CN102634620B - 一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法 - Google Patents

一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102634620B
CN102634620B CN201210132296.3A CN201210132296A CN102634620B CN 102634620 B CN102634620 B CN 102634620B CN 201210132296 A CN201210132296 A CN 201210132296A CN 102634620 B CN102634620 B CN 102634620B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
carbon
bath
iron
molten
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210132296.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102634620A (zh
Inventor
王东彦
姜伟忠
李肇毅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Original Assignee
Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baoshan Iron and Steel Co Ltd filed Critical Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority to CN201210132296.3A priority Critical patent/CN102634620B/zh
Publication of CN102634620A publication Critical patent/CN102634620A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102634620B publication Critical patent/CN102634620B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]

Landscapes

  • Manufacture Of Iron (AREA)

Abstract

本发明公开了一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法，一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法，包括熔渣的配制和稳定冶炼期间含氢气体的加入工序，在含氢气体加入的同时加入含碳物料，含碳物料和含氢气体均以连续方式加入由铁水和其表面熔渣层所构成的熔池中；在1400℃-1600℃还原温度范围内，碳和氢联合加入时，碳和氢加入摩尔比例为C/H2为0.4-1∶0.9-1.1。本发明通过合理调整铁浴熔融还原中用作还原剂的碳和氢的比例，有效提高了其中氢的利用率，具有节约能耗、提高资源利用率和节省生产成本的优点。

