一种用氢还原铁的矿热炉设备和方法技术

本发明专利技术中公开了一种用氢还原铁的矿热炉设备以及在该矿热炉设备中用氢还原铁的方法。本发明专利技术对矿热炉结构进行优化改造，通过增加上、下两排侧吹风口，将氢用喷吹法加入到用电能熔化的矿料熔液中，通过氢的喷吹使矿料熔液形成一定流场，使氢与铁氧化物之间充分发生化学反应生成H2O，从而实现生铁无碳排放的炼铁工艺。本发明专利技术对原料的要求低，原料来源广泛，生产效率高，可实现智能化、半连续生产等优点。本发明专利技术改变了传统的生产工艺,简化氢冶炼铁的工艺，对降低碳排放、实现碳中和具有积极推动作用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种用氢还原铁的矿热炉设备和方法


[0001]本专利技术涉及金属冶炼
，具体涉及一种用氢还原铁的矿热炉设备和方法。

技术介绍

[0002]在传统的方法生产生铁时，在矿热炉中以碳作为燃料产生热能，同时又作为还原剂，将铁矿石还原为铁的。这种传统方法存在诸多的缺陷，比如在生产过程产生了大量的一氧化碳。由于国际上对环保的要求不断提高，特别对碳的排放也不断提出更高的要求。因此，如何提升技术装备水平，优化生产工艺来减少一氧化碳的产生成了国内外冶金行业急需解决的问题。
[0003]目前，有在高炉冶炼铁的过程中加入一定量的氢气，从而减少一氧化碳的产生，减少碳排放的方法；也有用直接还原法生产纯铁，即在一定温度、压力下用氢作为还原剂生产纯铁。中国专利技术专利CN202011238747.2公开了一种利用可再生能源电的方法，利用可再生能源电进行电解水生产氢气和氧气，氢气进入气基竖炉作为还原剂生产海绵铁。但其设备复杂，生产难度大，产量小，生产成本高，对原料要求较高，且生产的还原铁呈粉状运输困难，钢铁企业也无法将这种粉状的还原铁产品直接作为炼钢原料来使用，需要在使用前先加工成压铁块。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的用氢作为还原剂生产纯铁的技术难度大，产量小，生产成本高，且产品不能直接作为炼钢材料被使用的问题，提供一种用氢还原铁的矿热炉设备和方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种用氢还原铁的矿热炉设备，所述矿热炉设备包括炉壳，所述炉壳内设置有炉腔，所述炉壳包括顶部、底部和侧壁，所述炉壳侧壁的下端部设置有排渣口和出铁口，所述出铁口靠近炉壳底部设置，所述排渣口设置在出铁口上方；所述炉壳侧壁上设置有多个侧吹风口，所述多个侧吹风口远离出铁口设置，所述每个侧吹风口内均设置有吹风套管；所述炉壳侧壁的上端设置有多个取样口，所述取样口设置在多个侧吹风口上方；所述炉壳顶部中心设置有电加热棒，所述电加热棒从上而下贯穿炉壳顶部向炉腔内延伸，所述炉壳顶部上设置有多个进料口、热风口和排烟口。
[0006]优选地，所述多个侧吹风口呈上、下两排设置，分别为上排侧吹风口和下排侧吹风口，所述上排侧吹风口设置在炉壳侧壁的中部，所述下排侧吹风口间隔设置在上排侧吹风口的下方。
[0007]优选地，所述吹风套管包括中心管和环缝管，所述环缝管空心套设在中心管外，所述中心管和环缝管之间设置有环形风道。
[0008]本专利技术同时提供了在上述矿热炉设备中用氢还原铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]S1、在矿热炉设备中加入生铁块和炉渣作为底料，通电熔化，形成初始熔池；加入
原料，并通过上、下两排侧吹风口的中心管和环缝管送入氮气，形成稳定熔池；
[0010]S2、待矿热炉中原料完全熔化，且炉渣温度≧1510℃，开始主还原阶段操作，时间为0.9～1.5小时，切换矿热炉上、下排侧吹风口的中心管气体为氢气和氮气的混合气体，上排侧吹风口的环缝管仍配氮气；切换下排侧吹风口的环缝管为氮气和细铁精粉的混合物，所述混合物中细铁精粉的含量为0.5～5kg/m3；当矿热炉渣层上方氢气含量≧28％，开始供应热风。
[0011]S3、停止热风供应，开始终还原阶段操作，时间为0.65～0.9小时，向矿热炉中加入预还原度大于63％直接还原铁，上、下两排侧吹风口的环缝管中气体及流量与S2保持一致；上、下两排侧吹风口的中心管通氢气加氮气的混合气体，氢气和氮气比例为1:3，流量为83～92m3/min，压力为0.6～0.81Mpa，待炉渣温度降到1150～1200℃，增加侧风口中心管氢气比例，炉渣温度降至1100～1150℃时，中心管中全部为氢气；
[0012]优选地，所述S1中原料为经过干燥预还原的含铁原料和造渣材料，所述经过干燥预还原的含铁原料包括尾矿、矿粉矿、低品位矿石中的一种或几种。
[0013]优选地，所述S1中，中心管的氮气流量为25～29m3/min，环缝管的氮气流量为11～14m3/min。
