CN115449579A - 一种低碳熔融还原炼铁方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低碳熔融还原炼铁方法及装置，涉及冶金技术领域，所述方法包括：氧化球团与高温还原气进行预还原反应，得到金属化球团和气基竖炉煤气；所述金属化球团中未金属化的铁氧化物与第一物质还原生成熔融的铁水、炉渣和熔融炉高温煤气；所述气基竖炉煤气和熔融炉高温煤气进入除尘设备，得到净化后混合煤气；所述净化后混合煤气与焦炉煤气反应，得到还原气；所述还原气加热后得到高温还原气，所述高温还原气作为内循环回用气体。所述装置包括：气基竖炉、熔融炉、除尘设备、COG干重整炉和加热设备。本发明可实现碳的循环回用，是一种低耗、低碳冶炼方法，应用价值大；有效避免了现有熔融还原炼铁工艺中铁水[Si]含量高等问题，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种低碳熔融还原炼铁方法及装置。
背景技术
目前技术成熟的熔融还原炼铁工艺主要有HIsmelt、COREX、Finex等，是当今冶金领域前沿技术，现有熔融还原的优点是少用或不用炼焦煤，部分工艺取消了烧结、球团、焦化工序，工艺占地少、投资省等优点。
但现有的熔融还原炼铁工艺也存在诸多弊端，主要有：
(1)HIsmelt工艺热量传递效果不好，熔池铁水温度偏低仅1400-1450℃，烟气量高达2700Nm3/t铁、烟气温度达到1600℃，大量物理热随烟气排出炉外损失；铁损高、燃耗高、碳排放高。
(2)COREX、Finex铁水[Si]含量高，煤气发生量过大、一次碳耗高。
(3)碳的化学能利用率不充分，部分碳元素以CO的形式随煤气逸出，没能进一步利用其化学能。
目前成熟的熔融还原炼铁工艺技术中，HIsmelt工艺铁损高、燃耗高、碳排放高；COREX和Finex工艺铁水[Si]含量高，煤气发生量过大、一次碳耗高；且上述工艺碳的化学能利用率不充分。因此针对上述技术问题，本发明提出一种低碳熔融还原炼铁方法及装置。
发明内容
本发明目的在于提供一种低碳熔融还原炼铁方法及装置，极大地提高了碳的循环回用效率，降低了生产成本。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种低碳熔融还原炼铁方法，所述方法包括以下步骤：
氧化球团与高温还原气进行预还原反应，得到金属化球团和气基竖炉煤气；
所述金属化球团中未金属化的铁氧化物与第一物质还原生成熔融的铁水、炉渣和熔融炉高温煤气；
所述气基竖炉煤气和熔融炉高温煤气进入除尘设备，得到净化后混合煤气；
所述净化后混合煤气与焦炉煤气反应，得到还原气；
所述还原气加热后得到高温还原气，所述高温还原气作为内循环回用气体。
进一步地，所述第一物质为高温还原气；或者为高温还原气和块状燃料；或者为高温还原气、块状燃料、煤粉、矿粉和纯纯O2；或者为高温还原气、煤粉、矿粉和纯O2；
其中，所述煤粉、矿粉和纯O2同时喷吹进入熔融炉。
进一步地，所述块状燃料包括焦炭和/或块煤。
进一步地，所述气基竖炉煤气和熔融炉高温煤气的成分包括：H2、H2O、CO和CO2；
所述还原气的成分包括：H2和CO。
进一步地，所述高温还原气温度为950～1150℃，H2和CO体积比范围为H2:CO≥1.2。
进一步地，所述氧化球团与高温还原气的化学反应式为：
Fe2O3+CO/H2→Fe3O4+CO2/H2O；
Fe3O4+CO/H2→FeO+CO2/H2O；
FeO+CO/H2→Fe+CO2/H2O。
