一种氢气进入还原竖炉制备直接还原铁的方法技术

本发明专利技术提供一种氢气进入还原竖炉制备直接还原铁的方法，围绕竖炉还原段的炉体均匀设置有燃烧喷吹装置，包括以下步骤：S1、将含铁炉料送入竖炉内，同时向竖炉的还原段持续通入热还原气对含铁炉料进行还原；热还原气中氢气占还原性气体的80％以上；S2、在含铁炉料的还原过程中，根据竖炉还原段内含铁炉料的温度，燃烧喷吹装置向竖炉还原段内喷吹氧气。解决了高纯氢竖炉直接还原工艺存在的氢气还原吸热使炉料温度迅速降低，导致生产效率降低的问题。导致生产效率降低的问题。导致生产效率降低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种氢气进入还原竖炉制备直接还原铁的方法


[0001]本专利技术属于冶金化工
，尤其涉及一种氢气进入还原竖炉制备直接还原铁的方法。

技术介绍

[0002]随着全球钢铁行业的快速发展，低碳生产已成为钢铁行业新的竞争力。氢冶金是利用氢代替碳作为还原剂，还原产物为清洁的水，是减少二氧化碳排放的一种新技术，使用氢能可有利地促进钢铁工业的绿色可持续发展。氢在还原剂中是最活泼的还原剂，当还原温度高于810℃时，氢气还原铁矿石的能力大于CO的还原能力，因此大力开发氢冶金将改变煤－铁流程中以碳还原剂为主的局面，有助于大幅度降低CO2排放。综上，大力发展氢冶金可以大大提高金属还原效率，促进钢铁工业绿色可持续发展。
[0003]直接还原是氢冶金的主要利用途径，直接还原
‑
短流程炼钢是世界钢铁工业发展的必然趋势，也是我国产业发展政策鼓励的工艺流程。竖炉直接还原工艺是迅速扩大直接还原铁生产的有效途径并在实际生产中应用较多。在目前实际生产的米德雷克斯MIDREX、HYLIII等竖炉直接还原工艺中，采用煤气作为还原剂，煤气中的还原性气体为一氧化碳和氢气，其中一氧化碳的含量为20％～35％，氢气的含量在15％左右，因此，竖炉中除了氢气还原整体吸热反应之外还有CO还原整体放热反应实现散料层热量互补，大大改善了竖炉内的供热、传热及传质等还原热力学、动力学条件。
[0004]为了进一步降低碳排放，高纯氢气(“高纯氢气”是指还原性气体中氢气的含量在80％以上)竖炉直接还原将成为未来氢冶金的重点发展方向。由于铁矿石在高纯氢氛围下发生强吸热反应，以及由于高纯氢气还原的竖炉中的碳源较少，竖炉内部的化学反应无法实现热量互补、变换和物质的循环。因此，高纯氢气直接还原铁矿石过程大量吸热会使竖炉中散料层内的温度场急剧向凉，导致铁氧化物还原反应速度急剧降低，还原剂利用率和生产率下降。此外，氢气的体积密度仅为CO、CO2或H2O的1/20，高纯氢气进入竖炉后会急剧向炉顶逃逸，与煤气相比，高纯氢气在炉内的路径、方向迅速改变，不能很好地停留在移竖炉内部的还原带完成还原铁矿任务。
[0005]因此，若要维持预定的竖炉生产率，一方面必须发展高纯氢气加热技术，尽量提高入炉气温度以弥补氢气还原吸热，满足氢还原的热量需求才能充分发挥氢气高效还原剂的作用，但是该技术受到气体加热炉管材料性能及成本的限制；另一方面可以发展竖炉内部原料补充热量技术，以使得炉体温度得以补充且后续铁矿石终还原反应的反应速度得到提高。
[0006]申请号为201910587829.9的中国专利申请提供了一种氢气喷吹炼铁竖炉装置及实现氢气炼铁低能耗的方法，其中氢气喷吹炼铁竖炉装置包括炼铁竖炉、微波加热装置、氢气加热炉等。氢气加热炉设置在氢气存储罐和炼铁竖炉之间，微波加热装置设置在炼铁竖炉内。氢气加热炉位于竖炉外部在加热氢气过程中不可避免存在热量的损耗，不能将所有热量全部传给氢气给予氢气升温，因此能量转化效率较低。微波发热装置的电—热能量转
换率较低，电能损耗大。综上，该专利申请存在能量综合利用率低、转化率低的不足，无法实现冶炼加热过程的超低能耗。
[0007]申请号为201710771351.6的中国专利申请提供了一种用于气基竖炉直接还原系统的还原气的加热系统和方法，其中气基竖炉直接还原系统涉及原料气管道、燃气加热炉和气基竖炉等，燃气加热炉将还原气进行初步加热至低于950℃后经电加热装置管利用电加热将还原气问题提高至1000
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1050℃。有效提高还原气的温度，然而该专利技术采用价格相对昂贵的电力去加热还原气，发电过程存在一次能量损耗，且与在炉内直接喷吹燃料和氧气直接燃烧加热相比二次加热过程也存在一定能量损失。因此，该技术存在热量利用率进一步提升的空间。

