專利名稱：一種強化高爐間接還原的方法及其專用氣的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種強化高爐間接還原的方法及其專用氣的制造方法，屬于高爐煉鐵 的技術領域。
背景技術：
高爐煉鐵，是一種非常成熟的煉鐵技術。現有技術的不足之處在于由于高爐間接 還原段的間接還原條件受到限制，使得高爐上部間接還原度較低，不利于高爐能耗的降低， 不利于產能的進一步提高，不利于二氧化碳的減排。

發明內容
本發明的目的，是要提供一種強化高爐間接還原的方法及其專用氣的制造方法， 通過提高高爐間接還原段的還原度，達到提高高爐產能，降低高爐的能耗，減排二氧化碳的 目的。本發明要解決的技術問題，是在現有技術的基礎上，提出一種進一步改善高爐間 接還原段內還原條件的解決方案。通過增加該段的還原性氣體的有效還原成分的濃度和/ 或流量以及增加高爐熱量收入的方法，來提高高爐的間接還原段的還原度。同時，還要提出 其專用氣的一種制造方案。本發明的基本構思之一是一種強化高爐間接還原的方法，包括將還原性氣體注 入高爐的步驟等，其特征在于注入高爐的還原性氣體中包含轉爐煤氣；注入高爐的還原 性氣體的壓力高于高爐注入點的爐內壓力。為了提高轉爐煤氣的還原能力，可以對所述的轉爐煤氣進行消減二氧化碳的處 理。這里所述的消減二氧化碳的處理，是指盡可能地消除或者減少二氧化碳的處理。具體 的處理方法，可以將轉爐煤氣中的二氧化碳轉化成一氧化碳；也可以采用吸附的方法將轉 爐煤氣中的二氧化碳脫除；還可以采用吸附的方法將轉爐煤氣中的有效還原成分吸附出來 加以利用，例如，可以將轉爐煤氣中的一氧化碳提取出來并加以利用，等等。當將轉爐煤氣 中的二氧化碳轉化成一氧化碳時，可以是在煤氣發生爐中實現。建議在將所述的轉爐煤氣 送入煤氣發生爐之前，經過預熱；還建議所述的煤氣發生爐的供氧采用高溫熱風的形式實 現；還建議送入所述的煤氣發生爐的，包含高爐煤氣，以進一步擴大煤氣的來源。在經過所 述的消減二氧化碳的處理后，獲得的還原性氣體中所含的C0、C02、H2、H20的體積量之比能夠 滿足CO2/(C02+C0)彡36%的條件，且最好是彡30%、彡20%、彡10%甚至更低和(CCHH2)/ (C02+H20)彡178%的條件，且最好是彡300%、彡450%、彡600%甚至更高。注入高爐的還原性氣體的溫度，與注入高爐的具體位置相關。當所述的還原性氣體是從高爐的軟熔帶以上的位置注入高爐的時候，可以按照 彡360°C、彡700°C、彡800°C、彡900°C進行控制；同時，還建議將該溫度控制在彡800°C且 (1180°C的范圍內。當所述的還原性氣體是從高爐的軟熔帶以下的位置注入高爐的時候， 可以按照彡560°C、彡1000oC>^ 1150°C、彡1250°C、彡1350°C、彡1450°C進行控制；同時，還建議將該溫度控制在≥1350°C且≤1600°C的范圍內。需要特別指出的是，所述的消減二氧化碳的處理、還原性氣體溫度的控制、注入高 爐的還原性氣體的壓力高于高爐注入點的爐內壓力的數量值以及注入高爐的還原性氣體 的位置等變化，除了可以獨立進行外，還可以進行交叉組合，以獲取較佳或最佳的效果。