进一步地，所述金属化球团中未金属化的铁氧化物发生的化学反应式为：
FeO+C/CO/H2→Fe+CO/CO2/H2O。
进一步地，所述净化后混合煤气与焦炉煤气反应的化学反应式为：
CH4+CO2＝2CO+2H2。
另一方面，本发明还提供了一种低碳熔融还原炼铁装置，所述装置包括气基竖炉、熔融炉、除尘设备、COG干重整炉和加热设备；
所述气基竖炉，用于为氧化球团与高温还原气提供预还原反应场所，得到金属化球团和气基竖炉煤气；
所述熔融炉，用于为所述金属化球团中未金属化的铁氧化物与第一物质提供还原场所，还原生成熔融的铁水、炉渣和熔融炉高温煤气；
所述除尘设备，用于将从所述气基竖炉中生成的气基竖炉煤气和从所述熔融炉中生成的熔融炉高温煤气进行净化，得到净化后混合煤气；
所述COG干重整炉，用于为从除尘设备中出来的所述净化后混合煤气与焦炉煤气提供反应场所，得到还原气；
所述加热设备，用于将从所述COG干重整炉得到的所述还原气进行加热，得到高温还原气，所述高温还原气作为内循环回用气体。
进一步地，所述熔融炉的顶端设置进料口；
所述熔融炉的圆周面上从上到下依次设置喷吹口、渣口和铁口。
本发明的技术效果和优点：
第一，本发明通过气基竖炉煤气、熔融炉高温煤气与焦炉煤气通过COG干重整炉生成还原气，用作熔融炉和气基竖炉的还原剂和热源，实现碳的循环回用，是一种低耗、低碳冶炼方法，应用价值大；
第二，本发明采用向熔融炉内喷吹煤粉和矿粉、纯O2鼓风等先进技术，喷吹的煤粉和矿粉，在风口发生的是吸热反应(煤粉中的有机物分解需要吸收热量、常温矿粉熔融也需要吸热)，可以平衡理论燃烧温度。避免了现有熔融还原炼铁工艺中铁水[Si]含量高等问题，实用性强。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明的低碳熔融还原炼铁方法循环流程图；
图2为本发明的低碳熔融还原炼铁装置示意图。
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。
为解决现有技术的不足，一方面，本发明公开了一种低碳熔融还原炼铁方法，图1为本发明的低碳熔融还原炼铁方法循环流程图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
氧化球团与高温还原气进行预还原反应，得到金属化球团和气基竖炉煤气；
所述金属化球团中未金属化的铁氧化物与第一物质还原生成熔融的铁水、炉渣和熔融炉高温煤气；
所述气基竖炉煤气和熔融炉高温煤气进入除尘设备，得到净化后混合煤气；
所述净化后混合煤气与焦炉煤气反应，得到还原气；
所述还原气加热后得到高温还原气，所述高温还原气作为内循环回用气体。
优选地，所述第一物质为高温还原气；或者为高温还原气和块状燃料；或者为高温还原气、块状燃料、煤粉、矿粉和纯O2；或者为高温还原气、煤粉、矿粉和纯O2；
其中，所述煤粉、矿粉和纯O2同时喷吹进入熔融炉。
优选地，所述块状燃料包括焦炭和/或块煤。
优选地，所述气基竖炉煤气和熔融炉高温煤气的成分包括：H2、H2O、CO和CO2；
所述还原气的成分包括：H2和CO。
优选地，所述高温还原气的要求包括：
温度范围为950～1150℃，H2和CO比例范围为H2:CO≥1.2。
优选地，所述氧化球团与高温还原气的化学反应式为：
Fe2O3+CO/H2→Fe3O4+CO2/H2O； (1)
Fe2O3+CO/H2→Fe3O4+CO2/H2O； (2)
FeO+CO/H2→Fe+CO2/H2O。 (3)
优选地，所述金属化球团中未金属化的铁氧化物发生的化学反应式为：
