氣基豎爐制備海綿鐵的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了氣基豎爐制備海綿鐵的方法和系統(tǒng)，其中，氣基豎爐制備海綿鐵的方法包括：(1)向氣基豎爐內(nèi)加入氧化球團(tuán)，其中，氣基豎爐具有還原段和冷卻段，還原段位于冷卻段的上方；(2)將還原氣體進(jìn)行提氫處理，以便得到氫氣和富一氧化碳?xì)怏w；(3)將富一氧化碳?xì)怏w的一部分與氫氣混合并進(jìn)行加熱處理，以便得到熱態(tài)還原氣；(4)將熱態(tài)還原氣從還原段送至氣基豎爐內(nèi)，使熱態(tài)還原氣與氧化球團(tuán)發(fā)生還原反應(yīng)，以便得到海綿鐵和爐頂氣；以及(5)將富一氧化碳?xì)怏w的另一部分從冷卻段的鄰近底端輸送至氣基豎爐內(nèi)，以便使富一氧化碳?xì)怏w與冷卻段內(nèi)的海綿鐵進(jìn)行熱交換和滲碳反應(yīng)后向上進(jìn)入所述還原段并進(jìn)行所述還原反應(yīng)。利用該方法可以有效降低氣基豎爐直接還原工藝的能耗。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，本發(fā)明涉及氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法和 系統(tǒng)。 氣基豎爐制備海綿鐵的方法和系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 海綿鐵是代替廢鋼并優(yōu)于廢鋼的煉鋼原料，可稀釋廢鋼中雜質(zhì)元素成分，為電爐 煉鋼提供必不可少的純凈鐵原料，進(jìn)而為高端裝備制造企業(yè)生產(chǎn)重要產(chǎn)品提供優(yōu)質(zhì)坯鑄 件，是發(fā)展裝備制造業(yè)的重要原材料。
[0003] 目前，世界上75%以上的海綿鐵采用氣基堅(jiān)爐法生產(chǎn)，其中典型的工藝為MIDREX 工藝、HYLIII (Energiron)工藝和PERED工藝。海綿鐵的出料方式有兩種，即熱出料生產(chǎn)熱 壓塊（HBI)和熱態(tài)海綿鐵（HDRI)，以及冷出料生產(chǎn)冷態(tài)海綿鐵（CDRI)。熱出料的產(chǎn)品只適 合直接還原鐵廠和電爐廠距離很近的大型綜合鋼鐵企業(yè)，而絕大多數(shù)直接還原廠不具備這 種條件，因此產(chǎn)品需要冷出料，避免海綿鐵再氧化，以保證海綿鐵的質(zhì)量。這種方法采取在 堅(jiān)爐下部冷卻段通入冷卻氣體，將海綿鐵冷卻至50°C以下再排出。同時(shí)在冷卻段進(jìn)行滲碳， 以減輕熔分單元的能耗負(fù)擔(dān)。
[0004] 堅(jiān)爐冷卻段通過冷卻洗滌塔和壓縮機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)海綿鐵的冷卻降溫。室溫的天然 氣和循環(huán)冷煤氣混合，經(jīng)壓縮機(jī)加壓后進(jìn)入冷卻段下部，在氣體上升過程中與由上而下運(yùn) 動(dòng)的海綿鐵進(jìn)行熱交換，并進(jìn)行滲碳反應(yīng)。然后，吸收了海綿鐵熱量的冷卻氣由冷卻段上部 排除，經(jīng)冷卻洗滌塔后，與補(bǔ)充的天然氣混合，經(jīng)壓縮機(jī)加壓后再次進(jìn)入冷卻段下部，形成 冷卻氣小循環(huán)。這種方法存在四個(gè)問題：（1)由于還原氣體從還原段底部進(jìn)入堅(jiān)爐，而海綿 鐵的顯熱沒有得到利用，因此還原氣加熱設(shè)備規(guī)模大、能耗高。（2)還原氣體從還原段底部 圍管進(jìn)入堅(jiān)爐，還原氣體很難到達(dá)堅(jiān)爐中心，還原氣流分布不均勻。（3)鐵礦石中的硫元素 容易進(jìn)入堅(jiān)爐爐頂氣，循環(huán)利用堅(jiān)爐爐頂氣需要加設(shè)脫硫裝置。（4)由于循環(huán)冷卻氣中H 2/ 一氧化碳的值比較高，氣體中一氧化碳含量比較低，海綿鐵滲碳效果不是十分理想。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的 一個(gè)目的在于提出一種氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法和氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的系統(tǒng)。利用該 方法和系統(tǒng)可以有效降低氣基堅(jiān)爐直接還原工藝的能耗，使還原氣氣流分布和溫度分布均 勻，減輕堅(jiān)爐爐頂氣脫硫設(shè)備的負(fù)擔(dān)，增加海綿鐵的滲碳量，降低熔分工藝的能耗等現(xiàn)有氣 基堅(jiān)爐直接還原工藝中的幾大主要問題。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法，包括：
[0007] (1)向所述氣基堅(jiān)爐內(nèi)加入氧化球團(tuán)，其中，所述氣基堅(jiān)爐具有還原段和冷卻段， 所述還原段位于所述冷卻段的上方；
[0008] (2)將還原氣體進(jìn)行提氫處理，以便得到氫氣和富一氧化碳?xì)怏w；
