[发明专利]用于在还原炉中提高直接还原铁的碳含量的方法和系统

说明书

一种用于生产具有提高的碳含量的直接还原铁的方法，包括：提供富一氧化碳气体流，并且将所述富一氧化碳气体流分成至少两个单独的富一氧化碳气体流；提供富烃气体流，并且将所述富烃气体流分成至少两个单独的富烃气体流；将所述富一氧化碳气体流中的一个与所述富烃气体流中的一个共混以形成混合渗碳气体流；将所述至少两个单独的富一氧化碳气体流中的另一个富一氧化碳气体流与所述至少两个单独的富烃气体流中的另一个富烃气体流共混以形成不同的混合渗碳气体流；将具有不同组成的混合渗碳气体流中的每一个输送到直接还原炉的过渡区，并且将部分或完全还原的铁氧化物暴露于所述混合渗碳气体流以将所得直接还原铁的碳含量提高到大于4.5重量％。

相关申请的交叉引用

本发明要求于2020年3月24日提交并且名称为“MIDREX PROCESS UTILIZINGEXTENDED ADJUSTABLE CARBON TECHNOLOGY(利用扩展可调碳技术的米德雷克斯工艺)”的共同待审的美国临时专利申请号62/993,771的优先权，将其内容通过引用完整地结合在本文中。

技术领域

本发明总体上涉及直接还原铁(DRI)和炼钢领域。更具体地，本公开内容涉及用于在直接还原(DR)设施中提高DRI的碳含量的方法和系统，并且尤其涉及能够生产超过约4.5重量％的DRI中的碳的直接还原(DR)方法和系统。

背景技术

通常被称为海绵铁的直接还原铁(DRI)典型地通过在移动床或立式反应器中的铁矿石在含有还原剂如H₂和CO的反应性气体流中的反应生产。除了钢生产中的含铁废料和生铁以外，这样的DRI产物也可以用作低残留铁的来源，主要通过炼钢设施中的电弧炉(EAF)。EAF利用电弧来熔化装填的物料，典型地伴随有氧气注入以燃烧杂质碳和Fe₃C(如果存在的话)。当将氧气注入到EAF中时，碳利用氧气的部分或完全燃烧为EAF提供了均匀的内部能量来源。此外，Fe₃C到铁和碳的转化是放热反应，这改善了EAF的热效率。因此，DRI的碳含量可以解释为能量来源，并且这种能量在DRI熔化时最终在EAF中利用。

目前的电弧炉(EAF)技术依赖于废金属或直接还原(DR)品位矿石供应以最小化到炉渣的产量损失。随着潜在的矿石供应降低，DR品位矿石在未来可能受限制。现有技术水平的EAF生产具有低碳含量的钢，典型地在碳素钢中低于0.35重量％。这意味着一些DR装置(DR工厂，DR plant)不必须生产高碳。如果使用较低品位的铁来源，则增加的渣量导致到炉渣的较高铁损失，这可能不利地影响工艺的总体经济和效益。在未来，可能需要通过改变熔化器中的工艺条件来限制到炉渣的铁损失。实现这一点的一种方式是通过向DRI中添加更多碳而使熔化器中具有更高的还原性环境。当今的钢铁制造商总是寻找高碳铁单位如来自高炉的生铁或铁水(热金属液，hot metal)来提供它们所需的碳以补偿它们的电能消耗。到熔化器的铁原料中的碳可以使用炼钢中的吹氧实践来转化以在熔化步骤中释放热能。这种能量释放形成CO和一些CO₂。通过控制氧气吹入，钢铁制造商可以控制熔浴上方的气氛中的CO/CO₂比，以保持其对铁是还原性的。钢铁制造商利用熔化器中的这种能量和化学组成来减少熔化没有碳的铁(如使用钢废料的情况)所需的电输入。熔化钢废料的熔化器需要碳单位以保持熔化器中的还原性气氛，并且为熔化提供额外的能量。高碳铁单位是最理想的，因为它们提供最大的每单位高碳铁材料的碳收益。其允许EAF钢铁制造商可以最大化钢废料在熔化器装填物料中的使用。随着钢铁制造商这种对越来越高碳铁单位的增长需求，需要实现在来自DR装置的DRI中的更大的碳。

可以在DR工艺内通过在逆流DR反应器内的一个渗碳反应或多个渗碳反应的组合将碳添加到DRI中。DR工艺内可以利用的渗碳反应为：

(1)Boudouard反应

(2)水-碳反应

(3)烃裂化