FeO+C/CO/H2→Fe+CO/CO2/H2O。 (4)
优选地，所述净化后混合煤气与焦炉煤气反应的化学反应式为：
CH4+CO2＝2CO+2H2。 (5)
基于上述方法，本发明还公开了一种低碳熔融还原炼铁装置，图2为本发明的低碳熔融还原炼铁装置示意图，如图2所示，所述装置包括气基竖炉、熔融炉、除尘设备、COG干重整炉和加热设备；
所述气基竖炉，用于为氧化球团与高温还原气提供预还原反应场所，得到金属化球团和气基竖炉煤气；
所述熔融炉，用于为所述金属化球团中未金属化的铁氧化物与第一物质提供还原场所，还原生成熔融的铁水、炉渣和熔融炉高温煤气；
所述除尘设备，用于将从所述气基竖炉中生成的气基竖炉煤气和从所述熔融炉中生成的熔融炉高温煤气进行净化，得到净化后混合煤气；
所述COG干重整炉，用于为从除尘设备中出来的所述净化后混合煤气与焦炉煤气提供反应场所，得到还原气；
所述加热设备，用于将从所述COG干重整炉得到的所述还原气进行加热，得到高温还原气，所述高温还原气作为内循环回用气体。
优选地，所述熔融炉的顶端设置进料口；
所述熔融炉的圆周面上从上到下依次设置喷吹口、渣口和铁口。
实施例
一、气基竖炉反应过程：
将氧化球团通过气基竖炉顶部加入，经加热设备(加热炉或直管或热风炉等)加热产生的高温还原气在气基竖炉内与下降的氧化球团进行热交换，高温还原气上升过程中和下降的氧化球团发生反应，此时的高温还原气来源于COG干重整炉，使从气基竖炉顶部加入的氧化球团完成还原反应。氧化球团中的铁氧化物被部分或全部还原为金属铁，在气基竖炉下方得到金属化球团，其金属化率MR为92％，铁元素含量为67％。金属化球团通过螺旋输料器从气基竖炉下方输出，并从顶部装入熔融炉。气基竖炉产生的竖炉煤气经过除尘进入COG干重整系统回用。若整个系统还原气的气量有富余，即满足上述反应式(1)-(4)所需的煤气量，则可外排一部分竖炉煤气进入煤气管网。
二、熔融炉反应过程：
经过气基竖炉预还原产生的金属化球团(MR：92％，Fe：67％)，从顶部装入熔融炉，依据需要，即依据熔融炉炉温(渣铁排放出来的检测温度)，从熔融炉顶部装入块状燃料(如焦炭和/或块煤等含碳且具有一定粒度的物料)，从熔融炉圆周面上的不同喷吹口分别喷吹高温还原气和纯O2，根据需要从熔融炉圆周面上的其他喷吹口喷吹煤粉和矿粉等，以上喷吹口均设置在熔融炉液面以上的位置。经过COG干重整炉产生的还原气，进一步加热成为热能和化学能载体，喷入熔融炉，一方面作为还原剂和金属化球团中没有完全金属化的铁氧化物发生还原反应生成金属铁；另一方面和鼓入的纯O2反应，释放大量的热，加之还原气自身所带入的物理热，使金属化球团还原产生的金属铁与脉石分别熔化成液态铁水和炉渣，两者依据密度原理分离，炉渣密度小在上方，铁水密度大在下方，以此实现渣铁分离。熔融炉设置渣口和铁口，分别用于排放铁水和炉渣。熔融炉内燃烧块状燃料(焦炭和/或块煤)、煤粉和高温还原气释放大量的反应热，喷吹的矿粉在熔融炉内与块状燃料(焦炭和/或块煤)、高温还原气发生还原反应。熔融炉内反应产生的熔融炉高温煤气通过除尘设备进入COG干重整炉与焦炉煤气反应产生主要成分为CO和H2的还原气实现内部循环利用。若整个系统还原气的气量有富余，即满足上述反应式(1)-(4)所需的煤气量，则可外排一部分熔融炉高温煤气进入煤气管网，此时的熔融炉高温煤气温度可达850℃以上。
三、COG干重整炉、除尘设备和加热设备反应过程：
