全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法技术方案

一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法，属于氢冶金低碳炼铁技术领域。可大幅度降低炼铁生产中碳的使用量和减少CO2的排放量。炼铁系统组成中包括还原熔化炉、炉顶煤气除尘器、干燥器、烟囱、电解水装置、CO2分离器、风机、换热器、还原气备用储气罐，还原熔化炉自上而下依次包括间接还原区、软熔滴落区、焦炭燃烧及渣铁区；炼铁方法包括矿焦装料、间接还原区喷入电解绿氢及炉顶煤气循环的混合还原气、焦炭燃烧区鼓入纯氧、炉顶煤气CO2回收、出铁。通过设计相应的炉型及工艺，使间接还原区金属化率达85

【技术实现步骤摘要】
全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法


[0001]本专利技术涉及氢冶金低碳炼铁
，特别是一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及其炼铁工艺。

技术介绍

[0002]目前，炼铁生产主要采用高炉炼铁，其以焦炭、煤粉为燃料和还原剂，高炉炼铁生产过程中，炉内直接还原度高达30
‑
40%，间接还原度仅为60
‑
70%，使得高炉炼铁能耗高、排放大、污染严重等问题较为突出。虽然国内至少有6.2亿吨钢铁产能正在实施全球最严的超低排放改造工程，但由于高炉炼铁使用空气冶炼，故生成的高炉煤气含有大量氮气，导致高炉煤气发热值较低、还原能力较差，不具备脱碳再循环使用的价值，成为制约高炉技术未来发展的瓶颈。为降低高炉炼铁的碳排放，亟待对传统高炉炼铁发起挑战，开发低碳炼铁技术。中国专利2016800810792公开了一种向高炉炉身部供给含氢气的还原气体的方法，其在反应器内向预热的焦炉煤气供给含氧气体并升温至1200
‑
1800℃，由此生成富含氢气的改质气体，在所述反应器内将含CO的气体与该改质气体混合，将氢气浓度调整为15
‑
35％(湿)而得到还原气体，在还原气体吹入炉身部的流量/还原气体吹入风口的流量比>0.42的条件下，向高炉炉身部和风口部两部分供给该还原气体；中国专利申请2021111991046公开的欧冶炉与富氢碳循环高炉耦合的生产系统，其使用的还原煤气来自于欧冶炉煤气，其中一部分欧冶炉自用回配，另一部分通过还原气煤气管道，压缩机加压后利用加热系统将脱除CO2的还原气加热至900℃左右，通过风口喷吹管道和富氢碳循环高炉炉身下部煤气管道，向富氢碳循环高炉进行两段式喷吹欧冶炉的脱除CO2的还原气，达到富氢碳循环高炉与欧冶炉耦合的目的。
[0003]但上述氢冶金技术均利用其它附属设备进行煤气改质，均不能完全采用自身反应器所产生的还原煤气实现自循环，并未实现真正意义上的绿色低碳冶金。另外，高比例富氢也是未来大幅度减少碳排放的必然要求，且富氢来源必须是绿氢产生方为可行。在满足上述工艺参数要求下，若继续使用高炉作为反应器，必然会面临传统高炉无法打破的直接还原极限、氧气高炉遭遇的“下热上凉”、喷煤带来的透气透液性差和鼓风动能减小带来的中心供气不足等问题，因此，亟需通过改变炉型及相应工艺来解决上述现有技术中存在的问题，以便最大限度地突破传统高炉内直接还原和间接还原比例极限，以真正实现低碳冶炼。
[0004]基于此，本专利技术提出了一种全氧富氢低碳还原熔化新工艺，通过设计全新的炉型转变现有高炉炼铁中约30
‑
40%的碳直接还原与约70
‑
60%的CO间接还原方式，降低吨铁冶炼的碳耗，不仅使用全氧大幅度提高冶炼炉的利用系数，还可通过炉顶煤气循环方式，完成碳资源的自循环利用，达到至少降低40%的二氧化碳排放目标，实现真正的绿色低碳冶炼。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于克服上述现有技术中的问题而提供一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法，通过设计相应的炉型及工艺方法，采用自身反应器还原产生的煤气
进行循环利用，大幅降低炼铁生产中碳的使用量和减少CO2的排放量，使间接还原区金属化率的比例达到85
‑
95%，直接还原方式占5
‑
15%，实现绿色低碳冶金。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是：一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，组成中包括还原熔化炉、炉顶煤气除尘器、干燥器、烟囱、电解水装置、CO2分离器、风机、换热器、还原气备用储气罐；所述还原熔化炉顶部设有进料口，炉顶煤气出口（3）与炉顶煤气除尘器相连，煤气经除尘器除尘后通入干燥器，经干燥器干燥后的炉顶煤气通入CO2分离器，分离后的CO2从分离器的顶部排出并储存，由CO2分离器的出口排出的还原气体一部分与电解水装置制取的绿氢混合通入换热器中，经加热后通入还原熔化炉中，剩余部分存入还原气备用储气罐中，换热器燃烧废气通过烟囱排入大气；所述还原熔化炉体由上至下依次为间接还原区Ⅰ、软熔滴落区Ⅱ、焦炭燃烧及渣铁区Ⅲ区域；上述全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，所述间接还原区Ⅰ内型为圆台状，倾角α为83
‑
89
º
；加热后的富氢还原气由富氢还原气进风口通入热风围管中，富氢还原气入炉风口沿热风围管底部圆周均匀分布，向下倾角θ为30