Description

一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法
技术领域
本发明涉及熔融还原领域，具体涉及在熔融还原熔池中，以铁金属氧化物(如铁矿石和/或已经部分还原的铁矿石)为原料生产液态金属和/或液态金属合金(特别是但不仅是铁和铁的合金)的方法，即通常所说的铁浴熔融还原生产铁水的方法，更确切地说，涉及到此类还原方法中必不可少的还原剂碳和氢的使用方法。
背景技术
现有铁浴熔融还原方法生产铁水技术---以HIsmelt工艺为代表，如中国专利CN98810993.X，大都使用碳作为还原剂和发热剂，
但以碳作为还原剂和发热剂存在以下缺点：
1.大量的CO2温室气体排放，对环境产生很大污染，而若用氢作为还原剂，则其还原产物为铁和水，不会产生温室气体排放。
2.如下式所示，以碳作为还原剂，还原同样量的铁所需的热量是以氢为还原剂所需热量的5倍，耗能较大.因此，若氢能有效利用，氢还原将会有较好的节能效果。除此之外，对主要靠二次燃烧维持吸热反应的熔池还原过程，若耗热量减少，则反应过程易于保持在高温下进行，还原速率和效率较高。
1/2F2O3+3/2H2＝Fe+3/2H2O DH°＝-50.013KJ/molFe(1)
1/2Fe2O3+3/2C＝Fe+3/2CO  DH°＝-246.940KJ/molFe(2)
3.在熔融还原条件下，氢的还原速率比碳快1-2个数量级.因此，若氢能够有效利用，有氢参与还原的设备产率将高于同容积下全碳还原设备的产率。
基于上述，现有技术给出了″底吹氢气熔融还原铁矿石的方法及其装置(中国专利申请号：200910046518.8).这种方法采用底吹氢气方式，使氢气穿过铁水进入渣层，进行渣层内铁氧化物的还原反应，这种加氢方法虽然兼具熔池搅拌和氢还原两种功能，但并未给出氢的利用率。
对氢的利用率的研究可见以下文献，即Metallurgija，2004，No3，155-162)，研究结果表明，以氢气作为还原剂的铁浴熔融还原所存在的问题是：氢的最高利用率只有40％-60％，大部分氢未参与反应便脱离反应区进入炉气，造成了氢的浪费，增大了氢的使用量和使用成本。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种在铁浴熔融还原生产中，提高氢气利用率，减少氢气的使用量和使用成本，使氢还原工艺在生产成本上具有竟争力。
本发明的技术方案是：一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法，包括熔渣的配制和稳定冶炼期间含氢气体的加入工序，
在含氢气体加入的同时加入含碳物料，含碳物料和含氢气体均以连续方式加入由铁水和其表面熔渣层所构成的熔池中；
在1400℃-1600℃还原温度范围内，碳和氢联合加入时，碳和氢加入摩尔比例为C/H2为0.4-1∶0.9-1.1。
进一步地，所述碳和氢加入的摩尔比例为C/H2＝1±0.01∶1±0.01。其加入的C与H2的摩尔流量之合大于加入熔池的氧化铁中氧原子的摩尔流量。
为本发明所做的研究表明：在炉内还原温度(1400℃-1600℃)下，碳和氢以合适比例联合加入时氢的利用率高于氢单独还原的利用率.此结果可从理论上说明如下：1)当碳氢同时参与氧化亚铁还原反应时，反此应(3)和(4)将会产出CO和H2O
(FeO)+C＝[Fe]+CO    (3)
(FeO)+H2＝[Fe]+H2O  (4)
由于在炉内还原温度下，反应(4)的速率较大，而反应(3)的速度较慢，其产物CO及反应物C又均易与H2O反应，即反应(5)和反应(6)易于发生
C+H2O＝H2+CO        (5)
CO+H2O＝H2+CO2      (6)
反应(5)和反应(6)均有利于反应(4)的进行，且由于新的氢气相的生成，反应活性更大，因此，熔融还原条件下，碳和氢联合还原时，氢的利用率应好于氢单独还原时的效果.
进一步的研究表明：当碳加入量较少，在碳和氢联合还原中所占比例较少时，氢的利用率随碳加入量增加而提高，其原因可进一步解释为：除上述反应(5)和反应(6)使氢的利用率提高外，碳加入后参与还原和燃烧形成的泡沫渣还增加了氢还原氧化铁的反应面积和反应(5)、(6)的反应面积及反应的持续时间，因此，使氢的利用率得到进一步提高。但进一步的试验又表明：当碳的加入量增加到一定程度后时，氢的利用率却下降，这种现象可解释为虽然碳加入量增加后对泡沫渣的形成有利，且可与水反应，更大地发挥氢的作用，但因氢的加入量相对较少，以碳为主的大量还原限制了氢还原作用的充分发挥。
由上可见，在合适的炉内还原温度(1400℃-1600℃)下，在碳和氢联合还原的条件下，碳和氢的比例多少为佳，即碳和氢在何种比例下加入才能得到较高的氢利用率，需由研究确定。
研究表明，在1400℃-1600℃范围内，碳和氢加入比例以C/H2(摩尔比)为(0.4-1)/(0.9-1.1)为宜，氢利用率不低于69％(wt％)。进一步，以(1±0.01)/(1±0.01)为佳，氢利用率接近最高，为78-83％(wt％)。
根据本发明的提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法，优选的是，所述含碳物料选自煤、碳粉、碎焦、石油焦、含碳团块中的一种或多种。
