袖珍钢铁厂的生产流程

D0I:10.13374/i.issm1001-053x.1992.02.004 北京科技大学学报 第14卷第2期 Vol,14 No.2 1392年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing March 1992 袖珍钢铁厂的生产流程 秦民生·张建良·齐宝铭· 摘要：全氧高炉炼铁一生铁粒化脱碳一电炉栋钢一水平违钱4种技术的组合，形 成了一个适用于小型铜铁厂的生产流程。全氧高炉炼快工艺全面提高了小高护生产指标并实 现了以煤粉为炼铁主要能源。脱碳粒侠一电炉炼铜解决了高如生铁小型化炼钢的难题。精 密水平连铸则简化了轧钢工序并减少钢还加热煤气消耗。另一方面全氧高炉提供的高质量煤 气为建立高效自备电厂创造了条件，这就使小型钢铁联合企业有可能应用这一合理组合达到 完善的企业内部能量平衡。 关键词：小型钢佚厂，全氧高护练铁，生铁粒化脱碳，电炉炼钢，水平连街 The Process of Midget Integral Iron and Steel Works Qin Minsheng'Zhang Jianliang'Qi Baoming' ABSTRACT:A rational process of integral iron and steel production can be constituted by the four processes-full oxygen blast furnace,decarbonization of granulated pig iron,electric furnace of steelmaking and horizontal continu- ous casting.This procese is especially suitible for small scale works,Because it can give high technical index and solve the technical difficulty of steelma- king with small scale.In addition,a effective energy balance in the interior of integral works is formed due to the higher calorific gas produced from blast furnace and using of effective power station. KEY WORDS:midget integral iron and steel works,full oxygen blast furnace, decarbonization of granulated pig iron,electric furnace of steel- making,horizontal continuous casting 1991一10一13收稿 *治金系(Department of Metallurgy) 135

第 卷第 期 ， 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 。 魂 袖珍钢铁厂的生产流 程 秦 民生 张建 良 ’ 齐宝 铭 ’ 摘 要 全 氧高护炼铁一生铁拉化脱碳一 电护炼钢一水平连铸 种技术的组合 ， 形 成 了一个适 用于小型钢铁厂的生 产流程 。 全氧高护炼铁工艺全面提高了小高护生产指标并实 现了以煤粉为炼铁主要能源 。 脱碳位铁一电炉炼钢解决 了高户生铁小型化拣钢的难题 。 精 密水平连铸则简化 了轧钢工序并减少钢坯加热炸气消耗 。 另一 方面全氧高护提供的高质量 煤 气为建立高效 自备电厂创造了条件 ， 这就使小型银铁联合企业有可能应用这一 合理组合达到 完善的企业内部能量平衡 。 关挂饲 小型钢铁厂 ， 全氧高护炼铁 ， 生铁粒化脱碳 ， 电炉炼钢 ， 水平连铸 亡” 亡 ” 人 ” 亡 ” 玄 ” 巾 ” 夕 八 吐 — ， ， 。 五 ， ， ， ， ， 一 一 收稿 治金系 DOI ：10．13374／j ．issn1001—53x．1992．02．004

