CN118007011A - 一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，涉及钢铁冶金的技术领域。所述工艺包括生球预处理、生球冷却、成品球团连续输送、成品球团还原、电弧炉冶炼工序。本发明的零碳排放分为三个阶段：第一阶段，球团矿的氧化焙烧使用绿电加热空气作为能源输入，实现了球团生产零碳排放；第二阶段，球团矿的还原，使用氢气作为还原剂，氢气为绿氢；第三阶段，直接还原铁的冶炼即电弧炉的冶炼，所用能源为绿电。从原料球团矿的焙烧到最后合格钢水的生产整个工艺流程无CO2产生，实现了以“氢”代“碳”，工业应用前景广阔。本发明能够低成本、高效制备得到直接还原铁和质量合格的钢水，节能降耗，利于工业大规模生产和推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金的技术领域，尤其涉及一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺。
背景技术
我国是世界钢铁生产第一大国，根据全球钢铁生产统计数据，仅2022年一年，全国的粗钢产量就为10.18亿吨，达到了全球粗钢产量的54％。然而炼铁行业碳排放量占全国碳排放总量的10％左右，显然需要降低碳排放，故而研究低碳炼铁技术不仅是国家层面需求，更是钢铁企业生存和发展的需求。
已有大量研究证明，炼铁行业的CO2排放与化石燃料的燃烧密切相关。我国钢铁行业生命周期碳排放数据表明，化石燃料的获取和燃烧占钢铁行业全生命周期CO2排放总量的98％以上，敏感性分析亦表明影响钢铁行业全生命周期碳排放的最敏感因素是化石燃料的燃烧。
综上所述，降低钢铁行业CO2的排放主要以降低生产过程中碳元素的输入为主，然而方式有很多种，包括改进装置结构、改进生产工艺等，最佳方式当然是降低甚至不需要碳元素的参与，然而这些方式或多或少都存在一定的技术问题。
例如：中国专利CN116536470A公开了一种微波辐射下电氢协同制备钢板带的碳近零排放方法，该方法需要微波和还原气协同制备直接还原铁，耗能大，后续的电炉熔清和二次精炼更是加大了生产成本；且该方法并不适合用于工业大规模生产，一次处理的球团和获得的直接还原铁较低。
中国专利CN210215430U公开了一种零碳排放炼钢设备，包括磨矿粉设备、粉矿提升设备、多级旋风预热器、预还原循环流化床、终还原循环流化床、电弧炉、风力发电机、水电解制氢设备、第一气体换热器、气体增压设备、第二气体换热器、第三气体换热器、气体净化设备、第四气体换热器、气体脱除水设备；显然需要结构的特殊设计，整体装置结构的复杂度大幅度增加，各结构之间的协调性难以预期；且其零碳排放的机理是通过氢还原铁矿炼钢，而不是针对的球团，热能消耗即使通过换热器有所降低，然而相对的，对水资源的消耗成倍增加。
中国专利CN115333163A公开了一种近零碳排放的电弧炉炼钢供能控制系统及控制方法，所述电弧炉炼钢供能控制系统包括供电系统和电弧炉用电系统，所述供电系统包括光伏发电模块、风力发电模块、谷电模块、储能模块以及电弧炉供电配置系统，所述电弧炉用电系统包括电弧炉本体和同厂房内其他的用电设备；显然其只是采用了绿电对电弧炉进行供能，并没有协同利用绿氢制备直接还原铁，故而电弧炉使用绿电针对的是常见原料而不是球团制备的直接还原铁和/或废钢。
中国专利CN116397062A公开了一种近零碳排放的高炉长流程钢化联产工艺及其系统，其是通过对高炉煤气进行变压吸附脱碳来降低碳排放，虽然可以对吸附分解后的产物进行回收利用，但是不仅增加了生产流程，而且加大了生产成本，处理方式也需要特殊的工艺系统设计，整体工业化推广难度太大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是当前的钢铁冶炼过程中如何低成本、高效实现零碳排放，虽然一些技术方案给出了通过装置结构的改变、工艺的改变来实现，但是这些技术方案中存在成本高、装置结构复杂程度高、工艺流程长、效率低等技术缺陷，并不适合工业大规模生产和推广；另外，这些技术方案难以有效解决目前钢铁行业碳排放高以及无法摆脱碳素燃料等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，所述基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺如下步骤：
