CN114480771A - 一种一体式炼铁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式炼铁装置。通过设置第一腔室和第二腔室，并将第二腔室设置在第一腔室的一侧，以及在第二腔室设置与第一腔室连通的通道，通过设置的通道能够使铁水在第一腔室与第二腔室之间流动，因此，在球团在第一腔室还原成海绵铁后，第二腔室对铁水加热，铁水通过热传递对第一腔室内的海绵铁进行加热，直至海绵铁融化为铁水，进而实现炼铁；或者，第二腔室对铁水加热，铁水通过热传递对第一腔室内的铁矿进行加热，使铁矿融化为氧化铁水，氧化铁水在第一腔室还原成铁水，进而实现炼铁，本申请相较于现有技术的高炉炼铁生产方式，其生产流程更短，因此，能够有效减少炼铁带来的碳排放。

Description

一种一体式炼铁装置

技术领域

本发明涉及金属冶炼领域，具体为一种一体式炼铁装置。

背景技术

2016年11月生效的《巴黎协定》提出目标，期望在2051年至2100年间，全球达到碳中和。根据“十四五规划和2035远景目标”的要求，我国将“锚定努力争取2060年前实现碳中和”。目前中国CO2排放量中钢铁行业约占15％，钢铁行业减碳对实现碳中和具有重要意义。钢铁行业已经明确了十四五期间的减碳任务，即“完成5.3亿吨钢铁产能超低排放改造”，但这仅是实现碳中和的第一步，未来还需要在生产技术、产业链等方面进行深度改造。

目前世界钢铁行业仍以碳排放强度高的高炉加转炉长流程为主。钢铁制造过程中66％的碳排放来自于长流程中的高炉炼铁过程，因此，急需一种短流程的一体式炼铁装置来减少碳排放。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种一体式炼铁装置，以达到减少碳的排放。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种一体式炼铁装置，包括：第一腔室和第二腔室；

第一腔室用于通入还原气体将球团还原成海绵铁，并将海绵铁融化成铁水；或，将铁矿融化成氧化铁水，并通入还原气体将氧化铁水还原成铁水；

第二腔室位于第一腔室的一侧，第二腔室设有与第一腔室连通的通道，通道用于铁水在第一腔室与第二腔室之间流动；

第二腔室为加热区，用于对铁水加热。

优选的，第一腔室分为将球团还原成海绵铁的还原区和用于将海绵铁融化成铁水的融化区；还原区位于融化区上方。

优选的，第二腔室与融化区共用一侧壁，通道位于侧壁的底部。

优选的，还原区开设有用于还原气体进入的进气口和还原气体排出的出气口，出气口位于进气口上方。

优选的，第一腔室和第二腔室的内衬均采用耐火材料制成。

优选的，还原气体为氢气和/或一氧化碳。

优选的，融化区的侧壁开设有可开关的出铁口。

优选的，第二腔室采用电弧加热装置加热，电弧加热装置包括电极和电炉变压器。

优选的，第二腔室数量为多个，多个第二腔室沿融化区周向设置。

优选的，还原区顶部开设有可开关的加料口。

优选的，还包括：导气管；

导气管用于将还原气体导入氧化铁水，以使氧化铁水还原成铁水。

由上述内容可知，本发明公开了一种一体式炼铁装置。通过设置第一腔室和第二腔室，并将第二腔室设置在第一腔室的一侧，以及在第二腔室设置与第一腔室连通的通道，通过设置的通道能够使铁水在第一腔室与第二腔室之间流动，因此，在球团在第一腔室还原成海绵铁后，第二腔室对铁水加热，铁水通过热传递对第一腔室内的海绵铁进行加热，直至海绵铁融化为铁水，进而实现炼铁；或者，第二腔室对铁水加热，铁水通过热传递对第一腔室内的铁矿进行加热，使铁矿融化为氧化铁水，氧化铁水在第一腔室还原成铁水，进而实现炼铁，本申请相较于现有技术的高炉炼铁生产方式，其生产流程更短，因此，能够有效减少炼铁带来的碳排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种一体式炼铁装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一个熔化炉配备多个第二腔室的一体式炼铁装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种一体式炼铁装置的结构示意图。

其中，第一腔室1、还原区11、出气口111、进气口112、加料口113、融化区12、出铁口121、第二腔室2、电极31、电炉变压器32和导气管4。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供一种一体式炼铁装置，参见图1至图3，图1为一体式炼铁装置的结构示意图，一体式炼铁装置包括：第一腔室1和第二腔室2；

第一腔室1用于通入还原气体将球团还原成海绵铁，并将海绵铁融化成铁水；或，将球团融化成氧化铁水，并通入还原气体将氧化铁水还原成铁水；

第二腔室2位于第一腔室1的一侧，第二腔室2设有与第一腔室1连通的通道，通道用于铁水在第一腔室1与第二腔室2之间流动；

第二腔室2为加热区，用于对铁水加热。

需要说明的是，通过设置第一腔室1和第二腔室2，并将第二腔室2设置在第一腔室1的一侧，以及在第二腔室2设置与第一腔室1连通的通道，通过设置的通道能够使铁水在第一腔室1与第二腔室2之间流动，因此，在球团在第一腔室1还原成海绵铁后，第二腔室2对铁水加热，铁水通过热传递对第一腔室1内的海绵铁进行加热，直至海绵铁融化为铁水，进而实现炼铁；或者，第二腔室2对铁水加热，铁水通过热传递对第一腔室1内的铁矿进行加热，使铁矿融化为氧化铁水，氧化铁水在第一腔室1还原成铁水，进而实现炼铁，本申请相较于现有技术的高炉炼铁生产方式，其生产流程更短，因此，能够有效减少炼铁带来的碳排放。

