一种铁矿石微波高温烧结氢冷还原装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种铁矿石微波高温烧结氢冷还原装置及方法，其中铁矿石微波高温烧结氢冷还原装置包括连续带式焙烧系统和氢基竖炉还原系统；通过将含铁矿石原料的焙烧过程与还原过程分开进行，解决了传统的铁矿石造块过程因化石燃料燃烧带来的污染物排放量大、直接还原氢还原利用率偏低以及烧结还原过程中能耗偏高的三大技术难题，从而降低传统钢铁流程的碳排放，为传统流程的绿色发展创造有利的条件。件。件。

【技术实现步骤摘要】
一种铁矿石微波高温烧结氢冷还原装置及方法


[0001]本专利技术属于钢铁冶炼领域的黑色金属冶金原材料预处理技术，尤其涉及一种铁矿石微波高温烧结氢冷还原装置及方法。

技术介绍

[0002]作为全流程重要的工序，炼铁的能源消耗和碳排放占全流程70
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80％，碳在炼铁工序中主要作为热源和还原剂。因此，如何寻找替代能源和还原剂，是降低炼铁流程的碳排放的关键；业内普遍认为，随着电力行业逐渐转向以新能源发电，中国的用能方式将向碳中和的方向积极推进，因此，采用电加热代替化石燃料的燃烧，是钢铁行业实现低碳发展的技术方向之一；除此之外，采用氢还原代替碳还原，是降低碳排放的重要技术方向。
[0003]相关研究者在炼钢领域内，开展了大量研究，比如一些以微波加热代替焦炉煤气或碳加热的技术：中国专利CN100547091C公开了一种铁矿石烧结点火的方法，采用微波高温热风代替焦炉煤气，用于烧结点火，可大幅降低烧结能耗，提高烧结矿强度和成品率。
[0004]中国专利CN 110273065 B公开了一种铁矿石微波烧结方法，采用微波电加热代替焦粉燃烧，完成铁矿石烧结造块，可彻底解决铁矿石烧结工艺的污染物排放和降低能源消耗，实现绿色环保生产。
[0005]中国专利CN 103290159B公开了一种微波加热生产直接还原铁粉的方法，采用铁原料60～73％，煤焦类还原剂22～30％，脱硫剂3～7％，膨润土2～3％；加水混合、造球、筛分，得球径为10～15mm的生球；干燥后，送入微波加热炉中升温至 1050～1150℃，还原160～180min，得金属化球团；经破碎、磨细成粒度小于0.2mm 的细粉；经磁选得直接还原铁粉；该技术克服煤基隧道窑罐装外配碳法生产直接还原铁工艺存在的还原时间长、产品质量难以控制、投资大，占地面积大等不足；但是该技术介绍的工业微波炉为料盘装料，间断生产，生产效率方面未介绍。
