CN109517935A - 一种生产液态纯净金属的方法和装置 - Google Patents

一种生产液态纯净金属的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109517935A
CN109517935A CN201910012378.6A CN201910012378A CN109517935A CN 109517935 A CN109517935 A CN 109517935A CN 201910012378 A CN201910012378 A CN 201910012378A CN 109517935 A CN109517935 A CN 109517935A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid
gas
metal
furnace
clean metal
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.)
Pending
Application number
CN201910012378.6A
Other languages
English (en)
Inventor
张志祥
夏家铨
徐涛
顾根华
周海川
张勇
刘征建
李克江
姜春鹤
杨天钧
其他发明人请求不公开姓名
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.)
Shanxi Saipu Technology Co Ltd
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
Shanxi Saipu Technology Co Ltd
University of Science and Technology Beijing USTB
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 Shanxi Saipu Technology Co Ltd, University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical Shanxi Saipu Technology Co Ltd
Priority to CN201910012378.6A priority Critical patent/CN109517935A/zh
Publication of CN109517935A publication Critical patent/CN109517935A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/008—Use of special additives or fluxing agents
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明提供了一种生产液态纯净金属的方法和装置，冶炼炉炉身主体呈圆柱形，顶部和底部均呈锥形，炉身上部侧壁上设置有富氧鼓风管，其出口端位于冶炼炉上部的燃烧区，炉身下部侧壁上设置有原料喷吹管和还原气体喷吹管，炉身底部侧壁上设有金属液体排出管和废渣排出管，炉身顶部设置有废气排出口。以金属矿粉为原料，与喷入的还原性气体发生气液还原反应，冶炼金属矿粉，金属矿粉熔化和还原反应所需的热量，由炉腔内喷入的富氧气体与还原气体的燃烧反应来提供。本发明通过气液反应，直接生产液态纯净金属，彻底舍弃高炉炼铁原有的烧结、球团和焦化等工艺流程，不仅大大减少原有冶炼过程中的大量污染物排放，而且能够降低获得液态纯金属的成本消耗。