具体的，第一腔室1分为将球团还原成海绵铁的还原区11和用于将海绵铁融化成铁水的融化区12；

还原区11位于融化区12上方。

需要说明的是，将第一腔室1分成将球团还原成海绵铁的还原区11和用于将海绵铁融化成铁水的融化区12还原区11融化区12，并将还原区11设置在融化区12上方，可通过向还原区11内充入氮气，将还原区11内的空气排净，然后加入球团，并在安全情况下，向还原区11内通入高温还原气体，使球团被还原成海绵铁，再通过第二腔室2加热铁水，由于第二腔室2与融化区12开设用于铁水通过的通道，因此，铁水通过热传递能够对融化区12内的海绵铁进行加热，直至海绵铁融化为铁水，进而实现炼铁，本申请相较于现有技术的高炉炼铁生产方式，其生产流程更短，因此，能够有效减少炼铁带来的碳排放。

还需要说明的是，在初次生产前，需通过第二腔体对生铁或废钢进行融化使加热区和融化区12底部形成液态熔池，阻断加热区和融化区12气体流通。

值得注意的是，本申请在生产前通过向还原区11内充入氮气，能够将还原区11内空气排出。

具体的，第二腔室2与融化区12共用一侧壁，通道位于该侧壁的底部。

需要说明的是，将通道设置在第二腔室2与融化区12共用一侧壁的底部，能够便于铁水流通，进而能够便于铁水将热能传递至熔化炉对海绵铁进行融化，减少了热能损耗。

具体的，还原区11开设有用于还原气体进入的进气口112和还原气体排出的出气口111，出气口111位于进气口112上方。

需要说明的是，通过设置用于还原气体进入的进气口112和还原气体排出的出气口111，并将出气口111设置在进气口112上方，进而能够方便还原气体对还原区11进行填充，以及方便还原气体排放。

还需要说明的是，在停产时对还原区11内排空还原气时，可通过进风口111充入氮气，通过氮气对还原区11进行排空还原气。

具体的，还原气体为氢气和/或一氧化碳。

需要说明的是，将还原气体采用氢气能够很大程度减少二氧化碳的排放，但还原气体并不仅限于氢气。

还需要说明的是，还原气体可以为氢气，也可以为二氧化碳，还可以为氢气和二氧化碳的混合气体，所述还原气体并不仅限于氢气。

进一步，第一腔室1和第二腔室2的内衬均采用耐火材料制成。

需要说明的是，将第一腔室1和第二腔室2的内衬均采用耐火材料制成，能够延长第一腔室1和第二腔室2的内衬的使用寿命。

优选的，耐火材料为耐火砖。

具体的，融化区12的侧壁开设有可开关的出铁口121。

需要说明的是，通过在融化区12的侧壁开设可开关的出铁口121，方便铁水排出或者方便铁渣排出。

还需要说明的是，该出铁口121不仅能够将海绵铁化成的铁水排出，还能够用于炼铁留下的铁渣排出，并在铁水和/或铁渣排完后将出铁口121关闭，继续对球团继续还原炼化。

具体的，第二腔室2采用电弧加热装置加热，电弧加热装置包括电极31和电炉变压器32。

需要说明的是，第二腔室2通过采用电弧加热装置加热，电弧加热装置电炉变压器32为电极31提供所需电能，进而对第二腔室2内的铁水加热。

还需要说明的是，第二腔室2可以采用电弧加热装置加热，也可以采用其他方式进行加热，因此，第二腔室2并不仅限于采用电弧加热装置加热。

进一步，参考图2，第二腔室2数量为多个，多个第二腔室2沿融化区12周向设置。

需要说明的是，将第二腔室2数量设置为多个，并将多个第二腔室2沿融化区12周向设置，能够通过铁水将更多的热量传递至熔化炉，进而能够快速对熔化区内的海绵铁进行融化。

具体的，还原区11顶部开设有用于加球团的可开关的加料口113。

需要说明的是，通过在还原区11顶部开设用于加球团的可开关的加料口113，能够在需要对还原区11进行还原时，通过关闭加料口113，向还原区11内充入氮气，将还原区11内的空气排净，然后通过加料口113加入球团，并向还原区11内通入高温还原气体，使球团被还原成海绵铁。

还需要说明的是，该加料口113不仅可以加球团，还能加铁矿。

进一步，如图3所示，一体式炼铁装置，还包括：导气管/4；

导气管4用于将还原气体导入到氧化铁水中，以使氧化铁水还原成铁水。

需要说明的是，通过设置导气管4，可以先将铁矿融化成氧化铁水，然后导气管4将还原气体导入氧化铁水中，对氧化铁水进行还原，可以加快氧化铁水还原效率。在具体实际应用中，可以将导气管4的出气端设置在氧化铁水中。

