CN114438270A - 全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法 - Google Patents
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Abstract
一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法，属于氢冶金低碳炼铁技术领域。可大幅度降低炼铁生产中碳的使用量和减少CO2的排放量。炼铁系统组成中包括还原熔化炉、炉顶煤气除尘器、干燥器、烟囱、电解水装置、CO2分离器、风机、换热器、还原气备用储气罐，还原熔化炉自上而下依次包括间接还原区、软熔滴落区、焦炭燃烧及渣铁区；炼铁方法包括矿焦装料、间接还原区喷入电解绿氢及炉顶煤气循环的混合还原气、焦炭燃烧区鼓入纯氧、炉顶煤气CO2回收、出铁。通过设计相应的炉型及工艺，使间接还原区金属化率达85‑95%，大大降低吨铁冶炼碳耗。采用全氧使自身反应器还原产生的煤气循环利用，达到降低40%以上的CO2排放目标，实现绿色低碳冶炼。
Description
技术领域
本发明涉及氢冶金低碳炼铁技术领域，特别是一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及其炼铁工艺。
背景技术
目前，炼铁生产主要采用高炉炼铁，其以焦炭、煤粉为燃料和还原剂，高炉炼铁生产过程中，炉内直接还原度高达30-40%，间接还原度仅为60-70%，使得高炉炼铁能耗高、排放大、污染严重等问题较为突出。虽然国内至少有6.2亿吨钢铁产能正在实施全球最严的超低排放改造工程，但由于高炉炼铁使用空气冶炼，故生成的高炉煤气含有大量氮气，导致高炉煤气发热值较低、还原能力较差，不具备脱碳再循环使用的价值，成为制约高炉技术未来发展的瓶颈。为降低高炉炼铁的碳排放，亟待对传统高炉炼铁发起挑战，开发低碳炼铁技术。中国专利2016800810792公开了一种向高炉炉身部供给含氢气的还原气体的方法，其在反应器内向预热的焦炉煤气供给含氧气体并升温至1200-1800℃，由此生成富含氢气的改质气体，在所述反应器内将含CO的气体与该改质气体混合，将氢气浓度调整为15-35％(湿)而得到还原气体，在还原气体吹入炉身部的流量/还原气体吹入风口的流量比>0.42的条件下，向高炉炉身部和风口部两部分供给该还原气体；中国专利申请2021111991046公开的欧冶炉与富氢碳循环高炉耦合的生产系统，其使用的还原煤气来自于欧冶炉煤气，其中一部分欧冶炉自用回配，另一部分通过还原气煤气管道，压缩机加压后利用加热系统将脱除CO2的还原气加热至900℃左右，通过风口喷吹管道和富氢碳循环高炉炉身下部煤气管道，向富氢碳循环高炉进行两段式喷吹欧冶炉的脱除CO2的还原气，达到富氢碳循环高炉与欧冶炉耦合的目的。
但上述氢冶金技术均利用其它附属设备进行煤气改质，均不能完全采用自身反应器所产生的还原煤气实现自循环，并未实现真正意义上的绿色低碳冶金。另外，高比例富氢也是未来大幅度减少碳排放的必然要求，且富氢来源必须是绿氢产生方为可行。在满足上述工艺参数要求下，若继续使用高炉作为反应器，必然会面临传统高炉无法打破的直接还原极限、氧气高炉遭遇的“下热上凉”、喷煤带来的透气透液性差和鼓风动能减小带来的中心供气不足等问题，因此，亟需通过改变炉型及相应工艺来解决上述现有技术中存在的问题，以便最大限度地突破传统高炉内直接还原和间接还原比例极限，以真正实现低碳冶炼。
基于此，本发明提出了一种全氧富氢低碳还原熔化新工艺，通过设计全新的炉型转变现有高炉炼铁中约30-40%的碳直接还原与约70-60%的CO间接还原方式，降低吨铁冶炼的碳耗，不仅使用全氧大幅度提高冶炼炉的利用系数，还可通过炉顶煤气循环方式，完成碳资源的自循环利用，达到至少降低40%的二氧化碳排放目标，实现真正的绿色低碳冶炼。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术中的问题而提供一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法，通过设计相应的炉型及工艺方法，采用自身反应器还原产生的煤气进行循环利用，大幅降低炼铁生产中碳的使用量和减少CO2的排放量，使间接还原区金属化率的比例达到85-95%，直接还原方式占5-15%，实现绿色低碳冶金。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：