[0006]公布号CN 112410546 A公开了一种氢能介质联合微波烧结方法及烧结加热系统将铁矿石、煤、熔剂混合，通过微波点燃混合料内燃料，产生的二氧化碳和水蒸气进入气化炉，转换成CO和H2，然后通到烧结罩内燃烧，提高烧结效果，节省能源消耗。产品为常规的烧结矿，废气外排量大幅度减少。上述技术均采用微波电加热技术代替焦炉煤气或碳加热，具有减少造块过程中温室气体排放的作用，有利于环境保护。
[0007]还有一些以竖炉作为还原装置：公开号CN 112159880A公开了一种氢气炼铁的方法及装置，采用含铁矿石原料在氢气或富氢气体气氛下，采用微波照射实现含铁矿石的富氢或纯氢冶炼，得到直接还原铁；该技术以微波提供热源，以纯氢或富氢气体为还原剂，将样品置于坩埚中，采用kg级规模的微波炉作为核心装备，处理规模有限。
[0008]中国专利CN103261446B公开了一种用含氢和CO的还原气体源生产直接还原铁的方法和装置，使用煤制气制备的含有CO和氢的高氧化(CO2和H2O)的还原气体生产DRI(直接还原铁)，突破了以往气基直接还原竖炉使用天然气的限制。
[0009]中国专利CN 103608468B公开了使用焦炉气和氧气炼钢炉气将氧化铁还原为金属
铁的系统和方法，使得长流程钢铁企业内部的煤气可用于生产直接还原铁，解决了天然气匮乏区域发展直接还原铁的瓶颈。中国专利CN103898265B公开了一种焦炉煤气改质直接还原铁矿石系统装置及方法利用炼焦过程产生的焦炉煤气，将其改质转化制成富氢还原气(H2和CO)，然后将其引入竖炉直接还原铁矿石；该技术可以减少铁矿石还原过程中的二氧化碳排放，与天然气进行直接还原铁的路线不同，可更好的适用中国的能源资源特点。
[0010]公开号CN110484672A公开了一种气基竖炉生产直接还原铁的方法，采用气基竖炉生产直接还原铁的方法，利用高炉筛下碎焦与CO2的布多尔反应吸收热量，可有效降低竖炉内温度，减少炉料热结产生，同时有效利用还原放热能量，提高了整体能量利用率，生成的CO提高了炉内还原势，促进了铁矿还原，有利于促进气基竖炉直接还原铁矿技术的应用；其铁矿石为球团或块矿，及两者的混合物。上述技术以竖炉作为还原装置，具有处理量大、效率高等优点，铁矿石常温加入泸定后，与高温还原气进行热交换、升温并达到还原所需的温度，逐步还原至较高的金属化率，然后作为电炉的原料，搭配废钢，得到钢；此类处理方法存在固有的热力学限制环节，主要在于氧化铁的比热容大，加之以天然气或焦炉煤气重整后，主要以氢为还原剂，还原过程中大量吸热，其维持还原温度比较困难，因此需要对气体进行多次加热、循环，整个流程中，氢的利用率比较低，通常在30％左右，使得气基直接还原流程难以在世界范围内推广，只在天然气价格便宜的中东、南美等国家有一定发展；
[0011]鉴于上述情况，业界亟待研究新的铁矿石烧结还原技术，能够解决传统的铁矿石造块过程因化石燃料燃烧带来的污染物排放量大、直接还原氢还原利用率偏低以及烧结还原过程中能耗偏高的三大技术难题，从而降低传统钢铁流程的碳排放，为传统流程的绿色发展创造有利的条件。

