CN114737004B - 铁矿直接炼钢系统和铁矿直接炼钢方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铁矿直接炼钢系统，包括金属熔炼装置，金属熔炼装置的内部空间分隔为三个腔室，其中，第一腔室用于通入还原气体以对氧化金属还原；第二腔室与第一腔室连通，用于加热；第三腔室与第一腔室连通，或者与第二腔室连通，且第三腔室用于对液态金属除杂。上述铁矿直接炼钢系统中，金属熔炼装置具有三个腔室，分别对铁矿原料加热、还原并除杂质，使铁矿直接炼制为钢，无需中间产物铁水在不同的装置之间转运，避免铁水在转运过程中损失热量，有助于降低能耗。本发明还公开一种应用于上述铁矿直接炼钢系统的铁矿直接炼钢方法，便于减少热量损失，降低能耗。

Description

铁矿直接炼钢系统和铁矿直接炼钢方法

技术领域

本发明涉及炼钢技术领域，更具体地说，涉及一种铁矿直接炼钢系统，还涉及一种铁矿直接炼钢方法。

背景技术

目前，铁矿炼钢通常采用分段进行的方式，即先将铁矿炼制为铁，然后将铁炼成钢，但是，现有分段方式中炼铁和炼钢分别在不同的装置进行，导致中间产物(即铁水)需现场转运，无法避免中间产物在转运过程中损失热量，造成炼钢能耗高。

另外，现有铁矿分段炼钢的方式还存在CO₂排放量大，建设成本高的问题。

综上所述，如何避免铁矿炼钢时因在不同装置中分段炼钢，导致铁水需现场转运，损失热量，增加能耗，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种铁矿直接炼钢系统，其金属熔炼装置具有三个腔室，分别对铁矿原料加热、还原和脱除杂质，使铁矿直接炼制为钢，无需中间产物铁水在不同的装置之间转运，避免铁水在转运过程中损失热量，有助于降低能耗。本发明还提供一种应用于上述系统的铁矿直接炼钢方法，便于减少热量损失，降低能耗。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铁矿直接炼钢系统，包括金属熔炼装置，所述金属熔炼装置的内部空间分隔为三个腔室，其中，第一腔室用于通入还原气体以对氧化金属还原；第二腔室与所述第一腔室连通，用于加热；第三腔室与所述第一腔室连通，或者与所述第二腔室连通，且所述第三腔室用于对液态金属除杂。

优选的，上述铁矿直接炼钢系统中，所述第一腔室和所述第二腔室由第一分隔件分隔；所述第一分隔件的底部设有用于连通所述第一腔室和所述第二腔室的第一通道，所述第一通道用于使液体在第一、第二腔室间自动流动。

优选的，上述铁矿直接炼钢系统中，所述第一分隔件为隔墙，所述第一通道设置于所述隔墙底部。

优选的，上述铁矿直接炼钢系统中，所述第三腔室通过第二分隔件与所述第一腔室或者与所述第二腔室分隔；所述第二分隔件设有用于连通所述第三腔室和所述第一腔室，或者用于连通所述第三腔室和所述第二腔室的第二通道，所述第二通道用于使液态原料在所述第三腔室和所述第一腔室或者在所述第三腔室和所述第二腔室之间自动流动。

优选的，上述铁矿直接炼钢系统中，所述第二分隔件包括安装于所述金属熔炼装置内部顶壁的上隔板和安装于所述金属熔炼装置内部底壁的下隔板；所述上隔板与所述金属熔炼装置的内部底壁具有间隙，所述下隔板与所述金属熔炼装置的内部顶壁具有间隙；所述上隔板和所述下隔板错位布置，并形成所述第二通道。

优选的，上述铁矿直接炼钢系统中，所述金属熔炼装置中与所述第三腔室对应的部分设有加料装置和吹气装置，还设有出料口。

优选的，上述铁矿直接炼钢系统中，所述金属熔炼装置中与所述第二腔室对应的部分设有加热装置。

优选的，上述铁矿直接炼钢系统中，还包括还原气体回路组件，所述还原气体回路组件包括依次连通的热交换器、气体洗涤器、加压机，所述热交换器的入口与所述第一腔室的出气口连通；所述加压机的出口与还原气体输送管连通，所述还原气体输送管通过所述热交换器的加热管线与所述第一腔室的进气口连通。