一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，组成中包括还原熔化炉、炉顶煤气除尘器、干燥器、烟囱、电解水装置、CO2分离器、风机、换热器、还原气备用储气罐；所述还原熔化炉顶部设有进料口，炉顶煤气出口（3）与炉顶煤气除尘器相连，煤气经除尘器除尘后通入干燥器，经干燥器干燥后的炉顶煤气通入CO2分离器，分离后的CO2从分离器的顶部排出并储存，由CO2分离器的出口排出的还原气体一部分与电解水装置制取的绿氢混合通入换热器中，经加热后通入还原熔化炉中，剩余部分存入还原气备用储气罐中，换热器燃烧废气通过烟囱排入大气；所述还原熔化炉体由上至下依次为间接还原区Ⅰ、软熔滴落区Ⅱ、焦炭燃烧及渣铁区Ⅲ区域；
上述全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，所述间接还原区Ⅰ内型为圆台状，倾角α为83-89º；加热后的富氢还原气由富氢还原气进风口通入热风围管中，富氢还原气入炉风口沿热风围管底部圆周均匀分布，向下倾角θ为30-70º；所述软熔滴落区Ⅱ为倒圆台状，倾角β为72-80º；所述焦炭燃烧及渣铁区Ⅲ为圆柱状，在上部沿圆周均匀设置有纯氧气风口，倾角为向下4-6º；在中下段设置出铁出渣口，沿圆周设置。
上述一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，所述富氢还原气进风口为两个，对向设置；所述富氢还原气入炉风口的个数为10-90个；所述富氢还原气入炉风口的下端位置为料面以下8-13米；由于还原气体向下的冲击深度约1-2米，故间接还原区总高度为9-15米，圆台直径1.5-11米；所述软熔滴落区Ⅱ的高度为2-6米；所述纯氧气风口的个数为5-32个，沿圆周均匀设置；所述出铁出渣口（6）数量为1-4个。
一种使用上述炼铁系统进行全氧富氢低碳还原熔化炼铁的方法，包括如下步骤：
（1）装料：将含铁物料与焦炭混匀后分批次从炉顶加入还原熔化炉，保持料面在炉口水平面下300-1500mm；
（2）间接还原区还原：经换热器加热后的富氢还原气从富氢还原气进风口喷入还原熔化炉内进入上部间接还原区底部；同时，由纯氧与焦炭燃烧产生的CO还原气体从焦炭燃烧及渣铁区生成上升至上部间接还原区底部；在两股气体的共同作用下，在间接还原区含铁物料还原为铁，金属化率为85-95%；
（3）软熔滴落：焦炭燃烧生成的高温CO气体在软熔滴落区上升过程中加热含铁炉料，使之软熔滴落；
（4）焦炭燃烧及渣铁熔化：在还原熔化炉焦炭燃烧和渣铁区的上部沿圆周均匀设置的进风口鼓入纯氧用于焦炭的燃烧，产生的热量用于渣铁的熔化与升温及生成的CO还原气体加热；
（5）出渣铁：还原熔化炉生成的铁水和炉渣从设置在焦炭燃烧和渣铁产生段的中下部的铁口排出；
（6）炉顶煤气循环制取富氢还原气：冶炼过程中生成的炉顶煤气，从还原熔化炉炉顶煤气出口排出进入除尘器；除尘后的炉顶煤气经干燥器脱H2O和CO2分离器脱除CO2后形成以CO和H2为主要成分的还原气，之后在还原气中配加由电解水装置制取的H2制成富氢混合还原气。经加热炉加热后由富氢还原气进风口喷入还原熔化炉，实现还原熔化炉还原气自循环。
上述（1）装料步骤中，所述含铁物料为烧结矿、球团矿或矿石中的任一种或几种，与焦炭采用完全混合布料的方式，矿焦比为4.0-5.5；
上述（2）间接还原还原区还原步骤中，所述间接还原区吹入的富氢还原气占总还原气体的60-80%，焦炭燃烧产生气体占总还原气体的20-40%；
上述（6）炉顶煤气循环制取混合还原气步骤中，所述富氢还原气还原气中H2与CO的比例可以在下述范围内进行调整：H2体积分数范围在50-90％，CO体积分数范围在10-50％；
上述（6）炉顶煤气循环制取混合还原气步骤中，经换热器加热后的富氢还原气温度为850-1000℃。
本发明全氧富氢还原熔化炼铁工艺的核心设备为还原熔化炉，所述还原熔化炉体由上至下分为间接还原区、软熔滴落区、焦炭燃烧及渣铁区三个主要功能区域。其中在还原熔化炉的间接还原区底部设有进风口，用于喷入850-1000℃富氢还原气，同时在焦炭燃烧及渣铁区纯氧与焦炭燃烧产生CO还原气体。含铁物料与焦炭混匀后从炉顶加料口加入还原熔化炉，在富氢还原气及焦炭燃烧产生CO两股气流共同作用下，含铁物料在下行的过程中被预热和还原，在间接还原区底部金属化率达到85-95%。在还原熔化炉的焦炭燃烧区供给的纯氧与焦炭燃烧，生成热量用于渣铁的熔化与升温及CO的加热，最后得到的铁水和炉渣从铁口排出。冶炼过程产生的炉顶煤气经除尘、干燥、分离CO2、配加电解水制取的绿氢、加热后，从富氢还原气进风口处循环喷入炉内。
