气基竖炉制备海绵铁的方法和系统技术方案

本发明专利技术提出了气基竖炉制备海绵铁的方法和系统，其中，气基竖炉制备海绵铁的方法包括：(1)向气基竖炉内加入氧化球团，其中，气基竖炉具有还原段和冷却段，还原段位于冷却段的上方；(2)将还原气体进行提氢处理，以便得到氢气和富一氧化碳气体；(3)将富一氧化碳气体的一部分与氢气混合并进行加热处理，以便得到热态还原气；(4)将热态还原气从还原段送至气基竖炉内，使热态还原气与氧化球团发生还原反应，以便得到海绵铁和炉顶气；以及(5)将富一氧化碳气体的另一部分从冷却段的邻近底端输送至气基竖炉内，以便使富一氧化碳气体与冷却段内的海绵铁进行热交换和渗碳反应后向上进入所述还原段并进行所述还原反应。利用该方法可以有效降低气基竖炉直接还原工艺的能耗。

【技术实现步骤摘要】
气基竖炉制备海绵铁的方法和系统
本专利技术涉及冶金
，具体而言，本专利技术涉及气基竖炉制备海绵铁的方法和系统。
技术介绍
海绵铁是代替废钢并优于废钢的炼钢原料，可稀释废钢中杂质元素成分，为电炉炼钢提供必不可少的纯净铁原料，进而为高端装备制造企业生产重要产品提供优质坯铸件，是发展装备制造业的重要原材料。目前，世界上75％以上的海绵铁采用气基竖炉法生产，其中典型的工艺为MIDREX工艺、HYLⅢ(Energiron)工艺和PERED工艺。海绵铁的出料方式有两种，即热出料生产热压块(HBI)和热态海绵铁(HDRI)，以及冷出料生产冷态海绵铁(CDRI)。热出料的产品只适合直接还原铁厂和电炉厂距离很近的大型综合钢铁企业，而绝大多数直接还原厂不具备这种条件，因此产品需要冷出料，避免海绵铁再氧化，以保证海绵铁的质量。这种方法采取在竖炉下部冷却段通入冷却气体，将海绵铁冷却至50℃以下再排出。同时在冷却段进行渗碳，以减轻熔分单元的能耗负担。竖炉冷却段通过冷却洗涤塔和压缩机等设备实现海绵铁的冷却降温。室温的天然气和循环冷煤气混合，经压缩机加压后进入冷却段下部，在气体上升过程中与由上而下运动的海绵铁进行热交换，并进行渗碳反应。然后，吸收了海绵铁热量的冷却气由冷却段上部排除，经冷却洗涤塔后，与补充的天然气混合，经压缩机加压后再次进入冷却段下部，形成冷却气小循环。这种方法存在四个问题：(1)由于还原气体从还原段底部进入竖炉，而海绵铁的显热没有得到利用，因此还原气加热设备规模大、能耗高。(2)还原气体从还原段底部围管进入竖炉，还原气体很难到达竖炉中心，还原气流分布不均匀。(3)铁矿石中的硫元素容易进入竖炉炉顶气，循环利用竖炉炉顶气需要加设脱硫装置。(4)由于循环冷却气中H2/一氧化碳的值比较高，气体中一氧化碳含量比较低，海绵铁渗碳效果不是十分理想。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种气基竖炉制备海绵铁的方法和气基竖炉制备海绵铁的系统。利用该方法和系统可以有效降低气基竖炉直接还原工艺的能耗，使还原气气流分布和温度分布均匀，减轻竖炉炉顶气脱硫设备的负担，增加海绵铁的渗碳量，降低熔分工艺的能耗等现有气基竖炉直接还原工艺中的几大主要问题。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种气基竖炉制备海绵铁的方法，包括：(1)向所述气基竖炉内加入氧化球团，其中，所述气基竖炉具有还原段和冷却段，所述还原段位于所述冷却段的上方；(2)将还原气体进行提氢处理，以便得到氢气和富一氧化碳气体；(3)将所述富一氧化碳气体的一部分与所述氢气混合并进行加热处理，以便得到热态还原气；(4)将所述热态还原气从所述还原段送至所述气基竖炉内，使所述热态还原气与所述氧化球团发生还原反应，以便得到海绵铁和炉顶气；以及(5)将所述富一氧化碳气体的另一部分从所述冷却段的邻近底端输送至所述气基竖炉内，以便使所述富一氧化碳气体与所述冷却段内的所述海绵铁进行热交换和渗碳反应后向上进入所述还原段并进行所述还原反应。因此，利用本专利技术上述实施例气基竖炉制备海绵铁的方法可以有效降低气基竖炉直接还原工艺的能耗，使还原气气流分布和温度分布均匀，减轻竖炉炉顶气脱硫设备的负担，增加海绵铁的渗碳量，降低熔分工艺的能耗等现有气基竖炉直接还原工艺中的几大主要问题。另外，根据本专利技术上述实施例的气基竖炉制备海绵铁的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，上述气基竖炉制备海绵铁的方法进一步包括：(6)将步骤(4)中得到的所述炉顶气依次分别进行洗涤冷却处理、压缩处理和第一脱硫脱碳处理，以便得到未反应的还原气。在本专利技术的一些实施例中，上述气基竖炉制备海绵铁的方法进一步包括：(7)在进行步骤(2)之前，将步骤(6)中得到的所述未反应的还原气的与所述还原气体混合。在本专利技术的一些实施例中，上述气基竖炉制备海绵铁的方法进一步包括：(8)将步骤(2)中得到的所述富一氧化碳气体进行第二脱硫脱碳处理。在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中得到的所述富一氧化碳气体中一氧化碳含量不小于70体积％。