优选的，上述铁矿直接炼钢系统中，所述还原气体回路组件还包括CO₂脱除装置，所述加压机的出口通过所述CO₂脱除装置与所述还原气体输送管连通。

一种铁矿直接炼钢方法，用于上述技术方案中任意一项所述的铁矿直接炼钢系统，包括：

1)在所述第二腔室中加入废钢或生铁，并加热使之融化成铁水并流入所述第一腔室；

2)在所述第一腔室内液位高于第一预设高度时，向所述第一腔室通入氮气以排净空气；

3)向所述第一腔室中加入铁矿，使所述第二腔室保持加热以使热量通过铁水传入所述第一腔室，向所述第一腔室通入还原气体，使铁矿还原为铁水；

4)使铁水达第二预设高度时流入所述第三腔室，向所述第三腔室吹氧或加脱碳剂以脱除铁水中的碳和杂质，炼成钢水。

本发明提供一种铁矿直接炼钢系统，包括金属熔炼装置，金属熔炼装置的内部空间分隔为三个腔室，其中，第一腔室用于通入还原气体以对氧化金属还原；第二腔室与第一腔室连通，用于加热；第三腔室与第一腔室连通，或者与第二腔室连通，且第三腔室用于对液态金属除杂。

上述铁矿直接炼钢系统中，金属熔炼装置具有三个腔室，分别对铁矿原料加热、还原并除杂质，使铁矿直接炼制为钢，无需中间产物铁水在不同的装置之间转运，避免铁水在转运过程中损失热量，有助于降低能耗。

本发明还提供一种应用于上述铁矿直接炼钢系统的铁矿直接炼钢方法，便于减少热量损失，降低能耗。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的铁矿直接炼钢系统的结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的铁矿直接炼钢系统的结构示意图；

其中，图1-图2中：

金属熔炼装置100；第一腔室101；进气口111；出渣口112；加料口113；出气口114；第二腔室102；加热装置121；第三腔室103；加料装置131；吹气装置132；出料口133；上隔板104；下隔板105；还原气体回路组件200；热交换器201；气体洗涤器202；加压机203；CO₂脱除装置204；还原气体输送管300。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种铁矿直接炼钢系统，其金属熔炼装置具有三个腔室，分别对铁矿原料加热、还原和脱除杂质，使铁矿直接炼制为钢，无需中间产物铁水在不同的装置之间转运，避免铁水在转运过程中损失热量，有助于降低能耗。本发明实施例还提供一种应用于上述系统的铁矿直接炼钢方法，便于减少热量损失，降低能耗。

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。

请参阅图1-2，本发明实施例提供一种铁矿直接炼钢系统，包括金属熔炼装置100，金属熔炼装置100的内部空间分隔为三个腔室，其中，第一腔室101用于通入还原气体以对氧化金属还原；第二腔室102与第一腔室101连通，用于加热；第三腔室103与第一腔室101连通，或者第三腔室103与第二腔室102连通；第三腔室103用于对液态金属除杂。

上述铁矿直接炼钢系统中，金属熔炼装置100具有三个腔室，分别对铁矿原料加热、还原和脱除杂质，使铁矿直接炼制为钢，无需中间产物铁水在不同的装置之间转运，避免铁水在转运过程中损失热量，有助于降低能耗。

另外，本实施例提供的铁矿直接炼钢系统能降低能耗，有效降低CO₂排放量，且金属熔炼装置100集成加热、还原和除杂质的功能，无需配备多个装置分别完成上述功能，建设成本低。

具体的，上述铁矿直接炼钢系统中，第一腔室101和第二腔室102由第一分隔件分隔；第一分隔件的底部设有用于连通第一腔室101和第二腔室102的第一通道，第一通道用于使液体在第一、第二腔室102间自动流动。

具体的，上述铁矿直接炼钢系统中，第一分隔件为隔墙，第一通道设置于隔墙底部。

上述第三腔室103通过第二分隔件与第一腔室101分隔，第二分隔件设有用于连通第三腔室103和第一腔室101的第二通道，第二通道用于使液体在第三腔室103和第一腔室101之间自动流动；或者，第三腔室103通过第二分隔件与第二腔室102分隔，第二分隔件设有用于连通第三腔室103和第二腔室102的第二通道，第二通道用于使液体在第三腔室103和第二腔室102之间自动流动。

具体的，上述铁矿直接炼钢系统中，第二分隔件包括安装于金属熔炼装置100内部顶壁的上隔板104和安装于金属熔炼装置100内部底壁的下隔板105；上隔板104与金属熔炼装置100的内部底壁具有间隙，下隔板105与金属熔炼装置100的内部顶壁具有间隙；上隔板104和下隔板105错位布置，并形成蛇形的第二通道，如图1-2所示。

金属熔炼装置100中与第三腔室103对应的部分设有加料装置131和吹气装置132，还设有出料口133；吹气装置132用于向第三腔室103内吹入氧气、加料装置131用于向第三腔室103内加入脱碳剂，以除去铁水中的碳和杂质，使铁水炼制成钢水。

金属熔炼装置100中与第二腔室102对应的部分设有加热装置121，加热装置121可设置为电弧加热装置、等离子加热装置或气体燃烧加热装置等，本实施例对加热装置121的种类不做限定。

