气体预还原-电解终还原铁矿石制备铁水的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种气体预还原

【技术实现步骤摘要】
气体预还原
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电解终还原铁矿石制备铁水的方法及系统


[0001]本专利技术涉及钢铁冶金
，尤其涉及一种气体预还原
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电解终还原铁 矿石制备铁水的方法及系统。

技术介绍

[0002]作为国民经济的基础产业，钢铁工业是我国经济社会发展的压舱石，是民生国防 建设的材料保障。然而，我国钢铁工业面临着一个突出问题：以“高炉
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转炉”长流程 为主导的生产工艺化石能源消耗高、碳排放量大。当前，我国钢铁工业能耗占全国总 能耗的15％左右，CO2排放量占全国排放的12％～16％，是我国CO2排放的主要源头之一， 而钢铁工业约70％的能源消耗和80％的CO2排放量来源于炼铁系统。针对传统高炉炼铁 面临的污染严重、碳排放高等问题，近年来国内外提出了各种低碳炼铁新技术。在高 炉低碳炼铁方面，国内外主要提出了高还原势煤气喷吹的技术路线。日本COURSE50项 目围绕高炉碳减排，开发了部分使用氢代替焦炭作为还原剂的氢还原炼铁法。欧盟 ULCOS项目在高炉低碳新技术方面，研究了炉顶煤气循环工艺(TGR
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BF)。我国宝钢八 钢氧气高炉喷吹欧冶炉脱碳煤气的相关工作，助力喷气250m3/t，富氧50％条件下相 对基准吨铁节焦70kg的工业实践。在竖炉直接还原方面，新型气基全氢/富氢竖炉工 艺得到迅速发展。瑞典SSAB公司发起的HYBRIT项目，德国萨尔茨吉特钢铁公司发起 的SALCOS项目和奥钢联发起的H2FUTURE项目，其理念均是利用绿氢还原铁矿石，达 到碳减排的目的。我国针对自身资源特征，着重开发了焦炉煤气改质
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竖炉直接还原工 艺。北京科技大学参与研发的CSDRI工艺已在山西中晋建成年产30万吨直接还原铁 (DRI)的氢气竖炉项目，以干重整焦炉煤气为还原气，目标是使CO2排放减少28％。目 前研究和开发的低碳炼铁新工艺，大多以富氢冶金为主，全氢冶金存在生产效率和能 量效率低等问题。从炼铁全流程的角度，目前低碳炼铁技术仍有较大的提升空间。
[0003]电化学冶金是绿色清洁的金属提取技术，是大宗有色金属(如铝、铜等)、 碱/碱土金属和稀土金属等的主要生产方法。借鉴于铝电解工艺，麻省理工的 Sadoway教授开展了熔融金属氧化物直接电解金属铁(Molten OxideElectrolysis，MOE)。该工艺以可溶解Fe2O3的熔融氧化物为电解质，能够 直接电解制备液态金属铁。此外，基于惰性阳极的开发及应用，熔盐电化学 冶金可实现工艺无碳排放。但目前以Fe2O3为原料的MOE炼铁工艺电流效率仍 待提高。
[0004]因此，有必要研究一种气体预还原
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电解终还原铁矿石制备铁水的方法及 系统来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种气体预还原
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电解终还原铁矿石制备铁水的 方法及系统，相对于传统钢铁冶金的冶炼工艺，本专利技术可以大大降低炼铁过 程中的碳排放问题；同时该方法具有操作简单，提铁效率高，易于规模化生 产等优点，是低碳炼铁的有效技术
路线。
[0006]一方面，本专利技术提供一种气体预还原
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电解终还原铁矿石制备铁水的方法， 所述制备铁水的方法包括以下步骤：
[0007]S1：通过还原性气体将预还原原料中三氧化二铁还原为氧化亚铁；
[0008]S2：将金属铁作为阴极；
[0009]S3：以熔融混合氧化物为支持电解质，预还原后的氧化亚铁作为电解原料， 升高温度使熔融混合氧化物及氧化亚铁处于熔融状态，获得氧化物电解质并置于 阴极上方；
[0010]S4：将惰性阳极下放浸入到氧化物电解质中，采用恒电流电解，将氧化亚铁 还原为液态铁；
[0011]S5：电解过程中根据槽压及阳极气体析出情况监控氧化物电解质中氧化亚铁 含量，并根据监控结果补充氧化亚铁；
[0012]S6：电解一段时间后，从电解炉底部出铁口收集阴极铁水，使阴极铁水维持 在一定高度范围内，保证连续电解。
[0013]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S1 预还原子系统中还原性气体包括但不限于H2、CO、富氢或富CO气体，通入的还 原性气体温度大于570℃。
[0014]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S1 预还原子系统中的工作温度为600
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1200℃，还原时间为0.2
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3h，预还原原料中未 被还原三氧化二铁含量小于5％。
[0015]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S1 预还原子系统中预还原原料为铁矿石或粉矿，所述铁矿石或粉矿的铁品位大于 40％，当预还原原料为铁矿石时，S1预还原子系统中的工作温度为800
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1200℃， 当预还原原料为粉矿时，S1中预还原子系统中的工作温度为600