本发明的全氧富氢还原熔化炉，其炉顶密封及炉体冷却方式与常规高炉相同。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过设计相应的炉型及全氧富氢工艺，使间接还原区金属化率的比例达到85-95%，大大降低了吨铁冶炼的碳耗。采用全氧可使自身反应器还原产生的煤气进行循环利用，达到降低40%以上的二氧化碳排放目标，实现绿色低碳冶炼。
附图说明
图1是本发明全氧富氢还原熔化炼铁系统及工艺流程图；
图2是本发明一个实施例的还原熔化炉功能区图；
图3是本发明一个实施例的还原熔化炉炉型结构剖面图；
图4 是本发明一个实施例的还原熔化炉外观图。
图中标记如下：1、还原熔化炉；2、进料口；3、炉顶煤气出口；4、富氢还原气进风口；5、全氧风口；6、出铁出渣口；7、除尘器；8、干燥器；9、电解水制氢装置；10、风机；11、换热器；12、烟囱；13、CO2气体；14、CO2分离器；15、还原气备用储气罐；16、富氢还原气入炉风口；17、富氢还原气围管；18、炉体钢壳及耐火材料内衬层； H1、料面高度；H2、富氢还原气入炉风口高度；H3、富氢还原气入炉风口向下1-2米高度；H4、风口回旋区上沿高度；H5、炉底高度；Ⅰ、间接还原区（高度由H1-H3）；Ⅱ、软熔滴落区（高度由H3-H4）；Ⅲ、为焦炭燃烧及渣铁区（高度由H4-H5）。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例，对本发明作进一步详述。
实施例1：本实施例为100m3还原熔化炉的全氧富氢还原熔化炼铁系统及炼铁方法。
全氧富氢炼铁还原熔化炼铁系统包括还原熔化炉1、炉顶煤气除尘器7、干燥器8、烟囱12、电解水装置9、CO2分离器14、风机10、换热器11、还原气备用储气罐15。
所述还原熔化炉1顶部设有进料口2，炉顶煤气出口3与炉顶煤气除尘器7相连，煤气经除尘器7除尘后通入干燥器8，经干燥器8干燥后的炉顶煤气通入CO2分离器14，分离后的CO2从分离器14的顶部排出并储存13，由CO2分离器8的出口排出的混合气体一部分与电解水装置9制取的绿氢混合通入换热器11中，经加热后通入还原熔化炉1中，剩余部分存入还原气备用储气罐15中，换热器11燃烧废气通过烟囱12排入大气。
还原熔化炉的炉体内型自上而下依次包括：为间接还原区Ⅰ、软熔滴落区Ⅱ；焦炭燃烧及渣铁区Ⅲ。间接还原区总体为圆台状，倾角α为88º，料面至富氢还原气入炉风口的下端位置总高度8米，沿间接还原区底部圆周均匀设置40个富氢还原气进风口，向下倾角θ为50º；软熔滴落区为倒圆台状，倾角β为80º；在焦炭燃烧及渣铁区上部沿圆周均匀设置18个氧气进风口，在中下段设置有1个出铁口。所述还原熔化炉1的炉体由钢壳和耐火材料内衬层组成。
本实施例全氧富氢低碳还原熔化炼铁的方法，包括如下步骤：
（1）装料：按矿焦比4.87的入炉方式，将16.62t/h 含铁炉料与3.41t/h焦炭的混匀后分批次从炉顶加入还原熔化炉，保持料面在炉口水平面下1000mm；每次装入混匀料的数量为混匀料平铺于炉内料层厚度500mm。所述含铁炉料中烧结矿品位58%、球团矿品位61％、块矿品位63％，三者配比为7：1：2，混合矿品位60.07%。
（2）间接还原区还原：经换热器加热后的富氢还原气以11138.98Nm3/h的流量从富氢还原气进风口喷入还原熔化炉内进入上部间接还原区底部；同时，由纯氧与焦炭燃烧产生的CO还原气体以4702.55 Nm3/h的流量从焦炭燃烧及渣铁区生成上升至上部间接还原区底部；在两股气体的共同作用下，在间接还原区将含铁物料的金属化率提高至90%，还原过程的CO利用率为37.5%，H2利用率为30%；
（3）软熔滴落：焦炭燃烧生成的高温CO气体在软熔滴落区上升过程中加热含铁炉料，使之软熔滴落；
（4）焦炭燃烧及渣铁熔化：在还原熔化炉焦炭燃烧和渣铁区的上部沿圆周均匀设置的进风口鼓入纯氧用于焦炭的燃烧，氧气的流量为2094.42 Nm3/h，与喷入富氢还原气的比例为1:5.32，产生的热量用于渣铁的熔化与升温及生成CO还原气体的加热；