Description

一种生产液态纯净金属的方法和装置
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种生产液态纯净金属的方法和装置。
背景技术
目前，在冶铁领域，传统的高炉炼铁仍然占据着炼铁工艺的主导地位，高炉炼铁工艺流程复杂，包括烧结、球团、焦化等多项工艺流程，不仅工艺流程长、工艺复杂，并且能耗很高、污染严重，使得高炉炼铁已经站在节能减排的风口浪尖上。
虽然，目前已经有很多类型的非高炉炼铁工艺被开发，但这些工艺在产能及工艺成熟度方面，均无法占据主流地位。并且，多数工艺无法完全摆脱烧结、焦化等大污染流程。其中，烧结工艺虽然可以消耗掉我国许多劣质矿粉，但是其大大加剧了企业的生产成本和污染排放。并且焦化厂在焦炼过程中，污染气体的排放，很难迎合如今的环保理念。
发明内容
针对上述的问题，本发明的目的是提供一种生产液态纯净金属的方法和装置。所述方法结合铁钢一体化和轻冶金的理念，通过气液反应，直接生产液态纯净金属，彻底舍弃高炉炼铁原有的烧结、球团和焦化等工艺流程，不仅大大减少原有冶炼过程中的大量污染物排放，而且能够降低获得液态纯金属的成本消耗。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种生产液态纯净金属的装置，包括冶炼炉炉身，所述冶炼炉炉身主体呈圆柱形，顶部和底部均呈锥形，炉身上部侧壁上设置有富氧鼓风管，其出口端位于冶炼炉上部的燃烧区，炉身下部侧壁上设置有原料喷吹管和还原气体喷吹管，炉身底部侧壁上设有金属液体排出管和废渣排出管，所述炉身顶部设置有废气排出口。
进一步的，炉身底部也设置有还原气体喷吹管。
本发明的另一方面：
一种利用上述装置生产液态纯净金属的方法，包括以下步骤：
（1）在冶炼炉将金属矿粉熔融为液态炉料，由原料喷吹管喷入金属矿粉，金属矿粉在液态炉料的高温条件下瞬时液化为液态炉料，同时由还原气体喷吹管喷入还原性气体，利用还原性气体进行以气液反应为主的还原反应，还原液态炉料，生成液态纯净金属，由金属液体排出管排出，其余炉渣则由废渣排出管排出；
（2）由富氧鼓风管喷入富氧气体，在冶炼炉炉腔内富氧气体和炉腔内的还原性气体发生燃烧反应，为金属矿粉熔融和步骤（1）中的还原反应提供热量；
冶炼炉炉腔内还原区的主要反应为:
XO(l)+H2(g)→X(l)+H2O(g)
XO(l)+CO(g)→X(l)+CO2(g)；
冶炼炉炉腔内燃烧区的主要反应为：
H2(g)+O2(g)→H2O(g)
CO(g)+O2(g)→CO2(g)；
（3）经上述反应，纯净金属被还原得到，由于比重不同，纯净金属和熔融渣相自动分层，纯净金属由金属液体排出管排出，熔融渣相由废渣排出管排出，反应中产生的废气由冶炼炉炉身顶部的废气排出口排出装置。
进一步的，所述富氧气体中氧气的体积比为50%-100%，其温度为25℃-1200℃。
进一步的，所述还原性气体包括含H2和CO的焦炉煤气、改制煤气和煤制气，以及由C、H元素组成的有机气体。
进一步的，所述由C、H元素组成的有机气体包括甲烷和乙烯。
进一步的，所述还原气体喷吹管的出口位于液态炉料的液面处，或液面以下。
进一步的，步骤（1）中由原料喷吹管喷入的金属矿粉中，添加增碳剂，所述增碳剂的质量百分比为0.1-5%。
进一步的，所述还原气体从炉身下部侧壁上和炉身底部的还原气体喷吹管一起喷入液态炉料中，形成“涌泉”现象。
本发明相比现有技术的有益效果为：
1、本发明所述的生产液态纯净金属的方法，结合铁钢一体化和轻冶金的理念，以金属矿粉为原料，在高温条件下粉状原料熔化为液体，通过喷入还原性气体，两者发生气液反应，直接生产液态纯净金属，彻底舍弃高炉炼铁原有的烧结、球团和焦化等工艺流程；
2、本发明所述的生产液态纯净金属的方法中，不使用一般还原剂（煤粉、焦炭等），因而冶炼炉中渣量较少，可以相对减少大部分热量的不必要损失，并且可以保护冶炼炉炉衬的较长寿命,同时向冶炼炉炉体内喷入富氧气体，通过富氧气体与还原性气体燃烧产生热量，供金属矿粉熔化和还原反应所需，不仅大大减少原有冶炼过程中的大量包括SO2、NO2在内的污染物排放，而且能够降低获得液态纯金属的成本消耗。
附图说明
图1为本发明所述生产液态纯净金属的装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种生产液态纯净金属的装置，包括冶炼炉炉身，所述冶炼炉炉身1主体呈圆柱形，顶部和底部均呈锥形，炉身上部侧壁上设置有偶数个富氧鼓风管2，该偶数个富氧鼓吹管在炉身侧壁上呈对称分布，各富氧鼓吹管的出口端位于冶炼炉上部的燃烧区，炉身下部侧壁上设置有原料喷吹管3和还原气体喷吹管401，炉身底部侧壁上设有金属液体排出管6和废渣排出管5，所述炉身顶部设置有多个废气排出口7。并且，炉身底部也设置有多个还原气体喷吹管402。且从炉身底部伸出的还原气体喷吹管的出口端，位于冶炼炉中液态金属内部，以便气体喷入时，将液态金属形成“喷涌”形态，更利于还原反应的充分进行，以及热量的传递。
实施例2
本实施例利用实施例1所述的装置提供了一种生产液态纯净金属的方法，包括以下步骤：
（1）在冶炼炉将含铁矿粉熔融为液态炉料，由原料喷吹管喷入含铁矿粉，含铁矿粉在液态炉料的高温条件下瞬时液化为液态炉料，同时由还原气体喷吹管喷入还原性气体，利用还原性气体进行以气液反应为主的还原反应，还原液态炉料，生成液态纯净铁水，由金属液体排出管排出，其余炉渣则由废渣排出管排出；
（2）由富氧鼓风管喷入富氧气体，在冶炼炉炉腔内富氧气体和炉腔内的还原性气体发生燃烧反应，为含铁矿粉熔融和步骤（1）中的还原反应提供热量；
本方法冶炼炉内的反应分为两个区，一是上部的燃烧区，部分还原性气体与氧气接触燃烧，为整个冶炼炉提供热量；另一为下部的还原区，通过还原气体喷吹管喷吹还原性气体，而所述还原气体喷吹管的出口位于液态炉料的液面以下，且还原气体从炉身下部侧壁上和炉身底部的还原气体喷吹管一起喷入液态炉料中，形成“涌泉”现象，以便还原性气体和液态金属更充分的接触，加速还原反应的进行。
冶炼炉炉腔内还原区的主要反应为:
Fe2O3(l)+H2(g)→Fe(l)+H2O(g)
Fe2O3 (l)+CO(g)→Fe (l)+CO2(g)；
冶炼炉炉腔内燃烧区的主要反应为：
H2(g)+O2(g)→H2O(g)
CO(g)+O2(g)→CO2(g)；
（3）经上述反应，纯净金属被还原得到，由于比重不同，纯净金属和熔融渣相自动分层，纯净金属由金属液体排出管排出，熔融渣相由废渣排出管排出，反应中产生的废气由冶炼炉炉身顶部的多个废气排出口排出装置。
进一步的，所述富氧气体为常温富氧气体，其中氧气的体积比优选为80%。且所述富氧鼓吹管的出口存在于冶炼炉上部腔体中，与下部熔融渣相及液态金属保持一定距离。
进一步的，所述还原性气体为H2和CO的混合气体。
进一步的，步骤（1）中由原料喷吹管喷入的含铁矿粉中，添加增碳剂，增碳剂具体为煤粉等含碳含铁物料，所述增碳剂的质量百分比为3%。

