CN113355474A - 一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及炼钢领域，具体涉及一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法，通过将可燃物能源加入熔炼气化装置气化为含有氢气的混合气体，并提取出氢气；在加热炉中加入铁矿、氢气、氧气和生物颗粒物反应生成海绵铁；将所述海绵铁和其他炼钢材料加入炼钢炉炼钢的方法，利用氢气和氧气气化达到碳中和，该炼钢方法不但低成本、低能耗，节省了炼钢的时间，还降低了炼钢过程中的碳排放量，解决了炼钢过程中空气污染的问题。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢领域，具体涉及一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法。
背景技术
传统的长流程技术中用铁矿制金属钢铁的方法是采用铁矿为原料，经烧结炉烧结制成烧结快，冷却后，再经过加工成高炉入炉要求。冷料加入高炉内的方法是一层焦炭一层烧结块料，用热空气、煤粉、吹熔炼制成金属液，即铁水，放渣后出铁水，出的铁水再经过转炉用吹氧气、脱碳，熔炼制成炼钢的要求出钢，再经过精炼炉制成成品钢。其中：
烧结能耗：烧结用的燃料为标煤、煤粉，用量每吨铁水为100Kg的标煤、煤粉。
高炉能耗：高炉炼铁的燃料用量每吨铁水焦炭加煤粉为500Kg（铁矿铁含量63%）。
2019年国际能源署（IEA）发布的数据显示：全球钢铁行业每年直接排放的二氧化碳总量高达26亿吨，高炉炼铁的二氧化碳排放量占比为67.02%。
发明专利CN104662167A公开了一种使用可再生能量用于生产钢铁的方法，其中铁矿石用氢气还原，所述氢气通过水的电解产生，电解所需的电能来自水力发电或风力或光伏源或其他可再生的能量的可再生能量，该发明的技术效果是可以持续性的使用可再生能量进行钢铁生产并减少碳的排放，但该发明需要依靠外在的水力或风力等形式发电才能产生氢气，因此炼钢的地点和条件受到了较大的限制，且前期的准备工作较为繁琐，间接的降低了炼钢的效率。而本发明不受地理环境的影响，同时降低了炼钢的时间，提升了炼钢的效率，还减少了空气污染，降低了炼钢过程中的碳排放量，因此，提出一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法是社会所需的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述长流程冶炼钢铁中的不足，降低炼钢过程中的碳排放量。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法，包括熔炼气化装置、气体分离装置、制氧装置、加热炉和炼钢炉，将可燃物能源加入所述熔炼气化装置气化产生含有氢气的混合气体，将所述混合气体通过气体分离装置分离制得氢气；将所述氢气、铁矿和其他炼制海绵铁材料添加至所述加热炉，反应生成海绵铁；将所述海绵铁和其他炼钢材料添加至炼钢炉，在所述炼钢炉中熔炼成金属液后与气体反应达到出钢要求出钢，经过精炼制成成品钢。其中，所述生成海绵铁温度为1100-1200℃，其他炼制海绵铁材料包括通过制氧装置制得的氧气和生物颗粒物，其他炼钢材料包括石灰、生物颗粒物、氢气和氧气，所述气体分离装置分别与加热炉和炼钢炉通过气体管道连通，所述制氧装置分别与加热炉和炼钢炉通过气体管道连通；所述炼钢炉为转炉或者电弧炉，当所述炼钢炉为转炉时，所述气体分离装置还需分离出二氧化碳气体通入转炉内。
优选的，所述海绵铁热料加入炼钢炉中，热料温度800-1000℃，
优选的，所述熔炼气化装置为熔炼气化炉。
优选的，所述气体分离装置为烟气分离器。
优选的，所述生物颗粒物为可燃的植物废料。
本发明的有益技术效果是低成本、低能耗，减少了空气污染，降低了炼钢过程中的碳排放量，同时，还降低了炼钢的时间，提升了炼钢的效率。
附图说明
图1为本发明的炼钢工艺流程图；
图2为炼钢设备气体连通示意图；
其中，1为熔炼气化炉，2为烟气分离器，3为加热炉，4为炼钢炉（转炉或者电弧炉），5为制氧装置。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例1：
在本实施例中包括熔炼气化炉1、烟气分离器2、制氧装置5、加热炉3和转炉4，其中所述熔炼气化炉1与所述烟气分离器2通过气体管道连通，所述烟气分离器2与所述加热炉3和所述转炉4通过气体管道连通，所述制氧装置5与所述加热炉3和所述转炉4通过气体管道连通；具体实施步骤为：在所述熔炼气化炉1中添加可燃物能源，气化产生含有氢气和二氧化碳的混合气体，将所述混合气体通入所述烟气分离器2进行气体分离，将分离后的氢气通入所述加热炉3中；将氢气通入所述加热炉3时，将铁矿、生物颗粒物和用所述制氧装置5制得的氧气添加至所述加热炉3内，其中所述生物颗粒物为秸秆、杂草、枝条等可燃的植物废料，所述氢气和氧气为气化加热剂，所述氢气还为脱氧剂，经过氢气与氧气气化加热烧结，再用氢气脱氧，还原制成高温1100-1200℃的海绵铁；在转炉4中先加入石灰和生物颗粒物，所述石灰为造渣剂和脱P脱S剂，所述生物颗粒物为增碳剂，再将800-1000℃的海绵铁全流程连续添加至所述转炉4中，通过氢气和氧气升温熔炼，将海绵铁炼制成金属液后用二氧化碳气和氧气为氧化、脱碳剂，其中二氧化碳气为所述烟气分离器2分离所得，使所述金属液达到出钢要求出钢，出钢后再经过精炼炉精炼成成品钢。其中，转炉每炉为100吨，炉内金属液的容量要在140吨以上，出钢量100吨后，炉内多余的40多吨钢水先加入增碳剂，因为低碳钢水好增碳，这样40多吨的钢水就变成铁水了，再连续加入同100吨钢水等量的海绵铁，再重复熔炼过程。经测试，通过本实施例的技术方案炼钢，转炉每炉为25-30分钟，不但降低了碳排放量，还能提高转炉炼钢的效率。
