[发明专利]一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及熔融还原领域，具体涉及在熔融还原熔池中，以铁金属氧化物(如铁矿石和/或已经部分还原的铁矿石)为原料生产液态金属和/或液态金属合金(特别是但不仅是铁和铁的合金)的方法，即通常所说的铁浴熔融还原生产铁水的方法，更确切地说，涉及到此类还原方法中必不可少的还原剂碳和氢的使用方法。

背景技术

现有铁浴熔融还原方法生产铁水技术---以HIsmelt工艺为代表，如中国专利CN98810993.X，大都使用碳作为还原剂和发热剂，

但以碳作为还原剂和发热剂存在以下缺点：

1.大量的CO₂温室气体排放，对环境产生很大污染，而若用氢作为还原剂，则其还原产物为铁和水，不会产生温室气体排放。

2.如下式所示，以碳作为还原剂，还原同样量的铁所需的热量是以氢为还原剂所需热量的5倍，耗能较大.因此，若氢能有效利用，氢还原将会有较好的节能效果。除此之外，对主要靠二次燃烧维持吸热反应的熔池还原过程，若耗热量减少，则反应过程易于保持在高温下进行，还原速率和效率较高。

1/2F₂O₃+3/2H₂＝Fe+3/2H₂O DH°＝-50.013KJ/molFe(1)

1/2Fe₂O₃+3/2C＝Fe+3/2CO  DH°＝-246.940KJ/molFe(2)

3.在熔融还原条件下，氢的还原速率比碳快1-2个数量级.因此，若氢能够有效利用，有氢参与还原的设备产率将高于同容积下全碳还原设备的产率。

基于上述，现有技术给出了″底吹氢气熔融还原铁矿石的方法及其装置(中国专利申请号：200910046518.8).这种方法采用底吹氢气方式，使氢气穿过铁水进入渣层，进行渣层内铁氧化物的还原反应，这种加氢方法虽然兼具熔池搅拌和氢还原两种功能，但并未给出氢的利用率。

对氢的利用率的研究可见以下文献，即Metallurgija，2004，No3，155-162)，研究结果表明，以氢气作为还原剂的铁浴熔融还原所存在的问题是：氢的最高利用率只有40％-60％，大部分氢未参与反应便脱离反应区进入炉气，造成了氢的浪费，增大了氢的使用量和使用成本。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种在铁浴熔融还原生产中，提高氢气利用率，减少氢气的使用量和使用成本，使氢还原工艺在生产成本上具有竟争力。

本发明的技术方案是：一种提高铁浴熔融还原碳氢还原剂利用率的方法，包括熔渣的配制和稳定冶炼期间含氢气体的加入工序，

在含氢气体加入的同时加入含碳物料，含碳物料和含氢气体均以连续方式加入由铁水和其表面熔渣层所构成的熔池中；

在1400℃-1600℃还原温度范围内，碳和氢联合加入时，碳和氢加入摩尔比例为C/H₂为0.4-1∶0.9-1.1。

进一步地，所述碳和氢加入的摩尔比例为C/H₂＝1±0.01∶1±0.01。其加入的C与H2的摩尔流量之合大于加入熔池的氧化铁中氧原子的摩尔流量。

为本发明所做的研究表明：在炉内还原温度(1400℃-1600℃)下，碳和氢以合适比例联合加入时氢的利用率高于氢单独还原的利用率.此结果可从理论上说明如下：1)当碳氢同时参与氧化亚铁还原反应时，反此应(3)和(4)将会产出CO和H₂O

(FeO)+C＝[Fe]+CO    (3)

(FeO)+H₂＝[Fe]+H₂O  (4)

由于在炉内还原温度下，反应(4)的速率较大，而反应(3)的速度较慢，其产物CO及反应物C又均易与H₂O反应，即反应(5)和反应(6)易于发生

C+H₂O＝H₂+CO        (5)

CO+H₂O＝H2+CO₂      (6)

反应(5)和反应(6)均有利于反应(4)的进行，且由于新的氢气相的生成，反应活性更大，因此，熔融还原条件下，碳和氢联合还原时，氢的利用率应好于氢单独还原时的效果.