HISMelt工艺与富氧顶吹熔融还原冶炼技术

2010-09-13汤忖江岳争超齐翼龙赵鲁梅

科技传播 2010年12期

关键词：富氧熔渣炼铁

汤忖江，王华，卿山，岳争超，齐翼龙，赵鲁梅

昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明 650093

HISMelt工艺与富氧顶吹熔融还原冶炼技术

汤忖江，王华，卿山，岳争超，齐翼龙，赵鲁梅

昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明 650093

本文主要介绍了HISmelt炼铁工艺和由昆明理工大学自行开发设计的富氧顶吹熔融还原冶炼工艺。此二种熔融还原炼铁工艺居右相同点，但又有很多不同点。工艺中均采用高二次燃烧率，具有较好的脱磷条件，此二类工艺适宜冶炼高磷铁水。富氧顶吹熔融还原冶炼工艺处于开发阶段，仍有很多问题需待改进。

HISmelt；富氧顶吹熔融还原；工艺；高磷铁矿

0 引言

HIsmelt法是当前最具代表性的铁浴法熔融还原工艺。是一种直接使用粉矿、粉煤和1200℃富氧热风铁浴熔融还原炼铁工艺。至2002年在西澳奎纳纳( Kwinana) 修建炉缸直径为6m年产80万t/a的商业化示范工厂，于2005年11月开始生产[1][2]。目前，由于国际经济形式不景气导致运行成本上升，HIsmelt目前处于停炉维护阶段。该法具有低有害气体排放、原料适应性强、低投资和运行成本、无烧结和造球工序等优点。该法强调高二次燃烧率(55～65%)，由于炉渣亚铁含量高约4～6%，在高磷矿时90%以上的磷进入炉渣，可以达到较好脱磷效果，能生产出低磷铁水，适合冶炼高磷铁矿[2][3]。由于熔渣中亚铁含量较高，导致铁水中碳含量低，硫含量高，同时伴随着对炉衬耐火材料腐蚀较严重。

1 富氧顶吹熔融还原冶炼技术

富氧顶吹熔融还原工艺是基于HIsmelt工艺原理而开发的一种工艺，流程如图1所示。熔融还原炉内径500mm，外径800m，高2 100m，仅有一个渣铁口(直径100mm)，炉内截面积0.196m2，最大容积0.412m3，无前置炉。

单孔超音速射流氧油喷枪喷头结构如图2所示，由中心氧管，两个同心圆水冷套管，油管，及超音速射流喷头组成。富氧由开口于喷头端面拉瓦尔口喷入到炽热熔池中，引起渣层剧烈搅动产生渣层飞溅、熔体回流，强化了传热效率，加速了炉料熔化及冶金过程。喷头结构决定了射流特性，富氧气体通过拉瓦尔口时先受压缩后被加速形成超音速射流，对熔池具有较高冲击强度。射流强度可通过枪位及富氧出口压力及流量控制。油管位于水冷套中，开口于喷头端面，端面上有雾化喷头。由于雾化喷头和中心富氧射流距离较近，在燃烧过程中可以形成较长的火焰。

图1 富氧顶吹熔融还原流程示意图

图2 单孔超音速射流氧油喷枪喷头结构示意图

喷枪采用水冷方式冷却，外接高压水泵，经试验证实冷却效果良好，冷却出水温度可很容易降至100℃以下。氧油喷枪是该工艺中较为重要部件，温度的控制，熔池搅动等都通过喷枪控制来实现。

富氧顶吹熔融还原工艺其他特点：富氧顶吹熔融还原工艺该工艺并无侧吹装置，通过加强富氧射流强度模拟HIsmelt富氧燃烧及对熔池的强烈搅拌效果。由于炉体较小保温条件较差，并且本试验装置并无熔化铁水装置，无法预先向熔融还原炉内兑入铁水，采用冷启动方式。由于难以迅速提升炉温，以及仅通过富氧燃烧无烟煤炉温较难控制炉温波动较大。在喷入富氧的同时通过油管及位于喷头上雾化装置向熔池喷入燃油，用以快速提高炉温，及借助富氧燃烧还原性气体、无烟煤(射流冲击强度较强，部分无烟煤在炉内呈悬浮状态)和燃油释放大量热量维持炉温。

HIsmelt熔融还原炉内部结构图如图3所示，工艺改进后采用四支枪插入渣层喷吹对熔渣起到了很好的搅拌效果，熔池中心凸起形成“涌泉”。热风喷枪 (也称为二次风燃烧枪或者富氧喷枪，但与氧油喷枪有本质区别)如图3所示，主要目的为燃烧还原性气体。

图3 HIsmelt熔融还原炉内部结构图(SRV)

而富氧顶吹熔融还原工艺中仅有一支顶吹氧油喷枪，熔池中心下凹；HIsmelt侧吹为浸没式喷吹，较小的气流强度便可取得较高搅拌效果，而本试验中的装置则需较强的气流和出口压力才能取得同等效果，即氧耗较大。该工艺加料方式为依靠原料重力落入熔池中。该工艺无预热及预还原配套装置，原料仅在加入炉中下落过程中短暂时间内被预热，时间极短暂。两种工艺目的都相同，通过搅拌提高炉内传质传热效果，及改善反应的动力学条件。富氧顶吹熔融还原由于也采用高二次燃烧率，导致耐火材料腐蚀严重，对于该工艺和HIsmelt工艺，耐火材料的寿命问题应是一个长期困扰此二种工艺的一个问题。综上所述，该工艺为基于HIsmelt原理而开发的一种工艺，但又与HIsmelt工艺相区别的一种熔融还原工艺。

2 应用前景

我国高磷铁矿石占世界总储量的14.86%，达74.5亿t[4]。由于富氧顶吹熔融还原冶炼技术采用高二次燃烧率致使熔渣中亚铁含量较高，这意味着当冶炼高磷铁矿石时脱磷条件充分，适宜冶炼高磷铁矿石。在冶炼获得合格铁水的同时可以获得富磷渣，熔渣通过一定处理便可做为磷肥使用。在研究过程中也发现，铁水低碳高硫，脱硫需额外增加工序。富氧顶吹熔融还原冶炼技术仍处于开发阶段，仍有许多问题仍待解决。