实施例2：
在本实施例中包括熔炼气化炉1、制氧装置5、烟气分离器2、加热炉3和电弧炉4，所述熔炼气化炉1与所述烟气分离器2通过气体管道连通，所述烟气分离器2与所述加热炉3和所述电弧炉4通过气体管道连通，所述制氧装置5与所述加热炉3和所述电弧炉4通过气体管道连通；具体实施步骤为：将可燃物能源加入所述熔炼气化炉1气化产生含有氢气的混合气体，将混合气体通入所述烟气分离器2分离出氢气，其余气体通过所述烟气分离器排除；将所述氢气通入所述加热炉3内，同时，所述加热炉3中还添加铁矿、生物颗粒物以及用所述制氧装置5制得的氧气，其中氢气和氧气的作用为气化加热剂，氢气还为脱氧剂，生物颗粒物的作用为取代煤粉，经过所述氢气和氧气气化加热烧结，再经氢气脱氧，还原制成高温1100-1200℃的海绵铁。在所述电弧炉4内先加入生物颗粒物和石灰，所述生物颗粒物为秸秆、杂草、枝条等可燃的植物废料，其作用为增碳剂、脱氧剂和还原剂，石灰的作用为造渣剂和脱P脱S剂，再通入氢气和氧气，其中氢气和氧气的作用为助熔，氧气还作为脱碳剂、氧化剂，再将温度为800-1000℃的海绵铁全流程连续加入所述电弧炉4中，用电升温，氢气和氧气助熔，熔炼制成金属液，经过氧气脱碳、氧化，熔炼达到出钢要求出钢，在经过精炼炉精炼成成品钢。其中，电弧炉4每炉为100吨，炉内金属液的容量要在130吨以上，出钢量100吨后，炉内多余的30多吨钢水先加入增碳剂，因为低碳钢水好增碳，这样30多吨钢水就变成了铁水，再连续加入与100吨钢水等量的海绵铁，再重复熔炼过程。经测试，通过本实施例的技术方案炼钢，电弧炉每炉为25-30分钟，不但成本低、能耗低，还降低了空气污染，提升了炼钢的效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法，其特征在于：包括熔炼气化装置、气体分离装置、制氧装置、加热炉和炼钢炉，将可燃物能源加入所述熔炼气化装置气化产生含有氢气的混合气体，将所述混合气体通过气体分离装置分离制得氢气；将所述氢气、铁矿和其他炼制海绵铁材料添加至所述加热炉，反应生成海绵铁；将所述海绵铁和其他炼钢材料添加至炼钢炉，利用氢气与氧气气化，反应达到出钢要求出钢；经过精炼制成成品钢。
2.根据权利要求1所述的一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法，其特征在于：所述生成海绵铁的温度为1100-1200℃。
3.根据权利要求1所述的一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法，其特征在于：所述其他炼制海绵铁材料包括通过制氧装置制得的氧气和生物颗粒物，所述其他炼钢材料包括石灰、生物颗粒物、氢气和氧气。
4.根据权利要求1所述的一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法，其特征在于：所述海绵铁热料加入炼钢炉中，热料温度800-1000℃，所述海绵铁在所述炼钢炉中熔炼成金属液后与炉内气体发生反应。
5.根据权利要求1所述的一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法，其特征在于：所述熔炼气化装置为熔炼气化炉，所述气体分离装置为烟气分离器。
6.根据权利要求1所述的一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法，其特征在于：所述炼钢炉为转炉或者电弧炉。
7.根据权利要求1或3所述的一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法，其特征在于：所述生物颗粒物为可燃的植物废料。
8.根据权利要求1或5所述的一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法，其特征在于：所述气体分离装置分别与加热炉和炼钢炉通过气体管道连通，所述制氧装置分别与加热炉和炼钢炉通过气体管道连通。
9.根据权利要求6所述的一种用铁矿、氢气、氧气炼钢铁碳中和的方法，其特征在于：当所述炼钢炉为转炉时，所述气体分离装置还需分离出二氧化碳气体通入所述转炉内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210907 |
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