還需要指出的是，當采用熱風為煤氣發生爐供氧時，雖然由于轉爐和/或高爐煤氣中的二氧化碳轉化成了一氧化碳，使一氧化碳總量增加，但是，因為熱風中的含氮量較 高，使得產品氣中的還原性氣體的濃度增加有限，此時，明顯提高高爐爐料的間接還原度的 主要機制在于其流量的增加；提高煤氣發生爐的爐內溫度，提高向煤氣發生爐供氧的氧氣 濃度，以及使碳素、轉爐煤氣和/或高爐煤氣在煤氣發生爐內有足夠的停留時間以保證碳 素與CO2充分反應，可使煤氣發生爐產出的還原氣體濃度顯著提高，例如，一氧化碳的濃度 將明顯上升，從而可以進一步提高高爐爐料的間接還原度；當采用工業氧氣制氣時，產品氣 中的還原性氣體的濃度可以達到最大值，即使在其流量不增加的情況下，也能明顯提高高 爐爐料的間接還原度。因此，本發明特別推薦采用工業氧氣、特別是工業純氧來為煤氣發生 爐供氧。本發明的基本構思之二是一種專用于所述方法的專用氣的制造方法，包括煤氣 發生爐的配備、碳素的供給、氧氣的輸入等步驟，其特征在于注入所述的煤氣發生爐的原 料氣包括轉爐煤氣。為了提高對煤氣發生爐的熱量供給，可以以高溫熱風的形式為所述的 煤氣發生爐輸入氧氣；為了盡量避免不能夠轉化成還原性氣體的氣體進入煤氣發生爐，建 議在噴吹碳素時，以轉爐煤氣和/或高爐煤氣和/或二氧化碳氣作為碳素的攜帶載體等。為了盡量延長煤氣發生爐的爐襯壽命，和盡量消除發生爐成品氣中的焦油、酚等 有機物含量，建議噴氧位置和噴煤位置在煤氣發生爐指定位置的同一水平面上相向噴吹。還建議所述的煤氣發生爐采用液體排渣方式。為了降低熔渣中的殘碳，建議向渣 池內噴吹轉爐煤氣、高爐煤氣和/或氧氣。本發明的主要優點在于1.通過向高爐內部輸送具有較高還原性能的還原氣，提高了高爐的間接還原能 力，在其他條件不變的情況下，能夠提升高爐的產能。2.能夠充分利用轉爐煤氣和/或高爐煤氣自身攜帶的物理顯熱，有利于節約能 源。3.能夠充分利用轉爐煤氣和/或高爐煤氣目身固有的一氧化碳，因而具有顯著的 節能效果。4.能夠實現以煤代焦，具有降低成本和減少焦炭消耗、保護焦煤資源的雙重優勢。5.能夠降低高爐的總碳素消耗，節約能源。6.在制取還原氣的過程中，充分利用了煤氣中的二氧化碳，從而能夠減少了二氧 化碳的排放。7.向煤氣發生爐內通入轉爐煤氣和部分高爐煤氣，不僅可以解決造氣過程中產生 的高溫煤氣的降溫問題，還可以解決所添加的煤氣的升溫問題，具有雙重的節能效果。8.由于流過高爐間接還原段的還原性氣體的流量增加，也有利于提高該段的間接 還原度。9.減少了進入高爐的灰分，有利于提高鐵水的品質；同時，還能降低渣量，使能耗進一步降低等。10.由于是將原始態的轉爐煤氣和/或高爐煤氣注入煤氣發生爐，能夠在將煤氣 中的二氧化碳轉化成一氧化碳的同時，又實現了對它們的加熱，可以去除許多中間環節，例 如分離環節等，使系統簡化并降低投資成本和運行成本等。


本發明有附圖5頁，共5幅。其中圖1是本發明的實施例1的示意圖。圖2是本發明的實施例2的示意圖。圖3是本發明的實施例3的示意圖。圖4和圖5是本發明的實施例4的示意圖，是用于配合說明專用于所述方法的專 用氣的制造方法的。其中，圖5是圖4的A-A剖面圖。
具體實施例方式本發明的具體實施方式
