一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法技术

本发明专利技术提供了一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，包括以下工艺步骤：铁矿粉和熔剂混合后喷入熔融还原炉内；煤粉和石灰粉经混合喷枪与矿粉一同喷入熔融还原炉内；热风通过热风喷枪吹入熔融还原炉的上部空间；氢基还原气体通过还原气体喷枪喷入熔融还原炉内；热风喷枪喷入富氧气体，与炉内CO和H

【技术实现步骤摘要】
一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法
本专利技术涉及非高炉熔融炼铁领域，涉及一种气体喷枪，尤其是一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法。
技术介绍
由于炼焦煤和焦炭资源的日益短缺，限制了传统炼铁工业的进一步发展。熔融还原炼铁不以焦炭为主要原料，摆脱了传统高炉炼铁的限制，符合冶金工业绿色发展的大方向。传统高炉炼铁采用的是碳冶金，所谓碳冶金是固体碳(焦炭等)在不完全燃烧条件下转化成CO，进行还原反应,而氢冶金，即在还原冶炼过程中主要用气体氢作还原剂。氢冶金国内外主要围绕传统高炉流程进行研究，由于焦炭在高炉特殊的骨架作用，使得氢气无法代替焦炭，只能进行高炉富氧喷氢等的相关研究。如国外：2016年瑞典钢铁公司SSAB、联合矿业公司LKAB和能源公司Vattenfall，旨在应用H2替代高炉用的煤粉和焦炭解决瑞典钢铁工业二氧化碳排放问题。国内：2019年9月山西中晋成为我国第一套使用焦炉煤气进行气基直接还原炼铁，但只是停留在直接还原炼铁，无法与熔融还原炼铁相媲美，由于在高炉上氢气利用的局限性，使得氢气无法在高炉内进行大规模使用。中国宝武与中核、清华开展了“核能-制氢-冶金耦合技术”研究；河钢与中国工程院、中国钢研、东大组建氢能技术与产业创新中心，并打算建设120万吨“焦炉煤气制氢-氢气直接还原竖炉”。国内各大钢铁企业均已经将氢冶金作为未来发展的重中之重！我们采用的氢基熔融还原技术，采用熔融还原结合氢冶金的新工艺，不同于国际和国内的常规氢冶金工艺，是采用气固混合铁浴熔融还原技术，氢基熔融冶金技术就是利用氢作为还原剂代替碳还原剂，从而实现减少CO2排放的目的，实现低碳冶金，保证炼铁工业的可持续发展。因此，发展高温熔融氢基冶金技术是我国钢铁工业绿色发展的一个重要的方向。氢气利用主要包括制氢、储氢、用氢三个步骤，氢基熔融还原将是大规模使用氢气的有效手段，可以极大的推动氢冶金的方法。前期针对此工艺已开发了相关的配套喷吹气体装置，为喷吹氢气提供了必要条件。目前，亟待开发一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，为工业化生产铺平道路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，该方法采用含氢、富氢、纯氢等氢基还原气体，实现氢冶金和熔融还原相结合的生产模式。该工艺采用新型熔融还原炉，采用还原气体喷枪喷吹氢气等还原气体，进行炉内还原反应，采用混合喷枪将矿粉和煤粉直接喷入熔池，顶部采用热风喷枪将大量富氧热风喷入炉内，上部为氧化燃烧区、中部为过渡区、下部为还原区。通过对喷气量、喷矿量、喷煤量率等工艺参数的调整，实现对熔池内氧化还原势精确控制和炉内温度的控制，最终可以生产出高纯铸造生铁。在现有的基础上，可大幅降低喷煤量，增加喷氢量，实现绿色冶金。本专利技术提供一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，包括以下工艺步骤：铁矿粉和熔剂混合后喷入熔融还原炉内；煤粉和石灰粉经混合喷枪与矿粉一同喷入熔融还原炉内；热风通过热风喷枪吹入熔融还原炉的上部空间；氢基还原气体通过还原气体喷枪喷入熔融还原炉内；热风喷枪喷入富氧气体，与炉内CO和H2发生二次燃烧反应，释放大量热量，加热飞溅的铁液和炉渣，被加热后的熔体重新回到熔池，通过涌泉换热为熔池提供热量，可供铁矿粉熔化所用，也可为还原反应提供热量，喷吹进入熔池的氢基还原气体可以加快熔池还原反应的进行，缩短冶炼周期。进一步地，氢基还原气体为氢含量＞50％的含氢气体。进一步地，铁矿粉和熔剂的粒度控制在6mm以下，混合物料只进行烘干预热，不进行预还原；所述熔剂为白云石粉；铁矿粉和熔剂的重量配比为10:1～5:1。进一步地，铁矿粉和熔剂的预热温度在400～1000℃。进一步地，铁矿粉和熔剂的混合料采用2支混合喷枪的喷吹方式，用氮气作为载气将混合料喷入熔融还原炉内，2支喷枪在熔融还原炉环形上对称分布，单枪的喷矿量为60～90t/h，喷吹气量在5000～5500m3/h。进一步地，煤粉经干煤仓、中间罐、喷吹罐、旋转给料机，通过输送管道输送至混合喷枪前，经混合喷枪用氮气作为载气将煤粉与矿粉一同喷入熔融还原炉内，在生产过程中，混合喷枪单枪的喷煤量为20～35t/h，喷吹气量在1000～1300m3/h。进一步地，石灰粉经石灰仓、中间罐、喷吹罐、旋转给料机，通过输送管道并入煤粉管线，最终经混合喷枪喷射入炉，正常生产状况下，混合喷枪单枪的石灰喷吹量在8t/h左右，总喷吹量在16t/h左右。进一步地，在生产过程中，采用4支气体喷枪的喷吹方式，2支喷枪在熔融还原炉环形上对称分布，并且与混合喷枪呈45°夹角，另2支喷枪在熔融还原炉环形上也对称分布，并且与混合喷枪呈135°夹角；氢基还原气体可以不经预热直接喷入熔融还原炉，也可以通过生产过程中产生的尾气通过换热室进行换热，将还原气体预热至0～1000℃后，再喷入炉内，可以有效提高炉内温度。进一步地，在生产过程中，2支还原气体喷枪位于熔渣层内，通过配入载气将还原气体穿过渣层喷入铁液中，喷吹深度在0～1m，喷吹量＞5000m3/h，另2支喷枪在熔渣层上部，距离渣层表面为1～2m，喷吹量＞10000m3/h。进一步地，将热风炉送来的热风通过热风喷枪吹入熔融还原炉的上部空间，热风炉送来的热风为富氧热风，含氧量为40％～60％，热风温度控制在1000～1200℃，正常生产状态下，热风风量在135000～160000Nm3/h。根据本公开的实施例，本工艺最大特点为实现氢基还原气体的大规模应用，既可以从源头上减少炼铁系统CO2的高排放问题，又可从反应可行性以及反应速率上达到低碳高效炼铁的效果，由于氢气还原速率快，可以加速反应的进行，冶炼周期明显缩短。氢基还原气体预热至一定温度后(0～1000℃)，再喷入炉内，可以有效提高炉内温度。氢基熔融还原技术可降低煤的用量及带入的S等有害元素，极大的削减传统冶炼过程中CO2及SO2、NOX的生成。氢基熔融还原在降低喷煤量的同时，增加了氢基还原气体的喷入量，氢气在燃烧区内进行燃烧放热，由原来单一煤燃烧放热变为氢气和煤一同在燃烧区燃烧放热，为MPR炉源源不断补充热量，通过喷煤量和喷氢量的动态调整，保证MPR炉燃烧区的温度稳定。由于氢气燃烧只是单纯产生水蒸气，产物清洁、无污染，还可高效代替煤的消耗，实现真正意义上的绿色冶金。30万吨熔融还原项目可实现喷氢量1万吨/年，年减排二氧化碳10.5万吨/年的目标。本工艺取消了污染较大的烧结、球团和焦化工序，SO2、NOx、颗粒物、二氧化碳排放指标分别仅相当于传统高炉的38％，48％，89％，80％，并且没有二噁英、酚氰废水等污染物排放。本工艺设备简单，工艺流程短，操作简便，生产的高纯铁水微量元素低，产品性能优良。应当理解，
技术实现思路
部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。附图说明结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：铁矿粉和熔剂混合后喷入熔融还原炉内；煤粉和石灰粉经混合喷枪与矿粉一同喷入熔融还原炉内；热风通过热风喷枪吹入熔融还原炉的上部空间；氢基还原气体通过还原气体喷枪喷入熔融还原炉内；/n热风喷枪喷入富氧气体，与炉内CO和H

