[发明专利]气基竖炉制备海绵铁的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体而言，本发明涉及气基竖炉制备海绵铁的方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明的一个目的在于提出一种气基竖炉制备海绵铁的方法。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。

根据本发明的一个方面，本发明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)将第一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)将第二还原气体和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；

(5)将所述富一氧化碳气体从所述冷却段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；

(6)将所述炉顶气依次分别进行洗涤冷却处理、压缩处理和脱硫脱碳处理，以便得到未反应的还原气；

(7)在进行步骤(3)之前，将步骤(6)中得到的所述未反应的还原气的与所述第二还原气体混合。

因此，利用本发明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，根据本发明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：

在本发明的一些实施例中，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％。

在本发明的一些实施例中，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。

在本发明的一些实施例中，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。

在本发明的一些实施例中，在步骤(5)中将所述富一氧化碳气体从所述冷却段的邻近底端输送至所述气基竖炉内。由此可以进一步提高与海绵铁的充分接触，以便充分进行热交换和渗碳反应。