（5）出渣铁：还原熔化炉生成的铁水和炉渣，本实施实施例铁水产量为10.42t/h与炉渣产量为2.92t/h，从设置在焦炭燃烧和渣铁产生段的中下部的铁口排出，通过撇渣器实现渣铁分离；
（6）炉顶煤气循环制取富氢还原气：冶炼过程中生成的炉顶煤气，以温度为200℃，流量为15854.03 Nm3/h的方式从还原熔化炉炉顶煤气出口排出进入除尘器；除尘后的炉顶煤气经干燥器脱除水分（速率为1.65 t/h H2O）和CO2分离器脱除CO2（速率为2646.68 Nm3/h）后形成以CO和H2为主要成分的还原气，之后在还原气中配加由电解水装置制取的绿氢（电解水质量流量为3.35 t/h H2O，产生的氢气流量为4168 Nm3/h）制成富氢混合还原气。经加热后由富氢还原气进风口喷入还原熔化炉，实现还原熔化炉还原气自循环。在所述的加热炉是以除尘后炉顶煤气为气体燃料，燃烧消耗速率为1957.92 Nm3/h，在所述富氢混合还原气中，温度为1000℃，H2体积含量为70%，CO体积含量为30%。
本实施例间接还原区底部的金属化率为90%，矿焦比为4.87，本实施例对应的碳排放量为0.69 tCO2/tHM，与传统高炉排放量1.4 tCO2/tHM相比，减少了CO2的排放量50.10%。
实施例2：本实施例为500m3还原熔化炉的全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法。与实施例1的炼铁系统及炉型结构基本相同，具体炉体内型工艺参数为：间接还原区总体为圆台状，倾角α为87.5º，料面至富氢还原气入炉风口的下端位置总高度10米，沿间接还原区底部圆周均匀设置60个富氢还原气进风口，向下倾角θ为55º；软熔滴落区为倒圆台状，倾角β为79º；在焦炭燃烧及渣铁区上部沿圆周均匀设置24个氧气进风口，在中下段设置有2个出铁口。
本实施例全氧富氢还原熔化炼铁的方法，包括如下步骤：
（1）装料：按矿焦比4.63的入炉方式，将80.07 t/h 含铁炉料与17.27 t/h 焦炭的混匀后分批次从炉顶加入还原熔化炉，保持料面在炉口水平面下1300mm；每次装入混匀料的数量为混匀料平铺于炉内料层厚度600mm。所述烧结矿品位58%、球团矿品位61％、块矿品位63％，三者配比为5：3：2，混合矿品位60.07%。
（2）间接还原区还原：经换热器加热后的富氢还原气以51354.17 Nm3/h 的流量从间接还原区底部位置的富氢还原气进风口喷入还原熔化炉内进入上部间接还原区底部；同时，由纯氧与焦炭燃烧产生的CO还原气体以23761.46 Nm3/h的流量从焦炭燃烧及渣铁区生成上升至上部间接还原区底部；在两股气体的共同作用下，在间接还原区将含铁物料的金属化率提高至88%，还原过程的CO利用率为38.2%，H2利用率为31.6%；
对于大型化还原熔化炉，吹入的富氢还原气体可将焦炭燃烧产生的气体吹向炉体中心，解决炉体大型化后在间接还原区中心供气不足问题，在本工艺参数范围内，间接还原区吹入的富氢还原气占总还原气体的68.40%，间接还原区底部金属化率标准差可控制在0.8%以下，显著提高间接还原区金属化率均匀性。
（3）软熔滴落：焦炭燃烧生成的高温CO气体在软熔滴落区上升过程中加热含铁炉料，使之软熔滴落；
（4）焦炭燃烧及渣铁熔化：在还原熔化炉焦炭燃烧和渣铁区的上部沿圆周均匀设置的进风口鼓入纯氧用于焦炭的燃烧，氧气的流量为10438.96 Nm3/h，与喷入富氢还原气的比例为1:4.92，产生的热量用于渣铁的熔化与升温及生成CO还原气体的加热；
（5）出渣铁：还原熔化炉生成的铁水和炉渣，本实施实施例铁水产量为52.08t/h与炉渣产量为11.50t/h，从设置在焦炭燃烧和渣铁产生段的中下部的铁口排出，通过撇渣器实现渣铁分离；
（6）炉顶煤气循环制取富氢还原气：冶炼过程中生成的炉顶煤气，以温度为200℃，流量为75129.69 Nm3/h的方式从还原熔化炉炉顶煤气出口排出进入除尘器；除尘后的炉顶煤气经干燥器脱除水分（速率为6.87 t/h H2O）和CO2分离器脱除CO2（速率为14845.73 Nm3/h）后形成以CO和H2为主要成分的还原气，之后在还原气中配加由电解水装置制取的绿氢（电解水质量流量为12.08 t/h H2O，产生的氢气流量为15028.13 Nm3/h）制成富氢混合还原气。经加热后由富氢还原气进风口喷入还原熔化炉，实现还原熔化炉还原气自循环。在所述的加热炉是以除尘后炉顶煤气为气体燃料，燃烧消耗速率为9179.17 Nm3/h，在所述富氢混合还原气中，温度为1000℃，H2体积含量为60%，CO体积含量为40%。