S1、生球预处理：将不同种类的生球装入零碳氧化焙烧球团竖炉中，同时通入加热后的空气，对生球进行预热干燥和焙烧，得到预处理生球；
S2、生球冷却：将S1的预处理生球在冷却空气中进行冷却，得到成品球团；
S3、成品球团连续输送：将S2的成品球团排出零碳氧化焙烧球团竖炉外，通过运输进入氢基直接还原竖炉内；
S4、成品球团还原：向氢基直接还原竖炉内通入绿氢，并对S3中氢基直接还原竖炉内的成品球团进行高温氢气还原，得到直接还原铁；
S5、电弧炉冶炼：将S4的直接还原铁通入使用绿电的电弧炉中，进行电弧炉冶炼，得到符合质量要求的钢水。
优选地，S1中预处理生球的尺寸为10-15mm。
优选地，S1中不同种类的生球包括酸性球团和自熔性球团。
优选地，S1中加热后的空气通过绿电对空气加热获得，加热后的空气的温度不低于1200℃，预处理生球的温度为30-40℃。
优选地，S1中焙烧的氧化性气氛大于20％。
优选地，S2中成品球团的尺寸为10-14mm。
优选地，S2中冷却空气的温度为25-40℃，成品球团包括冷球团和热球团，冷球团温度控制在150℃以下，热球团温度控制在500-600℃。
优选地，S3中将S2的成品球团排出零碳氧化焙烧球团竖炉外的同时炉顶排出的气体包括对生球冷却后和焙烧高温的气体，作为绿电加热的空气循环利用，降低绿电的能源消耗。
优选地，S3中对生球冷却后的气体温度为100-200℃，焙烧高温的气体温度为1000-1250℃。
优选地，S4中氢基直接还原竖炉中还原温度为850-1150℃。
优选地，S4中成品球团高温还原主要分为两类，一类为冷球团的还原，另一类为热球团的还原；两类还原相同的是还原气体均为绿氢，不同的是冷球团的还原需要额外的补热方式，而热球团的还原不需要额外的补热方式，且能进一步降低工艺能耗。
优选地，S5中电弧炉冶炼一方面加入熔剂进行精炼脱出硫磷等有害元素，另一方面加入合金元素等，同样搭配直接还原铁后会进一步提高钢水质量。
优选地，S5中电弧炉冶炼使用能源同样为绿电，原料为废钢，搭配冷装直接还原铁后，平均电耗降低8-12kWh/t；若热装300-600℃直接还原铁，将节约电能60-140KWh/t；整体节约钢水冶炼时间5-20min。
上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
上述方案，本发明提供了一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，解决了当前的零碳排放或近零碳排放钢铁制备中存在的通过装置结构的改变、工艺的改变成本高、效率低的技术问题。
本发明的零碳排放分为三个阶段：第一阶段，球团矿的氧化焙烧使用绿电加热空气作为能源输入，实现了球团生产零碳排放；第二阶段，球团矿的还原，使用氢气作为还原剂，氢气为绿氢；第三阶段，直接还原铁的冶炼即电弧炉的冶炼，所用能源为绿电。从原料球团矿的焙烧到最后合格钢水的生产整个工艺流程无CO2产生，实现了以“氢”代“碳”，工业应用前景广阔。
本发明所选择的原料适应性强，零碳氧化焙烧球团竖炉和传统竖炉不一致的地方在于仅使用绿电加热后的空气对生球进行焙烧，氧气含量较高，可以焙烧生产不同种类球团矿，从而降低了生产成本和能耗，缩短了工艺流程，适用范围广，利于工业生产。
本发明在球团矿的焙烧阶段，对炉顶气体能够进行高效循环利用，特别的当生产热球团时，会进一步降低绿电的输入，更加节能降耗；而在球团的还原阶段，若使用热球团，不仅会降低氢基还原竖炉的热源输入，还能够促进氢气还原反应充分高效进行。
本发明的零碳排放钢铁冶炼工艺并不需要碳作为还原剂，该方法将绿色球团生产、还原和电弧炉相结合，实现了钢铁生产全流程的零碳生产，是一种全新的具有重大意义的炼铁生产工艺路线。