在本专利技术的一些实施例中，步骤(3)中得到的所述热态还原气的温度为900～1000摄氏度。由此较传统的需要将还原气加热至1050～1200摄氏度更加节省能耗。在本专利技术的一些实施例中，步骤(5)中进入所述还原段的所述富一氧化碳气体的温度为850～900摄氏度。由此可以直接进入还原段进行还原反应，还可以提高还原段内的温度和气流分布均匀度，提高产品质量。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提出一种气基竖炉制备海绵铁的系统，包括：气基竖炉，所述气基竖炉具有进料口、排料口和炉顶气出口，所述气基竖炉具有还原腔室和位于所述还原腔室下方的冷却腔室，其中，所述还原腔室具有还原气进口、所述冷却腔室具有进气口；提氢装置，所述提氢装置具有进气口、氢气出口和富一氧化碳气体出口，所述富一氧化碳气体出口与所述冷却腔室的冷却气进口相连，以便将所述富一氧化碳气体的一部分输送至所述冷却腔室；以及加热炉，所述加热炉设置在所述提氢装置与所述气基竖炉之间，且分别与所述氢气出口、富一氧化碳气体出口和所述还原腔室的还原气进口相连，以便将所述氢气和所述富一氧化碳气体的另一部分进行加热后输送至所述还原腔室。因此，利用本专利技术上述实施例气基竖炉制备海绵铁的系统可以有效降低气基竖炉直接还原工艺的能耗，使还原气气流分布和温度分布均匀，减轻竖炉炉顶气脱硫设备的负担，增加海绵铁的渗碳量，降低熔分工艺的能耗等现有气基竖炉直接还原工艺中的几大主要问题。在本专利技术的一些实施例中，上述气基竖炉制备海绵铁的系统进一步包括：与所述炉顶气出口顺次相连且分别用于对炉顶气进行洗涤冷却处理、压缩处理和第一脱硫脱碳处理并得到未反应的还原气的洗涤冷却装置、压缩装置和第一脱硫脱碳装置。由此可以将炉顶气中的未反应的还原气提取出来以便进行回收利用，降低制备海绵铁的成本。在本专利技术的一些实施例中，所述第一脱硫脱碳装置与所述提氢装置的还原气进口相连，以便将所述未反应的还原气进行提氢处理。由此可以对炉顶气进行充分利用，减少还原气体的使用，降低能耗。在本专利技术的一些实施例中，上述气基竖炉制备海绵铁的系统进一步包括：第二脱硫脱碳装置，所述第二脱硫脱碳装置与所述提氢装置的富一氧化碳气体出口相连，以便适于对所述富一氧化碳气体进行脱硫脱碳处理。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的气基竖炉制备海绵铁方法的流程图。图2是根据本专利技术另一个实施例的气基竖炉制备海绵铁方法的流程图。图3是根据本专利技术一个实施例的气基竖炉制备海绵铁系统的结构示意图。图4是根据本专利技术另一个实施例的气基竖炉制备海绵铁系统的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参考图1描述本专利技术实施例的气基竖炉制备海绵铁的方法。根据本专利技术的实施例的气基竖炉制备海绵铁的方法包括：(1)向气基竖炉内加入氧化球团，其中，气基竖炉具有还原段和冷却段，还原段位于所述冷却段的上方；(2)将还原气体进行提氢处理，以便得到氢气和富一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气基竖炉制备海绵铁的方法，其特征在于，包括：(1)向所述气基竖炉内加入氧化球团，其中，所述气基竖炉具有还原段和冷却段，所述还原段位于所述冷却段的上方；(2)将还原气体进行提氢处理，以便得到氢气和富一氧化碳气体；(3)将所述富一氧化碳气体的一部分与所述氢气混合并进行加热处理，以便得到热态还原气；(4)将所述热态还原气从所述还原段送至所述气基竖炉内，使所述热态还原气与所述氧化球团发生还原反应，以便得到海绵铁和炉顶气；以及(5)将所述富一氧化碳气体的另一部分从所述冷却段的邻近底端输送至所述气基竖炉内，以便使所述富一氧化碳气体与所述冷却段内的所述海绵铁进行热交换和渗碳反应后向上进入所述还原段并进行所述还原反应。

【技术特征摘要】
1.一种气基竖炉制备海绵铁的方法，其特征在于，包括：(1)向所述气基竖炉内加入氧化球团，其中，所述气基竖炉具有还原段和冷却段，所述还原段位于所述冷却段的上方；(2)将还原气体进行提氢处理，以便得到氢气和富一氧化碳气体；(3)将所述富一氧化碳气体的一部分与所述氢气混合并进行加热处理，以便得到热态还原气；(4)将所述热态还原气从所述还原段送至所述气基竖炉内，使所述热态还原气与所述氧化球团发生还原反应，以便得到海绵铁和炉顶气；以及(5)将所述富一氧化碳气体的另一部分从所述冷却段的邻近底端输送至所述气基竖炉内，以便使所述富一氧化碳气体与所述冷却段内的所述海绵铁进行热交换和渗碳反应后向上进入所述还原段并进行所述还原反应，步骤(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴道洪，张奔，李志远，
申请(专利权)人：北京神雾环境能源科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11