CN110438277B - 一种旋风闪速还原直接炼钢系统及工艺 - Google Patents

一种旋风闪速还原直接炼钢系统及工艺 Download PDF

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Abstract

一种旋风闪速还原直接炼钢系统及工艺，所述系统包括一氧化碳制备装置、旋风闪速还原炉、电热熔分炉以及尾气后处理设备，所述尾气后处理设备包括预热/预还原装置、尾气除尘净化装置、换热器和尾气分离装置；所述工艺为：电化学还原二氧化碳制取一氧化碳和氧气，与铁矿粉、熔剂喷入旋风闪速还原炉，在900～1500℃下还原，得到金属化率为>70％的预还原铁粉/铁滴，进入电热熔分炉进行熔分和终还原，还原及熔炼尾气依次预热/预还原铁矿粉和熔剂、除尘、预热氧气后分离，得到一氧化碳和二氧化碳，分别返回旋风炉和二氧化碳还原装置循环使用。该工艺利用电能进行冶炼，不依赖化石燃料，一氧化碳循环利用，过程无污染物及二氧化碳排放，实现了清洁冶炼。

Description

一种旋风闪速还原直接炼钢系统及工艺
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及非高炉炼铁工艺，特别涉及一种旋风闪速还原直接炼钢系统及工艺。
背景技术
烧结→高炉→转炉是目前粗钢生产的主要流程，该流程集烧结(或球团)、炼焦、高炉炼铁和转炉炼钢四个工艺环节，具有生产流程长、能耗高、强烈依赖化石燃料资源而对环境污染严重等缺点。在当前全球环境污染和资源、能源短缺问题愈演愈烈之际，实行节能减排、推行清洁生产已成为全球钢铁工业持续发展的必由之路。
针对传统高炉炼铁流程高污染、高能耗问题，熔融还原炼铁技术因可降低对造块、烧结、炼焦等高污染、高耗能工序的依赖，近年来得以发展，成为钢铁工业实现节能减排和清洁生产的重要技术途径，如COREX、FINEX和HIsarna等工艺。COREX法采用上部预还原竖炉进行铁矿预还原，得到金属化率为70％～90％的金属化球团(DRI)，然后将DRI送入下部熔化气化炉进行终还原。该工艺生产过程中仍需依靠块矿、球团矿、烧结矿和部分焦炭来维持炉况顺行。FINEX工艺以粉矿为原料，采用多级流化态反应器完成铁矿预还原，获得金属化率为90％左右的还原铁粉，还原铁粉和粉煤经热压块后作为炉料加入熔化气化炉进行熔融终还原。HIsarna工艺以粉矿为主要原料，采用旋风熔化炉对粉矿进行闪速熔炼，粉矿、熔剂、煤粉以氧气为载体沿炉体切线方向喷吹到旋风熔化炉内，粉矿在运动过程中被还原熔化，进而沿着炉壁流淌、滴落到熔融还原炉内进行终还原。
专利CN101117650A提出熔融还原快速预还原细微铁矿粉的方法，将微米级铁矿粉在输送式反应器或快速流化床中580～750℃下预还原，预还原率为70％～85％的铁料经压块或喷粉导入熔融气化炉中进行终还原。专利CN102586527A提出一种氢碳熔融还原炼铁新工艺，铁矿粉经预热还原后，采用氢气和煤粉进行熔融还原。专利CN101906501A、CN101260448A、CN108374067A提出用粉矿和煤氧直接炼钢的工艺，铁矿粉经预还原后，与煤粉、氧气喷入炼钢炉内进行炼钢。