本实施例CO+H2还原金属铁的比例为88%，矿焦比为4.63，本实施例对应的碳排放量为0.76 tCO2/tHM，与传统高炉排放量1.4 tCO2/tHM相比，减少了CO2的排放量45.70%。
实施例3：本实施例为1500m3还原熔化炉的全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法。与实施例1的炼铁系统及炉型结构基本相同，具体炉体内型工艺参数为：间接还原区总体为圆台状，倾角α为87º，料面至富氢还原气入炉风口的下端位置总高度13米，沿间接还原区底部圆周均匀设置80个富氢还原气进风口，向下倾角θ为65º；软熔滴落区为倒圆台状，倾角β为78º；在焦炭燃烧及渣铁区上部沿圆周均匀设置30个氧气进风口，在中下段设置有2个出铁口。
本实施例全氧富氢还原熔化炼铁的方法，包括如下步骤：
（1）装料：按矿焦比4.46的入炉方式，将248.91 t/h 含铁炉料(烧结矿品位58%、球团矿品位61％、块矿品位63％，三者配比为7：1：2，混合矿品位60.07%)与55.75 t/h 焦炭的混匀后分批次从炉顶加入还原熔化炉，保持料面在炉口水平面下1200mm；每次装入混匀料的数量为混匀料平铺于炉内料层厚度800mm。
（2）间接还原区还原：经换热器加热后的富氢还原气以154023.44 Nm3/h 的流量从间接还原区底部位置的富氢还原气进风口喷入还原熔化炉内进入上部间接还原区底部；同时，由纯氧与焦炭燃烧产生的CO还原气体以77714.06 Nm3/h的流量从焦炭燃烧及渣铁区生成上升至上部间接还原区底部；在两股气体的共同作用下，在间接还原区将含铁物料的金属化率提高至85%，还原过程的CO利用率为35.26%，H2利用率为29.73%；
对于大型化还原熔化炉，吹入的富氢还原气体可将焦炭燃烧产生的气体吹向炉体中心，解决炉体大型化后在间接还原区中心供气不足问题，在本工艺参数范围内，间接还原区底部金属化率标准差可控制在0.8%以下，显著提高间接还原区金属化率均匀性。
（3）软熔滴落：焦炭燃烧生成的高温CO气体在软熔滴落区上升过程中加热含铁炉料，使之软熔滴落；
（4）焦炭燃烧及渣铁熔化：在还原熔化炉焦炭燃烧和渣铁区的上部沿圆周均匀设置的进风口鼓入纯氧用于焦炭的燃烧，氧气的流量为33609.38 Nm3/h，与喷入富氢还原气的比例为1:4.58，产生的热量用于渣铁的熔化与升温及生成CO还原气体的加热；
（5）出渣铁：还原熔化炉生成的铁水和炉渣，本实施实施例铁水产量为156.3t/h与炉渣产量为44.22t/h，从设置在焦炭燃烧和渣铁产生段的中下部的铁口排出，通过撇渣器实现渣铁分离；
（6）炉顶煤气循环制取富氢还原气：冶炼过程中生成的炉顶煤气，以温度为200℃，流量为231765.63 Nm3/h的方式从还原熔化炉炉顶煤气出口排出进入除尘器；除尘后的炉顶煤气经干燥器脱除水分（速率为16.31 t/h H2O）和CO2分离器脱除CO2（速率为48359.38Nm3/h）后形成以CO和H2为主要成分的还原气，之后在还原气中配加由电解水装置制取的绿氢（电解水质量流量为28.46 t/h H2O，产生的氢气流量为35406.25 Nm3/h）制成富氢混合还原气。经加热后由富氢还原气进风口喷入还原熔化炉，实现还原熔化炉还原气自循环。在所述的加热炉是以除尘后炉顶煤气为气体燃料，燃烧消耗速率为26442.19 Nm3/h，在所述富氢混合还原气中，温度为1000℃，H2体积含量为50%，CO体积含量为50%。
本实施例CO+H2还原金属铁的比例为85%，矿焦比为4.46，本实施例对应的碳排放量为0.83 tCO2/tHM，与传统高炉排放量1.4 tCO2/tHM相比，减少了CO2的排放量40.71%。
Claims (10)
1.一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，其特征在于，组成中包括还原熔化炉（1）、炉顶煤气除尘器（7）、干燥器（8）、烟囱（12）、电解水装置（9）、CO2分离器（14）、风机（10）、换热器（11）、还原气备用储气罐（15）；所述还原熔化炉（1）顶部设有进料口（2），炉顶煤气出口（3）与炉顶煤气除尘器（7）相连，煤气经除尘器（7）除尘后通入干燥器（8），经干燥器（8）干燥后的炉顶煤气通入CO2分离器（14），分离后的CO2从分离器（14）的顶部排出并储存（13），由CO2分离器（14）的出口排出的还原气体一部分与电解水装置（9）制取的绿氢混合通入换热器（11）中，经加热后通入还原熔化炉（1）中，剩余部分存入还原气备用储气罐（15）中，换热器（11）燃烧废气通过烟囱（12）排入大气；所述还原熔化炉体由上至下依次为间接还原区（Ⅰ）、软熔滴落区（Ⅱ）、焦炭燃烧及渣铁区（Ⅲ）区域。
