[发明专利]利用熔体余热进行碳热还原的方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于冶金与化工领域，具体而言，本发明涉及一种利用熔体余热进行碳热还原的方法和系统。

背景技术

在冶金和化工领域，从现有工业成熟或不成熟生产工艺来看，众多半成品或最终产品的获得基本均需要经过高温的还原过程。在经历一定时间的高温还原过程后，半成品或最终产品往往以液态熔体形式进行出料，进入盛装容器或者模具后，缓慢冷却形成一定的形状。液态产品的温度大多在1000℃以上甚至2000℃以上，自身携带大量的物理热，然而在冷却过程中这些热量并没有得到有效利用，造成了能源的白白浪费。假定这些大量余热得到利用，则折算回去相当于省却相当可观的化学燃料和还原剂，即可达到了节能降耗的目的，也能降低生产成本。此外，在当前冶金和化工实际生产过程中，由于还原反应的发生，会生产大量的CO或CO₂气体，考虑到大量产物气体的逸出，同时为保证炉况顺行和生产安全，均采用具有一定强度的块状物料保持透气性，导致无法利用矿物原料和还原剂的粉料，这不仅造成资源的浪费，也带了粉尘污染，无形中也提升了生产成本。

在国家越来越注重可持续发展、环境保护和绿色制造的大环境里，在日益激烈的社会竞争条件下，为了促进冶金和化工企业的健康发展，能耗高和成本高的问题亟待解决。

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利用熔体余热进行碳热还原的方法和系统，该方法可以使得碳基粉料和钙基粉料发生还原反应所得到的熔体余热得以充分利用，并且实现热解过程中粉料的全部利用，从而在降低能耗的同时实现原料的最大化利用。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用熔体余热进行碳热还原的方法，包括：

(1)将碳基粉料和钙基粉料进行混合，以便得到混合粉料；

(2)将所述混合粉料进行成型处理，以便得到混合球团；

(3)将所述混合球团进行热解处理，以便得到气体、液体和固体产物，其中，所述固体产物含有碳和氧化钙；

(4)将所述固体产物进行筛分处理，以便得到筛上块料和筛下粉料；

(5)将所述筛上块料进行冶炼处理，以便得到熔体和冶炼尾气；以及

(6)将所述熔体与所述筛下粉料进行接触，以便使得所述筛下粉料利用所述熔体的余热发生还原反应。

根据本发明实施例的利用熔体余热进行碳热还原的方法通过将熔体余热用于热解产生粉料的还原反应，可以实现能源的充分利用，从而显著降低生产能耗，同时较传统工艺将回收的粉料返回造球工序后再利用相比，本发明可以直接将回收的粉料进行使用，进而节省了造球成本，从而显著降低生产成本。

另外，根据本发明上述实施例的利用熔体余热进行碳热还原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，所述筛下粉料的最大粒径小于3毫米。

在本发明的一些实施例中，所述熔体的温度为1700～2000摄氏度。由此，可以利用其余热为粉料的还原反应供给热量。

在本发明的一些实施例中，在步骤(6)中，所述筛下粉料的加入量占所述熔体质量的比例不大于10％。由此，可以实现余热的充分利用。

在本发明的一些实施例中，将所述熔体与所述筛下粉料进行接触采用以下任意一种方式进行：a、将所述筛下粉料铺于储罐底部，然后向底部铺有所述筛下粉料的储罐内加入所述熔体，以便使得所述粉料利用所述熔体的余热发生还原反应；或b、采用喷吹方式使得所述筛下粉料与所述熔体进行接触。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种利用熔体余热进行碳热还原的系统，包括：

第一混合装置，所述第一混合装置适于将碳基粉料和钙基粉料进行混合，以便得到混合粉料；

成型装置，所述成型装置与所述第一混合装置相连，且适于将所述混合粉料进行成型处理，以便得到混合球团；

热解装置，所述热解装置与所述成型装置相连，且适于将所述混合球团进行热解处理，以便得到气体、液体和固体产物，其中，所述固体产物含有碳和氧化钙；

筛分装置，所述筛分装置与所述热解装置相连，且适于将所述固体产物进行筛分处理，以便得到筛上块料和筛下粉料；

冶炼装置，所述冶炼装置与所述筛分装置相连，适于将所述筛上块料进行冶炼处理，以便得到熔体和冶炼尾气；以及

第二混合装置，所述第二混合装置分别与所述筛分装置和所述冶炼装置相连，且适于将所述熔体与所述筛下粉料进行接触，以便使得所述筛下粉料利用所述熔体的余热发生还原反应。