我国的13一100m3微型高炉已取得长足的技术进步。但是小高炉生铁难于就地炼钢成材 及生产技术水平仍比大高炉低是目前小铁厂发展的两大问题。如把这些小铁厂改造成为提供 商品钢材的袖珍钢铁联合企业，并把其生产指标提高到大型高炉的水平就可以更大地发挥小 高炉经济和社会效益。这是一个重要的研究课题。 微型钢铁生产联合流程的关键是炼钢工序。由于氧气转炉生产过程难以小型化，小型钢 铁生产只能采用电炉炼钢。国外小型钢铁厂通常采用的电炉是使用废钢或直接还原铁的炼钢 生产模式。我国由于废钢或商品位铁矿石的短缺，难于应用直接还原法生产铁。因而把高炉 生铁转变成为电炉炼钢的炉料是小型铁厂发展成为钢铁联合企业需要首先解决的问题。 1个“生铁粒化一固态脱碳一电炉炼钢”系列技术经北京科技大学提出并获试验成功， 解决了这一技术难题1)。而全氧鼓风高炉(FOBF)技术在小型高炉上应用则为提高小高炉生 产水平，全面改进微型铁钢厂生产指标和提高能量利用提供了一个有效途径：2)。 1生铁粒化一固态脱碳一电炉炼钢 这项把小高炉生铁转化为优质电炉炉料而后用电弧炉炼钢的生产技术包括生铁水谇粒化 一回转窑氧化脱碳一电弧炉炼钢3个工序。 此工艺的原理是：固态生铁在一定温度及CO2/CO气氛下，生铁中碳可被CO:氧化而铁本 身不被氧化。 反应过程是一个强放热反应，放出的热量可保证反应过程的工艺需要。因此，在一定的 温度条件下，只要连续供氧即可进行生铁中碳的脱除。 在山西省的一个高炉上成功地进行了这一工艺的工业实验。工艺生产流程如图1。 1一高2一铁水粒化池3一起重机4一皮带5一料仓6一回转窑7一电甄炉8一铁罐 图1工艺流程 Fig,1 Flowchart of the technique 生铁粒化在高炉前进行。热铁水用水谇粒化，控制水压与水流大小可以得到95%以上预 定粒度(3一12mm)的铁粒；然后将脱碳后的全部粒铁装入电炉炼钢。 用回转窑进行粒铁固态脱碳试验。试验规模15一30t/d。脱碳反应放出的热把窑温升高到 900一1000℃并维持自热脱碳过程连续进行，而不另外消耗燃料。回转窑生产率高达3t/h·m3。 每吨脱碳粒铁消耗生铁1.03t,这主要是由生铁中的碳的减量造成的。 脱碳铁在一个5t电弧炉上成功冶炼出近100t轻轨钢。电炉试验证明50%一70%脱碳铁 136

我 国的 一 。 。 “ 微型高炉 已取得长足的 技术进步 。 但是小高炉生铁难于就地炼钢 成材 及生产技术水平仍 比大高炉低是 目前小铁厂发展的两大问题 如把这些小铁厂改造成为提供 商品钢材的袖珍钢铁联合 企业 ， 并把其生 产 指标提高 到大型高炉的水平就可 以 更大地 发挥小 高炉 经济和社会效益 。 这是一个重要的研究课题 。 微型钢铁生 产联合流程 的关键是炼钢 工序 。 由于氧气转炉生产过程难 以 小型化 ， 小型钢 铁生 产只能采 用电炉 炼钢 。 国外少型钢 铁厂通赏采用的曳炉是使用废钢或直接还原铁的炼钢 生 产模式 。 我 国由于废钢 或商品位铁矿石杨短缺 ， ， 难于应用 直接还原法生产铁 。 因而把高炉 生铁转 变成为电炉炼钢 的炉料是 小型铁厂 发展 成为钢铁联合 企业需要首先解决的 问题 。 个 “ 生铁粒化一 固态脱碳一电炉炼钢 ” 系列技术经北京科技大学提出并获试验成功 ， 解决了这一技术难题 〔 ” 。 而全氧鼓风高炉 技术 在小型高炉上 应用则 为提高小高炉生 产水平 ， 全面改进微型铁钢厂生 产指标和提高能 量利用 提供了一个有效途径 〔 〕 。 