2.根据权利要求1所述的一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，其特征在于，所述间接还原区（Ⅰ）内型为圆台状，倾角α为83-89º；加热后的富氢还原气由富氢还原气进风口（4）通入热风围管（17）中，富氢还原气入炉风口（16）沿热风围管底部圆周均匀分布，向下倾角θ为30-70º；所述软熔滴落区（Ⅱ）为倒圆台状，倾角β为72-80º；所述焦炭燃烧及渣铁区（Ⅲ）为圆柱状，在上部沿圆周均匀设置有纯氧气风口（5），倾角为向下4-6º；在中下段设置出铁出渣口（6），沿圆周设置。
3.根据权利要求2所述的一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，其特征在于，所述富氢还原气进风口（4）为两个，对向设置；所述富氢还原气入炉风口（16）的个数为10-90个；所述富氢还原气入炉风口（16）的下端位置为料面以下8-13米。
4.根据权利要求2或3所述的一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，其特征在于，所述间接还原区总高度为9-15米，圆台直径1.5-11米；所述软熔滴落区（Ⅱ）的高度为2-6米。
5.根据权利要求4所述的一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，其特征在于，所述纯氧气风口（5）的个数为5-32个，所述出铁出渣口（6）数量为1-4个。
6.一种使用权利要求1-5任意一种炼铁系统进行全氧富氢低碳还原熔化炼铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）装料：将含铁物料与焦炭混匀后分批次从炉顶加入还原熔化炉，保持料面在炉口水平面下300-1500mm；
（2）间接还原区还原：经换热器加热后的富氢还原气从富氢还原气进风口喷入还原熔化炉内进入上部间接还原区底部；同时，由纯氧与焦炭燃烧产生的CO还原气体从焦炭燃烧及渣铁区生成上升至上部间接还原区底部；在两股气体的共同作用下，在间接还原区含铁物料还原为铁，金属化率为85-95%；
（3）软熔滴落：焦炭燃烧生成的高温CO气体在软熔滴落区上升过程中加热含铁炉料，使之软熔滴落；
（4）焦炭燃烧及渣铁熔化：在还原熔化炉焦炭燃烧和渣铁区的上部沿圆周均匀设置的进风口鼓入纯氧用于焦炭的燃烧，产生的热量用于渣铁的熔化与升温及生成的CO还原气体加热；
（5）出渣铁：还原熔化炉生成的铁水和炉渣从设置在焦炭燃烧和渣铁产生段的中下部的铁口排出；
（6）炉顶煤气循环制取富氢还原气：冶炼过程中生成的炉顶煤气，从还原熔化炉炉顶煤气出口排出进入除尘器；除尘后的炉顶煤气经干燥器脱H2O和CO2分离器脱除CO2后形成以CO和H2为主要成分的还原气，之后在还原气中配加由电解水装置制取的H2制成富氢混合还原气，经加热炉加热后由富氢还原气进风口喷入还原熔化炉，实现还原熔化炉还原气自循环。
7.根据权利要求6所述的全氧富氢低碳还原熔化炼铁的方法其特征在于，所述（1）装料步骤中，所述含铁物料为烧结矿、球团矿或矿石中的任一种或几种，与焦炭采用完全混合布料的方式，矿焦比为4.0-5.5。
8.根据权利要求6或7所述的全氧富氢低碳还原熔化炼铁的方法其特征在于，所述（2）间接还原还原区还原步骤中，所述间接还原区吹入的富氢还原气占总还原气体的60-80%，焦炭燃烧产生气体占总还原气体的20-40%。
9.根据权利要求8所述的全氧富氢低碳还原熔化炼铁的方法其特征在于，所述（6）炉顶煤气循环制取混合还原气步骤中，所述富氢还原气还原气中H2与CO的比例下述范围内进行调整：H2体积分数范围在50-90％，CO体积分数范围在10-50％。
10.根据权利要求9所述的全氧富氢低碳还原熔化炼铁的方法其特征在于，所述（6）炉顶煤气循环制取混合还原气步骤中，经换热器加热后的富氢还原气温度为850-1000℃。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115449573A (zh) * | 2022-09-09 | 2022-12-09 | 云南曲靖钢铁集团呈钢钢铁有限公司 | 一种节能环保型高炉及高炉炼铁工艺 |