综上所述，现阶段熔融还原炼铁/直接炼钢方法可在一定程度上实现钢铁生产的减排目标，然而其冶炼过程仍依赖煤基还原剂，还原过程温室气体和污染物排放量大，而且生产过程所需能源来源于化石燃料等不可再生资源，无法有效解决钢铁生产过程巨大的能源消耗问题。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，而提供一种旋风闪速还原直接炼钢系统及工艺。
本发明一方面提供一种旋风闪速还原直接炼钢系统，所述系统包括：一氧化碳制备装置、旋风闪速还原炉、电热熔分炉以及尾气后处理设备，所述尾气后处理设备包括预热/预还原装置、尾气除尘净化装置、换热器和尾气分离装置；
所述一氧化碳制备装置包括二氧化碳还原反应器、一氧化碳储存罐和氧气储存罐，二氧化碳还原反应器通过管路与一氧化碳储存罐和氧气储存罐相连；
所述旋风闪速还原炉设有进料口、一氧化碳喷嘴、尾气出口，所述尾气出口设置在炉体顶部，所述进料口设置在炉壁上部，所述一氧化碳喷嘴设于进料口下方的炉壁上，该一氧化碳喷嘴通过管道与一氧化碳储存罐连接，所述旋风闪速还原炉底部与电热熔分炉连通；
所述电热熔分炉设有电极、出钢口、出渣口和底吹元件，所述底吹元件通过管道连接一氧化碳储存罐；
所述预热/预还原装置设有入气口、出气口、入料口、出料口，所述入气口与旋风闪速还原炉尾气出口连接，所述出气口连接除尘净化装置，所述入料口用于加入铁矿粉和熔剂粉剂，所述出料口通过进料管道与旋风闪速还原炉进料口连接；
所述除尘净化装置具有尾气入口、尾气出口以及除灰尘出料口，所述尾气入口连接预热/预还原装置，尾气出口与换热器连接，所述除尘灰出料口与进料管道连通；
所述换热器具有第一进气口、第一出气口、第二进气口、第二出气口，所述第一进气口与除尘净化装置尾气出口连接，所述第一出气口与尾气分离装置连接，所述第二进气口与氧气储存罐管道连接，所述第二出气口与进料管道连通；
所述尾气分离装置进气端连接换热器，出气端分别通过管道连接二氧化碳还原反应器及一氧化碳储存罐。
所述氧气储存罐与换热器连接的管道上设有氧气流量调节阀，所述一氧化碳储存罐与一氧化碳喷嘴连接的管道上、以及一氧化碳储存罐与电热熔分炉的底吹元件连接的管道上皆设有一氧化碳流量调节阀。
进一步地，所述旋风闪速还原炉的进料口沿炉体正切向布置。
进一步地，所述预热/预还原装置的入料口与铁矿粉进料斗和熔剂粉剂进料斗连通。
进一步地，所述预热/预还原装置采用单个或多个串联的流化床反应器，所述尾气分离装置采用吸附、薄膜分离设备。
进一步地，所述底吹元件至少一个，可以是喷管或者透气砖中的任意一种。
本发明另一方面提供一种基于上述系统的旋风闪速还原直接炼钢工艺，该工艺包括如下步骤：
步骤1.向二氧化碳还原反应器通入二氧化碳，进行电化学还原得到纯净的一氧化碳和氧气，一氧化碳纯度>99％，氧气纯度>99％，一氧化碳通过管道输送到一氧化碳储存罐，氧气通过管道输送到氧气储存罐；
步骤2.氧气储存罐中的氧气进入换热器，得到预热的氧气；铁矿粉和熔剂粉剂进入预热/预还原装置，得到预热/预还原粉料；粉料与预热氧气一同喷入旋风闪速还原炉，一氧化碳从一氧化碳喷嘴和电热熔分炉底部吹入，电热熔分炉向熔池底吹一氧化碳的强度为0.01～0.2m3/(tFe·min)，控制炉内温度为900～1500℃；粉料与一氧化碳在旋风炉内逆流运动过程中发生还原反应，得到金属化率为>70％的预还原铁粉/铁滴和预还原尾气；
步骤3.旋风闪速还原炉内形成的预还原铁粉/铁滴沿炉壁旋转运动过程中因重力作用直接落入与其下部连通的电热熔分炉，通过电极加热，控制电热熔分炉炉温为1600～1750℃，对预还原铁粉/铁滴进行电热熔分；在电热熔分炉底吹一氧化碳的作用下，进行熔池搅拌和熔融终还原；进行连续炼钢过程，得到钢水、炉渣和熔炼尾气，熔渣和钢水分别从出渣口、出钢口连续或间歇排出；
步骤4.旋风闪速还原炉内产生的还原尾气和电炉内的熔炼尾气从尾气出口排出，进入尾气后处理设备；首先高温含尘尾气经过预热/预还原装置，利用余热预热/预还原铁矿粉和熔剂粉剂，降温后的尾气送入除尘净化装置，净化除尘后，得到净化尾气和除尘灰，除尘灰返回旋风闪速还原炉，净化尾气进入换热器，进行余热利用，预热氧气，降温后进入尾气分离装置，分离出一氧化碳和二氧化碳，一氧化碳通过管路输送到一氧化碳储存罐，作为还原气返回到旋风闪速还原炉和电热熔分炉循环使用，二氧化碳通过管路输送到二氧化碳还原反应器，循环使用。
进一步地，步骤2中所述熔剂粉剂为炼钢造渣剂石灰、萤石、白云石中的一种或几种，所述铁矿粉全铁TFe含量≥50wt％；铁矿粉及熔剂粉剂平均粒度均≤2mm。
进一步地，步骤2中进入旋风闪速还原炉内的铁矿粉与氧气的质量比为1:(1～9)。
进一步地，控制步骤2中熔剂加入量，使电热熔分炉内的熔渣的二元碱度为1.0～3.0。
进一步地，所述步骤2中进料口吹入的氧气与一氧化碳喷嘴吹入一氧化碳体积比为(1～9)∶100。
本发明提出一种旋风闪速还原直接炼钢系统及工艺，该系统以二氧化碳还原反应器、旋风闪速还原炉、电热熔分炉为主体设备，利用二氧化碳电化学还原法制取还原气体一氧化碳，同时得到附加气体氧气；氧气与含铁粉料从旋风闪速还原炉上部进料口沿炉体切线方向喷吹到旋风炉内，同时还原气体一氧化碳从进料口下方吹入，部分一氧化碳燃烧放热为炉内提供部分热量，气固两相在旋风闪速还原炉内逆流运动过程中发生还原反应，得到金属化率为>70％的预还原铁粉/铁滴；预还原铁粉/铁滴落入与旋风闪速还原炉底部连通的电热熔分炉，进行电热熔分，同时从电热熔分炉底部喷吹一氧化碳进行熔池搅拌和熔炼终还原，实现连续炼钢，钢、渣分别从出钢口、出渣口排出；高温还原及熔炼尾气预热/预还原铁矿粉和熔剂粉剂，并经除尘净化后，除尘灰返回旋风闪速还原炉，净化尾气进入换热器，利用余热预热氧气/一氧化碳，低温净化尾气分离得到二氧化碳和一氧化碳，二氧化碳返回二氧化碳还原反应器，一氧化碳送入一氧化碳储存罐，实现资源循环利用。新工艺完全使用电能冶炼，避免了化石燃料等非可再生能源的使用，还原气一氧化碳在生产过程中循环利用，不仅过程无温室气体和污染物排放，实现了清洁生产，而且采用二氧化碳制取一氧化碳，可实现二氧化碳的资源化利用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)与传统钢铁冶炼工艺相比，本发明完全采用电能作为冶炼过程供能，取代了煤等化石燃料这些非可再生资源；电能可由核能、太阳能、生物质能等可再生、清洁能源产生，有利于缓解能源短缺问题；
(2)本发明的还原气体一氧化碳在生产过程中循环利用，过程无二氧化碳及污染物排放，不仅实现了清洁生产，而且用二氧化碳电化学还原法制取还原气，可实现二氧化碳的资源化利用；
(3)本发明充分利用粉矿资源，摆脱了炼焦、烧结、造球等工序，不需要转炉脱碳，从而简化炼钢流程，而且有望改善传统冶炼工艺引起的高污染、高能耗问题；
(4)本发明采用旋风炉进行铁矿粉的预还原，铁矿粉在旋风炉内沿炉壁做圆周旋转向下运动，可延长粉剂在炉内的停留时间及其与还原气体的接触时间，有利于提高还原率。
附图说明
图1是本发明所述系统结构示意图；
附图标记：1-二氧化碳还原反应器，2-一氧化碳储存罐，3-氧气储存罐，4-铁矿粉进料斗，5-熔剂粉剂进料斗，6-旋风闪速还原炉，7-电热熔分炉，8-旋风闪速还原炉氧气流量调节阀，9-旋风闪速还原炉一氧化碳流量调节阀，10-电热熔分炉一氧化碳底吹流量调节阀，11-预热/预还原装置，12-除尘净化装置，13-换热器；14-尾气分离装置，15-进料管道；
其中，旋风闪速还原炉包括：601-进料口，602-一氧化碳喷嘴，603-尾气出口；
其中，电热熔分炉包括：701-电极，702-底吹元件，703-出钢口，704-出渣口；
其中，换热器包括，1301-第一进气口，1302-第一出气口，1303-第二进气口，1304-第二出气口；
A-铁矿粉，B-熔剂粉剂，C-二氧化碳，D-一氧化碳，E-氧气，F-炉渣，G-钢水，H-尾气，I-预热/预还原的粉料，J-高温含尘尾气，K-除尘灰；
图2是本发明所述工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种旋风闪速还原直接炼钢系统，该系统包括：一氧化碳制备装置、旋风闪速还原炉、电热熔分炉以及尾气后处理设备，所述尾气后处理设备包括预热/预还原装置、尾气除尘净化装置、换热器和尾气分离装置；
所述一氧化碳制备装置包括二氧化碳还原反应器1、一氧化碳储存罐2和氧气储存罐3，二氧化碳还原反应器通过管路与一氧化碳储存罐和氧气储存罐相连；
所述旋风闪速还原炉6设有进料口601、一氧化碳喷嘴602、尾气出口603，所述尾气出口设置在炉体顶部，所述进料口设置在炉壁上部，且沿旋风闪速还原炉正切向布置，所述一氧化碳喷嘴设于进料口下方的炉壁上，该一氧化碳喷嘴通过管道与一氧化碳储存罐连接，且管道上设有一氧化碳流量调节阀9控制流量，所述旋风闪速还原炉底部与电热熔分炉连通；
所述电热熔分炉7设有电极701、底吹元件702、出钢口703和出渣口704，所述出钢口设置在炉壁底部，所述出渣口设置在炉渣层下方，所述底吹元件通过管道连接一氧化碳储存罐，并通过设置在管道上的一氧化碳流量调节阀10控制流量；
所述预热/预还原装置11采用单个或多个串联的流化床反应器，设有入气口、出气口、入料口、出料口，所述入气口与旋风闪速还原炉尾气出口连接，所述出气口连接除尘净化装置12，所述入料口用于加入铁矿粉和熔剂粉剂，且该入料口与铁矿粉进料斗4和熔剂粉剂进料斗5连通，所述出料口通过进料管道15与旋风闪速还原炉进料口连接；
所述除尘净化装置具有尾气入口、尾气出口以及除灰尘出料口，所述尾气入口连接预热/预还原装置，尾气出口与换热器13连接，所述除尘灰出料口与进料管道连通；
所述换热器具有第一进气口1301、第一出气口1302、第二进气口1303、第二出气口1304，所述第一进气口与除尘净化装置尾气出口连接，所述第一出气口与尾气分离装置14连接，所述第二进气口与氧气储存罐管道连接，且通过管道上设置的氧气流量调节阀8控制流量，所述第二出气口与进料管道连通；
所述尾气分离装置可采用吸附、薄膜分离设备，进气端连接换热器，出气端分别通过管道连接二氧化碳还原反应器及一氧化碳储存罐。
其中，所述底吹元件至少一个，可以是喷管或者透气砖中的任意一种。
本发明另一方面提供一种基于上述系统的旋风闪速还原直接炼钢工艺，该工艺包括如下步骤：
步骤1.向二氧化碳还原反应器通入二氧化碳C，进行电化学还原得到纯净的一氧化碳D和氧气E，一氧化碳纯度>99％，氧气纯度>99％，一氧化碳通过管道输送到一氧化碳储存罐，氧气通过管道输送到氧气储存罐；
步骤2.氧气储存罐中的氧气进入换热器，经高温净化尾气预热，得到预热的氧气；铁矿粉A和熔剂粉剂B从进料斗进入预热/预还原装置，经高温尾气预热/预还原，得到预热/预还原粉料I和含尘尾气；粉料与预热氧气一同从旋风闪速还原炉上部进料口沿炉体切线方向吹入旋风炉，一氧化碳从一氧化碳喷嘴和电热熔分炉底部吹入，电热熔分炉向熔池底吹一氧化碳的强度为0.01～0.2m3/(tFe·min)，炉内温度控制在900～1500℃；粉料与一氧化碳在旋风炉内逆流运动过程中发生还原反应，得到金属化率为>70％的预还原铁粉/铁滴和预还原尾气；同时部分一氧化碳与氧气发生燃烧反应放热，为炉内还原过程提供部分物理热；
其中，熔剂粉剂为炼钢造渣剂石灰、萤石、白云石中的一种或几种，所述铁矿粉全铁TFe含量≥50wt％；铁矿粉及熔剂粉剂平均粒度均≤2mm，进入旋风闪速还原炉内的铁矿粉与氧气的质量比为1:(1～9)，进料口吹入的氧气与一氧化碳喷嘴吹入一氧化碳体积为比(1～9)：100；
步骤3.旋风闪速还原炉内形成的预还原铁粉/铁滴沿炉壁旋转运动过程中因重力作用直接落入与旋风闪速还原炉下部连通的电热熔分炉，电热熔分炉通过电极加热，炉温控制在1600～1750℃，对预还原铁粉/铁滴进行电热熔分；在电热熔分炉底吹一氧化碳的作用下，进行熔池搅拌和熔融终还原；进行连续炼钢过程，得到钢水G、炉渣F和熔炼尾气，炉渣和钢水分别从出渣口、出钢口连续或间歇排出；
步骤4.旋风闪速还原炉内产生的还原尾气和电热熔分炉内的熔炼尾气从位于旋风闪速还原炉顶部的尾气出口排出，进入尾气后处理设备；首先尾气H经过预热/预还原装置，利用余热预热/预还原铁矿粉和熔剂粉剂，高温含尘尾气J送入除尘净化装置，净化除尘后，得到净化尾气和除尘灰K，除尘灰返回旋风闪速还原炉，净化尾气进入换热器，进行余热利用，预热氧气，降温后进入尾气分离装置，分离出一氧化碳和二氧化碳，一氧化碳通过管路输送到一氧化碳储存罐，作为还原气返回到旋风闪速还原炉和电热熔分炉循环使用，二氧化碳通过管路输送到二氧化碳还原反应器，循环使用。
其中，所述工艺还包括控制步骤2中熔剂粉剂加入量，使电热熔分炉内的熔渣的二元碱度为1.0～3.0。
其中，所述旋风闪速还原炉炉内温度控制在900～1500℃，炉内热量一部分来源于炉内一氧化碳燃烧放热，一部分来源于旋风炉下部电热熔分炉加热。
其中，所述电热熔分炉温度控制在1600～1750℃，热量由电能提供。
其中，所述旋风闪速还原直接炼钢工艺，整个系统(包括一氧化碳制备系统、电热熔分炉系统)所需能量来源于电能，电能产生方式可为核能、太阳能、水力等任意非化石燃料发电。
其中，所述二氧化碳还原反应器的二氧化碳来自于内部循环，损失部分由外部供给。
实施例1
一种采用上述系统及工艺的旋风闪速还原直接炼钢工艺，各步骤中涉及工艺参数具体如下：
步骤1.向二氧化碳还原反应器通入二氧化碳，进行电化学还原得到纯净的一氧化碳和氧气，一氧化碳纯度>99％，氧气纯度>99％；
步骤2.将铁矿粉和熔剂粉剂加入预热/预还原装置，所述铁矿粉全铁TFe含量为50wt％，平均粒度为2mm，铁矿粉和熔剂粉剂同预热氧气一同吹入旋风闪速还原炉，其中铁矿粉与氧气的质量比为1∶3，吹入一氧化碳，一氧化碳喷嘴喷吹量与氧气喷吹量的体积比为100:3，控制还原炉内温度为900～1500℃；粉料与一氧化碳在旋风闪速还原炉内逆流运动过程中发生还原反应，得到金属化率为>70％的预还原铁粉/铁滴和预还原尾气；
步骤3.控制电热熔分炉内温度为1750℃，同时控制熔剂加入量使电炉内熔渣的二元碱度为3.0，造渣剂为石灰粉，平均粒度为2mm，电热熔分炉底部喷吹强度为0.1m3/(tFe·min)的一氧化碳；进行熔池搅拌，同时完成熔融终还原，终还原得到的钢水和熔渣分别从出钢口和出渣口排出；所制得的钢水为C的质量分数为0.01％～0.40％、温度为1750℃的钢水，用于后续精炼工序，生产超纯净钢；
步骤4.还原及熔炼尾气依次预热/预还原铁矿粉和熔剂粉剂、除尘、预热氧气后分离，得到一氧化碳和二氧化碳，分别返回旋风闪速还原炉和二氧化碳还原装置循环使用。
实施例2
一种采用上述系统及工艺的旋风闪速还原直接炼钢工艺，各步骤中涉及工艺参数具体如下：
步骤1.向二氧化碳还原反应器通入二氧化碳，进行电化学还原得到纯净的一氧化碳和氧气，一氧化碳纯度>99％，氧气纯度>99％；
步骤2.将铁矿粉和熔剂加入预热/预还原装置，所述铁矿粉全铁TFe含量为60wt％，平均粒度为1mm，铁矿粉和熔剂粉剂同预热氧气一同吹入旋风闪速还原炉，其中铁矿粉与氧气的质量比为1∶5，吹入一氧化碳，一氧化碳喷嘴喷吹量与氧气喷吹量的体积比为100:5，控制还原炉内温度为900～1500℃；粉料与一氧化碳在炉内逆流运动过程中发生还原反应，得到金属化率为>70％的预还原铁粉/铁滴和预还原尾气；
步骤3.控制电热熔分炉内温度为1700℃，同时控制熔剂加入量使电炉内熔渣的二元碱度为2.0，造渣剂为石灰粉，平均粒度为1mm，电热熔分炉底部喷吹强度为0.05m3/(tFe·min)的一氧化碳；进行熔池搅拌，同时完成熔融终还原，终还原得到的钢水和炉渣分别从出钢口和出渣口排出；所制得的钢水为C的质量分数为0.01％～0.40％、温度为1700℃的钢水，用于后续精炼工序，生产超纯净钢；
步骤4.还原及熔炼尾气依次预热/预还原铁矿粉和熔剂粉剂、除尘、预热氧气后分离，得到一氧化碳和二氧化碳，分别返回旋风闪速还原炉和二氧化碳还原装置循环使用。
实施例3
一种采用上述系统及工艺的旋风闪速还原直接炼钢工艺，各步骤中涉及工艺参数具体如下：
步骤1.向二氧化碳还原反应器通入二氧化碳，进行电化学还原得到纯净的一氧化碳和氧气，一氧化碳纯度>99％，氧气纯度>99％；
步骤2.将铁矿粉和熔剂加入预热/预还原装置，所述铁矿粉全铁TFe含量为68wt％，平均粒度为0.5mm，铁矿粉和熔剂粉剂同预热氧气一同吹入旋风闪速还原炉，其中铁矿粉与氧气的质量比为1∶9，吹入一氧化碳，一氧化碳喷嘴喷吹量与氧气喷吹量的体积比为100:9，控制还原炉内温度为900～1500℃；粉料与一氧化碳在炉内逆流运动过程中发生还原反应，得到金属化率为>70％的预还原铁粉/铁滴和预还原尾气；
步骤3.控制电热熔分炉内温度为1600℃，同时控制熔剂加入量使电炉内熔渣的二元碱度为1.0，造渣剂为石灰粉，平均粒度为0.5mm，电热熔分炉底部喷吹强度为0.02m3/(tFe·min)的一氧化碳；进行熔池搅拌，同时完成熔融终还原，终还原得到的钢水和炉渣分别从出钢口和出渣口排出；所制得的钢水为C的质量分数为0.01％～0.40％、温度为1600℃的钢水，用于后续精炼工序，生产超纯净钢；
步骤4.还原及熔炼尾气依次预热/预还原铁矿粉和熔剂粉剂、除尘、预热氧气后分离，得到一氧化碳和二氧化碳，分别返回旋风闪速还原炉和二氧化碳还原装置循环使用。
以上技术方案阐述了本发明的技术思路，不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种旋风闪速还原直接炼钢系统，其特征在于，所述系统包括：一氧化碳制备装置、旋风闪速还原炉、电热熔分炉以及尾气后处理设备，所述尾气后处理设备包括预热/预还原装置、尾气除尘净化装置、换热器和尾气分离装置；
所述一氧化碳制备装置包括二氧化碳还原反应器、一氧化碳储存罐和氧气储存罐，二氧化碳还原反应器通过管路与一氧化碳储存罐和氧气储存罐相连；
所述旋风闪速还原炉设有进料口、一氧化碳喷嘴、尾气出口，所述尾气出口设置在炉体顶部，所述进料口设置在炉壁上部，该进料口沿炉体正切向布置；所述一氧化碳喷嘴设于进料口下方的炉壁上，该一氧化碳喷嘴通过管道与一氧化碳储存罐连接，所述旋风闪速还原炉底部整体与电热熔分炉连通，旋风闪速还原炉与电热熔分炉内腔贯通呈一体式结构；
所述电热熔分炉设有电极、出钢口、出渣口和底吹元件，所述底吹元件通过管道连接一氧化碳储存罐；
所述预热/预还原装置设有入气口、出气口、入料口、出料口，所述入气口与旋风闪速还原炉尾气出口连接，所述出气口连接除尘净化装置，所述入料口用于加入铁矿粉和熔剂粉剂，所述出料口通过进料管道与旋风闪速还原炉进料口连接；
所述除尘净化装置具有尾气入口、尾气出口以及除尘灰 出料口，所述尾气入口连接预热/预还原装置，尾气出口与换热器连接，所述除尘灰出料口与进料管道连通；
所述换热器具有第一进气口、第一出气口、第二进气口、第二出气口，所述第一进气口与除尘净化装置尾气出口连接，所述第一出气口与尾气分离装置连接，所述第二进气口与氧气储存罐管道连接，所述第二出气口与进料管道连通；
所述尾气分离装置进气端连接换热器，出气端分别通过管道连接二氧化碳还原反应器及一氧化碳储存罐；
所述氧气储存罐与换热器连接的管道上设有氧气流量调节阀，所述一氧化碳储存罐与一氧化碳喷嘴连接的管道上、以及一氧化碳储存罐与电热熔分炉的底吹元件连接的管道上皆设有一氧化碳流量调节阀。
2.根据权利要求1所述的一种旋风闪速还原直接炼钢系统，其特征在于，所述底吹元件至少一个，可以是喷管或者透气砖中的任意一种。
3.一种基于权利要求1所述系统的旋风闪速还原直接炼钢工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤：
步骤1.向二氧化碳还原反应器通入二氧化碳，进行电化学还原得到纯净的一氧化碳和氧气，一氧化碳纯度>99％，氧气纯度>99％，一氧化碳通过管道输送到一氧化碳储存罐，氧气通过管道输送到氧气储存罐；
步骤2.氧气储存罐中的氧气进入换热器，得到预热的氧气；铁矿粉和熔剂粉剂进入预热/预还原装置，得到预热/预还原粉料；粉料与预热氧气一同喷入旋风闪速还原炉，一氧化碳从一氧化碳喷嘴和电热熔分炉底部吹入，电热熔分炉向熔池底吹一氧化碳的强度为0.01～0.2m3/(tFe·min)，控制炉内温度为900～1500℃；粉料与一氧化碳在旋风炉内逆流运动过程中发生还原反应，得到金属化率为>70％的预还原铁粉/铁滴和预还原尾气；
步骤3.旋风闪速还原炉内形成的预还原铁粉/铁滴沿炉壁旋转运动过程中因重力作用直接落入与其下部连通的电热熔分炉，通过电极加热，控制电热熔分炉炉温为1600～1750℃，对预还原铁粉/铁滴进行电热熔分；在电热熔分炉底吹一氧化碳的作用下，进行熔池搅拌和熔融终还原；进行连续炼钢过程，得到钢水、炉渣和熔炼尾气，熔渣和钢水分别从出渣口、出钢口连续或间歇排出；
步骤4.旋风闪速还原炉内产生的还原尾气和电炉内的熔炼尾气从尾气出口排出，进入尾气后处理设备；首先高温含尘尾气经过预热/预还原装置，利用余热预热/预还原铁矿粉和熔剂粉剂，降温后的尾气送入除尘净化装置，净化除尘后，得到净化尾气和除尘灰，除尘灰返回旋风闪速还原炉，净化尾气进入换热器，进行余热利用，预热氧气，降温后进入尾气分离装置，分离出一氧化碳和二氧化碳，一氧化碳通过管路输送到一氧化碳储存罐，作为还原气返回到旋风闪速还原炉和电热熔分炉循环使用，二氧化碳通过管路输送到二氧化碳还原反应器，循环使用。
4.根据权利要求3所述的一种旋风闪速还原直接炼钢工艺，其特征在于，步骤2中所述熔剂粉剂为炼钢造渣剂石灰、萤石、白云石中的一种或几种，铁矿粉全铁TFe含量≥50wt％；铁矿粉及熔剂粉剂平均粒度均≤2mm。
5.根据权利要求4所述的一种旋风闪速还原直接炼钢工艺，其特征在于，步骤2中进入旋风闪速还原炉内的铁矿粉与氧气的质量比为1:(1～9)。
6.根据权利要求3所述的一种旋风闪速还原直接炼钢工艺，其特征在于，所述工艺还包括控制步骤2中熔剂加入量，使电热熔分炉内的熔渣的二元碱度为1.0～3.0。
7.根据权利要求3所述的一种旋风闪速还原直接炼钢工艺，其特征在于，所述步骤2中进料口吹入的氧气与一氧化碳喷嘴吹入的一氧化碳体积比为(1～9)：100。
8.根据权利要求3所述的一种旋风闪速还原直接炼钢工艺，其特征在于，所述电热熔分炉炉内热量由电能提供，所述旋风闪速还原炉炉内热量来源为：炉内一氧化碳燃烧放热以及下部电热熔分炉加热。
9.根据权利要求3所述的一种旋风闪速还原直接炼钢工艺，其特征在于，所述二氧化碳还原反应器的二氧化碳来自于内部循环，损失部分由外部供给。
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