【技术特征摘要】
1.一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：铁矿粉和熔剂混合后喷入熔融还原炉内；煤粉和石灰粉经混合喷枪与矿粉一同喷入熔融还原炉内；热风通过热风喷枪吹入熔融还原炉的上部空间；氢基还原气体通过还原气体喷枪喷入熔融还原炉内；
热风喷枪喷入富氧气体，与炉内CO和H2发生二次燃烧反应，释放大量热量，加热飞溅的铁液和炉渣，被加热后的熔体重新回到熔池，通过涌泉换热为熔池提供热量，可供铁矿粉熔化所用，也可为还原反应提供热量，喷吹进入熔池的氢基还原气体可以加快熔池还原反应的进行，缩短冶炼周期。


2.如权利要求1所述的氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，其特征在于，氢基还原气体为氢含量＞50％的含氢气体。


3.如权利要求1或2所述的氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，其特征在于，铁矿粉和熔剂的粒度控制在6mm以下，混合物料只进行烘干预热，不进行预还原；所述熔剂为白云石粉；铁矿粉和熔剂的重量配比为10:1～5:1。


4.如权利要求3所述的氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，其特征在于，铁矿粉和熔剂的预热温度在400～1000℃。


5.如权利要求4所述的氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，其特征在于，铁矿粉和熔剂的混合料采用2支混合喷枪的喷吹方式，用氮气作为载气将混合料喷入熔融还原炉内，2支喷枪在熔融还原炉环形上对称分布，单枪的喷矿量为60～90t/h，喷吹气量在5000～5500m3/h。


6.如权利要求4或5所述的氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，其特征在于，煤粉经干煤仓、中间罐、喷吹罐、旋转给料机，通过输送管道输送至混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐涛，周海川，张勇，刘志国，任俊，昝智，程鹏，卜二军，曲刚，
申请(专利权)人：内蒙古赛思普科技有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙;15