[發明專利]多元有價元素高溫循環富集的高爐冶煉分離工藝

有效

• 申請號: 202010670872.4
• 申請日: 2020-07-13
• 公開（公告）號: CN111826488B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 吳高明;張號;吳曉暉
• 申請（專利權）人: 深圳深態環境科技有限公司;武漢悟拓科技有限公司
• 主分類號: C21B5/00
• 分類號: C21B5/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 涂潔

本發明公開了一種多元有價元素高溫循環富集的高爐冶煉分離工藝，解決現高爐冶煉工藝存在的多元有價元素在爐內富集的問題。技術方案包括從高爐頂部連續裝入高爐爐料，從高爐底部排出渣、鐵，爐料在爐內從上到下依次形成塊料帶、軟熔帶、滴落帶、風口帶和渣鐵帶，高爐下部產生的煤氣向上穿過滴落帶、軟熔帶、塊料帶，最后經爐頂引出，從爐內軟熔帶上沿區域引出部分高溫煤氣。本發明工藝極為簡單、設備投資和運行成本低、有效解決多元有價元素爐內高溫循環富集帶來的種種問題，實現有價元素的高效濃縮分離，獲得有價元素含量高的副產品。

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金領域，涉及高爐冶煉過程的冶金環保及固廢綜合利用，具體的說是一種多元有價元素高溫循環富集的高爐冶煉分離工藝。

背景技術

高爐生產時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑(石灰石)等爐料，從位于爐子下部沿爐周的風口吹入經預熱的空氣，同時噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料。在高溫下焦炭中的碳以及煤粉、重油、天然氣與鼓入空氣中的氧燃燒并熱解生成的一氧化碳和氫氣，在爐內上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質和石灰石等熔劑結合生成爐渣，從渣口排出。產生的煤氣從爐頂排出，經除塵后，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。高爐冶煉的主要產品是生鐵，還有副產高爐渣和高爐煤氣。

高爐冶煉過程中，爐料與煤氣流逆向運動，進行熱交換、還原、熔化與成渣等反應，并呈現出層狀分布的現象。從上到下，爐料依次經過塊狀帶、軟熔帶、滴落帶、風口帶和渣鐵帶五個區域。塊料帶位于爐內料柱的上部，礦石與焦炭始終保持著明顯的固態的層次緩緩下降，但層狀逐漸趨于水平，而且厚度也逐漸變薄；軟熔帶位于塊料帶下面，由許多固態焦炭層和黏結在一起的半熔融的礦石層組成，焦炭礦石相間，層次分明。由于礦石呈軟熔狀，透氣性極差，煤氣主要從焦炭層通過，像窗口一樣，又稱“焦窗”。軟熔帶的上沿是軟化線，下沿是熔化線，與礦石的軟熔區間相一致，其最高部分稱為軟熔帶頂部，最低部分與爐墻相連接，稱為軟熔帶的根部；滴落帶位于軟帶之下，熔化后的渣鐵像雨滴一樣穿過固態焦炭層而滴落；風口帶位于爐缸上部的高爐風口區域，由于鼓風動能的作用，焦炭在風口前劇烈地回旋運動中燃燒，形成一個半空狀態的的焦炭回旋區。這個小區域是高爐中唯一存在的氧化性區域；渣鐵帶位于爐缸下部，主要是液態渣鐵以及浸入其中的焦炭，鐵滴穿過渣層以及渣鐵界面，最終完成必要的渣鐵反應，得到合格的鐵。

高爐是用鋼板作爐殼、殼內砌耐火磚內襯而形成的一個密閉的、連續的逆流反應器。高爐本體自上而下包含爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5個部分。在爐缸部位，沿高爐周向均勻布置一排風口。冶煉過程中，高溫冶煉的助燃空氣及部分能源均從高爐下部爐缸區域上部設置的風口進入高爐內，冶煉過程劇烈的傳熱、傳質以及化學反應發生在高爐中下部的爐腰、爐腹和爐缸區域。從高爐下部的爐缸到高爐頂部的爐喉，爐內溫度逐漸降低，爐缸風口區域溫度最高(燃燒帶溫度達到2200℃以上，煤氣溫度1700-1800℃)；高爐頂部的爐只喉區域，煤氣溫度降到150-260℃。在高爐爐缸區域的風口帶，隨爐料帶入的各元素被高溫還原，多元有價元素被還原蒸發氣化，并隨爐氣一同上升。煤氣上升過程中，煤氣以及煤氣攜帶的元素與從上而下的爐料逆流接觸，并進行動量、熱量及質量的傳輸和復雜的物理化學反應。在風口帶，被高溫熔融的含堿金屬、硫、鋅、磷、鉛、砷等組分的化合物離開風口帶隨煤氣上升過程中，這些元素被還原蒸發氣化成氣態單質組分，并隨煤氣上升穿過滴落帶、軟熔帶，與爐料進行熱、質傳遞，部分又被氧化并被爐料吸收。隨著煤氣的上升，這些堿金屬及多元有價元素的蒸氣溫度逐漸降低，當下降到沸點溫度以下時，冷凝并被爐料攔截。這些堿金屬及有價元素以及其氧化物被爐料攔截或吸收后，再次隨爐料下降又回到風口區，形成循環。如此循環往復，其中只有一小部分氣化物質凝結成粉塵后被煤氣帶出爐外，或者進入渣鐵從渣鐵口排出，而剩余部分則在爐內循環富集，妨礙高爐正常冶煉。

ZnO、SiO在高爐上部凝結積累，將堵塞氣流通道，增大壓差，妨礙順行，或者黏結在爐墻上導致結厚結瘤；Pb則沉降爐底滲入磚縫，將使砌磚浮起，使爐底遭受破壞。