进一步地，当含碳物料以团块或其它形式的块状形式存在时，可以使其从熔池顶部连续落入熔池；当含碳物料以粉粒存在时，则可以顶喷、侧喷或底吹中的一种形式加入溶池。当然，也可以同时采用这种喷吹方式的一种或一种以上。
根据本发明的提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法，优选的是，所述含氢气体选自氢气、焦炉煤气或天然气中的一种或一种以上。
在一个优选的实施方案中，所述含碳物料在加入前经过预热。
在一个优选的实施方案中，含氢气体在加入熔池前也经过预热；所述含氢气体的加入方式为底吹、侧吹或顶吹。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
与现有技术相比，本反明技术方案在已有技术的还原温度和渣系下可得到69-83％的氢气利用率。碳和氢加入摩尔比例在C/H2为(0.4-1)/(0.9-1.1)时，氢利用率不低于69％(wt％)。碳和氢加入摩尔比例在(1±0.01)/(1±0.01)时，氢利用率接近78-83％(wt％)。本发明的氢气利用率较现有技术40％的氢气利用率提高了29-43％；较60％的氢气利用率提高了9-23％。氢气利用率的提高，降低了熔融还原条件下铁的生产成本和生铁生产的CO2排放水平，提高了生铁生产的环境友好度。可在兼顾降低炼铁生产CO2排放、降低同产能下设备投资的同时，大大降低氢的消耗，节省铁的生产成本，提高铁浴熔融还原方法的竞争力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本发明应用于现有技术的铁浴法熔融还原技术路线。在铁浴熔融还原炉内，预先配制好熔渣，熔池渣系和主成分范围及二元碱度的选定可见表1.在含氢气体加入的同时加入含碳物料，含碳物料和含氢气体均以连续方式加入由铁水和其表面熔渣层所构成的熔池中。本实施例中含氢气体为工业氢气，如经变压吸附分离出的低纯氢气.含碳物料为神府煤粉，煤粉及氢气均采用浸入式喷枪加入熔池。
在1400℃-1600℃还原温度范围内，碳和氢联合加入时，碳和氢加入摩尔比例见表1。
表1为(1500℃)下，结合现有技术渣成分，对熔融还原过程中，本发明涉及的C/H2摩尔比的选择对氢利用率变化所作的说明。
表1(1500℃)
  渣组分   渣成份(wt％)
  CaO   33.93
  SiO2   30.85
  MgO   12
  Al2O3   22
  FeO   4.12
  R2   1.1
  其它   5.22
  C/H2(摩尔比)   氢利用率(wt％)
  4∶1   23
  2∶1   41
  1∶1   79
  0.5∶1   69
  0.25   61
  0∶1   57
由表1可见，属于本发明范围的C/H2(摩尔比)为1∶1或0.5∶1时，氢气利用率较高。
实施例2
在铁浴熔融还原炉内，预先配制好熔渣，熔池渣系和主成分范围及二元碱度的选定可见表2。在含氢气体加入的同时加入含碳物料，含碳物料和含氢气体均以连续方式加入由铁水和其表面熔渣层所构成的熔池中。本实施例中含氢气体为从焦炉煤气中经变压吸附分离出的低纯氢气，含碳物料为神府煤粉，煤粉及氢气均采用浸入式喷枪加入熔池。
表2为(1550℃)下，结合现有技术渣成分，对熔融还原过程中，本发明涉及的C/H2摩尔比的选择对氢利用率变化所作的说明。
表2(1550℃)
  渣组分   渣成份(wt％)
  CaO   37.67
  SiO2   30.11
  MgO   8
  Al2O3   15
  FeO   4.12
  R2   1.25
  其它   5.22
  C/H2(摩尔比)   氢利用率(wt％)
  4∶1   25
  2∶1   40
  1∶1   78
  0.5∶1   70
  0.25   64
  0∶1   59
由表2可知，属于本发明范围的C/H2(摩尔比)为1∶1或0.5∶1时，氢气利用率较高。
实施例3
在铁浴熔融还原炉内，预先配制好熔渣，熔池渣系和主成分范围及二元碱度的选定可见表3。在含氢气体加入的同时加入含碳物料，含碳物料和含氢气体均以连续方式加入由铁水和其表面预熔渣层所构成的熔池中。本实施例中含氢气体为为从焦炉煤气中经变压吸附分离出的低纯氢气，含碳物料为神府煤粉，煤粉及氢气均采用浸入式喷枪加入熔池。
表3为(1600℃)下，结合现有技术渣成分，对熔融还原过程中，本发明涉及的C/H2摩尔比的选择对氢利用率变化所作的说明。
表3(1600℃)
  渣组分   渣成份(wt％)
  CaO   33.93
  SiO2   30.85
  MgO   12
  Al2O3   22
  FeO   4.12
  R2   1.1
  其它   5.22
  C/H2(摩尔比)   氢利用率(wt％)
  4∶1   27
  2∶1   43
  1∶1   83
  0.5∶1   71
  0.25   65
  0∶1   60
由表3可知，属于本发明范围的C/H2(摩尔比)为1∶1或0.5∶1时，氢气利用率较高。
本发明通过合理调整铁浴熔融还原中用作还原剂的碳和氢的比例，有效提高了其中氢的利用率，具有节约能耗、提高氢气利用率的优点。