生铁粒化一固态脱碳一电沪炼钢 这项把 小高炉生铁转 化 为优质电炉炉料而后用 电弧炉炼钢 的生 产 技术包括生铁水淬粒 化 一回转窑氧化脱碳一电弧炉 炼钢 个工序 。 此工艺的原理是 固态生铁在一定温 度及 气氛下 ， 生铁 中碳可被 氧化而铁本 身不被氧化 。 反应过程是一个强放热 反应 ， 放出的 热量可保证 反应过程 的工艺需要 。 因此 ， 在一定的 温度条件下 ， 只要连续供氧 即可 进行生 铁 中碳的脱除 。 在山西省的一个高炉上 成功地进行 了这一工 艺的工业 实验 。 工艺生产流程如 图 。 ，礴， 二钾生二士仁翻 二二沈芯二二二孟‘ 二二刀曰 公 一高炉 一铁水粒化池 一起重机 卜皮带 一料仓 一回 转窑 一电弧炉 一 铁镶 图 工艺流程 。 生铁粒化在高炉前进行 。 热铁水 用水淬粒 化 ， 控制水压与 水流大小可 以得到 以上预 定粒度 一 的铁粒 然后将脱碳后 的全部粒铁装 入电炉炼钢 。 用 回转窑进行粒铁 固态脱碳试验 。 试验规模 一 。 脱碳反应放出的热把窑温升高到 。 一 ℃ 并维持 自热脱碳过程连续进行 ， 而不 另外 消耗 燃料 。 回转窑生 产率高达 · “ 。 每吨 脱碳粒铁 消耗生铁 ， 这主要是 由生铁 中的碳 的减量造 成的 。 脱碳铁 在一个 电弧护上 成功冶炼出近 轻轨钢 。 电炉试验证 明 一 脱 碳 铁

配加50%一30%的废钢能达到最佳指标。电耗与全废钢冶炼工艺相当。 这一工艺打通了小高炉生铁炼钢的技术环节，并具有下列特点： (1)生产规模灵活，适于年产量5000一100000t配套应用。即使用于年产5000t钢锭的的 微型钢铁厂也能保持正常生产指标。 (2)生铁粒化工序简单易行。回转窑生产率高（达3一4t/h·m8),设备简单，投资小， 上马快，操作容易。 (3)生产过程有较高脱磷效果，能适应恶劣的高硫高磷治炼生铁的原燃料条件。 (4)粒化铁含碳量在0.1%一2.0%间随意可调，金属铁含量高。控制铁矿石成分可取得 合金元素含量极低的电炉炉料。全过程碗磷脱除率高，电炉钢质量有保证。 (5)生铁水谇粒化基本不耗用能量。脱碳反应是自热过程，日产100t以上的回转窑甚至 不另耗燃料。电炉渣量少，脱碳粒铁再氧化性很小，可保持600℃以上温度热装，降低电炉 炼钢电耗可达500kW.h/t水平。 2全氧鼓风技术在小高炉的应用 由于制氧工业的进步，制氧电耗降低到03kW·h/m3,已接近用高压高炉鼓风供氧的电 耗水平，另外，氧气鼓风可采用喷煤、增加产量、改善生铁质量等办法。高炉全氧鼓风炼铁 已成为革新高炉生产的新技术并提出多种工艺流程〔2？3)。全氧高炉具有以下特点： (1)成倍提高高炉生产率，高炉利用系数高达5t/m3.d以上。 (2)在保持总燃料比不升高下大量喷煤，达到炼铁燃料中煤粉比例超过焦碳。 (3)抑制铁矿石中合金元素如Si、Ti、K、Na等成分还原，减缓高炉治炼复杂铁矿石的 困难，扩大原料供应范围，并克服小高炉生铁含硅高的缺点。 (4)高炉煤气热值显著提高(7000kJ/m8)。在不设焦炉的小钢铁厂它能满足钢铁联合企 业的煤气平衡。并且高炉煤气供应量可通过改 Ore Dust Top gas Gas supply 变喷煤量而大幅度调节。 Coke (5)由于高炉煤气热值高于7000kJ/m3, ①3心3 就可以在小型炼铁厂配置一种高效的煤气轮机 回 一蒸汽轮机联合发电。这种自备电厂能大大 Circlation gas 地缓解新流程的制氧及炼钢电炉的高额电耗。 0xygen 高炉全氧鼓风炼铁技术是当前炼铁技术开 Circlation gas Coal dust 发的重点。日本已在一座3.9m8试验高炉上试 验成功。作为国家“八五”攻关项目，中国准 Slag .Hot metal 备研究试验3种全氧高炉流程。