| CN115449579A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-12-09 | 攀钢集团西昌钢钒有限公司 | 一种低碳熔融还原炼铁方法及装置 |
| CN115491453A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-12-20 | 攀钢集团西昌钢钒有限公司 | 一种PLCsmelt熔融还原炼铁方法及装置 |
| CN115522003A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-12-27 | 昌黎县兴国精密机件有限公司 | 一种基于能质转换的富氢高炉炼铁系统及其生产控制方法 |
| CN115612774A (zh) * | 2022-10-12 | 2023-01-17 | 中南大学 | 一种氢基竖炉直接还原炼铁新方法 |
| CN115976296A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-04-18 | 东北大学 | 一种还原气循环利用的氢冶金系统及方法 |
| CN116200559A (zh) * | 2023-03-04 | 2023-06-02 | 新疆八一钢铁股份有限公司 | 一种富氢碳循环氧气高炉实现碳中和的方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101519703A (zh) * | 2008-02-26 | 2009-09-02 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种低焦比高炉炼铁工艺 |
| CN101818218A (zh) * | 2010-04-15 | 2010-09-01 | 山东省冶金设计院股份有限公司 | 强化高炉间接还原的方法及其专用气的制造方法 |
| CN104131122A (zh) * | 2014-07-25 | 2014-11-05 | 北京科技大学 | 一种基于喷吹高温煤气的炼铁工艺 |
| CN104412056A (zh) * | 2011-12-27 | 2015-03-11 | 伊尔技术有限公司 | 利用炉顶煤气再循环的高炉 |
| DE102016008915A1 (de) * | 2016-07-21 | 2018-01-25 | Helmut Aaslepp | CO2-Emissionsfreies Hochofenverfahren |
| CN108699612A (zh) * | 2016-02-05 | 2018-10-23 | 新日铁住金株式会社 | 向高炉炉身部供给含氢气的还原气体的方法 |
| CN112501373A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-03-16 | 上大新材料(泰州)研究院有限公司 | 一种高炉气体喷吹装置、高炉气体喷吹系统和方法 |
| CN113502362A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-10-15 | 山西晋南钢铁集团有限公司 | 一种提高氢冶金高炉热量的方法 |
-
2022
- 2022-01-25 CN CN202210084753.XA patent/CN114438270B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101519703A (zh) * | 2008-02-26 | 2009-09-02 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种低焦比高炉炼铁工艺 |
| CN101818218A (zh) * | 2010-04-15 | 2010-09-01 | 山东省冶金设计院股份有限公司 | 强化高炉间接还原的方法及其专用气的制造方法 |
| CN104412056A (zh) * | 2011-12-27 | 2015-03-11 | 伊尔技术有限公司 | 利用炉顶煤气再循环的高炉 |
