一种熔融还原氢冶金工艺及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种熔融还原氢冶金工艺及装置。该熔融还原氢冶金工艺，包括：向熔融还原炉的燃烧区喷吹氢气以在所述燃烧区形成高压旋流；以氢气为载气向熔融还原炉的铁浴区喷吹含铁物料与含镁熔剂的混合物、第一增碳剂以及第一石灰。该熔融还原氢冶金工艺，通过在燃烧区形成高压旋流，有利于提高氢气在熔融还原炉内停留的时间以及与含铁物料接触的时间，降低进入燃烧区的氢气随烟气排到熔融还原炉外的量，强化铁浴区的还原反应，降低渣中FeO的含量，减少耐材侵蚀速度，提高氢气的利用率；以氢气作为载气，可有效增加还原剂的喷吹深度，增强熔融还原炉内的涌泉效果，提高熔融还原炉内的还原效率，降低冶金过程中的碳排放。降低冶金过程中的碳排放。降低冶金过程中的碳排放。

【技术实现步骤摘要】
一种熔融还原氢冶金工艺及装置


[0001]本申请涉及一种熔融还原氢冶金工艺及装置，属于氢冶金


技术介绍

[0002]钢铁行业在生产制作期间，主要是将煤炭和铁矿石作为原料，在冶炼过程中排放的废气中含有大量的二氧化碳，不但污染了环境，而且也浪费了资源。随着对节能减排、污染防治的要求不断提升，需要消耗大量煤资源的钢铁行业面临着发展困境。为适应节能清洁生产，发展低碳冶金技术是必然趋势。在寻找可替代煤炭的还原剂中，氢气备受关注，这是因为氢气作为铁矿石的还原剂，还原及燃烧反应产物只有水，不会产生有害气体。
[0003]目前，有些研究是以氢气作为还原剂应用在HIsmelt熔融还原技术中。在传统的HIsmelt煤冶金技术的基础上，开发用氢气作为还原剂的氢冶金技术，降低热负荷以及节能降耗，对铁矿石冶炼过程的绿色、低碳、清洁等具有重要的意义和发展前景。但在这些熔融还原氢冶金技术中，氢气的利用率不是特别高，造成了一部分氢气的浪费，增加了氢气的使用成本。
[0004]因此，提供一种提高氢气利用率的熔融还原氢冶金工艺是本领域技术人员研究的重点。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本申请提出了一种熔融还原氢冶金工艺及装置，本申请提供的熔融还原氢冶金工艺能够有效提高氢气的利用率。
[0006]根据本申请的一个方面，提供了一种熔融还原氢冶金工艺，包括：
[0007]向熔融还原炉的燃烧区喷吹氢气以在所述燃烧区形成高压旋流；
[0008]以氢气为载气向熔融还原炉的铁浴区喷吹含铁物料与含镁熔剂的混合物、第一增碳剂以及第一石灰。
[0009]优选的，在将所述含铁物料与含镁熔剂的混合物喷吹入所述铁浴区前，对所述含铁物料与含镁熔剂的混合物进行预热处理，并对所述含铁物料进行一级预还原处理、二级预还原处理及三级预还原处理。
[0010]优选的，将所述含铁物料与含镁熔剂的混合物在回转窑或流化床内进行预热处理，经预热处理后，所述含铁物料与含镁熔剂的混合物的温度为700-1000℃；
[0011]在所述回转窑或所述流化床内对所述含铁物料进行一级预还原处理，经一级预还原处理后，所述含铁物料的预还原度为0-25％；一级预还原处理过程中使用的还原剂为从熔融还原炉产出的还原气，所述还原气的用量为30000-150000Nm3/h。
[0012]优选的，所述还原气为煤气。
[0013]优选的，为了提高效率，在所述回转窑或所述流化床内，所述预热处理及所述一级预还原处理是同时进行的。
[0014]优选的，经所述回转窑或所述流化床输出后的所述含铁物料与含镁熔剂的混合物
进入预还原装置，所述预还原装置的数量至少为一个，所述含铁物料在每个所述预还原装置内至少进行一次二级预还原处理，所述预还原装置包括：
[0015]一个高温氧化金属储料仓，所述高温氧化金属储料仓的进料口与所述回转窑或所述流化床的出料口连通，所述高温氧化金属储料仓用于存储经所述回转窑或所述流化床输出后的所述含铁物料与含镁熔剂的混合物；