將結合實施例及附圖進行說明。實施例1，如圖1所示。在圖1中，1表示高爐本體。2表示高爐中的軟熔帶。3表示高爐的風口線。16表 示高爐煤氣的外送通道。21表示高爐中的燃燒區。轉爐煤氣通過通道13并由風機14加壓后，經由預熱裝置8進入煤氣發生爐9。當 然，也可以不進行預熱，直接送入煤氣發生爐9。必要時，還可以引入部分高爐煤氣，以彌補轉爐煤氣的不足。這時，所加入的高爐 煤氣從通道17引出后，先經過除塵裝置6，再由風機7加壓、由換熱器8預熱，然后進入煤氣 發生爐9 ；如果不進行預熱，由風機7直接送入煤氣發生爐9亦可。在本實施例中，送入煤氣發生爐9中的氧，是利用熱風爐10以高溫熱風的形式通 過通道11實現的。至于煤氣發生爐9所需的碳素，可以通過通道12輸入，并采用轉爐煤氣作為它輸 送的載體。自煤氣發生爐9產出的還原性氣體，其溫度可控制在彡1350°C且彡1600°C的范圍 內；其品質，應符合C02/(C02+C0)彡36%和(CCHH2)/(C02+H20)彡300%的條件等。自煤氣發生爐9產出的還原性氣體，利用通道15送入環管5，再經過多個通道4注 入高爐。從圖中不難看出，向高爐內部注入所述的還原性氣體的具體位置4是在高爐的軟 熔帶以下、燃燒區以上，即所述的還原性氣體從高爐的軟熔帶以下的位置注入高爐的。由 于軟熔帶的位置會隨著爐況的變化而漂移，因此，建議將注入還原性氣體的具體位置4設 置在軟熔帶下移的極限位置的下方，也就是說，要預留出一個允許軟熔帶漂移的范圍。實施例2，如圖2所示。本實施例與實施例1的主要不同之處在于1.向高爐內部注入所述的還原性氣體 的具體位置4不同；2.在本實施例中，通過通道11輸送的是工業氧氣。至于工業氧氣的 純度，可以存在較大的差異，例如，當采用吸附制氧時，其純度可以較低，甚至相對很低等。3.注入高爐的還原氣的溫度不同。這時，還原氣的溫度可以控制在彡800°C且彡1180°C的 范圍內；換句話說，也就是要求煤氣發生爐9的產氣溫度按照這一要求進行調節。從圖中不難看出，向高爐內部注入所述的還原性氣體的具體位置4是在高爐的軟 熔帶以上，即所述的還原性氣體從高爐的軟熔帶以上的位置注入高爐的。由于軟熔帶的位 置會隨著爐況的變化而漂移，因此，建議將注入還原性氣體的具體位置4設置在軟熔帶上 移的極限位置的上方，也就是說，要預留出一個允許軟熔帶漂移的范圍。
其余，可由讀者參考實施例1自行解讀。實施例3，如圖3所示。在圖3所示的本實施例中，增加了變壓吸附裝置18，它可以有兩種工作模式一是 將還原性氣體吸附出來并加以利用；一種是將非還原性氣體吸附出來并放散或另作它用。 本實施例采用將一氧化碳吸附出來加以利用的方案，吸附后的殘氣，可通過通道19放散或 作進一步的回收利用。在圖3中，通道13仍然是用于輸送轉爐煤氣的通道；在必要時，也可以通過通道 17摻入部分高爐煤氣。這時，被吸附出來的一氧化碳經過風機7加壓后，由換熱器8預熱到 指定的溫度，通過通道20送入高爐。其余，也可由讀者參考實施例1、實施例2自行解讀了。至于吸附工藝過程中有關工藝要求的實現，可由相關技術人員去完成；其余，可由 讀者參考實施例1、實施例2自行解讀了。實施例4，如圖4、圖5所示。本實施例是配合說明專用于所述方法的專用氣的制造方法的。其中，圖5是圖4 的A-A剖面圖。