本发明电弧炉冶炼的炉料搭配全部为直接还原铁时，将缩短炼钢时间5-20min，平均节约电能可达到8-140KWh/t。
总之，本发明方法相对于其他传统方法，通过将绿色球团的绿电生产、预热空气的焙烧还原和绿电的电弧炉冶炼相结合，低成本、高效制备得到直接还原铁和质量合格的钢水，节能降耗，利于工业大规模生产和推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，所述基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺如下步骤：
S1、生球预处理：将不同种类的生球装入零碳氧化焙烧球团竖炉中，同时通入加热后的空气，对生球进行预热干燥和焙烧，得到预处理生球；
S2、生球冷却：将S1的预处理生球在冷却空气中进行冷却，得到成品球团；
S3、成品球团连续输送：将S2的成品球团排出零碳氧化焙烧球团竖炉外，通过运输进入氢基直接还原竖炉内；
S4、成品球团还原：向氢基直接还原竖炉内通入绿氢，并对S3中氢基直接还原竖炉内的成品球团进行高温氢气还原，得到直接还原铁；
S5、电弧炉冶炼：将S4的直接还原铁通入使用绿电的电弧炉中，进行电弧炉冶炼，得到符合质量要求的钢水。
特别地，S1中预处理生球的尺寸为10-15mm。
特别地，S1中不同种类的生球包括酸性球团和自熔性球团。
特别地，S1中加热后的空气通过绿电对空气加热获得，加热后的空气的温度不低于1200℃，预处理生球的温度为30-40℃。
特别地，S1中焙烧的氧化性气氛大于20％。
特别地，S2中成品球团的尺寸为10-14mm。
特别地，S2中冷却空气的温度为25-40℃，成品球团包括冷球团和热球团，冷球团温度控制在150℃以下，热球团温度控制在500-600℃。
特别地，S3中将S2的成品球团排出零碳氧化焙烧球团竖炉外的同时炉顶排出的气体包括对生球冷却后和焙烧高温的气体，作为绿电加热的空气循环利用，降低绿电的能源消耗。
特别地，S3中对生球冷却后的气体温度为100-200℃，焙烧高温的气体温度为1000-1250℃。
特别地，S4中氢基直接还原竖炉中还原温度为850-1150℃。
特别地，S4中成品球团高温还原主要分为两类，一类为冷球团的还原，另一类为热球团的还原；两类还原相同的是还原气体均为绿氢，不同的是冷球团的还原需要额外的补热方式，而热球团的还原不需要额外的补热方式，且能进一步降低工艺能耗。
特别地，S5中电弧炉冶炼一方面加入熔剂进行精炼脱出硫磷等有害元素，另一方面加入合金元素等，同样搭配直接还原铁后会进一步提高钢水质量。
特别地，S5中电弧炉冶炼使用能源同样为绿电，原料为废钢，搭配冷装直接还原铁后，平均电耗降低8-12kWh/t；若热装300-600℃直接还原铁，将节约电能60-140KWh/t；整体节约钢水冶炼时间5-20min。
实施例1
一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，所述基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺如下步骤：
S1、生球预处理：将不同种类的生球装入零碳氧化焙烧球团竖炉中，同时通入加热后的空气，加热后的空气通过绿电对空气加热获得，加热后的空气的温度为1200℃，对生球进行预热干燥和焙烧，得到预处理生球，预处理生球的尺寸为15mm，预处理生球的温度为30℃；其中，焙烧的氧化性气氛大于20％；
S2、生球冷却：将S1的预处理生球在冷却空气中进行冷却，冷却空气的温度为25℃，得到成品球团，成品球团的尺寸为13mm；其中：成品球团包括冷球团和热球团，冷球团温度控制在140℃，热球团温度控制在550℃；
S3、成品球团连续输送：将S2的成品球团排出零碳氧化焙烧球团竖炉外，同时炉顶排出的气体包括对生球冷却后和焙烧高温的气体，作为绿电加热的空气循环利用，降低绿电的能源消耗；之后通过运输进入氢基直接还原竖炉内；其中，对生球冷却后的气体温度为145℃，焙烧高温的气体温度为1200℃；