| CN104131122A (zh) * | 2014-07-25 | 2014-11-05 | 北京科技大学 | 一种基于喷吹高温煤气的炼铁工艺 |
| CN108699612A (zh) * | 2016-02-05 | 2018-10-23 | 新日铁住金株式会社 | 向高炉炉身部供给含氢气的还原气体的方法 |
| DE102016008915A1 (de) * | 2016-07-21 | 2018-01-25 | Helmut Aaslepp | CO2-Emissionsfreies Hochofenverfahren |
| CN112501373A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-03-16 | 上大新材料(泰州)研究院有限公司 | 一种高炉气体喷吹装置、高炉气体喷吹系统和方法 |
| CN113502362A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-10-15 | 山西晋南钢铁集团有限公司 | 一种提高氢冶金高炉热量的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 杨绍利: "《冶金概论》", 31 August 2008 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115522003A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-12-27 | 昌黎县兴国精密机件有限公司 | 一种基于能质转换的富氢高炉炼铁系统及其生产控制方法 |
| WO2024037337A1 (zh) * | 2022-08-18 | 2024-02-22 | 昌黎县兴国精密机件有限公司 | 一种基于能质转换的富氢高炉炼铁系统及其生产控制方法 |
| CN115449579A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-12-09 | 攀钢集团西昌钢钒有限公司 | 一种低碳熔融还原炼铁方法及装置 |
| CN115491453A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-12-20 | 攀钢集团西昌钢钒有限公司 | 一种PLCsmelt熔融还原炼铁方法及装置 |
| CN115449579B (zh) * | 2022-08-23 | 2023-12-19 | 攀钢集团西昌钢钒有限公司 | 一种低碳熔融还原炼铁方法及装置 |
| CN115491453B (zh) * | 2022-08-23 | 2023-12-19 | 攀钢集团西昌钢钒有限公司 | 一种PLCsmelt熔融还原炼铁方法及装置 |
| CN115449573A (zh) * | 2022-09-09 | 2022-12-09 | 云南曲靖钢铁集团呈钢钢铁有限公司 | 一种节能环保型高炉及高炉炼铁工艺 |
| CN115449573B (zh) * | 2022-09-09 | 2023-09-29 | 云南曲靖钢铁集团呈钢钢铁有限公司 | 一种节能环保型高炉及高炉炼铁工艺 |
| CN115612774A (zh) * | 2022-10-12 | 2023-01-17 | 中南大学 | 一种氢基竖炉直接还原炼铁新方法 |
| CN115612774B (zh) * | 2022-10-12 | 2024-04-30 | 中南大学 | 一种氢基竖炉直接还原炼铁新方法 |
| CN115976296A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-04-18 | 东北大学 | 一种还原气循环利用的氢冶金系统及方法 |
| CN116200559A (zh) * | 2023-03-04 | 2023-06-02 | 新疆八一钢铁股份有限公司 | 一种富氢碳循环氧气高炉实现碳中和的方法 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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