[0014]优选地，所述S2中，所述上排侧吹风口的中心管混合气体的流量为109～125m3/min，压力0.6～0.82Mpa，氢气和氮气的重量比为1：0.2～5，环缝管氮气流量为26～32m3/min，压力0.5～0.59Mpa；所述下排侧吹风口的中心管混合气体的流量为117～132m3/min，压力0.6～0.72Mpa，氢气和氮气的重量比为1：0.2～5，环缝管的混合物流量为29～37m3/min，压力为0.5～0.61Mpa。
[0015]进一步优选，所述S2中，热风流量为15～20m3/min，热风温度为1150～1250℃。
[0016]进一步优选，所述S3中，预还原度大于63％直接还原铁的添加量为矿热炉中熔体重量的20～30％。
[0017]进一步优选，所述S3中，加入造渣剂调节炉渣PH值为1.2～1.4。
[0018]本专利技术优化了矿热炉的炉体设计，在炉壳上采用从侧风口喷吹氢气和炉顶热风口通入热空气的技术，达到较高的二次燃烧率和二次燃烧传热效率。矿热炉的炉壳上设置上、下两排侧吹风口，侧吹风口中均设置有吹风套管，该吹风套管为中心管和环缝管套设的双层套管。该侧吹结构设计中，侧吹风口在渣层位置附近分上下两层排布。还原过程中，保护气体N2和细粒度铁精粉从较低的下排侧风口喷入到熔融的渣层中，对渣层进行必要的搅拌，同时与渣层中大量金属铁进行反应，生成FeO。还原氢气从较高的上排侧风口中从熔池表面喷入，将渣中FeO还原成金属铁。同时溢出的未还原氢气在炉顶热风口吹入的热空气(不低于1150℃)下进行二次燃烧，来熔化炉顶加入的固体原料，大大提高能源利用效率。熔池上部反应强烈，二次燃烧传热速度快。侧边喷吹引起熔池强烈的搅拌和产生大量液滴，为在熔池上方形成一个理想的传热区提供了有利的条件。金属液滴就像喷泉形成的喷溅那样进入上部空间，将燃烧区的热量迅速带入熔池，使渣中金属铁与FeO含量形成梯度分布，可获得最佳还原效果。调节喷吹气体中氮气和氢气比例，还可控制金属铁生成速度。
[0019]本专利技术采用大渣量操作，熔渣和炉料的体积比0.8～1.2。熔渣中的氢一部分直接将其中液态铁氧化物还原成铁滴，其他部分在渣中循环并与热风中的氧进行部分燃烧。大渣量操作可吸收二次燃烧热量，阻止铁液的喷溅，同时可有效地降低渣中含铁量，减少粉尘
逃逸，以及防止金属铁再氧化。
[0020]本专利技术所具有的有益效果：
[0021]一)本专利技术将氢用喷吹法加入到用电能熔化的矿料熔液中，通过氢的喷吹使矿料熔液形成一定流场，使氢与铁氧化物之间充分发生化学反应，从而实现生铁的高效冶炼；本专利技术在主还原阶段喷入氢气的同时喷入氮气和细铁精粉的混合物，使得熔池搅拌作用加强，并加速铁的高阶氧化物还原速度，从而进一步提高生铁的产出效率，显著提高生铁产量；
[0022]二)本专利技术仅需在现有矿热炉的炉壳上增加上、下两排侧吹风口，即完成对矿热炉的改造，该结构改造简单，不复杂，不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用氢还原铁的矿热炉设备，其特征在于，所述矿热炉设备包括炉壳，所述炉壳内设置有炉腔，所述炉壳包括顶部、底部和侧壁，所述炉壳侧壁的下端部设置有排渣口和出铁口，所述出铁口靠近炉壳底部设置，所述排渣口设置在出铁口上方；所述炉壳侧壁上设置有多个侧吹风口，所述多个侧吹风口远离出铁口设置，所述每个侧吹风口内均设置有吹风套管；所述炉壳侧壁的上端设置有多个取样口，所述取样口设置在多个侧吹风口上方；所述炉壳顶部中心设置有电加热棒，所述电加热棒从上而下贯穿炉壳顶部向炉腔内延伸，所述炉壳顶部上设置有多个进料口、热风口和排烟口。2.根据权利要求1所述的矿热炉设备，其特征在于，所述多个侧吹风口呈上、下两排设置，分别为上排侧吹风口和下排侧吹风口，所述上排侧吹风口设置在炉壳侧壁的中部，所述下排侧吹风口间隔设置在上排侧吹风口的下方。3.根据权利要求1所述的矿热炉设备，其特征在于，所述吹风套管包括中心管和环缝管，所述环缝管空心套设在中心管外，所述中心管和环缝管之间设置有环形风道。4.一种在权利要求1至3任一项所述的矿热炉设备中用氢还原铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在矿热炉设备中加入生铁块和炉渣作为底料，通电熔化，形成初始熔池；加入原料，并通过上、下两排侧吹风口的中心管和环缝管送入氮气，形成稳定熔池；S2、待矿热炉中原料完全熔化，且炉渣温度≧1510℃，开始主还原阶段操作，时间为0.9～1.5小时，切换矿热炉上、下排侧吹风口的中心管气体为氢气和氮气的混合气体，上排侧吹风口的环缝管仍配氮气；切换下排侧吹风口的环缝管为氮气和细铁精粉的混合物，所述混合物中细铁精粉的含量为0.5～5kg/m3；当矿热炉渣层上方氢气含量≧28％，开始供应热风。S3、停止热风供应，开始终还原阶段操作，时间为0.65～...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，姚斌，阿德里安瑞扎，
申请(专利权)人：射日能源贸易有限公司，
类型：发明
国别省市：