熔融炉产生的熔融炉高温煤气和气基竖炉产生的气基竖炉煤气主要成分为H2、CO、H2O、CO2等，通过除尘设备净化处理之后，得到的净化后混合煤气进入COG干重整炉与焦炉煤气发生反应，得到主要成分为H2、CO等的还原气。该还原气通过加热设备(加热炉/直管/热风炉)加热至需要的温度后，得到高温还原气(温度为950～1150℃，体积比为H2:CO≥1.2)，一部分高温还原气通过气基竖炉下方输送入气基竖炉炉内作为还原剂，另一部分高温还原气输送入熔融炉内作为主要还原剂和热源。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低碳熔融还原炼铁方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
氧化球团与高温还原气进行预还原反应，得到金属化球团和气基竖炉煤气；
所述金属化球团中未金属化的铁氧化物与第一物质还原生成熔融的铁水、炉渣和熔融炉高温煤气；
所述气基竖炉煤气和熔融炉高温煤气进入除尘设备，得到净化后混合煤气；
所述净化后混合煤气与焦炉煤气反应，得到还原气；
所述还原气加热后得到高温还原气，所述高温还原气作为内循环回用气体。
2.根据权利要求1所述的一种低碳熔融还原炼铁方法，其特征在于，
所述第一物质为高温还原气；或者为高温还原气和块状燃料；或者为高温还原气、块状燃料、煤粉、矿粉和纯O2；或者为高温还原气、煤粉、矿粉和纯O2；
其中，所述煤粉、矿粉和纯O2同时喷吹进入熔融炉。
3.根据权利要求2所述的一种低碳熔融还原炼铁方法，其特征在于，
所述块状燃料包括焦炭和/或块煤。
4.根据权利要求1或2所述的一种低碳熔融还原炼铁方法，其特征在于，
所述气基竖炉煤气和熔融炉高温煤气的成分包括：H2、H2O、CO和CO2；
所述还原气的成分包括：H2和CO。
5.根据权利要求1或2所述的一种低碳熔融还原炼铁方法，其特征在于，
所述高温还原气温度为950～1150℃，H2和CO体积比范围为H2:CO≥1.2。
6.根据权利要求1所述的一种低碳熔融还原炼铁方法，其特征在于，所述氧化球团与高温还原气的化学反应式为：
Fe2O3+CO/H2→Fe3O4+CO2/H2O；
Fe3O4+CO/H2→FeO+CO2/H2O；
FeO+CO/H2→Fe+CO2/H2O。
7.根据权利要求1所述的一种低碳熔融还原炼铁方法，其特征在于，所述金属化球团中未金属化的铁氧化物与第一物质发生的化学反应式为：
FeO+C/CO/H2→Fe+CO/CO2/H2O。
8.根据权利要求1所述的一种低碳熔融还原炼铁方法，其特征在于，所述净化后混合煤气与焦炉煤气反应的化学反应式为：
CH4+CO2＝2CO+2H2。
9.一种低碳熔融还原炼铁装置，其特征在于，所述装置包括气基竖炉、熔融炉、除尘设备、COG干重整炉和加热设备；
所述气基竖炉，用于为氧化球团与高温还原气提供预还原反应场所，得到金属化球团和气基竖炉煤气；
所述熔融炉，用于为所述金属化球团中未金属化的铁氧化物与第一物质提供还原场所，还原生成熔融的铁水、炉渣和熔融炉高温煤气；
所述除尘设备，用于将从所述气基竖炉中生成的气基竖炉煤气和从所述熔融炉中生成的熔融炉高温煤气进行净化，得到净化后混合煤气；
所述COG干重整炉，用于为从除尘设备中出来的所述净化后混合煤气与焦炉煤气提供反应场所，得到还原气；
所述加热设备，用于将从所述COG干重整炉得到的所述还原气进行加热，得到高温还原气，所述高温还原气作为内循环回用气体。
10.根据权利要求9所述的一种低碳熔融还原炼铁装置，其特征在于，
所述熔融炉的顶端设置进料口；
所述熔融炉的圆周面上从上到下依次设置喷吹口、渣口和铁口。
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