一种高效利用烧结返矿降低hismelt工艺能耗的炼铁工艺
技术领域
1.本发明涉及金属冶炼技术领域，特别是涉及一种高效利用烧结返矿降低hismelt工艺能耗的炼铁工艺。
背景技术：
2.近年来，高质量、绿色化、智能化成为世界钢铁工业发展的主题。目前，钢铁生产以高炉-转炉长流程为主，高炉炉料结构中烧结矿比例平均超过70％。在烧结矿生产和运输过程中不可避免的会产生粒度小于5mm的粉矿，这些粉矿不能进入高炉进行冶炼，需要由皮带运输至烧结车间重新配料烧结，这些粉矿即为烧结返矿。烧结矿的返矿分为一次返矿和二次返矿。烧结台车运行到烧结机尾时，经机尾单辊
破碎机破碎和热
振动筛筛分后的筛下物以及热烧结矿经冷却和整粒后的筛下物，这部分称为一次返矿。此外，烧结矿经整粒后，粒度即使都在5mm以上，但在皮带运转以及卸料过程中难免会发生破碎，为保证高炉炉内有良好的透气性，烧结矿在进入高炉前要进行一次筛分，筛出粒度小于5mm的粉矿，这部分称为二次返矿。由于烧结工艺条件的限制，不可避免地产生大量的返矿，尤其是进行钒钛磁铁精矿烧结时，烧结熔点高，产生的液相量少，烧结矿强度低，返矿率高达50％左右，对产能与技术经济指标产生巨大影响。返矿率的增加会导致烧结固体燃料消耗增加，成本升高，烧结矿利用率降低。返矿的成分和烧结矿基本相同，并含有一定数量的固定碳。
3.目前，钢铁企业处理返矿的方式主要是对其进行循环烧结，对其含有的fe和c等回收利用。在烧结配料中加入少量的返矿，对改善料层的透气性，促进低熔点液相物的生成和提高脱硫率有利，但返矿过多势必造成实际入炉烧结矿减少，烧结矿的利用率降低，返矿需重新烧结又要消耗能源，造成资源和能源的浪费。
4.随着钢铁工业供给侧结构性改革的大力推进和环保要求的日趋严格，优质的矿石与煤炭资源短缺等严峻挑战，钢铁工业的绿色可持续发展面临着重大挑战。近年来，随着人们对非高炉冶炼技术的认识不断深入，非高炉炼铁技术也得到了迅猛发展。其中最具代表性的为hismelt熔融还原炼铁工艺，经过长期的探索与实践，该工艺已经实现了稳定连续生产。该工艺取消了高炉炼铁过程的造块和焦化流程，极大地降低了因焦化、烧结、造球等带来的二噁英、呋喃、焦油、酚和粉尘等污染物的排放，对钢铁企业的绿色转型起到重大作用，应用前景广阔。
5.hismelt工艺是一种直接使用粉矿、粉煤的铁浴熔融还原炼铁工艺。铁矿粉在回转窑中被预热和预还原，由喷枪将预热后的铁矿粉与煤粉一同喷入hismelt熔融还原炉熔池，为了调节合适的炉渣成分，白云石和石灰石也被一同喷入熔融还原炉熔池。hismelt工艺目前使用的原料为粒度低于6mm的块矿，块矿不仅熔点高还含有一定量的结晶水，在预热、预还原的过程中需要消耗大量的热量。同时，由于块矿碱度较低，不能满足造渣的要求，需要喷吹白云石和石灰石进入熔融还原炉造渣，这使得造渣过程消耗了大量熔融还原炉内宝贵的热量，增加了冶炼成本。因此，对于现有技术中存在的烧结矿利用率低、hismelt工艺能源消耗大等均是目前亟需解决的技术问题。
技术实现要素：
6.本发明针对现有技术存在的烧结矿利用率低、hismelt工艺能源消耗大等问题，提供了一种高效利用烧结返矿、改善hismelt工艺原料条件、降低烧结与hismelt工艺能耗的节能减排新技术。通过本发明的炼铁工艺，能够实现烧结返矿的高效利用，避免了hismelt工艺中石灰石、白云石等生料直接入炉，降低了hismelt熔融还原炉热量消耗，提高了含铁料的还原速率，降低了hismelt工艺的能耗。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.本发明目的之一是提供一种高效利用烧结返矿降低hismelt工艺能耗的炼铁工艺，包括如下步骤：将烧结返矿进行预热和预还原，然后与煤粉按一定比例喷吹至hismelt熔融还原炉中，进行熔融还原炼铁。
9.进一步地，所述烧结返矿是铁矿粉与熔剂共同烧结时产生的一次返矿和二次返矿，所述熔剂为白云石与石灰石。
10.进一步地，所述预热的温度为500～800℃，所述预还原的预还原度为20％～30％。
11.进一步地，所述烧结返矿与煤粉的添加比例为：煤粉中固定碳是烧结返矿中氧的1.5～5倍。