S4、成品球团还原：向氢基直接还原竖炉内通入绿氢，并对S3中氢基直接还原竖炉内的成品球团进行高温氢气还原，氢基直接还原竖炉中还原温度为980℃，得到直接还原铁；
S5、电弧炉冶炼：将S4的直接还原铁通过冷装的方式入加入到使用绿电的电弧炉中，进行电弧炉冶炼，得到符合质量要求的钢水。
本实施例中电弧炉冶炼的炉料搭配全部为直接还原铁时，将缩短炼钢时间5min，平均节约电能可达到12KWh/t。
实施例2
一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，所述基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺如下步骤：
S1、生球预处理：将不同种类的生球装入零碳氧化焙烧球团竖炉中，同时通入加热后的空气，加热后的空气通过绿电对空气加热获得，加热后的空气的温度为1210℃，对生球进行预热干燥和焙烧，得到预处理生球，预处理生球的尺寸为15mm，预处理生球的温度为32℃；其中，焙烧的氧化性气氛大于20％；
S2、生球冷却：将S1的预处理生球在冷却空气中进行冷却，冷却空气的温度为32℃，得到成品球团，成品球团的尺寸为13mm；其中：成品球团包括冷球团和热球团，冷球团温度控制在142℃，热球团温度控制在556℃；
S3、成品球团连续输送：将S2的成品球团排出零碳氧化焙烧球团竖炉外，同时炉顶排出的气体包括对生球冷却后和焙烧高温的气体，作为绿电加热的空气循环利用，降低绿电的能源消耗；之后通过运输进入氢基直接还原竖炉内；其中，对生球冷却后的气体温度为150℃，焙烧高温的气体温度为1210℃；
S4、成品球团还原：向氢基直接还原竖炉内通入绿氢，并对S3中氢基直接还原竖炉内的成品球团进行高温氢气还原，氢基直接还原竖炉中还原温度为1020℃，得到直接还原铁；
S5、电弧炉冶炼：将S4的直接还原铁通过300℃热装的方式加入到使用绿电的电弧炉中，进行电弧炉冶炼，得到符合质量要求的钢水。
本实施例中电弧炉冶炼的炉料搭配全部为直接还原铁时，将缩短炼钢时间10min，平均节约电能可达到60KWh/t。
实施例3
一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，所述基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺如下步骤：
S1、生球预处理：将不同种类的生球装入零碳氧化焙烧球团竖炉中，同时通入加热后的空气，加热后的空气通过绿电对空气加热获得，加热后的空气的温度为1215℃，对生球进行预热干燥和焙烧，得到预处理生球，预处理生球的尺寸为14mm，预处理生球的温度为34℃；其中，焙烧的氧化性气氛大于20％；
S2、生球冷却：将S1的预处理生球在冷却空气中进行冷却，冷却空气的温度为34℃，得到成品球团，成品球团的尺寸为13mm；其中：成品球团包括冷球团和热球团，冷球团温度控制在144℃，热球团温度控制在565℃；
S3、成品球团连续输送：将S2的成品球团排出零碳氧化焙烧球团竖炉外，同时炉顶排出的气体包括对生球冷却后和焙烧高温的气体，作为绿电加热的空气循环利用，降低绿电的能源消耗；之后通过运输进入氢基直接还原竖炉内；其中，对生球冷却后的气体温度为160℃，焙烧高温的气体温度为1208℃；
S4、成品球团还原：向氢基直接还原竖炉内通入绿氢，并对S3中氢基直接还原竖炉内的成品球团进行高温氢气还原，氢基直接还原竖炉中还原温度为1040℃；
S5、电弧炉冶炼：将S4的直接还原铁通过400℃热装的方式加入到使用绿电的电弧炉中，进行电弧炉冶炼，得到符合质量要求的钢水。
本实施例中电弧炉冶炼的炉料搭配全部为直接还原铁时，将缩短炼钢时间12min，平均节约电能可达到80KWh/t。
实施例4
一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，所述基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺如下步骤：