Claims (9)

1.一种生产液态纯净金属的装置，包括冶炼炉炉身（1），其特征在于，所述冶炼炉炉身（1）主体呈圆柱形，顶部和底部均呈锥形，炉身上部侧壁上设置有富氧鼓风管（2），其出口端位于冶炼炉上部的燃烧区，炉身下部侧壁上设置有原料喷吹管（3）和还原气体喷吹管（401），炉身底部侧壁上设有金属液体排出管（6）和废渣排出管（5），所述炉身顶部设置有废气排出口（7）。
2.根据权利要求1所述的生产液态纯净金属的装置，其特征在于，炉身底部也设置有还原气体喷吹管（402）。
3.一种利用如权利要求1或2所述装置生产液态纯净金属的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）在冶炼炉将金属矿粉熔融为液态炉料，由原料喷吹管喷入金属矿粉，金属矿粉在液态炉料的高温条件下瞬时液化为液态炉料，同时由还原气体喷吹管喷入还原性气体，利用还原性气体进行以气液反应为主的还原反应，还原液态炉料，生成液态纯净金属，由金属液体排出管排出，其余炉渣则由废渣排出管排出；
（2）由富氧鼓风管喷入富氧气体，在冶炼炉炉腔内富氧气体和炉腔内的还原性气体发生燃烧反应，为金属矿粉熔融和步骤（1）中的还原反应提供热量；
冶炼炉炉腔内还原区的主要反应为:
XO(l)+H2(g)→X(l)+H2O(g)
XO(l)+CO(g)→X(l)+CO2(g)；
冶炼炉炉腔内燃烧区的主要反应为：
H2(g)+O2(g)→H2O(g)
CO(g)+O2(g)→CO2(g)；
（3）经上述反应，纯净金属被还原得到，由于比重不同，纯净金属和熔融渣相自动分层，纯净金属由金属液体排出管排出，熔融渣相由废渣排出管排出，反应中产生的废气由冶炼炉炉身顶部的废气排出口排出装置。
4.根据权利要求3所述的生产液态纯净金属的方法，其特征在于，所述富氧气体中氧气的体积比为50%-100%，其温度为25℃-1200℃。
5.根据权利要求3所述的生产液态纯净金属的方法，其特征在于，所述还原性气体包括含有H2和CO的焦炉煤气、改制煤气和煤制气，以及由C、H元素组成的有机气体。
6.根据权利要求5所述的生产液态纯净金属的方法，其特征在于，所述由C、H元素组成的有机气体包括甲烷和乙烯。
7.根据权利要求3所述的生产液态纯净金属的方法，其特征在于，所述还原气体喷吹管的出口位于液态炉料的液面处，或液面以下。
8.根据权利要求3所述的生产液态纯净金属的方法，其特征在于，步骤（1）中由原料喷吹管喷入的金属矿粉中，添加增碳剂，所述增碳剂的质量百分比为0.1-5%。
9.根据权利要求3所述的生产液态纯净金属的方法，其特征在于，所述还原气体从炉身下部侧壁上的还原气体喷吹管（401）和炉身底部的还原气体喷吹管（402）一起喷入液态炉料中，形成“涌泉”现象。
CN201910012378.6A 2019-01-07 2019-01-07 一种生产液态纯净金属的方法和装置 Pending CN109517935A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910012378.6A CN109517935A (zh) 2019-01-07 2019-01-07 一种生产液态纯净金属的方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910012378.6A CN109517935A (zh) 2019-01-07 2019-01-07 一种生产液态纯净金属的方法和装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109517935A true CN109517935A (zh) 2019-03-26