其中FOBF I 1一高炉2一煤气除尘3一煤气加压 4一煤气加热 高炉指标较好，又能提供较多煤气，适于钢铁 图2 FOBFII工艺流程法 联合生产厂应用。 Fig.2 Flowchart of FOBFII technique FOBFI法由于下列技术原因目前在大高炉上还难于实际应用： (1)FOBFI法流程需要的煤气喷吹技术在大直径的高炉上应用尚未解决如何保持合理 气流分布的问题。在炉腰直径大于5m的高炉上尚无实践证实技术可行性。 (2)FOBF[法使用的风口氧煤喷枪的容量与高炉容积成正比。大容量的氧煤喷枪尚有 137

配加 一 的废钢能达到最佳指标 。 电耗与全废钢 冶 炼工艺相 当 。 这一工艺打通 了小高炉生铁炼钢的 技术环 节 ， 并具有 下列特点 生产规模灵活 ， 适于年产量 。 。 一 配套应用 。 即使用于年产 钢锭的的 微型钢铁厂也能保持 正常生 产指标 。 生铁粒化工序简单易行 。 回转窑生 产率高 达 一 · “ ， 设备简单 ， 投资小 ， 上马快 ， 操 作容易 。 生 产过程有较高脱磷效果 ， 能适应恶劣的高硫高磷冶炼生铁 的原燃料条件 。 粒化铁 含碳量在 纬一 。 间随意可调 ， 金属铁含量高 。 控制铁矿石成分可取得 合金元素含量极低的 电炉炉料 。 全过程硫磷脱除率高 ， 电炉钢 质量有保证 。 生铁水淬粒化基本不耗用能量 。 脱碳反应是 自热过程 ， 日产 以上的回 转窑甚至 不另耗燃料 。 电炉 渣量少 ， 脱碳粒铁再氧化性很小 ， 可保持 ℃以上温度热装 ， 降低 电 炉 炼钢 电耗可 达 · 水平 。 全氧鼓风技术在小高炉的应用 由于制氧工业的进步 ， 制氧电耗降低到 。 · ， 已接近用 高压高炉鼓风供氧的电 耗水乎 ， 另外 ， 氧气鼓 凤可采用喷煤 、 增加 产量 、 改善生铁 质量等办法 。 高炉全氧鼓风炼铁 已 成为革新高沪生 产的新技术并提出多种工艺流程 ‘ ’ “ ’ 。 全氧高炉具有以下特点 成倍提高高炉生产率 ， 高炉利用 系数高达 · 以上 。 在保持 总燃料比不升高下大量喷煤 ， 达到炼铁燃料中煤粉 比 例超过焦碳 。 抑制铁矿 石 中合金元素如 、 、 、 等成分还原 ， 减缓高护冶炼复杂铁矿石的 困难 ， 扩大原料供应范围 ， 并克服小高炉生铁 含硅高的 缺点 。 高炉煤气热值显著提高 “ 。 在不 设焦炉 的小钢铁厂它能满 足钢铁联合企 业的煤气平衡 。 并且高炉煤气供应量可通过改 变喷煤量而大幅度调 节 。 由于高炉煤气热值高于 了。 ， 就可 以在小型炼铁厂配置一种高效的煤气轮机 — 蒸汽轮机联合发 电 。 这 种 自备电厂能大大 地 缓解新流程的制氧及炼钢电炉 的高额 电耗 。 高炉全氧鼓 风炼铁 技术是当前炼铁 技术开 发的重点 。 日本已 在一座 。 试验高沪上试 验成功 。 作 为国家 ，’ 又五 ” 攻 关项 目 ， 中国堆 备研究试验 种全氧高护流程 。 其中 高炉 指标较好 ， 又能 提供较多煤气 ， 适于钢铁 联 合生产厂应用 。 一高炉 一煤气除尘 一煤气加压 一煤气加热 图 工艺流程法 法 由于下列技术原 因 目前在大高炉上还难于实际应 用 法流程需要的煤气喷吹技术在大直径的高炉上应用 尚未解决如何 保 持 合理 气流分 布的 向题 。 在炉腰直径大 于 的高炉上 尚无 实践证实 技术可行性 。 法使用 的风口 氧煤喷枪的容量与 高护 容积成正比 。 大容量的氧煤喷枪 尚有 工