S1、生球预处理：将不同种类的生球装入零碳氧化焙烧球团竖炉中，同时通入加热后的空气，加热后的空气通过绿电对空气加热获得，加热后的空气的温度为1216℃，对生球进行预热干燥和焙烧，得到预处理生球，预处理生球的尺寸为15mm，预处理生球的温度为38℃；其中，焙烧的氧化性气氛大于20％；
S2、生球冷却：将S1的预处理生球在冷却空气中进行冷却，冷却空气的温度为34℃，得到成品球团，成品球团的尺寸为13mm；其中：成品球团包括冷球团和热球团，冷球团温度控制在146℃，热球团温度控制在580℃；
S3、成品球团连续输送：将S2的成品球团排出零碳氧化焙烧球团竖炉外，同时炉顶排出的气体包括对生球冷却后和焙烧高温的气体，作为绿电加热的空气循环利用，降低绿电的能源消耗；之后通过运输进入氢基直接还原竖炉内；其中，对生球冷却后的气体温度为165℃，焙烧高温的气体温度为1215℃；
S4、成品球团还原：向氢基直接还原竖炉内通入绿氢，并对S3中氢基直接还原竖炉内的成品球团进行高温氢气还原，氢基直接还原竖炉中还原温度为1080℃；
S5、电弧炉冶炼：将S4的直接还原铁通过500℃热装的方式加入到使用绿电的电弧炉中，进行电弧炉冶炼，得到符合质量要求的钢水。
本实施例中电弧炉冶炼的炉料搭配全部为直接还原铁时，将缩短炼钢时间7min，平均节约电能可达到100KWh/t。
实施例5
一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，所述基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺如下步骤：
S1、生球预处理：将不同种类的生球装入零碳氧化焙烧球团竖炉中，同时通入加热后的空气，加热后的空气通过绿电对空气加热获得，加热后的空气的温度为1225℃，对生球进行预热干燥和焙烧，得到预处理生球，预处理生球的尺寸为15mm，预处理生球的温度为34℃；其中，焙烧的氧化性气氛大于20％；
S2、生球冷却：将S1的预处理生球在冷却空气中进行冷却，冷却空气的温度为32℃，得到成品球团，成品球团的尺寸为13mm；其中：成品球团包括冷球团和热球团，冷球团温度控制在138℃，热球团温度控制在560℃；
S3、成品球团连续输送：将S2的成品球团排出零碳氧化焙烧球团竖炉外，同时炉顶排出的气体包括对生球冷却后和焙烧高温的气体，作为绿电加热的空气循环利用，降低绿电的能源消耗；之后通过运输进入氢基直接还原竖炉内；其中，对生球冷却后的气体温度为170℃，焙烧高温的气体温度为1180℃；
S4、成品球团还原：向氢基直接还原竖炉内通入绿氢，并对S3中氢基直接还原竖炉内的成品球团进行高温氢气还原，氢基直接还原竖炉中还原温度为1115℃；
S5、电弧炉冶炼：将S4的直接还原铁通过550℃热装的方式加入到使用绿电的电弧炉中，进行电弧炉冶炼，得到符合质量要求的钢水。
本实施例中电弧炉冶炼的炉料搭配全部为直接还原铁时，将缩短炼钢时间15min，平均节约电能可达到120KWh/t。
实施例6
一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，所述基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺如下步骤：
S1、生球预处理：将不同种类的生球装入零碳氧化焙烧球团竖炉中，同时通入加热后的空气，加热后的空气通过绿电对空气加热获得，加热后的空气的温度为1230℃，对生球进行预热干燥和焙烧，得到预处理生球，预处理生球的尺寸为15mm，预处理生球的温度为36℃；其中，焙烧的氧化性气氛大于20％；
S2、生球冷却：将S1的预处理生球在冷却空气中进行冷却，冷却空气的温度为35℃，得到成品球团，成品球团的尺寸为13mm；其中：成品球团包括冷球团和热球团，冷球团温度控制在148℃，热球团温度控制在580℃；
S3、成品球团连续输送：将S2的成品球团排出零碳氧化焙烧球团竖炉外，同时炉顶排出的气体包括对生球冷却后和焙烧高温的气体，作为绿电加热的空气循环利用，降低绿电的能源消耗；之后通过运输进入氢基直接还原竖炉内；其中，对生球冷却后的气体温度为168℃，焙烧高温的气体温度为1220℃；