优选的，上述铁矿直接炼钢系统还包括还原气体回路组件200，还原气体回路组件200包括依次连通的热交换器201、气体洗涤器202、加压机203，热交换器201的入口与第一腔室101的出气口114连通；加压机203的出口与还原气体输送管300连通，还原气体输送管300通过上述热交换器201的加热管线与第一腔室101的进气口111连通，如图1-2所示。

根据还原气体的种类，上述还原气体回路组件200可设置为还包括CO₂脱除装置204，加压机203的出口通过CO₂脱除装置204与还原气体输送管300连通。

下面结合附图，对本实施例提供的铁矿直接炼钢系统进行介绍：

实施例1

请参阅图1，本发明实施例提供的铁矿直接炼钢系统包括金属熔炼装置100和还原气体回路组件200；金属熔炼装置100的内部空间分割为第一腔室101、第二腔室102和第三腔室103；第二腔室102位于第一腔室101的一侧，并通过第一通道与第一腔室101连通；第一通道用于液态金属在第一腔室101和第二腔室102之间流动；第一腔室101用于通入还原气体以对氧化金属还原，还用于融化固体铁矿；第二腔室102为加热区，设有加热装置121，具体为电弧加热装置、等离子加热装置或气体燃烧加热装置等；第三腔室103为熔炼区，第三腔室103与第二腔室102或与第一腔室101连通(图1中第三腔室103与第二腔室102连通)，且第三腔室103用于对金属液体除杂；第三腔室103设有加料装置131和吹气装置132。

金属熔炼装置100中与第一腔室101对应的部分设有用于通入还原气体的进气口111，用于排出气体的出气口114，用于加入铁矿的加料口113，还设有出渣口112；用于通入还原气体的进气口111可设置为多个，优选设置为至少包括由底部通入铁水的进气口111和由侧面通入铁水内的进气口111。

第一腔室101与第二腔室102由隔墙分隔，隔墙底部的透孔为第一通道；第二腔室102和第三腔室103通过上隔板104和下隔板105分隔，上隔板104安装于金属熔炼装置100内部顶壁、下隔板105安装于金属熔炼装置100的内部底壁；上隔板104与金属熔炼装置100的内部底壁具有间隙，下隔板105与金属熔炼装置100的内部顶壁具有间隙；上隔板104和下隔板105错位布置，并形成第二通道。

初次生产时，在加热区(即第二腔室102)中加入废钢或生铁，加热装置121对废钢或生铁加热使其融化成铁水，铁水通过第一通道流到还原区(即第一腔室101)，当还原区的铁水液位高于第一通道时(即当第一腔室101和第二腔室102仅通过铁水连通，气体无法互通时)，向还原区内通入氮气，将还原区内的空气排净，向还原区内加入铁矿(以Fe₂O₃为例)，加热区的加热装置121继续加热铁水，热量通过铁水传递到还原区使铁矿融化，向液态铁矿里通入还原气体(具体为煤气，天然气，煤气和氢气的混合气，天然气与氢气的混合气，或者煤气、天然气和煤气的混合气)，还原气体与铁矿反应生成铁水，其化学反应式为：

Fe₂O₃+3H₂→2Fe+3H₂O

Fe₂O₃+3CO→2Fe+3CO₂

CH₄→2H₂+C

CH₄+CO₂→2H₂+CO

CH₄+H₂O→3H₂+CO

Fe₂O₃+3C→2Fe+3CO

还原区和加热区内铁水液位升高，铁水通过第二通道流入熔炼区(即第三腔室103)，当铁水流到熔炼区后通过吹氧或加脱碳剂的方式脱除铁水中的碳和杂质，炼成钢水。通入液态铁矿里的还原气体一部分与铁矿反应生成CO₂/水蒸气，剩余的还原气体与CO₂/水蒸气从还原区上部达到出气口114排出，经过热交换器201冷却，气体洗涤器202除去水蒸气，经加压机203加压，经CO₂脱除装置204脱除CO₂，剩余的还原气体与新加入的还原气体混合，经热交换器201加热后通入第一腔室101循环使用。

实施例2

请参阅图2，本发明实施例提供的铁矿直接炼钢系统包括金属熔炼装置100和还原气体回路组件200；金属熔炼装置100与上述实施例1中金属熔炼装置100相同，在此不再赘述。该系统采用氢气用作还原气体，与铁矿反应后不会产生CO₂，相应的，还原气体回路组件200相比与上述实施例1少了CO₂脱除装置204。铁矿与氢气的反应如下：

Fe₂O₃+3H₂→2Fe+3H₂O

本实施例提供的铁矿直接炼钢系统使用过程与上述实施例相同，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种铁矿直接炼钢方法，用于上述实施例提供的铁矿直接炼钢系统，包括：