待于研制。而容积300m3以下高炉只需要容量1t/h以下氧煤喷枪，这在技术上是已经过关 的。 预计FOBFI高炉的主要技术指标如下： 系数，t/dm3焦比kg/t喷煤，kg/t氧耗，m31t炉顶煤气，m3/t 3.5 280 380 320 1560 3袖珍钢铁厂生产流程 FOBFI高炉一一回转窑固态生铁脱碳一精密连铸的组合可提供一个合理的钢铁联 合生产模式。这一组合由于采用全氧高炉技术大幅度提高了小高炉技术经济指标并改变了 炼铁能源结构。而高炉煤气热值提高到7000kJ1m3以上创造了应用高效煤气轮机一蒸汽轮 机自备电厂的可能性，改善了企业内部的电能平衡。由于高炉的外供煤气可以通过喷吹煤粉 量来调剂，这样的高炉在钢铁联合企业中除作为炼铁生产设备外，同时也是一个利用廉价煤 粉制造高级煤气的设备。精密莲铸的应用减少了企业内部煤气消耗。合理的企业内部能量平 衡因素及各个工艺技术的先进性，显著降低了吨钢电耗。吨钢坯综合能耗将小于800kg标煤， 从而，使生产指标有可能达到先进的大型钢铁厂水平。图3示出应用FOBFI高炉及脱碳粒 铁技术的袖珍钢铁厂生产流程及能量平衡。 280kg 100m3 coke 7500m3a Top gas 1060m3 200m3 140kWh 80m32 50k恤 000 Circlation gas 320m3 2002 7 -Coaldust 380kg 1000kg granular iron 图3袖珍钢铁厂工艺花程及能量平衡 1一高炉2一煤气加热炉3一失水粒化池4一煤气除尘5一制氧站6一煤气轮机一蒸汽轮机发电机组 7一脱碳回转窑8一炼钢电炉9一连铸设备10一钢冷加热11一轧钢 Fig.3 Flowchart of integral iron and steel works and energy balance 4 结束语 金氧高炉炼铁一生铁粒化脱碳一一电炉炼钢—一水平连铸组合的袖珍钢铁厂生产流程 是一条适合于我国小型钢铁厂的技术改造道路，具有较高的经济和社会效益。 参考文献 1黎立等。炼铁学术年会论文集，（下册)，1991,270一274 2 Minsheng Qin,etal.Ironmaking and Steelmaking,1988,15 (6):287-292 3 Poos A and Ponghis N,Ironmaking Conference Proceeding,1990,443-451 138

待 于研制 。 而容积 以下高炉 只需要容量 厂 以下氧煤喷枪 ， 这 在技 术上是 已 经过 关 的 。 预 计 高炉 的主要技术指标如下 系数 ， · “ 焦比 喷煤 ， 氧耗 ， 炉顶煤气 ， 吕 。 袖珍钢铁厂生产流程 高炉— 回转窑 固态生铁脱碳— 精密连铸的组合可 提供一个合 理 的 钢 铁 联 合生产模式 。 这 一组合 由于采用全氧高护技术大幅度提高了小高炉技术经济指标 并 改 变 了 炼铁能源结构 。 而高炉煤气热值提高到 。 。 “ 以上创造了应用高效煤气轮机—蒸汽轮 机 自备电厂 的可能性 ， 改善了企业 内部的 电能平衡 。 由于高护 的外供煤气可 以通过喷吹煤粉 量来调剂 ， 这样的高炉 在钢铁联合 企业 中除作为炼铁生 产设备外 ， 同时也是一个利用廉价煤 粉制造高级煤气的设备 。 精密连铸的应用减少 了企业内部煤气消耗 。 合理的企业内部能量平 衡 因素及各个工艺技术 的先进性 ， 显著降 低了吨钢电耗 。 吨钢坯综合能耗将小于 标煤 ， 从而 ， 使生 产指标有可能达到先进的大型钢铁厂 水平 。 图 示 出应 用 高护 及脱碳粒 铁 技术的袖珍钢铁厂 生产流程 及能量平衡 。 了 多 日 乐 图 袖珍 钢铁厂工艺流程及能是平 衡 一高炉 一 煤气加 热炉 一铁水粒化池 峨一煤气除尘 一制氧站 卜煤气轮机一蒸汽轮机发 电机组 一脱碳回转窑 一炼钢电炉 一连铸设 备 一钢冷加热 一 轧钢 结 束 语 全氧高炉炼铁 —生铁粒化脱碳 — 电炉 炼钢 — 水平连铸组合 的袖珍钢铁厂生 产流程 是 一条适 合 于我 国小型钢铁厂的 技术改造道路 ， 具有较高的 经济和社会效益 。 参 考 文 做 黎立等 。 炼铁 学术 年会论文集 ， 下册 ， ” ， 一 ， ， 一 ， 一 ， ， ， 一 多