[发明专利]一种基于感应加热炉料的氢气竖炉炼铁装置及炼铁方法

说明书

本申请公开了一种基于感应加热炉料的氢气竖炉炼铁装置及炼铁方法，该装置包括：氢气竖炉，用于承载含铁炉料并对含铁炉料进行还原；多个预热料仓，每个预热料仓下部均与氢气竖炉的顶部连通，用于对进入氢气竖炉内的含铁炉料预加热；中频感应加热装置，设置于每个预热料仓的外围，用于对预热料仓内的含铁炉料预加热。通过在预热料仓外围设置中频感应加热装置，将预热料仓内的含铁炉料加热至预定温度，预热后的含铁炉料由预热料仓直接进入氢气竖炉与还原气体发生还原反应，减少氢气竖炉中还原气使用量，提高炼铁的生产效率，同时中频感应加热装置采用电加热，加热速度快，不损耗氢气竖炉，不生成二氧化碳，保护环境。

技术领域

本发明涉及还原铁冶炼技术领域，具体涉及一种基于感应加热炉料的氢气竖炉炼铁装置及炼铁方法。

背景技术

在钢铁行业全流程中，目前90％以上仍以高炉-转炉长流程为主，其碳排放强度高，而炼铁环节更是占到了总体碳排放的80％以上，因此在炼铁环节开发应用低碳技术对钢铁行业碳减排具有重要意义。而目前氢冶金工艺以应用氢能源为主，还原尾气主要为H₂O，碳排放少，生产效率高，产品纯净品质好，可有效促进钢铁行业碳减排。

一般意义上的氢冶金，指的是入炉还原气含氢量大于55％(H₂/CO大于1.5)条件下还原铁矿石、球团矿生产直接还原铁(DRI)的气基竖炉直接还原工艺，属于短流程工艺，国外已有广泛应用，国内各大钢铁企业也已开始建设规划。目前世界上主流应用的氢冶金直接还原炼铁工艺有 MIDREX、HYL-Ⅲ、PERED等。但目前氢冶金直接还原生产过程中，富氢还原气除了承担还原作用，还需要为竖炉补热，生产一吨直接还原铁通常需要 1800m³的富氢还原气，而H₂在还原铁矿石时会吸收大量热量，纯氢竖炉还原的入炉氢气量则高达2400m³/t，但目前氢气的价格较高，使用大量氢气会增加生产成本，若可以减少氢气消耗量，提高生产效率，降低直接还原铁产品成本，对富氢甚至纯氢竖炉的推广应用将提供帮助。

综上所述，氢冶金气基直接还原竖炉工艺存在的问题主要有氢气需求量大、生产成本高，同时还原反应过程中氢气吸热会降低生产效率，因此产生了新的氢气竖炉炼铁装置，以提高含铁炉料温度，提高还原生产效率，减少补热煤气消耗，降低竖炉生产成本。

如专利文件(CN114032347A)所述，竖炉在上部设置了预热料仓，通过点燃高热值气体生成高温烟气，通入预热料仓后与料仓内固体颗粒含铁炉料换热来预加热炉料至高温，随后通入竖炉中还原，可以有效减少竖炉还原气使用，提高直接还原铁产量及生产率，不需要预热段，有效节约设备体积。

如专利文件(CN201811101506.6)所述，竖炉利用炉顶煤气作为还原气和渗碳气/冷却气，分别向还原段与冷却段喷吹，以对竖炉中炉料进行还原、冷却及渗碳等操作，冷却段输出的被加热的冷却气经过洗涤和冷却后可再循环利用，可有效提高竖炉的效率。

如专利文件(CN112176144A)所述，炼铁竖炉将炼铁原料加入竖炉中，在竖炉中段设置微波加热装置与高温氢气喷吹口，下部设置低温氢气喷吹口，通过两段式氢气喷吹来实现炼铁竖炉最低极限能耗的目的。

但上述方法存在以下问题：(1)高温烟气预加热炉料时会产生大量 CO₂，同时会损耗设备，增加维修频率；(2)竖炉内部设置机械设备容易增大设备损耗，同时维修难度较大，易氢气泄露导致安全事故；(3)多段喷吹无法有效减少竖炉中还原气的用量。

因此，当前亟需一种能够减少环境污染，不损耗设备、降低产品成本、提高生产率的氢气还原炼铁工艺。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于感应加热炉料的氢气竖炉炼铁装置及炼铁方法，主要目的在于解决目前氢气还原炼铁采用高温烟气预加热炉料时生成大量CO₂，造成环境污染和设备损耗的问题。