S4、成品球团还原：向氢基直接还原竖炉内通入绿氢，并对S3中氢基直接还原竖炉内的成品球团进行高温氢气还原，氢基直接还原竖炉中还原温度为1030℃；
S5、电弧炉冶炼：将S4的直接还原铁通过600℃热装的方式加入到使用绿电的电弧炉中，进行电弧炉冶炼，得到符合质量要求的钢水。
本实施例中电弧炉冶炼的炉料搭配全部为直接还原铁时，将缩短炼钢时间20min，平均节约电能可达到140KWh/t。
对比例
若使用以下生产钢铁工艺流程：球团生产-直接还原炼铁-电炉，其主要步骤如下：
S1、球团生产：目前主要球团生产工艺包括：带式焙烧机、竖炉和链篦机-回转窑。传统球团生产主要原燃料为天然气和煤粉等，据中钢协统计，球团的工序能耗约为25.23kgce/t，CO2排放约为75kg/t。若使用零碳氧化焙烧球团竖炉，将实现球团生产的零碳排放。
S2、直接还原炼铁：以目前广泛应用的氢基直接还原炼铁为例，其主要原燃料为天然气、煤制气，CO2和焦炉煤气重整等，没有从根本上摆脱碳素燃料的使用。使用绿电全氢冶炼，每吨铁可降低CO2排放1.24t左右。
S3、电炉：电炉炼钢平均工序能耗为54.1kgce/t，综合电耗为379KWh/t，节能降耗能力巨大。
故而实施例1-6与对比例对比发现，搭配冷装直接还原铁后，其平均电耗降低8-12kWh/t；若热装300-600℃直接还原铁，将节约电能60-140KWh/t，降低电能消耗约63％以上。
上述方案，本发明提供了一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，解决了当前的零碳排放或近零碳排放钢铁制备中存在的通过装置结构的改变、工艺的改变成本高、效率低的技术问题。
本发明的零碳排放分为三个阶段：第一阶段，球团矿的氧化焙烧使用绿电加热空气作为能源输入，实现了球团生产零碳排放；第二阶段，球团矿的还原，使用氢气作为还原剂，氢气为绿氢；第三阶段，直接还原铁的冶炼即电弧炉的冶炼，所用能源为绿电。从原料球团矿的焙烧到最后合格钢水的生产整个工艺流程无CO2产生，实现了以“氢”代“碳”，工业应用前景广阔。
本发明所选择的原料适应性强，零碳氧化焙烧球团竖炉和传统竖炉不一致的地方在于仅使用绿电加热后的空气对生球进行焙烧，氧气含量较高，可以焙烧生产不同种类球团矿，从而降低了生产成本和能耗，缩短了工艺流程，适用范围广，利于工业生产。
本发明在球团矿的焙烧阶段，对炉顶气体能够进行高效循环利用，特别的当生产热球团时，会进一步降低绿电的输入，更加节能降耗；而在球团的还原阶段，若使用热球团，不仅会降低氢基还原竖炉的热源输入，还能够促进氢气还原反应充分高效进行。
本发明的零碳排放钢铁冶炼工艺并不需要碳作为还原剂，该方法将绿色球团生产、还原和电弧炉相结合，实现了钢铁生产全流程的零碳生产，是一种全新的具有重大意义的炼铁生产工艺路线。
本发明电弧炉冶炼的炉料搭配全部为直接还原铁时，将缩短炼钢时间5-20min，平均节约电能可达到8-140KWh/t。
总之，本发明方法相对于其他传统方法，通过将绿色球团的绿电生产、预热空气的焙烧还原和绿电的电弧炉冶炼相结合，低成本、高效制备得到直接还原铁和质量合格的钢水，节能降耗，利于工业大规模生产和推广应用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，其特征在于，所述基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺如下步骤：
S1、生球预处理：将不同种类的生球装入零碳氧化焙烧球团竖炉中，同时通入加热后的空气，对生球进行预热干燥和焙烧，得到预处理生球；
S2、生球冷却：将S1的预处理生球在冷却空气中进行冷却，得到成品球团；
S3、成品球团连续输送：将S2的成品球团排出零碳氧化焙烧球团竖炉外，通过运输进入氢基直接还原竖炉内；
S4、成品球团还原：向氢基直接还原竖炉内通入绿氢，并对S3中氢基直接还原竖炉内的成品球团进行高温氢气还原，得到直接还原铁；