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1000℃。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S2 电解炼铁子系统中电解炉为现有直流电弧炉或可在1600
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2000℃之间工作且能 实现惰性气体保护的冶金炉。
[0017]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S2 中铁为高炉冶炼后的铁水或常温下为铁块或铁粉，其中，铁水的熔化温度大于 1500℃，常温下为铁块或铁粉的在熔化后的高度在5
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20cm之间。
[0018]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S3 中氧化物电解质为CaO、MgO、SiO2、Al2O3、TiO2、Na2O、Li2O三种或三种以 上的混合氧化物加反应物FeO，其在室温下为固态，熔点在1000
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1700℃之间， 熔化后高度约为3
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30cm之间。
[0019]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S4 中惰性阳极为铬基超合金或金属硼化物陶瓷制备而成的耐腐蚀材料，恒电流电解 所采用的的阴极电流密度为0.01
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3A/cm2，阳极电流密度为0.01
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5A/cm2，槽电压 为0.5
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10.0V，电解温度为1200
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1700℃。
[0020]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S5 中根据监控结果补充氧化亚铁具体为保持氧化亚铁在氧化物电解质中含量在 1
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20wt％之间。
[0021]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种气体预还原
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电解 终还
原铁矿石制备铁水的系统，用于所述的制备铁水的方法，所述制备铁水的系 统包括：
[0022]预还原子系统和电解炼铁子系统，所述预还原本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体预还原
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电解终还原铁矿石制备铁水的方法，其特征在于，所述制备铁水的方法包括以下步骤：S1：通过还原性气体将预还原原料中三氧化二铁还原为氧化亚铁；S2：将金属铁作为阴极；S3：以熔融混合氧化物为支持电解质，预还原后的氧化亚铁作为电解原料，升高温度使熔融混合氧化物及氧化亚铁处于熔融状态，获得氧化物电解质并置于阴极上方；S4：将惰性阳极下放浸入到氧化物电解质中，采用恒电流电解，将氧化亚铁还原为液态铁；S5：电解过程中根据槽压及阳极气体析出情况监控氧化物电解质中氧化亚铁含量，并根据监控结果补充氧化亚铁；S6：电解一段时间后，从电解炉底部出铁口收集阴极铁水，使阴极铁水维持在一定高度范围内，保证连续电解。2.根据权利要求1所述的制备铁水的方法，其特征在于，所述S1预还原子系统中还原性气体包括但不限于H2、CO、富氢或富CO气体，通入的还原性气体温度大于570℃。3.根据权利要求1所述的制备铁水的方法，其特征在于，所述S1预还原子系统中的工作温度为600
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1200℃，还原时间为0.2
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3h，预还原原料中未被还原三氧化二铁含量小于5％。4.根据权利要求3所述的制备铁水的方法，其特征在于，所述S1预还原子系统中预还原原料为铁矿石或粉矿，所述铁矿石或粉矿的铁品位大于40％，当预还原原料为铁矿石时，S1预还原子系统中的工作温度为800
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1200℃，当预还原原料为粉矿时，S1中预还原子系统中的工作温度为600
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1000℃。5.根据权利要求1所述的制备铁水的方法，其特征在于，所述S2电解炼铁子系统中电解炉为现有直流电弧炉或可在1600
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2000℃之间工作且能实现惰性气体保护的冶金炉。6.根据权利要求4所述的制备铁水的方法，其特征在于，所述S2中铁为高炉冶炼后的铁水或常温下为铁块或铁粉，其中，铁水的熔化温度大于1500℃，常温下为铁块或铁粉的在熔化后的高度在5
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20cm之间。7.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇明银，葛建邦，焦树强，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：