技术实现思路

[0012]针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种铁矿石微波高温烧结氢冷还原装置及方法，将铁矿石氧化焙烧过程与炉料还原有机结合，利用微波加热将铁矿石烧结，然后再利用铁矿石本身的高温提供还原过程所需热量，得到具有一定金属化率的预还原炉料，解决了传统的铁矿石造块过程因化石燃料燃烧带来的污染物排放量大、直接还原氢还原利用率偏低以及烧结还原过程中能耗偏高的三大技术难题，从而降低传统钢铁流程的碳排放，为传统流程的绿色发展创造有利的条件。
[0013]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0014]本专利技术的第一方面提供了一种铁矿石微波高温烧结氢冷还原装置，包括连续带式焙烧系统和氢基竖炉还原系统；
[0015]所述连续带式焙烧系统用于含铁矿石原料的干燥、预热、焙烧；所述连续带式焙烧系统采用微波电加热，该连续带式焙烧系统沿含铁矿石原料运动方向上设有干燥段、预热段和高温焙烧段；
[0016]所述氢基竖炉还原系统用于将经所述连续带式焙烧系统焙烧得到的高温炉料还原；该氢基竖炉还原系统包括氢基竖炉、上料系统、还原气系统、冷却系统以及下料系统；所述上料系统设于所述氢基竖炉上部；所述还原气系统用于提供还原处理所需的还原气；所述冷却系统用于将还原后的预还原炉料进行冷却处理；所述下料系统设于所述氢基竖炉底部。
[0017]优选地，所述连续带式焙烧系统的高温焙烧段的上方设有进气口，所述干燥段的上方设有排气口；所述排气口通过风机与布袋除尘器连接；和/或
[0018]所述上料系统包括上部料斗、中部料斗以及下部料斗；所述上部料斗、中部料斗以及下部料斗之间均设有阀门；和/或
[0019]所述还原气系统包括余热锅炉/管式换热器、第一洗涤器、循环风机以及加压风机；所述余热锅炉/管式换热器的一端与所述氢基竖炉顶部的烟气出口连接，另一端与所述第一洗涤器的进气口连接；所述循环风机一端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁矿石微波高温烧结氢冷还原装置，其特征在于，包括连续带式焙烧系统和氢基竖炉还原系统；所述连续带式焙烧系统用于含铁矿石原料的干燥、预热、焙烧；所述连续带式焙烧系统采用微波电加热，该连续带式焙烧系统沿含铁矿石原料运动方向上设有干燥段、预热段和高温焙烧段；所述氢基竖炉还原系统用于将经所述连续带式焙烧系统焙烧得到的高温炉料还原；该氢基竖炉还原系统包括氢基竖炉、上料系统、还原气系统、冷却系统以及下料系统；所述上料系统设于所述氢基竖炉上部；所述还原气系统用于提供还原处理所需的还原气；所述冷却系统用于将还原后的预还原炉料进行冷却处理；所述下料系统设于所述氢基竖炉底部。2.根据权利要求1所述的铁矿石微波高温烧结氢冷还原装置，其特征在于，所述连续带式焙烧系统的高温焙烧段的上方设有进气口，所述干燥段的上方设有排气口；所述排气口通过风机与布袋除尘器连接；和/或所述上料系统包括上部料斗、中部料斗以及下部料斗；所述上部料斗、中部料斗以及下部料斗之间均设有阀门；和/或所述还原气系统包括余热锅炉/管式换热器、第一洗涤器、循环风机以及加压风机；所述余热锅炉/管式换热器的一端与所述氢基竖炉顶部的烟气出口连接，另一端与所述第一洗涤器的进气口连接；所述循环风机一端与所述第一洗涤器的出气口连接，另一端与所述氢基竖炉中部的环形风口连通；所述加压风机为所述循环风机出来的还原气加压；和/或所述冷却系统包括补氧燃烧单元、余热回收单元、第二洗涤器以及冷却风机；所述补氧燃烧单元与所述氢基竖炉下部的出气口连接；所述余热回收单元一端与所述补氧燃烧单元连接，另一端与所述第二洗涤器的进气口连接；所述冷却风机一端与所述第二洗涤器的出气口连接，另一端与所述氢基竖炉下部的进气口连通；所述出气口设于所述进气口上部。3.根据权利要求2所述的铁矿石微波高温烧结氢冷还原装置，其特征在于，所述上部料斗上设有通气管道；所述中部料斗上设有均压装置；所述下部料斗上设有万向布料器。4.一种铁矿石微波高温烧结氢冷还原方法，其特征在于，该铁矿石微波高温烧结氢冷还原方法使用如权利要求1
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3任一项所述的铁矿石微波高温烧结氢冷还原装置，所述铁矿石微波高温烧结氢冷还原方法将含铁矿石原料装入连续带式焙烧系统中，通过微波电加热进行高温焙烧后，直接送入氢基竖炉还原系统进行还原。5.据权利要求4所述的铁矿石微波高温烧结氢冷还原方法，其特征在于，所述铁矿石微波高温烧结氢冷还原方法包括以下步骤：(1)向铁矿石原料中配入白云石、石灰石、生石灰/消石灰，加水，混合制粒或混合压块后得到所述含铁矿石原料；(2)将所述含铁矿石原料装入铺好底料的连续带式焙烧系统中，利用微波电加热进行干燥、预热和高温焙烧处理得到高温炉料；(3)所述高温炉料进入氢基竖炉还原系统中，与还原气发生还原反应，再经冷却气进行冷却处理后得到预还原炉料或热压块铁。6.根据权利要求5所述的铁矿石微波高温烧结氢冷还原方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述铁矿石原料选自磁铁矿、赤铁矿和褐铁矿中一种或几种；和/或所述步骤(2)中，所述底料...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛晓明，李建，熊林，沈海嘉，彭新，杨伟青，蒋栋高，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：