S5、电弧炉冶炼：将S4的直接还原铁通入使用绿电的电弧炉中，进行电弧炉冶炼，得到符合质量要求的钢水。
2.根据权利要求1所述的基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，其特征在于，S1中预处理生球的尺寸为10-15mm。
3.根据权利要求1所述的基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，其特征在于，S1中不同种类的生球包括酸性球团和自熔性球团。
4.根据权利要求1所述的基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，其特征在于，S1中加热后的空气通过绿电对空气加热获得，加热后的空气的温度不低于1200℃，预处理生球的温度为30-40℃。
5.根据权利要求1所述的基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，其特征在于，S1中焙烧的氧化性气氛大于20％。
6.根据权利要求1所述的基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，其特征在于，S2中冷却空气的温度为25-40℃，成品球团包括冷球团和热球团，冷球团温度控制在150℃以下，热球团温度控制在500-600℃。
7.根据权利要求1所述的基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，其特征在于，S3中将S2的成品球团排出零碳氧化焙烧球团竖炉外的同时炉顶排出的气体包括对生球冷却后和焙烧高温的气体，作为绿电加热的空气循环利用，降低绿电的能源消耗。
8.根据权利要求1所述的基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，其特征在于，S4中氢基直接还原竖炉中还原温度为850-1150℃。
9.根据权利要求1所述的基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，其特征在于，S4中成品球团高温还原主要分为两类，一类为冷球团的还原，另一类为热球团的还原；两类还原相同的是还原气体均为绿氢，不同的是冷球团的还原需要额外的补热方式，而热球团的还原不需要额外的补热方式，且能进一步降低工艺能耗。
10.根据权利要求1所述的基于绿电绿氢的零碳排放钢铁冶炼工艺，其特征在于，S5中电弧炉冶炼中搭配加入的直接还原铁可以选择的装料方式有冷装和热装。
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|---|---|---|---|---|
| CN118957190A (zh) * | 2024-07-29 | 2024-11-15 | 昆明理工大学 | 一种利用电氢循环消耗含铁物料生产铁和钢制品的长流程钢铁冶金生产方法 |
| WO2025255634A1 (en) * | 2024-06-14 | 2025-12-18 | Fortescue Ltd | A method of producing green iron |
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2024
- 2024-03-18 CN CN202410307948.5A patent/CN118007011A/zh active Pending
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| CN118957190A (zh) * | 2024-07-29 | 2024-11-15 | 昆明理工大学 | 一种利用电氢循环消耗含铁物料生产铁和钢制品的长流程钢铁冶金生产方法 |
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