‑
70
º
；所述软熔滴落区Ⅱ为倒圆台状，倾角β为72
‑
80
º
；所述焦炭燃烧及渣铁区Ⅲ为圆柱状，在上部沿圆周均匀设置有纯氧气风口，倾角为向下4
‑6º
；在中下段设置出铁出渣口，沿圆周设置。
[0007]上述一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，所述富氢还原气进风口为两个，对向设置；所述富氢还原气入炉风口的个数为10
‑
90个；所述富氢还原气入炉风口的下端位置为料面以下8
‑
13米；由于还原气体向下的冲击深度约1
‑
2米，故间接还原区总高度为9
‑
15米，圆台直径1.5
‑
11米；所述软熔滴落区Ⅱ的高度为2
‑
6米；所述纯氧气风口的个数为5
‑
32个，沿圆周均匀设置；所述出铁出渣口（6）数量为1
‑
4个。
[0008]一种使用上述炼铁系统进行全氧富氢低碳还原熔化炼铁的方法，包括如下步骤：（1）装料：将含铁物料与焦炭混匀后分批次从炉顶加入还原熔化炉，保持料面在炉口水平面下300
‑
1500mm；（2）间接还原区还原：经换热器加热后的富氢还原气从富氢还原气进风口喷入还原熔化炉内进入上部间接还原区底部；同时，由纯氧与焦炭燃烧产生的CO还原气体从焦炭燃烧及渣铁区生成上升至上部间接还原区底部；在两股气体的共同作用下，在间接还原区含铁物料还原为铁，金属化率为85
‑
95%；（3）软熔滴落：焦炭燃烧生成的高温CO气体在软熔滴落区上升过程中加热含铁炉料，使之软熔滴落；（4）焦炭燃烧及渣铁熔化：在还原熔化炉焦炭燃烧和渣铁区的上部沿圆周均匀设置的进风口鼓入纯氧用于焦炭的燃烧，产生的热量用于渣铁的熔化与升温及生成的CO还原气体加热；（5）出渣铁：还原熔化炉生成的铁水和炉渣从设置在焦炭燃烧和渣铁产生段的中下部的铁口排出；（6）炉顶煤气循环制取富氢还原气：冶炼过程中生成的炉顶煤气，从还原熔化炉炉顶煤气出口排出进入除尘器；除尘后的炉顶煤气经干燥器脱H2O和CO2分离器脱除CO2后形成以CO和H2为主要成分的还原气，之后在还原气中配加由电解水装置制取的H2制成富氢混合还原气。经加热炉加热后由富氢还原气进风口喷入还原熔化炉，实现还原熔化炉还原气自
循环。
[0009]上述（1）装料步骤中，所述含铁物料为烧结矿、球团矿或矿石中的任一种或几种，与焦炭采用完全混合布料的方式，矿焦比为4.0
‑
5.5；上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，其特征在于，组成中包括还原熔化炉（1）、炉顶煤气除尘器（7）、干燥器（8）、烟囱（12）、电解水装置（9）、CO2分离器（14）、风机（10）、换热器（11）、还原气备用储气罐（15）；所述还原熔化炉（1）顶部设有进料口（2），炉顶煤气出口（3）与炉顶煤气除尘器（7）相连，煤气经除尘器（7）除尘后通入干燥器（8），经干燥器（8）干燥后的炉顶煤气通入CO2分离器（14），分离后的CO2从分离器（14）的顶部排出并储存（13），由CO2分离器（14）的出口排出的还原气体一部分与电解水装置（9）制取的绿氢混合通入换热器（11）中，经加热后通入还原熔化炉（1）中，剩余部分存入还原气备用储气罐（15）中，换热器（11）燃烧废气通过烟囱（12）排入大气；所述还原熔化炉体由上至下依次为间接还原区（Ⅰ）、软熔滴落区（Ⅱ）、焦炭燃烧及渣铁区（Ⅲ）区域。2.根据权利要求1所述的一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，其特征在于，所述间接还原区（Ⅰ）内型为圆台状，倾角α为83
‑
89
º
；加热后的富氢还原气由富氢还原气进风口（4）通入热风围管（17）中，富氢还原气入炉风口（16）沿热风围管底部圆周均匀分布，向下倾角θ为30
‑
70
º
；所述软熔滴落区（Ⅱ）为倒圆台状，倾角β为72
‑
80
º
；所述焦炭燃烧及渣铁区（Ⅲ）为圆柱状，在上部沿圆周均匀设置有纯氧气风口（5），倾角为向下4
‑6º
；在中下段设置出铁出渣口（6），沿圆周设置。3.根据权利要求2所述的一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，其特征在于，所述富氢还原气进风口（4）为两个，对向设置；所述富氢还原气入炉风口（16）的个数为10
‑
90个；所述富氢还原气入炉风口（16）的下端位置为料面以下8
‑
13米。4.根据权利要求2或3所述的一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，其特征在于，所述间接还原区总高度为9
‑
15米，圆台直径1.5
‑
11米；所述软熔滴落区（Ⅱ）的高度为2
‑
6米。5.根据权利要求4所述的一种全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统，其特征在于，所述纯氧气风口（5）的个数为5
‑
32个，所述出铁出渣口（6）数量为1
‑
4个。6.一种使用权利要求1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：于勇，王新东，罗志国，王兰玉，李海峰，张彩东，么洪勇，王小艾，王宏斌，邹宗树，郑艾军，田志强，陈俊，孙添文，姜鑫，
申请(专利权)人：东北大学宣化钢铁集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：