Claims (7)

1.一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法，包括熔渣的配制和稳定冶炼期间含氢气体的加入工序，其特征在于：
在含氢气体加入的同时加入含碳物料，含碳物料和含氢气体均以连续方式加入由铁水和其表面熔渣层所构成的熔池中；
在1400℃-1600℃还原温度范围内，碳和氢联合加入时，碳和氢加入摩尔比例为C/H2为0.4-1：0.9-1.1；当含碳物料以团块或其它形式的块状形式存在时，使其从熔池顶部连续落入熔池；当含碳物料以粉粒存在时，则以顶喷、侧喷或底吹的形式的一种加入溶池。
2.根据权利要求1所述的提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法，其特征在于：所述碳和氢加入的摩尔比例为C/H2=1±0.01：1±0.01。
3.根据权利要求1所述的提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法，其特征在于：所述含碳物料选自煤、碳粉、碎焦、石油焦、含碳团块中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法，其特征在于：所述含氢气体选自氢气、焦炉煤气或天然气中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1所述的提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法，其特征在于：所述含碳物料在加入前经过预热。
6.根据权利要求1所述的提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法，其特征在于：所述含氢气体在加入前经过预热。
7.根据权利要求1所述的提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法，其特征在于：所述含氢气体的加入方式为底吹、侧吹或顶吹。
CN201210132296.3A 2012-04-28 2012-04-28 一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法 Active CN102634620B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210132296.3A CN102634620B (zh) 2012-04-28 2012-04-28 一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210132296.3A CN102634620B (zh) 2012-04-28 2012-04-28 一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102634620A CN102634620A (zh) 2012-08-15
CN102634620B true CN102634620B (zh) 2014-04-30

Family

ID=46619195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210132296.3A Active CN102634620B (zh) 2012-04-28 2012-04-28 一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102634620B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103924023B (zh) * 2013-01-10 2016-04-27 宝山钢铁股份有限公司 一种铁浴熔融还原熔池吹氢方法
CN111850219A (zh) * 2020-08-26 2020-10-30 内蒙古赛思普科技有限公司 一种氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101624639A (zh) * 2009-08-05 2010-01-13 安徽工业大学 一种防止铁矿粉流态化高氢还原粘结失流的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010261101A (ja) * 2009-04-07 2010-11-18 Mitsutaka Hino 金属鉄の製法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101624639A (zh) * 2009-08-05 2010-01-13 安徽工业大学 一种防止铁矿粉流态化高氢还原粘结失流的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H2-C熔融还原条件下渣金间磷的分配比的试验研究;周林等;《钢铁研究学报》;20120131;第24卷(第1期);15-18，62 *
JP特开2010-261101A 2010.11.18
周林等.H2-C熔融还原条件下渣金间磷的分配比的试验研究.《钢铁研究学报》.2012,第24卷(第1期),15-18，62.

Also Published As

Publication number Publication date
CN102634620A (zh) 2012-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101775451B (zh) 一种钒钛磁铁矿高炉冶炼方法
EP2380995B1 (en) Smelting vessel, steel making plant and steel production method
CN101104873B (zh) 一种采用铁矿热压含碳团块入竖炉熔融还原炼铁的方法
CN102978312B (zh) 高钒钛低MgO炉渣的高炉冶炼方法
CN102965463B (zh) 一种转炉高效脱磷的工艺
CN109576509A (zh) 一种硅锰合金及其制备方法
CN100354441C (zh) 利用中锰渣和硅质还原剂生产低碳低磷硅锰合金的方法
CN101684507B (zh) 铁矿石气体还原直接炼钢工艺
CN101906501A (zh) 一种用粉矿和煤氧直接炼钢工艺
CN101665848B (zh) 一种铁矿石直接炼钢工艺
CN101696460B (zh) 一种含铁物料转底炉双联连续炼钢工艺方法及装置
CN112410494A (zh) 一种可应用细粒度粉矿的悬浮熔融还原炼铁装置及炼铁方法
CN114672602B (zh) 一种焦炉煤气气基竖炉冶炼钒钛矿-电炉熔分深还原的方法
CN101665849B (zh) 一种铁矿石连续炼钢工艺
CN103045788A (zh) 一种还原炼钢方法及装置
CN103352101A (zh) 一种转炉低成本冶炼工艺
CN201351168Y (zh) 一种含铁物料连续炼钢设备
CN101724727B (zh) 一种综合利用能源的短流程转底炉连续炼钢方法
CN103343291A (zh) 一种使用褐铁型红土矿生产含磷耐候钢的方法
CN102634620B (zh) 一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法
Pang et al. The Low‐Carbon Production of Iron and Steel Industry Transition Process in China
CN101956035B (zh) 一种含铁物料渣浴熔融还原炼钢工艺方法及装置
CN1818082A (zh) 铁矿粉预还原气基熔融还原炼铁、炼钢工艺
CN102127610B (zh) 一种铁矿石直接熔融还原炼铁设备及炼钢工艺
CN103031409B (zh) 一种利用精炼炉除尘灰炼钢脱氧的新工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant