CN113195745A - 二氧化碳减排型铁水制造装置及其制造方法 - Google Patents

二氧化碳减排型铁水制造装置及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种二氧化碳减排型铁水制造装置，其包括：还原单元，用于利用还原气体使粉矿还原；压块供应单元，用于利用所述还原后的粉矿制造含铁和氧化铁中至少一种的第一还原压块；气体供应单元，用于供应产生自焦炭制造设备的副产气体；以及反应单元，用于使所述第一还原压块和所述副产气体发生反应，以制造含碳化铁的第二还原压块和所述副产气体改性而成的还原气体，并将所述还原气体供应到所述还原单元。

Description

二氧化碳减排型铁水制造装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种二氧化碳减排型铁水制造装置及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种二氧化碳减排型铁水制造装置及其制造方法，一方面利用改性的还原气体使粉矿还原，另一方面利用含碳化铁的还原压块制造铁水，从而可以减少焦炭的使用量降低二氧化碳的排出量。
背景技术
目前，世界上大约60％的铁产量是采用自14世纪发展起来的高炉法生产的。根据高炉法，将经历烧结过程的铁矿和用烟煤作原料制成的焦炭一起装入高炉后，再吹入氧气使铁矿还原成铁，由此制造铁水。
如此，在铁水生产设备中最普及的高炉法考虑到反应特性，要求原料具有至少一定等级以上的强度且具有在炉中能确保透气性的粒度。由于上述原因，通过处理特定原煤而获得的焦炭用作碳源，该碳源用作燃料和还原剂。同样地，经历连续烧结处理(agglomerating process)的烧结矿主要用作铁源。
因此，现代高炉法必然需要原料初步处理设备，诸如焦炭生产设备和烧结设备。亦即，除了高炉之外，还需要配备附属设备，而且需要设置用于防止附属设备造成的各种污染的防污装备。因此，存在对附加设备和装备的大量投资导致生产成本增加的问题。
作为用于解决高炉法的这些问题的方案提出了一种技术，将炼铁工艺副产气体、含氢资源和生物质(Biomass)等通过风口直接或改性后吹入，从而替代用于高炉的部分焦炭，以减少用于高炉的焦炭。
另外，还提出了一种技术，对炼铁工艺副产气体、含氢资源和生物质(Biomass)等进行改性转换成还原气体后，利用该还原气体对铁矿石进行还原制造预还原矿，然后用该预还原矿代替上述的烧结矿装入高炉，从而减少高炉内矿石还原所需的焦炭和部分烧结矿。
然而，对于前一种技术，通过风口吹入气体时，由于风口周围的燃烧温度过度下降以及出现高炉内缺热现象等，吹入量受到限制。对于后一种技术，由于制造还原铁装入高炉的方法需要单独的气体重整炉，在确保经济性方面存在商业化问题。
发明内容
技术问题
本发明提供一种二氧化碳减排型铁水制造装置及其制造方法，一方面利用改性的还原气体使粉矿还原，另一方面利用含碳化铁的还原压块制造铁水，从而可以减少焦炭的使用量降低二氧化碳的排出量。
技术方案
根据本发明的一个实施例的二氧化碳减排型铁水制造装置，其包括：还原单元，用于利用还原气体使粉矿还原；压块供应单元，用于利用所述还原后的粉矿制造含铁和氧化铁中至少一种的第一还原压块；气体供应单元，用于供应产生自焦炭制造设备的副产气体；以及反应单元，用于使所述第一还原压块和所述副产气体发生反应，以制造含碳化铁的第二还原压块和所述副产气体改性而成的还原气体，并将所述还原气体供应到所述还原单元。
所述铁水制造装置还可包括：还原熔炼炉；焦炭装入单元，用于将由所述焦炭制造设备制造的焦炭装入所述还原熔炼炉；以及压块装入单元，用于将所述第二还原压块装入所述还原熔炼炉。
所述反应单元可包括：反应炉，用于进行所述第一还原压块和所述副产气体的反应。
所述反应单元还可包括：第一还原气体管道，用于供应由所述反应炉制造的还原气体；以及第一供应线，用于供应由所述反应炉制造的第二还原压块。
所述还原单元可包括：燃烧器，用于使从所述反应炉接收的还原气体部分燃烧；第二还原气体管道，用于供应所述部分燃烧的还原气体；第一氧气吹入器，用于将氧气吹入所述燃烧器；以及流化床还原炉，用于通过所述部分燃烧的还原气体和氧气进行所述粉矿的还原。
所述压块供应单元可包括：粉矿储仓，用于储存所述还原后的粉矿；压制机，用于对从所述粉矿储仓接收的所述还原后的粉矿进行热压，以制造所述第一还原压块；破碎机，用于对所述热压的第一还原压块进行破碎；以及输送线，用于将所述破碎的第一还原压块供应到所述反应炉。
所述气体供应单元可包括：供应管道，用于供应产生自所述焦炭制造设备的副产气体；加热器，其连接于所述供应管道，用于加热所述副产气体；以及高温气体管道，其连接所述加热器和所述反应炉，用于供应所述加热后的副产气体。
所述气体供应单元还可包括：硫化氢吹入器，用于将硫化氢吹入所述高温气体管道；以及第二氧气吹入器，用于将氧气吹入所述高温气体管道。
所述还原单元还可包括：换热器，其中通过产生自所述流化床还原炉的高温废气；除尘器，用于对经过所述换热器的废气进行湿法除尘；排出管道，用于排出所述湿法除尘的废气；第一循环管道，其从所述排出管道分支，并连接于所述换热器，用于对所述湿法除尘的废气中一部分进行供热；以及第二循环管道，其连接所述换热器和所述燃烧器，用于供应所述经过供热的废气。
所述焦炭装入单元可包括：焦炭储仓，用于储存由所述焦炭制造设备制造的焦炭；以及原料输送线，用于将从所述焦炭储仓接收的焦炭输送到所述还原熔炼炉。
所述压块装入单元可包括：冷却器，用于冷却从所述反应炉接收的第二还原压块；第二供应线，用于供应所述冷却后的第二还原压块；压块储仓，用于储存所述冷却后的第二还原压块；切出机，用于切出从所述压块储仓接收的第二还原压块；以及第三供应线，用于将所述切出的第二还原压块供应到所述原料输送线。
可以从所述反应炉的上方进行所述第一还原压块的供应，并且可以从所述反应炉的下方进行所述副产气体的供应。
根据本发明的一个实施例的二氧化碳减排型铁水制造方法，其包括：利用还原气体使粉矿还原的步骤；利用所述还原后的粉矿准备含铁和氧化铁中至少一种的第一还原压块的步骤；准备产生自焦炭制造设备的副产气体的步骤；以及使所述第一还原压块和所述副产气体发生反应以制造含碳化铁的第二还原压块和所述副产气体改性而成的还原气体的步骤，在所述使粉矿还原的步骤中，利用所述副产气体改性而成的还原气体使粉矿还原。
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤之后，还可包括：将由所述焦炭制造设备制造的焦炭装入还原熔炼炉的步骤；以及将所述第二还原压块装入所述还原熔炼炉的步骤。
所述准备副产气体的步骤可包括：对产生自所述焦炭制造设备并含氢气和烃的副产气体进行加热的步骤；以及将所述加热后的副产气体与硫化氢和氧气一起吹入的步骤。
在所述将副产气体与硫化氢和氧气一起吹入的步骤中，相对于所述吹入的副产气体、硫化氢和氧气整体100体积％，所述氧气可为13体积％至18体积％。
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，所述副产气体和所述第一还原压块的反应温度可为700℃至750℃。
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，所述硫化氢与所述氢的分压比(PH2S/PH2)可为0.0003至0.0005。
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，所述副产气体和所述第一还原压块的反应可包括下述反应式1至3中至少一种。
[反应式1]CH4+H2O->CO+4H2
[反应式2]Fe+CH4->Fe3C+H2
[反应式3]FeO+CH4->Fe3C+H2O
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，所述第一还原压块发挥催化剂作用，所述副产气体可以改性成含一氧化碳和氢气的还原气体。
相对于整体100体积％，所述还原气体的85体积％以上可为一氧化碳和氢气。
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，所述副产气体和所述第一还原压块的反应压力可以保持在常压以下。
在所述使粉矿还原的步骤中，所述粉矿的还原率可为65％至75％。
发明效果
根据本发明的一个实施例的二氧化碳减排型铁水制造装置，其包括：还原单元，用于利用还原气体使粉矿还原；压块供应单元，用于利用所述还原后的粉矿制造含铁和氧化铁中至少一种的第一还原压块；气体供应单元，用于供应产生自焦炭制造设备的副产气体；以及反应单元，用于使所述第一还原压块和所述副产气体发生反应，以制造含碳化铁的第二还原压块和所述副产气体改性而成的还原气体，并将所述还原气体供应到所述还原单元。
所述制造装置还可包括：还原熔炼炉；焦炭装入单元，用于将由所述焦炭制造设备制造的焦炭装入所述还原熔炼炉；以及压块装入单元，用于将所述第二还原压块装入所述还原熔炼炉。
所述反应单元可包括：反应炉，用于进行所述第一还原压块和所述副产气体的反应。
所述反应单元还可包括：第一还原气体管道，用于供应由所述反应炉制造的还原气体；以及第一供应线，用于供应由所述反应炉制造的第二还原压块。
所述还原单元可包括：燃烧器，用于使从所述反应炉接收的还原气体部分燃烧；第二还原气体管道，用于供应所述部分燃烧的还原气体；第一氧气吹入器，用于将氧气吹入所述燃烧器；以及流化床还原炉，用于通过所述部分燃烧的还原气体和氧气进行所述粉矿的还原。
所述压块供应单元可包括：粉矿储仓，用于储存所述还原后的粉矿；压制机，用于对从所述粉矿储仓接收的所述还原后的粉矿进行热压，以制造所述第一还原压块；破碎机，用于对所述热压的第一还原压块进行破碎；以及输送线，用于将所述破碎的第一还原压块供应到所述反应炉。
所述气体供应单元可包括：供应管道，用于供应产生自所述焦炭制造设备的副产气体；加热器，其连接于所述供应管道，用于加热所述副产气体；以及高温气体管道，其连接所述加热器和所述反应炉，用于供应所述加热后的副产气体。
所述气体供应单元还可包括：硫化氢吹入器，用于将硫化氢吹入所述高温气体管道；以及第二氧气吹入器，用于将氧气吹入所述高温气体管道。
所述还原单元还可包括：换热器，其中通过产生自所述流化床还原炉的高温废气；除尘器，用于对经过所述换热器的废气进行湿法除尘；排出管道，用于排出所述湿法除尘的废气；第一循环管道，其从所述排出管道分支，并连接于所述换热器，用于对所述湿法除尘的废气中一部分进行供热；以及第二循环管道，其连接所述换热器和所述燃烧器，用于供应所述经过供热的废气。
所述焦炭装入单元可包括：焦炭储仓，用于储存由所述焦炭制造设备制造的焦炭；以及原料输送线，用于将从所述焦炭储仓接收的焦炭输送到所述还原熔炼炉。
所述压块装入单元可包括：冷却器，用于冷却从所述反应炉接收的第二还原压块；第二供应线，用于供应所述冷却后的第二还原压块；压块储仓，用于储存所述冷却后的第二还原压块；切出机，用于切出从所述压块储仓接收的第二还原压块；以及第三供应线，用于将所述切出的第二还原压块供应到所述原料输送线。
可以从所述反应炉的上方进行所述第一还原压块的供应，并且可以从所述反应炉的下方进行所述副产气体的供应。
根据本发明的一个实施例的二氧化碳减排型铁水制造方法，其包括：利用还原气体使粉矿还原的步骤；利用所述还原后的粉矿准备含铁和氧化铁中至少一种的第一还原压块的步骤；准备产生自焦炭制造设备的副产气体的步骤；以及使所述第一还原压块和所述副产气体发生反应以制造含碳化铁的第二还原压块和所述副产气体改性而成的还原气体的步骤，在所述使粉矿还原的步骤中，利用所述副产气体改性而成的还原气体使粉矿还原。
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤之后，还可包括：将由所述焦炭制造设备制造的焦炭装入还原熔炼炉的步骤；以及将所述第二还原压块装入所述还原熔炼炉的步骤。
所述准备副产气体的步骤可包括：对产生自所述焦炭制造设备并含氢气和烃的副产气体进行加热的步骤；以及将所述加热后的副产气体与硫化氢和氧气一起吹入的步骤。
在所述将副产气体与硫化氢和氧气一起吹入的步骤中，相对于所述吹入的副产气体、硫化氢和氧气整体100体积％，所述氧气可为13体积％至18体积％。
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，所述副产气体和所述第一还原压块的反应温度可为700℃至750℃。
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，所述硫化氢与所述氢的分压比(PH2S/PH2)可为0.0003至0.0005。
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，所述副产气体和所述第一还原压块的反应可包括下述反应式1至3中至少一种。
[反应式1]CH4+H2O->CO+4H2
[反应式2]Fe+CH4->Fe3C+H2
[反应式3]FeO+CH4->Fe3C+H2O
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，所述第一还原压块发挥催化剂作用，所述副产气体可以改性成含一氧化碳和氢气的还原气体。
相对于整体100体积％，所述还原气体的85体积％以上可为一氧化碳和氢气。
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，所述副产气体和所述第一还原压块的反应压力可以保持在常压以下。
在所述使粉矿还原的步骤中，所述粉矿的还原率可为65％至75％。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的二氧化碳减排型铁水制造装置的示意图。
图2是示出根据本发明的一个实施例的二氧化碳减排型铁水制造装置中模拟反应炉中的热和材料平衡的结果的视图。
图3是示意性地示出根据本发明的实施例的焦炭减少效果的视图。
具体实施方式
第一、第二、第三等词汇用于描述各部分、成分、区域、层和/或段，但这些部分、成分、区域、层和/或段不应该被这些词汇限制。这些词汇仅用于区分某一部分、成分、区域、层和/或段与另一部分、成分、区域、层和/或段。因此，在不脱离本发明的范围内，下面描述的第一部分、成分、区域、层和/或段也可以被描述为第二部分、成分、区域、层和/或段。
本文所使用的术语只是出于描述特定实施例，并不意在限制本发明。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则本文所使用的单数形式也意在包括复数形式。在说明书中使用的“包括”可以具体指某一特性、领域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，但并不排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。
如果某一部分被描述为在另一个部分之上，则可以直接在另一个部分上面或者其间存在其他部分。当某一部分被描述为直接在另一个部分上面时，其间不存在其他部分。
虽然没有另作定义，但是本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同。
对于辞典中定义的术语，应该被解释为具有与相关技术文献和本文中公开的内容一致的意思，而不应该以理想化或过于正式的含义来解释它们的意思。
在下文中，将详细描述本发明的实施例，以便本发明所属领域的普通技术人员能够容易地实施它们。然而，本发明可以以多种不同的形式实施而不限于以下描述的实施例。
二氧化碳减排型铁水制造装置
如图1所示，根据本发明的一个实施例的二氧化碳减排型铁水制造装置，其包括：还原单元100，用于利用还原气体使粉矿还原；压块供应单元200，用于利用还原后的粉矿制造含铁和氧化铁中至少一种的第一还原压块；气体供应单元300，用于供应产生自焦炭制造设备10的副产气体；以及反应单元400，用于使第一还原压块和副产气体发生反应，以制造含碳化铁的第二还原压块和副产气体改性而成的还原气体，并将还原气体供应到还原单元100。
反应单元400可包括：反应炉410，用于进行副产气体和第一还原压块的反应。反所述应单元400可包括：第一还原气体管道420，用于供应由反应炉410制造的还原气体；以及第一供应线430，用于供应由反应炉410制造的第二还原压块。
另一方面，根据本发明的一个实施例的二氧化碳减排型铁水制造装置，其还可包括：还原熔炼炉500；焦炭装入单元600，用于将由焦炭制造设备10制造的焦炭装入还原熔炼炉500；以及压块装入单元700，用于将第二还原压块装入还原熔炼炉500。
还原单元100利用含一氧化碳(CO)的还原气体使粉矿还原。粉矿中可包括铁矿石。
具体地，还原单元100可包括：燃烧器110，用于使从反应炉410接收的还原气体部分燃烧；第二还原气体管道120，用于供应部分燃烧的还原气体；第一氧气吹入器130，用于将氧气吹入燃烧器110；以及流化床还原炉140，用于通过部分燃烧的还原气体和氧气进行粉矿的还原。
燃烧器110连接于供应由反应炉410制造的还原气体的第一还原气体管道420，可以使所接收的还原气体部分燃烧。第二还原气体管道120连接于燃烧器110，可以使部分燃烧的还原气体移动。
第一氧气吹入器130连接于燃烧器110，可以将氧气吹入燃烧器110。第二还原气体管道120连接于流化床还原炉140，可以将部分燃烧的还原气体和氧气供应到流化床还原炉140。通过使还原气体中所含的一氧化碳和氢气部分燃烧，可以用燃烧热使还原气体升温。
在流化床还原炉140中，粉矿与部分燃烧的还原气体和氧气发生反应，从而可以被还原。流化床还原炉140可以由3级至4级的多级组成。
具体地，还原单元100还可包括：换热器150，其中通过产生自流化床还原炉140的高温废气；除尘器160，用于对经过换热器150的废气进行湿法除尘；排出管道170，用于排出湿法除尘的废气；第一循环管道180，其从排出管道170分支，并连接于换热器150，用于对湿法除尘的废气中一部分进行供热；以及第二循环管道190，其连接换热器150和所述燃烧器110，用于供应经过供热的废气。
换热器150连接于流化床还原炉140，可以使由部分燃烧的还原气体和氧气还原粉矿后排出的高温废气通过。除尘器160连接于换热器150，可以对高温废气进行湿法除尘，以去除废气中存在的粉尘。
排出管道170可以向外排出湿法除尘的废气。另一方面，第一循环管道180是从排出管道170分支，并连接于换热器150，湿法除尘的废气中一部分可以从换热器150接收热量。第二循环管道190连接换热器150和燃烧器110，从换热器150接收热量的废气移动到燃烧器110与还原气体一起经过部分燃烧升温后，可以供应到流化床还原炉140。
将废气中一部分作为还原气体再使用是为了提高气体的利用率，再使用的废气比例是相对于整体100体积％，废气可为70体积％至80体积％。因此，可以防止还原气体中二氧化碳含量过高导致还原率下降的现象。
压块供应单元200连接于还原单元100和反应单元400，利用从还原单元100接收的还原后的粉矿制造第一还原压块，并将第一还原压块供应到反应单元400。
具体地，压块供应单元200可包括：粉矿储仓210，用于储存还原后的粉矿；压制机220，用于对从粉矿储仓210接收的还原后的粉矿进行热压，以制造第一还原压块；破碎机230，用对热压的第一还原压块进行破碎；以及输送线240，用于将破碎的第一还原压块供应到反应炉410。
储存在粉矿储仓210的还原后的粉矿可以是通过还原单元100由粉矿和还原气体的反应生成后储存的。
压制机220连接于粉矿储仓210，对从粉矿储仓210接收的还原后的粉矿进行热压，从而可以制造第一还原压块。
破碎机230可以对第一还原压块进行破碎，再将破碎的第一还原压块供应到输送线240。输送线240连接破碎机230和反应炉410，可以将破碎的第一还原压块供应到反应炉410。
气体供应单元300连接于焦炭制造设备10和反应单元400，将产生自焦炭制造设备10的副产气体供应到反应单元400。副产气体可以是COG，副产气体中可以含有氢气和烃。烃可包括C2H2和CH4中的至少一种。
具体地，气体供应单元300可包括：供应管道310，用于供应产生自焦炭制造设备10的副产气体；加热器320，其连接于供应管道310，用于加热副产气体；以及高温气体管道330，其连接加热器320和反应炉410，用于供应加热后的副产气体。
供应管道310连接焦炭制造设备10和加热器320，可以将产生自焦炭制造设备10的副产气体供应到加热器320。加热器320可以加热接收的副产气体，将其转换成高温副产气体。高温气体管道330连接加热器320和反应单元400的反应炉410，可以将加热后的副产气体供应到反应炉410。
具体地，气体供应单元300还可包括：硫化氢吹入器340，用于将硫化氢吹入高温气体管道330；以及第二氧气吹入器350，用于将氧气吹入高温气体管道330。
硫化氢吹入器340连接于高温气体管道330，可以将硫化氢(H2S)与加热后的副产气体一起供应到反应炉410。通过控制硫化氢与副产气体中所含的氢气的分压比(PH2S/PH2)，可以使第一还原压块中所含的铁(Fe)或氧化铁(FeO)稳定地转化为碳化铁(Fe3C)。
第二氧气吹入器350连接于高温气体管道330，可以将氧气(O2)与加热后的副产气体一起供应到反应炉410。通过控制相对于副产气体、硫化氢和氧气总体积的氧气的体积比，可以将反应炉410的温度调节成副产气体和第一还原压块的反应容易发生的温度。
反应单元400中进行从压块供应单元200接收的第一还原压块和从气体供应单元300接收的副产气体的反应，从而制造含碳化铁的第二还原压块和含一氧化碳的还原气体。
具体地，在组成反应单元400的反应炉410中，第一还原压块发挥催化剂作用，进而副产气体可以改性成含一氧化碳和氢气的还原气体。此外，第一还原压块中所含的铁或氧化铁和副产气体中所含的烃发生反应，从而可以生成含碳化铁的第二还原压块。
含碳化铁的第二还原压块可以通过第一供应线430供应到装入单元，副产气体改性而成的还原气体可以通过第一还原气体管道420供应到还原单元100的燃烧器110。
由于利用第一还原压块，可以将副产气体经济实惠地改性成还原气体，并且通过将含碳化铁的第二还原压块用于铁水制造，可以减少传统上还原和熔炼所消耗的焦炭的量。
因此，相较于传统工艺，可以减少二氧化碳排出量。
具体地，输送线240连接到反应炉410的上方，可以从反应炉410的上方供应第一还原压块，而高温气体管道330连接到反应炉410的下方，可以从反应炉410的下方供应副产气体。
因此，通过使第一还原压块和副产气体交叉，可以期待有效的反应。
还原熔炼炉500中可以制造铁水。还原熔炼炉500可以由高炉组成。
焦炭装入单元600连接于焦炭制造设备10和还原熔炼炉500，可以将由焦炭制造设备10制造的焦炭装入还原熔炼炉500。具体地，焦炭装入单元600可包括：焦炭储仓610，用于储存由焦炭制造设备10制造的焦炭；以及原料输送线620，用于将从焦炭储仓610接收的焦炭输送到还原熔炼炉500。
焦炭储仓610中储存由焦炭制造设备10制造的焦炭，可以将焦炭供应到原料输送线620。焦炭可以通过原料输送线620供应到还原熔炼炉500。另一方面，供应铁源的铁源储仓也连接于原料输送线620，可以将铁源通过原料输送线620供应到还原熔炼炉500。
压块装入单元700连接于反应单元400和还原熔炼炉500，可以将反应单元400中制造的第二还原压块供应到还原熔炼炉500。具体地，压块装入单元700可包括：冷却器710，用于冷却从反应炉410接收的第二还原压块；第二供应线720，用于供应冷却后的第二还原压块；压块储仓730，用于储存冷却后的第二还原压块；切出机740，用于切出从压块储仓730接收的第二还原压块；以及第三供应线750，用于将切出的第二还原压块供应到原料输送线620。
冷却器710连接于反应单元400的第一供应线430，可以冷却从第一供应线430接收的第二还原压块。第二供应线720连接于冷却器710，可以供应冷却后的第二还原压块，冷却后的第二还原压块可以储存到连接于第二供应线720的压块储仓730。
切出机740从压块储仓730切出第二还原压块，切出的第二还原压块沿着第三供应线750供应到原料输送线620，从而可与焦炭和铁源一起供应到还原熔炼炉500。
二氧化碳减排型铁水制造方法
根据本发明的一个实施例的二氧化碳减排型铁水制造方法，其包括：利用还原气体使粉矿还原的步骤；利用还原后的粉矿准备含铁和氧化铁中至少一种的第一还原压块的步骤；准备产生自焦炭制造设备的副产气体的步骤；以及使第一还原压块和副产气体发生反应以制造含碳化铁的第二还原压块和副产气体改性而成的还原气体的步骤，在使粉矿还原的步骤中，利用副产气体改性而成的还原气体使粉矿还原。
根据本发明的一个实施例的二氧化碳减排型铁水制造方法，其在制造第二还原压块和还原气体的步骤之后，还可包括：将由焦炭制造设备制造的焦炭装入还原熔炼炉的步骤；以及将第二还原压块装入还原熔炼炉的步骤。
首先，在使粉矿还原的步骤中，利用含一氧化碳(CO)的还原气体使粉矿还原。利用通过第一还原压块和副产气体的反应副产气体改性的还原气体使粉矿还原。具体地，使副产气体改性而成的还原气体部分燃烧后，再与氧气一起供应到用于还原粉矿的流化床还原炉。
此时，粉矿的还原率可为65％至75％。因此，可以抑制矿石之间的粘附现象，并且可以防止多级流化床还原炉的操作效率下降。
另外，通过降低还原熔炼炉内的矿石还原负担和熔炼负担，可以减少还原和熔炼所消耗的焦炭量。
接下来，在准备第一还原压块的步骤中，利用还原后的粉矿制造含铁和氧化铁中至少一种的第一还原压块。具体地，可以对还原后的粉矿进行热压形成第一还原压块，然后对热压的第一还原压块进行破碎，使其与副产气体发生反应。
接下来，在准备副产气体的步骤中，准备产生自焦炭制造设备的副产气体。副产气体中可含有氢气和烃。烃可包括C2H2和CH4中的至少一种。
具体地，准备副产气体的步骤可包括：对产生自焦炭制造设备并含氢气和烃的副产气体进行加热的步骤；将加热后的副产气体与硫化氢和氧气一起吹入的步骤。
对含氢气和烃的副产气体进行加热后，可以使加热后的副产气体与硫化氢和氧气一起与第一还原压块进行反应。氧气可与加热后的副产气体进行反应，进而发生如下述化学式所示的反应而升温。
[化学式]2H2+O2->2H2O
此时，相对于所吹入的副产气体、硫化氢和氧气整体100体积％，可以将氧气控制在13体积％至18体积％。当氧气不足13体积％时，在制造第二还原压块和还原气体的步骤中，可能难以将第一还原压块和副产气体的反应温度控制在700℃至750℃。
另一方面，当氧气超过18体积％时，由于氧气消耗量过多，经济性会下降。
接下来，在制造第二还原压块和还原气体的步骤中，使第一还原压块和副产气体发生反应，从而制造含碳化铁的第二还原压块和副产气体改性而成的还原气体。
具体地，第一还原压块中所含的铁或氧化铁和副产气体中所含的烃发生反应，从而可以制造含碳化铁的第二还原压块，第一还原压块发挥催化剂作用，含烃和氢气的副产气体可以改性成含一氧化碳和氢气的还原气体。
可以进行包括下述反应式1至3中至少一种的反应。
[反应式1]CH4+H2O->CO+4H2
[反应式2]Fe+CH4->Fe3C+H2
[反应式3]FeO+CH4->Fe3C+H2O
对于第二还原压块中所含的碳化铁(Fe3C)，其熔化温度低于金属铁，因此装入还原熔炼炉后，有助于还原熔炼炉内软熔带稳定化，从而可以提高操作效率。但是，由于碳化铁是热力学上不稳定的物质，需要使其稳定。因此，可以将硫化氢与氢的分压比(PH2S/PH2)控制在0.0003至0.0005。由此，可以使第二还原压块中所含的碳化铁稳定。
另一方面，为了使第一还原压块和副产气体的反应顺利进行，可以将反应温度控制在700℃至750℃。此外，可以将第一还原压块和副产气体的反应压力保持在常压以下。这是因为，所述反应式1至3都是体积增加的反应，压力越低，反应率会越增加。
相对于整体100体积％，通过第一还原压块和副产气体的反应而生成的还原气体的85体积％以上可为一氧化碳和氢气。
实施发明的方式
在下文中，将描述本发明的具体实施例。然而，下述实施例只是本发明的一个具体实施例而已，本发明不限于下述实施例。
实施例
(1)铁水的制造
(实施例)利用根据本发明的一个实施例的二氧化碳减排型铁水制造装置来制造铁水。按照图2和图3的条件制造铁水。如图2所示，随着反应炉中第一还原压块和副产气体发生反应，副产气体中所含的C2H2和CH4形式的烃大部分分解成CO和H2，进而改性成还原气体，第一还原压块中所含的Fe和FeO转化成Fe3C，从而制造第二还原压块。
反应炉中硫化氢与氢的分压比(PH2S/PH2)保持为0.00042，反应温度保持为720℃，反应压力保持为常压以下。利用反应炉中生成的还原气体使粉矿还原。此时，使粉矿的还原率达到70％。每1Nm3的副产气体制造出1.8kg的第二还原压块，利用所制造的第二还原压块，并与焦炭和铁源一起装入还原熔炼炉，从而制造铁水。
(比较例)根据传统的高炉操作，利用含铁和氧化铁的烧结矿按照图3的条件制造铁水。
(2)二氧化碳减排效果
从图3可以确认，与根据传统的高炉操作制造铁水的比较例相比，在实施例的情况下，还原熔炼炉中生产每1吨铁水，可以减少焦炭15kg。
因此，与传统工艺相比，可以减少二氧化碳的排出量。
本发明能以各种不同方式实施，并不局限于上述的实施方案和/或实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员可以理解在不改变本发明的技术思想或必要特征的情况下能够通过其他具体方式实施本发明。因此，应该理解上述的实施方案和/或实施例在所有方面都是示例性的，并不是限制性的。
符号说明
10：焦炭制造设备
100：还原单元 110：燃烧器
120：第二还原气体管道 130：第一氧气吹入器
140：流化床还原炉 150：换热器
160：除尘器 170：排出管道
180：第一循环管道 190：第二循环管道
200：压块供应单元 210：粉矿储仓
220：压制机 230：破碎机
240：输送线 300：气体供应单元
310：供应管道 320：加热器
330：高温气体管道 340：硫化氢吹入器
350：第二氧气吹入器 400：反应单元
410：反应炉 420：第一还原气体管道
430：第一供应线 500：还原熔炼炉
600：焦炭装入单元 610：焦炭储仓
620：原料输送线 700：压块装入单元
710：冷却器 720：第二供应线
730：压块储仓 740：切出机
750：第三供应线

Claims (23)

1.一种二氧化碳减排型铁水制造装置，其包括：
还原单元，用于利用还原气体使粉矿还原；
压块供应单元，用于利用所述还原后的粉矿制造含铁和氧化铁中至少一种的第一还原压块；
气体供应单元，用于供应产生自焦炭制造设备的副产气体；以及
反应单元，用于使所述第一还原压块和所述副产气体发生反应，以制造含碳化铁的第二还原压块和所述副产气体改性而成的还原气体，并将所述还原气体供应到所述还原单元。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳减排型铁水制造装置，其还包括：
还原熔炼炉；
焦炭装入单元，用于将由所述焦炭制造设备制造的焦炭装入所述还原熔炼炉；以及
压块装入单元，用于将所述第二还原压块装入所述还原熔炼炉。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳减排型铁水制造装置，其中，
所述反应单元包括：
反应炉，用于进行所述第一还原压块和所述副产气体的反应。
4.根据权利要求3所述的二氧化碳减排型铁水制造装置，其中，
所述反应单元还包括：
第一还原气体管道，用于供应由所述反应炉制造的还原气体；以及
第一供应线，用于供应由所述反应炉制造的第二还原压块。
5.根据权利要求3所述的二氧化碳减排型铁水制造装置，其中，
所述还原单元包括：
燃烧器，用于使从所述反应炉接收的还原气体部分燃烧；
第二还原气体管道，用于供应所述部分燃烧的还原气体；
第一氧气吹入器，用于将氧气吹入所述燃烧器；以及
流化床还原炉，用于通过所述部分燃烧的还原气体和氧气进行所述粉矿的还原。
6.根据权利要求3所述的二氧化碳减排型铁水制造装置，其中，
所述压块供应单元包括：
粉矿储仓，用于储存所述还原后的粉矿；
压制机，用于对从所述粉矿储仓接收的所述还原后的粉矿进行热压，以制造所述第一还原压块；
破碎机，用于对所述热压的第一还原压块进行破碎；以及
输送线，用于将所述破碎的第一还原压块供应到所述反应炉。
7.根据权利要求3所述的二氧化碳减排型铁水制造装置，其中，
所述气体供应单元包括：
供应管道，用于供应产生自所述焦炭制造设备的副产气体；
加热器，其连接于所述供应管道，用于加热所述副产气体；以及
高温气体管道，其连接所述加热器和所述反应炉，用于供应所述加热后的副产气体。
8.根据权利要求7所述的二氧化碳减排型铁水制造装置，其中，
所述气体供应单元还包括：
硫化氢吹入器，用于将硫化氢吹入所述高温气体管道；以及
第二氧气吹入器，用于将氧气吹入所述高温气体管道。
9.根据权利要求5所述的二氧化碳减排型铁水制造装置，其中，
所述还原单元还包括：
换热器，其中通过产生自所述流化床还原炉的高温废气；
除尘器，用于对经过所述换热器的废气进行湿法除尘；
排出管道，用于排出所述湿法除尘的废气；
第一循环管道，其从所述排出管道分支，并连接于所述换热器，用于对所述湿法除尘的废气中一部分进行供热；以及
第二循环管道，其连接所述换热器和所述燃烧器，用于供应所述经过供热的废气。
10.根据权利要求3所述的二氧化碳减排型铁水制造装置，其中，
所述焦炭装入单元包括：
焦炭储仓，用于储存由所述焦炭制造设备制造的焦炭；以及
原料输送线，用于将从所述焦炭储仓接收的焦炭输送到所述还原熔炼炉。
11.根据权利要求10所述的二氧化碳减排型铁水制造装置，其中，
所述压块装入单元包括：
冷却器，用于冷却从所述反应炉接收的第二还原压块；
第二供应线，用于供应所述冷却后的第二还原压块；
压块储仓，用于储存所述冷却后的第二还原压块；
切出机，用于切出从所述压块储仓接收的第二还原压块；以及
第三供应线，用于将所述切出的第二还原压块供应到所述原料输送线。
12.根据权利要求3所述的二氧化碳减排型铁水制造装置，其中，
从所述反应炉的上方进行所述第一还原压块的供应，并且从所述反应炉的下方进行所述副产气体的供应。
13.一种二氧化碳减排型铁水制造方法，其包括：
利用还原气体使粉矿还原的步骤；
利用所述还原后的粉矿准备含铁和氧化铁中至少一种的第一还原压块的步骤；
准备产生自焦炭制造设备的副产气体的步骤；以及
使所述第一还原压块和所述副产气体发生反应以制造含碳化铁的第二还原压块和所述副产气体改性而成的还原气体的步骤，
在所述使粉矿还原的步骤中，
利用所述副产气体改性而成的还原气体使粉矿还原。
14.根据权利要求13所述的二氧化碳减排型铁水制造方法，其中，
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤之后，还包括：
将由所述焦炭制造设备制造的焦炭装入还原熔炼炉的步骤；以及
将所述第二还原压块装入所述还原熔炼炉的步骤。
15.根据权利要求13所述的二氧化碳减排型铁水制造方法，其中，
所述准备副产气体的步骤包括：
对产生自所述焦炭制造设备并含氢气和烃的副产气体进行加热的步骤；以及
将所述加热后的副产气体与硫化氢和氧气一起吹入的步骤。
16.根据权利要求15所述的二氧化碳减排型铁水制造方法，其中，
在所述将副产气体与硫化氢和氧气一起吹入的步骤中，
相对于所述吹入的副产气体、硫化氢和氧气整体100体积％，所述氧气为13体积％至18体积％。
17.根据权利要求13所述的二氧化碳减排型铁水制造方法，其中，
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，
所述副产气体和所述第一还原压块的反应温度为700℃至750℃。
18.根据权利要求15所述的二氧化碳减排型铁水制造方法，其中，
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，
所述硫化氢与所述氢的分压比(PH2S/PH2)为0.0003至0.0005。
19.根据权利要求13所述的二氧化碳减排型铁水制造方法，其中，
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，
所述副产气体和所述第一还原压块的反应包括下述反应式1至3中至少一种，
[反应式1]CH4+H2O->CO+4H2
[反应式2]Fe+CH4->Fe3C+H2
[反应式3]FeO+CH4->Fe3C+H2O。
20.根据权利要求13所述的二氧化碳减排型铁水制造方法，其中，
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，
所述第一还原压块发挥催化剂作用，所述副产气体改性成含一氧化碳和氢气的还原气体。
21.根据权利要求20所述的二氧化碳减排型铁水制造方法，其中，
相对于整体100体积％，所述还原气体的85体积％以上为一氧化碳和氢气。
22.根据权利要求13所述的二氧化碳减排型铁水制造方法，其中，
在所述制造第二还原压块和还原气体的步骤中，
所述副产气体和所述第一还原压块的反应压力保持在常压以下。
23.根据权利要求13所述的二氧化碳减排型铁水制造方法，其中，
在所述使粉矿还原的步骤中，
所述粉矿的还原率为65％至75％。
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