[0016]至少一个预还原仓，所述预还原仓的进料口与所述高温氧化金属储料仓的出料口连通；
[0017]一个输送仓，所述输送仓的进料口与所述预还原仓的出料口连通，所述输送仓用于将所述含铁物料与含镁熔剂的混合物以氢气为载气经热矿喷吹系统喷吹至铁浴区；
[0018]优选的，在氢气的还原气氛条件下，所述含铁物料在所述高温氧化金属储料仓内进行第一次二级预还原处理，在所述预还原仓内进行第二次二级预还原处理，在所述输送仓内进行第三次二级预还原处理。
[0019]优选的，所述预还原装置还包括：
[0020]在所述高温氧化金属储料仓的顶部设置疏水件，所述疏水件用于将所述预还原装置内经还原反应产生的水蒸气冷却分离；在所述高温氧化金属储料仓的侧壁上设置流化还原件，所述流化还原件用于回收经疏水件分离的氢气并将回收的氢气输送到所述预还原仓内；在所述预还原仓的侧壁下部设置氢气流化件，所述氢气流化件内的流化氢气用于对所述含铁物料进一步预还原处理；
[0021]在所述高温氧化金属储料仓的上部与所述预还原仓的上部之间设置放散均压管路，所述放散均压管路用于均衡所述高温氧化金属储料仓与所述预还原仓内的压力；在所述预还原仓的侧壁上部与所述输送仓的侧壁上部均设置氢气充压管路；
[0022]在所述高温氧化金属储料仓、预还原仓以及输送仓内均设有料位计，在所述预还原仓与所述输送仓分别设有称重模块；优选的，判断所述还原装置内填料及给料正常的依据是，在一个填料周期内，所述输送仓的重量在升高至最大值后进行下降的过程中，至少需要包括初期快速降低和平稳降低这两个阶段，在初期快速降低的阶段，降低的速度不小于12t/min；在平稳降低的阶段，降低的速度不小于3t/min；
[0023]在所述高温氧化金属储料仓的下部与所述预还原仓的上部之间设置圆顶阀，在所述预还原仓的下部与所述输送仓的上部之间设置联合球阀；在所述高温氧化金属储料仓的出料口上设有插板阀；
[0024]在所述输送仓的出料口处设置高压密封螺旋给料机；
[0025]在所述流化还原件中，氢气的流量为10000-50000Nm3/h，氢气的气源压力为800KPa-2000KPa；
[0026]所述含铁物料经二级预还原处理后的预还原度为10-50％；
[0027]在所述输送仓中，氢气的喷吹压力为100-800KPa，所述含铁物料与含镁熔剂的混合物的喷吹量为20-90t/h。
[0028]优选的，所述输送仓中氢气的喷吹压力与氢气的下限流量值有关，所述氢气的下限流量值均不小于根据含铁物料的喷吹下料量计算的氢气流量值以及根据含铁物料的喷吹速度计算的氢气流量值；
[0029]其中，根据含铁物料的喷吹下料量计算的氢气流量值的计算公式为f1＝I
ore
*
1000/Q，I
ore
为含铁物料的喷吹下料量，单位为t/h，Q为每标方氢气能够输送的含铁物料的量，单位为kg/Nm3；
[0030]根据含铁物料的喷吹速度计算的氢气流量值的计算公式为f2＝V*S*3600,V为设定的喷吹速度，单位为m/s，s为管道的横截面积，单位为m2，采用上述公式计算得出的流量值需要根据实际压力和温度换算成标准流量值。
[0031]优选的，所述含铁物料与含镁熔剂的混合物的喷吹量根据公式P＝n*m*60/1000计算，其中，n为高压密封螺旋给料机的转速，单位为r/min，m为每转高压密封螺旋给料机的给料重量，单位为kg/r。
[0032]优选的，所述热矿喷吹系统包括热矿喷吹管线和循环清堵还原装置；
[0033]在所述热矿喷吹系统内对所述含铁物料进行三级预还原处理；在所述热矿喷吹管线的初始位置、中间位置以及末端位置处均设置压力检测件，所述压力检测件用于监测所述热矿喷吹管线的压力是否超出预定压力，所述预定压力为100-800KPa；