12.进一步地，所述煤粉通过煤枪单独喷吹或是通过矿枪与烧结返矿混合喷吹。
13.进一步地，所述熔融还原炼铁时，将富氧热风通过熔融还原炉上部的热风管道鼓入炉内。
14.进一步地，所述熔融还原炼铁的温度为1400～1500℃。
15.本发明目的之二是提供一种所述的炼铁工艺制备得到的生铁。
16.本发明的有益效果：
17.本发明提出利用hismelt工艺直接对烧结返矿进行冶炼，从根本上解决了烧结返矿的利用问题，避免了烧结返矿在重复烧结过程中带来的运输和烧结成本的增加。
18.普通hismelt炼铁工艺喷吹的炉料为块矿、白云石、石灰石，白云石和石灰石的主要成分是mgco3和caco3，这些碳酸盐类物质进入熔炉后会大量吸热，进而分解出mgo和cao。而本发明在烧结过程中已经配加了白云石、石灰石等熔剂，喷吹过程无需添加上述熔剂；另外，这些熔剂在烧结过程中已经与矿石中的矿物形成还原性好、熔点低的优质粘结相，这使得烧结返矿的冶炼性能优于块矿，改善了hismelt工艺的原料条件；同时也可以对返矿中夹杂的固体碳颗粒进行充分利用，hismelt工艺冶炼烧结返矿时可以取代熔剂、块矿等生料的直接入炉，减少了熔融还原炉的热量消耗，有效降低了hismelt工艺能耗，具有重要的推广价值。
附图说明
19.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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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他的附图。
20.图1为本发明炼铁工艺的设备流程图；其中，1-烧结机，2-破碎机，3-一次筛分装置，4-二次筛分装置，5-预热、预还原装置，6-hismelt熔融还原炉，7-高炉。
具体实施方式
21.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
22.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
23.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
24.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
25.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
26.以下实施例中，烧结返矿是指铁矿粉与熔剂(白云石与石灰石)共同烧结时产生的一次返矿和二次返矿。通过调节熔剂的加入量，保证烧结返矿的碱度为1.5～2.5，mgo质量分数为1.0％～3.0％。在熔融还原炼铁时，将富氧热风通过熔融还原炉上部的热风管道鼓入炉内。
27.铁矿粉与熔剂的比例取决于成品烧结矿的碱度与mgo含量需求。在生产过程中，通过目标烧结矿的碱度与mgo含量需求，计算铁矿粉与熔剂的比例。碱度的概念就是烧结配料中cao含量与sio2含量的比值。矿石中的sio2含量较高，cao含量较少，因此，在烧结过程中需要添加石灰石和白云石提高cao含量；同时白云石中还含有大量的mgo，以此来调节成品烧结矿中的mgo含量。
28.本发明炼铁工艺的设备流程图见图1；其中，1-烧结机，2-破碎机，3-一次筛分装置，4-二次筛分装置，5-预热、预还原装置，6-hismelt熔融还原炉，7-高炉。
29.具体过程如下：烧结机1生产的烧结矿经破碎机2破碎之后，由一次筛分装置3进行筛分。筛分后粒度大于5mm的烧结矿由皮带运输至高炉车间，经二次筛分装置4筛分后，由皮带将大于5mm的烧结矿运输至高炉炉顶储料罐，供高炉炼铁使用。一次筛分后小于5mm的烧结矿与二次筛分后小于5mm的烧结矿共同运输至预热、预还原装置5，由预热、预还原装置5对烧结返矿进行预热、预还原(预热、预还原过程是通过煤粉富氧燃烧产生热量和高温还原煤气，对矿粉进行预热、预还原，预热与预还原过程是同时进行的)。然后将具有一定温度和预还原度的烧结返矿经喷枪与煤粉一同喷吹至hismelt工艺的熔融还原炉内进行熔融还原炼铁。