在圖4中，22表示煤氣發生爐。23表示氧氣輸送通道。24表示碳素(實際使用的 是煤粉，下同)的輸送通道。25表示轉爐煤氣的輸送通道。26表示二次碳素的輸入通道。 27表示成品還原性氣體的外送通道。28是向渣池噴射轉爐煤氣(也可以是高爐煤氣等) 的通道。29是向渣池噴射氧氣(也可以是高溫熱風)的通道。30是渣池內的液態渣。在 圖4中所指示的位置Al和A2，表示通道25和/或26的可選位置，表示它們可以具有一定 的變動范圍，至于其實際位置的確定，需依據煤氣發生爐內的燃燒條件、所輸入的煤氣等的 品質來進行。本實施例的工作過程是這樣的氧以工業氧氣的形式由通道23送入煤氣發生爐22 ；碳素以噴吹煤粉的形式由通 道24也被送入煤氣發生爐22，雖然可采用氮氣或燃燒廢氣作為煤粉的噴吹載體，但是，為 了盡量減少不能形成還原氣的成分進入造氣系統，這里是采用轉爐煤氣作為煤粉的噴吹載 體；同時噴入的煤粉的量是根據高爐間接還原區所需還原氣體的數量精確計算的。在煤氣 化爐的高溫爐膛內，氧氣和煤粉一經噴入爐膛便迅速燃燒并生成大量的熱，這時煤粉和爐 氣均處于高溫狀態，當轉爐煤氣和二次碳素也經由通道25、26進入高溫區并混合和共熱， 在熾熱的、游離碳顆粒存在的條件下，無論是燃燒產生的，還是在轉爐煤氣中固有的二氧化 碳以及從各種渠道進入煤氣發生爐的水分等，將被轉化成一氧化碳和氫氣；再通過溫度調 控手段，使產品氣符合預期的溫度要求，也就是完成了專用于所述方法的專用氣的制造任 務。
在這里，建議精確控制煤粉噴入量、轉爐煤氣輸入量、轉爐煤氣的預熱溫度，來保證成品氣的品質并實現所述的溫度控制，最重要的是選擇合適的煤氣化爐的爐膛高度、爐 膛截面面積，保證煤粉、轉爐煤氣在爐膛內的停留時間，為二氧化碳與碳素充分反應創造時 間條件。當所指定的產品氣溫度太低時，化學反應的速度將不能滿足工藝要求，為保證產品 氣二氧化碳的含量合乎要求，這就需要調整輸入氣化爐的轉爐煤氣的預熱溫度，使之能夠 與制造還原氣工藝相協調；當所指定的產品氣溫度太高時，應優先選擇降低輸入氣化爐的 氧氣總量，并使與制造還原氣工藝相協調。在本實施例中，所述的煤氣發生爐采用的是液體排渣方式。為了降低熔渣中的殘 碳，通過通道28向渣池內的渣30噴吹轉爐煤氣和/或通過通道29向渣池內的渣30噴吹 氧氣，利用轉爐煤氣中的二氧化碳和/或利用氧氣與熔渣中的殘碳進行反應，以降低熔渣 的含碳量。當煤氣化爐輸出的產品氣含有較多的煤粉時，應首先考慮延長煤粉、轉爐煤氣在 爐膛內的停留時間，和提高爐膛內的反應溫度，使碳素能夠與二氧化碳氣體充分反應掉；當 爐渣中含有較多的煤粉時，應優先考慮向爐渣中噴吹高溫轉爐煤氣或氧氣，以保證將爐渣 中的殘余煤粉反應掉。至于該煤氣發生爐的排渣問題，可由現有技術解決，它也不屬于本發 明的內容，就不在此贅述了。另外需要注意的是上述實施例都是本發明的個案，它們的作用之一是對本發明 起解釋的作用，而不應理解為對本發明做出的任何限制。
權利要求
一種強化高爐間接還原的方法，包括將還原性氣體注入高爐的步驟等，其特征在于1.1注入高爐的還原性氣體中包含轉爐煤氣；1.2注入高爐的還原性氣體的壓力高于高爐注入點的爐內壓力。
2.如權利要求1所述的強化高爐間接還原的方法，其特征在于2.1所述的轉爐煤氣經過消減二氧化碳的處理。