优选的，导气管4的一端连接在融化区12底部。

需要说明的是，将导气管4的一端连接在第一腔室1底部，可以将还原气体直接输送至氧化铁水中，继而可以先将铁矿进行加热融化成氧化铁水，然后对氧化铁水进行还原，缩短铁的熔炼时间，提升铁的生产效率。

为了便于理解上述方案，结合图1至图3，下面对本方案作进一步介绍。

本发明提供了一种一体式炼铁装置，包括还原区11、融化区12、加热区、电弧加热装置。电弧加热装置由电炉变压器32、电极31、电极31升降装置、控制系统组成。一体式炼铁装置是以球团作为原料，用高温还原气体在还原区11将球团直接还原成海绵铁，采用电弧加热装置为海绵铁化为铁水提供热源，热量通过铁水传递到融化区12，海绵铁在融化区12不断的融化成铁水。融化的铁水和渣在出铁口121排出。

一般地，一台炉子有还原区11、融化区12、加热区各一个，并且为一个整体。

可选地，一台炉子有一个还原区11和融化区12可对应多个加热区。

本发明为高炉加转炉工艺的CO2减排改造升级提供了一个解决方案，对于高炉加转炉工艺改造而言，只需要改造高炉即可。可以节省投资。

本发明CO2排放量比高炉少，如果还原气体采用全氢，CO2排放量将更少，符合碳中和的发展要求。

如图1所示，一种一体式炼铁装置，它由还原区11、融化区12、加热区、电弧加热装置组成。电弧加热装置由电炉变压器32、电极31、电极31升降装置、控制系统组成。以球团作为原料，用高温还原气体在还原区11将球团直接还原成海绵铁，采用电弧加热装置为海绵铁化为铁水提供热源，热量通过铁水传递到融化区12，海绵铁在融化区12不断的融化成铁水，融化的铁水和渣可以在出铁口121排出。

其工作流程为：初次生产时，将出铁口121封住，在加热区、融化区12、还原区11气口以下部分加入生铁或废钢。用电弧加热装置将生铁或废钢融化成铁水，铁水液位保持在出铁口121以下、加热区和融化区12铁水流动的通道以上。使加热区和还原区11之间无法流通气体。先向还原区11充氮气，将还原区11内空气排净，加入球团料，在确保安全的情况下，通入高温还原气体，球团在一定的温度和压力下经过一段时间就被还原成海绵铁。电弧加热装置继续加热铁水，热量通过铁水传到融化区12，融化海绵铁成铁水，铁水可通过出铁口121排出。

在出铁或渣时，将出铁口121打开，出完铁或渣后将出铁口121封住。

如图2所示，一台炉子有一个还原区11和融化区12对应2个加热区。也可根据实际情况对应多个加热区。这种配置可以提高产量。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种一体式炼铁装置，其特征在于，包括：第一腔室和第二腔室；

所述第一腔室用于通入还原气体将球团还原成海绵铁，并将所述海绵铁融化成铁水；或，将铁矿融化成氧化铁水，并通入还原气体将氧化铁水还原成铁水；

所述第二腔室位于所述第一腔室的一侧，所述第二腔室设有与所述第一腔室连通的通道，所述通道用于铁水在所述第一腔室与所述第二腔室之间流动；

所述第二腔室为加热区，用于对铁水加热。

2.根据权利要求1所述的一体式炼铁装置，其特征在于，所述第一腔室分为将球团还原成海绵铁的还原区和用于将海绵铁融化成铁水的融化区；所述还原区位于所述融化区上方。

3.根据权利要求2所述的一体式炼铁装置，其特征在于，所述第二腔室与所述融化区共用一侧壁，所述通道位于所述侧壁的底部。

4.根据权利要求2所述的一体式炼铁装置，其特征在于，所述还原区开设有用于还原气体进入的进气口和还原气体排出的出气口，所述出气口位于所述进气口上方。

5.根据权利要求1所述的一体式炼铁装置，其特征在于，所述第一腔室和所述第二腔室的内衬均采用耐火材料制成。

6.根据权利要求1所述的一体式炼铁装置，其特征在于，所述还原气体为氢气和/或一氧化碳。

7.根据权利要求2所述的一体式炼铁装置，其特征在于，所述融化区的侧壁开设有可开关的出铁口。

8.根据权利要求1所述的一体式炼铁装置，其特征在于，所述第二腔室采用电弧加热装置加热，所述电弧加热装置包括电极和电炉变压器。

9.根据权利要求2所述的一体式炼铁装置，其特征在于，所述第二腔室数量为多个，多个所述第二腔室沿所述融化区周向设置。

10.根据权利要求2所述的一体式炼铁装置，其特征在于，所述还原区顶部开设有可开关的加料口。

11.根据权利要求1所述的一体式炼铁装置，其特征在于，还包括：导气管；

所述导气管用于将还原气体导入氧化铁水，以使氧化铁水还原成铁水。

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