技术实现思路

[0008](一)要解决的技术问题
[0009]为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种氢气进入还原竖炉制备直接还原铁的方法，解决了高纯氢竖炉直接还原工艺存在的氢气还原吸热使炉料温度迅速降低，导致生产效率降低的问题。
[0010](二)技术方案
[0011]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0012]本专利技术提供一种氢气进入还原竖炉制备直接还原铁的方法，围绕竖炉还原段的炉体均匀设置有燃烧喷吹装置，包括以下步骤：
[0013]S1、将含铁炉料送入竖炉内，同时向竖炉的还原段持续通入热还原气对含铁炉料进行还原；热还原气中氢气占还原性气体的80％以上；
[0014]S2、在含铁炉料的还原过程中，根据竖炉还原段内含铁炉料的温度，燃烧喷吹装置向竖炉还原段内喷吹氧气。
[0015]可选地，S2中，燃烧喷吹装置向竖炉还原段内喷吹氧气和可燃性还原气；可燃性还原气包括氢气，和/或一氧化碳，和/或天然气，和/或页岩气。
[0016]可选地，还原的温度为900～1050℃，还原的时间为1～5小时。
[0017]可选地，S2中，喷吹氧气的射流速度不低于400m/s。
[0018]可选地，燃烧喷吹装置围绕竖炉还原段的炉体上部均匀设置，燃烧喷吹装置喷吹氧气的射流方向向下并与竖炉中心线的夹角呈45～75
°
。
[0019]可选地，燃烧喷吹装置的弥散喷氧量为30～70m3/t DRI。
[0020]可选地，在燃烧喷吹装置每一次停止喷吹氧气时，燃烧喷吹装置切换至向竖炉还原段内喷吹保护性气体，在燃烧喷吹装置喷吹保护性气体预设时间后，燃烧喷吹装置关闭。
[0021]可选地，在竖炉还原段内含铁炉料的温度低于650℃时，燃烧喷吹装置喷吹氧气的阀门处于常闭状态。
[0022]可选地，含铁炉料为氧化球团和含铁精块矿的混合料；含铁炉料中含铁精块矿的占比不高于20％。
[0023]可选地，氧化球团的质量控制要求为：抗压强度不低于2000N，粒度在6.3
‑
16mm的占比不低于94％，转鼓强度+6.3mm大于93％，落下强度+6.3mm大于95％，气孔率大于20％，还原膨胀指数小于15％，耐磨指数小于15％，低温粉化指数500℃RDI
+6.3mm
大于80％，低温粉
化指数500℃RDI
‑
3.2mm
小于10％。
[0024](三)有益效果
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]1、本专利技术通过在铁矿炉料的还原过程中，从竖炉还原段炉体向竖炉还原段内通入少量氧气，氧气与同时喷吹进入的可燃气或炉内还原气燃烧放热，能够将竖炉还原段内的含铁炉料快速补充加热提高300～800℃，满足高纯氢气进入还原竖炉制备直接还原铁工艺的补热要求，即能够维持竖炉还原段温度在900℃
‑
1050℃。
[0027]2、通过在铁矿炉料的还原过程中，从竖炉还原段炉体向竖炉还原段内通入氧气，以使部分氢气和氧气燃烧放热补充竖炉还原段内的温度，实现竖炉还原段的温度稳定，进而令后续铁矿炉料还原反应速度、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢气进入还原竖炉制备直接还原铁的方法，其特征在于，围绕竖炉还原段的炉体均匀设置有燃烧喷吹装置(4)，包括以下步骤：S1、将含铁炉料送入所述竖炉内，同时向所述竖炉的还原段持续通入热还原气对所述含铁炉料进行还原；所述热还原气中氢气占还原性气体的80％以上；S2、在所述含铁炉料的还原过程中，根据竖炉还原段内含铁炉料的温度，燃烧喷吹装置(4)向竖炉还原段内喷吹氧气。2.根据权利要求1所述的氢气进入还原竖炉制备直接还原铁的方法，其特征在于，S2中，燃烧喷吹装置(4)向竖炉还原段内喷吹氧气和可燃性还原气；所述可燃性还原气包括氢气，和/或一氧化碳，和/或天然气，和/或页岩气。3.根据权利要求1所述的氢气进入还原竖炉制备直接还原铁的方法，其特征在于，所述还原的温度为900～1050℃，所述还原的时间为1～5小时。4.根据权利要求1所述的氢气进入还原竖炉制备直接还原铁的方法，其特征在于，S2中，喷吹氧气的射流速度不低于400m/s。5.根据权利要求1所述的氢气进入还原竖炉制备直接还原铁的方法，其特征在于，所述燃烧喷吹装置(4)围绕所述竖炉还原段的炉体上部均匀设置，所述燃烧喷吹装置(4)喷吹氧气的射流方向向下并与所述竖炉中心线的夹角呈45～75
°
。6.根据权利要求1所述的氢气进入还原竖炉制备直接还原铁的方法，其特征在于，所述燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕炜，储满生，唐珏，柳政根，周渝生，王国栋，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：