[0034]所述循本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种熔融还原氢冶金工艺，其特征在于，包括：向熔融还原炉的燃烧区喷吹氢气以在所述燃烧区形成高压旋流；以氢气为载气向熔融还原炉的铁浴区喷吹含铁物料与含镁熔剂的混合物、第一增碳剂以及第一石灰。2.根据权利要求1所述的熔融还原氢冶金工艺，其特征在于，在将所述含铁物料与含镁熔剂的混合物喷吹入所述铁浴区前，对所述含铁物料与含镁熔剂的混合物进行预热处理，并对所述含铁物料进行一级预还原处理、二级预还原处理及三级预还原处理。3.根据权利要求2所述的熔融还原氢冶金工艺，其特征在于，将所述含铁物料与含镁熔剂的混合物在回转窑或流化床内进行预热处理，经预热处理后，所述含铁物料与含镁熔剂的混合物的温度为700-1000℃；在所述回转窑或所述流化床内对所述含铁物料进行一级预还原处理，经一级预还原处理后，所述含铁物料的预还原度为0-25％；一级预还原处理过程中使用的还原剂为从熔融还原炉产出的还原气，所述还原气的用量为30000-150000Nm3/h。4.根据权利要求3所述的熔融还原氢冶金工艺，其特征在于，经所述回转窑或所述流化床输出后的所述含铁物料与含镁熔剂的混合物进入预还原装置，所述预还原装置的数量至少为一个，所述含铁物料在每个所述预还原装置内至少进行一次二级预还原处理，所述预还原装置包括：一个高温氧化金属储料仓，所述高温氧化金属储料仓的进料口与所述回转窑或所述流化床的出料口连通，所述高温氧化金属储料仓用于存储经所述回转窑或所述流化床输出后的所述含铁物料与含镁熔剂的混合物；至少一个预还原仓，所述预还原仓的进料口与所述高温氧化金属储料仓的出料口连通；一个输送仓，所述输送仓的进料口与所述预还原仓的出料口连通，所述输送仓用于将所述含铁物料与含镁熔剂的混合物以氢气为载气经热矿喷吹系统喷吹至铁浴区；优选的，在氢气的还原气氛条件下，所述含铁物料在所述高温氧化金属储料仓内进行第一次二级预还原处理，在所述预还原仓内进行第二次二级预还原处理，在所述输送仓内进行第三次二级预还原处理。5.根据权利要求4所述的熔融还原氢冶金工艺，其特征在于，所述预还原装置还包括：在所述高温氧化金属储料仓的顶部设置疏水件，所述疏水件用于将所述预还原装置内经还原反应产生的水蒸气冷却分离；在所述高温氧化金属储料仓的侧壁上设置流化还原件，所述流化还原件用于回收经疏水件分离的氢气并将回收的氢气输送到所述预还原仓内；在所述预还原仓的侧壁下部设置氢气流化件，所述氢气流化件内的流化氢气用于对所述含铁物料进一步预还原处理；在所述高温氧化金属储料仓的上部与所述预还原仓的上部之间设置放散均压管路，所述放散均压管路用于均衡所述高温氧化金属储料仓与所述预还原仓内的压力；在所述预还原仓的侧壁上部与所述输送仓的侧壁上部均设置氢气充压管路；在所述高温氧化金属储料仓、预还原仓以及输送仓内均设有料位计，在所述预还原仓与所述输送仓分别设有称重模块；在所述高温氧化金属储料仓的下部与所述预还原仓的上部之间设置圆顶阀，在所述预
还原仓的下部与所述输送仓的上部之间设置联合球阀；在所述高温氧化金属储料仓的出料口上设有插板阀；在所述输送仓的出料口处设置高压密封螺旋给料机；在所述流化还原件中，氢气的流量为10000-50000Nm3/h，氢气的气源压力为800KPa-2000KPa；所述含铁物料经二级预还原处理后的预还原度为10-50％；在所述输送仓中，氢气的喷吹压力为100-800KPa，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冠琪，王金霞，张晓峰，韩军义，陈庆孟，魏召强，张巧丽，
申请(专利权)人：山东墨龙石油机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：