1)在第二腔室102中加入废钢或生铁，并加热使之融化成铁水并流入第一腔室101；

进行该步骤时，利用加热装置121进行加热；

2)在第一腔室101内液位高于第一预设高度时，向第一腔室101通入氮气以排净空气；

第一预设高度是指第一通道的高度，第一腔室101内液位高于第一预设高度时，第一腔室101和第二腔室102的气体部分不互通；

3)向第一腔室101中加入铁矿，使第二腔室102保持加热以使热量通过铁水传入第一腔室101，向第一腔室101通入还原气体，使铁矿还原为铁水；

4)使铁水达第二预设高度时流入第三腔室103，向第三腔室103吹氧或加脱碳剂以脱除铁水中的碳和杂质，炼成钢水；

在第一和第二腔室102内铁水高度达第二预设高度时自动流入第三腔室103，第二预设高度高于上述第一预设高度。

本实施例提供的方法应用于上述实施例提供的铁矿直接炼钢系统，便于减少热量损失，降低能耗。

本发明提供的方法将炼铁、炼钢工艺融合为一个连续的短流程工艺，缩短了冶炼时间，能进一步降低能耗。

当然，本实施例提供的方法还具有上述实施例提供的有关铁矿直接炼钢系统的其他效果，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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 (9)

1.一种铁矿直接炼钢系统，其特征在于，包括金属熔炼装置，所述金属熔炼装置的内部空间分隔为三个腔室，其中，第一腔室用于通入还原气体以对氧化金属还原；第二腔室与所述第一腔室连通，用于加热；第三腔室与所述第一腔室连通，或者与所述第二腔室连通，且所述第三腔室用于对液态金属除杂；

所述铁矿直接炼钢系统还包括还原气体回路组件，所述还原气体回路组件包括依次连通的热交换器、气体洗涤器、加压机，所述热交换器的入口与所述第一腔室的出气口连通；所述加压机的出口与还原气体输送管连通，所述还原气体输送管通过所述热交换器的加热管线与所述第一腔室的进气口连通。

2.根据权利要求1所述的铁矿直接炼钢系统，其特征在于，所述第一腔室和所述第二腔室由第一分隔件分隔；所述第一分隔件的底部设有用于连通所述第一腔室和所述第二腔室的第一通道，所述第一通道用于使液体在第一、第二腔室间自动流动。

3.根据权利要求2所述的铁矿直接炼钢系统，其特征在于，所述第一分隔件为隔墙，所述第一通道设置于所述隔墙底部。

4.根据权利要求2或3所述的铁矿直接炼钢系统，其特征在于，所述第三腔室通过第二分隔件与所述第一腔室或者与所述第二腔室分隔；所述第二分隔件设有用于连通所述第三腔室和所述第一腔室，或者用于连通所述第三腔室和所述第二腔室的第二通道，所述第二通道用于使液态原料在所述第三腔室和所述第一腔室或者在所述第三腔室和所述第二腔室之间自动流动。

5.根据权利要求4所述的铁矿直接炼钢系统，其特征在于，所述第二分隔件包括安装于所述金属熔炼装置内部顶壁的上隔板和安装于所述金属熔炼装置内部底壁的下隔板；所述上隔板与所述金属熔炼装置的内部底壁具有间隙，所述下隔板与所述金属熔炼装置的内部顶壁具有间隙；所述上隔板和所述下隔板错位布置，并形成所述第二通道。

6.根据权利要求1所述的铁矿直接炼钢系统，其特征在于，所述金属熔炼装置中与所述第三腔室对应的部分设有加料装置和吹气装置，还设有出料口。

7.根据权利要求1所述的铁矿直接炼钢系统，其特征在于，所述金属熔炼装置中与所述第二腔室对应的部分设有加热装置。

8.根据权利要求1所述的铁矿直接炼钢系统，其特征在于，所述还原气体回路组件还包括CO₂脱除装置，所述加压机的出口通过所述CO₂脱除装置与所述还原气体输送管连通。

9.一种铁矿直接炼钢方法，用于权利要求1-8任意一项所述的铁矿直接炼钢系统，其特征在于，包括：

1)在所述第二腔室中加入废钢或生铁，并加热使之融化成铁水并流入所述第一腔室；

2)在所述第一腔室内液位高于第一预设高度时，向所述第一腔室通入氮气以排净空气；

3)向所述第一腔室中加入铁矿，使所述第二腔室保持加热以使热量通过铁水传入所述第一腔室，向所述第一腔室通入还原气体，使铁矿还原为铁水；

4)使铁水达第二预设高度时流入所述第三腔室，向所述第三腔室吹氧或加脱碳剂以脱除铁水中的碳和杂质，炼成钢水。