果，适合于冶炼高磷矿，这是区别于高炉和其他非高炉炼铁工艺的主要特点；由于氧化性气氛很强，产出的铁水含磷低、碳低、硫高、硅锰含量为0，不适合直接供炼钢流程使用。在经过炉外脱硫和添加锰铁、硅铁合金或与高炉铁水兑配，达到炼钢铁水的要求；操作灵活，反应过程的启动、关闭简便易行，从而使得炼铁和炼钢作业能有效衔接，而不必限产铁水；由于粉矿预还原度低，炉渣含FeO高，炉衬腐蚀快，一代炉龄仅12～18个月；HIsmelt熔融还原为低压操作，大量高温含尘煤气热能难以回收利用，吨铁能耗高，高温低热值尾气成为该工艺的“鸡肋”。HIsmelt是典型的“一步法”熔融还原工艺，直接利用粉矿、粉煤冶炼对钢铁业者有着较大的吸引力。但该工艺要想实现工业化生产，在热煤气利用、CO二次燃烧并将热量有效传递给熔池，提高设备利用率及降低炉衬成本方面还有很长的路要走。