30.实施例1
31.将烧结返矿进行预热、预还原，预热温度为650℃，预还原度为25％，然后将预热、
预还原后的烧结返矿与煤粉通过矿枪混合喷吹至hismelt熔融还原炉中，其中煤粉中固定碳是烧结返矿中氧的3倍，在1450℃条件下进行熔融还原炼铁。
32.实施例2
33.将烧结返矿进行预热、预还原，预热温度为500℃，预还原度为20％，然后将预热、预还原后的烧结返矿与煤粉通过矿枪混合喷吹至hismelt熔融还原炉中，其中煤粉中固定碳是烧结返矿中氧的1.5倍，在1400℃条件下进行熔融还原炼铁。
34.实施例3
35.将烧结返矿进行预热、预还原，预热温度为800℃，预还原度为30％，然后将预热、预还原后的烧结返矿与煤粉通过矿枪混合喷吹至hismelt熔融还原炉中，其中煤粉中固定碳是烧结返矿中氧的5倍，在1500℃条件下进行熔融还原炼铁。
36.对比例1
37.将块矿进行预热、预还原，预热温度为650℃，预还原度为25％，然后将块矿、煤粉、白云石与石灰石通过矿枪混合喷吹至hismelt熔融还原炉中，其中煤粉中固定碳是块矿中氧的3倍，通过白云石与石灰石调节炉料碱度与mgo含量与实施例1中的烧结返矿相同，在1450℃条件下进行熔融还原炼铁。与实施例1相比，对比例1生产每吨生铁的燃料消耗增加10～30kg煤粉。
38.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。技术特征：
1.一种高效利用烧结返矿降低hismelt工艺能耗的炼铁工艺，其特征在于，包括如下步骤：将烧结返矿进行预热和预还原，然后与煤粉按一定比例喷吹至hismelt熔融还原炉中，进行熔融还原炼铁。2.根据权利要求1所述的一种高效利用烧结返矿降低hismelt工艺能耗的炼铁工艺，其特征在于，所述烧结返矿是铁矿粉与熔剂共同烧结时产生的一次返矿和二次返矿，所述熔剂为白云石与石灰石。3.根据权利要求1所述的一种高效利用烧结返矿降低hismelt工艺能耗的炼铁工艺，其特征在于，所述预热的温度为500～800℃，所述预还原的预还原度为20％～30％。4.根据权利要求1所述的一种高效利用烧结返矿降低hismelt工艺能耗的炼铁工艺，其特征在于，所述烧结返矿与煤粉的添加比例为：煤粉中固定碳是烧结返矿中氧的1.5～5倍。5.根据权利要求1所述的一种高效利用烧结返矿降低hismelt工艺能耗的炼铁工艺，其特征在于，所述煤粉通过煤枪单独喷吹或是通过矿枪与烧结返矿混合喷吹。6.根据权利要求1所述的一种高效利用烧结返矿降低hismelt工艺能耗的炼铁工艺，其特征在于，所述熔融还原炼铁时，将富氧热风通过熔融还原炉上部的热风管道鼓入炉内。7.根据权利要求1所述的一种高效利用烧结返矿降低hismelt工艺能耗的炼铁工艺，其特征在于，所述熔融还原炼铁的温度为1400～1500℃。8.一种如权利要求1～7任一项所述的炼铁工艺制备得到的生铁。
技术总结
本发明公开了一种高效利用烧结返矿降低HIsmelt工艺能耗的炼铁工艺，属于金属冶炼技术领域。本发明将烧结返矿进行预热和预还原，然后与煤粉按一定比例喷吹至HIsmelt熔融还原炉中，进行熔融还原炼铁。通过本发明的炼铁工艺，能够实现烧结返矿的高效利用，避免了HIsmelt工艺中石灰石、白云石等生料直接入炉，降低了HIsmelt熔融还原炉热量消耗，提高了含铁料的还原速率，降低了HIsmelt工艺的能耗，具有重要的推广应用价值。有重要的推广应用价值。有重要的推广应用价值。
技术研发人员：兰臣臣 张淑会 吕庆 刘然 刘小杰 高艳甲 闫光石
受保护的技术使用者：华北理工大学
技术研发日：2022.03.21
技术公布日：2022/6/14
声明：
“高效利用烧结返矿降低HIsmelt工艺能耗的炼铁工艺” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：华北理工大学
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2024年11月29日 ~ 12月01日 