Family

ID=65798566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910012378.6A Pending CN109517935A (zh) 2019-01-07 2019-01-07 一种生产液态纯净金属的方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109517935A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111235338A (zh) * 2020-02-26 2020-06-05 内蒙古赛思普科技有限公司 一种利用熔融还原炉生产超低微量元素铁水的方法
CN111455121A (zh) * 2020-03-18 2020-07-28 内蒙古赛思普科技有限公司 一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法
CN112985057A (zh) * 2021-03-23 2021-06-18 中冶赛迪工程技术股份有限公司 一种热还原法冶炼金属的装置和方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101684507A (zh) * 2008-09-24 2010-03-31 莱芜钢铁集团有限公司 铁矿石气体还原直接炼钢工艺
CN108374067A (zh) * 2018-04-09 2018-08-07 东北大学 一种飞速还原直接炼钢的装置及方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101684507A (zh) * 2008-09-24 2010-03-31 莱芜钢铁集团有限公司 铁矿石气体还原直接炼钢工艺
CN108374067A (zh) * 2018-04-09 2018-08-07 东北大学 一种飞速还原直接炼钢的装置及方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111235338A (zh) * 2020-02-26 2020-06-05 内蒙古赛思普科技有限公司 一种利用熔融还原炉生产超低微量元素铁水的方法
CN111455121A (zh) * 2020-03-18 2020-07-28 内蒙古赛思普科技有限公司 一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法
CN112985057A (zh) * 2021-03-23 2021-06-18 中冶赛迪工程技术股份有限公司 一种热还原法冶炼金属的装置和方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101538631B (zh) 用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺及设备
US6368379B1 (en) Apparatus and method for producing reduced metal
CN102159731B (zh) 制造熔融铁的方法
CN109517935A (zh) 一种生产液态纯净金属的方法和装置
WO2017185859A1 (zh) 一种天闪炉
CN103114206A (zh) 从铜冶炼的铅银铋渣中回收有价元素的方法及其装置
CN111518986A (zh) 一种利用一次燃烧热能冶炼废钢系统及其炼钢方法
CN101265508A (zh) 用高炉炼铁工艺技术实现铬渣无害化资源化的方法
CN102121788A (zh) 冶炼熔炉
CN105506299A (zh) 一种低品位再生铅熔炼渣烟化炉处理系统及方法
CN101922861A (zh) 冶炼熔炉
CN102121789A (zh) 冶炼熔炉
CN102012160A (zh) 冶炼熔炉
CN103834752B (zh) 一种热态熔渣在线改质装置
CN111485060B (zh) 一种自发生煤气循环无尾气排放冶炼废钢系统及炼钢方法
CN212713622U (zh) 一种利用一次燃烧热能冶炼废钢系统
CN212335216U (zh) 一种高炉冶炼飞灰处理系统
CN205718453U (zh) 串联闪速炉
CN204625746U (zh) 采用喷吹竖炉生产镍铁水的装置
CN109628676A (zh) 一种直接生产纯净铁水的短流程工艺
CN106039863B (zh) 一种电解锰阳极渣处理铅氮硫的设备系统
CN101565767A (zh) 一种熔融还原炼铁方法
CN106498164A (zh) 一种采用节能环保型富氧熔炼炉处理有色金属物料的工艺方法
CN203794916U (zh) 一种热态熔渣在线改质装置
CN102331169A (zh) 冶炼熔炉

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190326

RJ01 Rejection of invention patent application after publication