3.如權利要求2所述的強化高爐間接還原的方法，其特征在于3.1所述的注入高爐的還原性氣體的溫度彡360°C。
4.如權利要求1、2或3所述的強化高爐間接還原的方法，其特征在于4.1在所述的消減二氧化碳的處理后，獲得的還原性氣體中所含的C0、C02、H2、H20的體 積量之比滿足 C02/(C02+C0)彡 36%和(CCHH2) / (C02+H20)≤178% 的條件。
5.如權利要求1、2或3所述的強化高爐間接還原的方法，其特征在于5.1所述的消減二氧化碳的處理是將轉爐煤氣中的二氧化碳轉化成一氧化碳。
6.如權利要求1、2或3所述的強化高爐間接還原的方法，其特征在于6.1所述的消減二氧化碳的處理是采用吸附的方法將轉爐煤氣中的一氧化碳提取出來 并加以利用。
7.如權利要求5所述的強化高爐間接還原的方法，其特征在于7.1所述的將轉爐煤氣中的二氧化碳轉化成一氧化碳，是在煤氣發生爐中實現的。
8.如權利要求7所述的強化高爐間接還原的方法，其特征在于8.1將所述的轉爐煤氣送入煤氣發生爐之前，經過預熱。
9.如權利要求7所述的強化高爐間接還原的方法，其特征在于9.1所述的煤氣發生爐的供氧是采用高爐熱風的形式實現的。10.如權利要求7所述的強化高爐間接還原的方法，其特征在于
10.1送入所述的煤氣發生爐的，還包含高爐煤氣。
11.如權利要求1、2或3所述的強化高爐間接還原的方法，其特征在于11.1所述的還原性氣體是從高爐的軟熔帶以下的位置注入高爐的。
12.如權利要求1、2或3所述的強化高爐間接還原的方法，其特征在于12.1所述的還原性氣體是從高爐的軟熔帶以上的位置注入高爐的。
13.一種專用于所述方法的專用氣的制造方法，包括煤氣發生爐的配備、碳素的供給、 氧氣的輸入等步驟，其特征在于13.1注入所述的煤氣發生爐的原料氣包含轉爐煤氣。
14.如權利要求13所述的專用于所述方法的專用氣的制造方法，其特征在于14.1它是以高溫熱風的形式為所述的煤氣發生爐輸入氧氣。
15.如權利要求13或14所述的專用于所述方法的專用氣的制造方法，其特征在于 15. 1它是以轉爐煤氣作為碳素的攜帶載體。
全文摘要
一種強化高爐間接還原的方法及其專用氣的制造方法，屬于高爐煉鐵的技術領域。強化高爐間接還原的方法包括將還原性氣體注入高爐的步驟等，其特征在于注入高爐的還原性氣體中包含轉爐煤氣；注入高爐的還原性氣體的壓力高于高爐注入點的爐內壓力。專用于所述方法的專用氣的制造方法，包括煤氣發生爐的配備、碳素的供給、氧氣的輸入等步驟，其特征在于注入所述的煤氣發生爐的原料氣包括轉爐煤氣等。本發明通過增加高爐的間接還原段的還原性氣體的有效還原成分的濃度和/或流量的手段，來提高高爐的間接還原段的還原度，以最終實現提高高爐產能的目的。
文檔編號C21B5/00GK101812555SQ20101014721
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月15日 優先權日2010年4月15日
發明者于國華, 劉利民, 周傳祿, 姚朝勝, 尹克勝, 焉永剛, 肖燕鵬, 錢綱, 魏新民 申請人:山東省冶金設計院股份有限公司;萊蕪市天銘冶金設備有限公司