[0009] (3)將所述富一氧化碳?xì)怏w的一部分與所述氫氣混合并進(jìn)行加熱處理，以便得到 熱態(tài)還原氣；
[0010] (4)將所述熱態(tài)還原氣從所述還原段送至所述氣基堅(jiān)爐內(nèi)，使所述熱態(tài)還原氣與 所述氧化球團(tuán)發(fā)生還原反應(yīng)，以便得到海綿鐵和爐頂氣；以及
[0011] (5)將所述富一氧化碳?xì)怏w的另一部分從所述冷卻段的鄰近底端輸送至所述氣基 堅(jiān)爐內(nèi)，以便使所述富一氧化碳?xì)怏w與所述冷卻段內(nèi)的所述海綿鐵進(jìn)行熱交換和滲碳反應(yīng) 后向上進(jìn)入所述還原段并進(jìn)行所述還原反應(yīng)。
[0012] 因此，利用本發(fā)明上述實(shí)施例氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法可以有效降低氣基堅(jiān)爐 直接還原工藝的能耗，使還原氣氣流分布和溫度分布均勻，減輕堅(jiān)爐爐頂氣脫硫設(shè)備的負(fù) 擔(dān)，增加海綿鐵的滲碳量，降低熔分工藝的能耗等現(xiàn)有氣基堅(jiān)爐直接還原工藝中的幾大主 要問題。
[0013] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法還可以具有如下附加 的技術(shù)特征：
[0014] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，上述氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法進(jìn)一步包括：
[0015] (6)將步驟（4)中得到的所述爐頂氣依次分別進(jìn)行洗滌冷卻處理、壓縮處理和第 一脫硫脫碳處理，以便得到未反應(yīng)的還原氣。
[0016] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，上述氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法進(jìn)一步包括：
[0017] (7)在進(jìn)行步驟⑵之前，將步驟（6)中得到的所述未反應(yīng)的還原氣的與所述還原 氣體混合。
[0018] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，上述氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法進(jìn)一步包括：
[0019] (8)將步驟（2)中得到的所述富一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行第二脫硫脫碳處理。
[0020] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟（2)中得到的所述富一氧化碳?xì)怏w中一氧化碳含 量不小于70體積％。
[0021] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟（3)中得到的所述熱態(tài)還原氣的溫度為900? 1000攝氏度。由此較傳統(tǒng)的需要將還原氣加熱至1050?1200攝氏度更加節(jié)省能耗。
[0022] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟（5)中進(jìn)入所述還原段的所述富一氧化碳?xì)怏w的 溫度為850?900攝氏度。由此可以直接進(jìn)入還原段進(jìn)行還原反應(yīng)，還可以提高還原段內(nèi) 的溫度和氣流分布均勻度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提出一種氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的系統(tǒng)，包括：
[0024] 氣基堅(jiān)爐，所述氣基堅(jiān)爐具有進(jìn)料口、排料口和爐頂氣出口，所述氣基堅(jiān)爐具有還 原腔室和位于所述還原腔室下方的冷卻腔室，其中，所述還原腔室具有還原氣進(jìn)口、所述冷 卻腔室具有進(jìn)氣口；
[0025] 提氫裝置，所述提氫裝置具有進(jìn)氣口、氫氣出口和富一氧化碳?xì)怏w出口，所述富一 氧化碳?xì)怏w出口與所述冷卻腔室的冷卻氣進(jìn)口相連，以便將所述富一氧化碳?xì)怏w的一部分 輸送至所述冷卻腔室；以及
[0026] 加熱爐，所述加熱爐設(shè)置在所述提氫裝置與所述氣基堅(jiān)爐之間，且分別與所述氫 氣出口、富一氧化碳?xì)怏w出口和所述還原腔室的還原氣進(jìn)口相連，以便將所述氫氣和所述 富一氧化碳?xì)怏w的另一部分進(jìn)行加熱后輸送至所述還原腔室。
[0027] 因此，利用本發(fā)明上述實(shí)施例氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的系統(tǒng)可以有效降低氣基堅(jiān)爐 直接還原工藝的能耗，使還原氣氣流分布和溫度分布均勻，減輕堅(jiān)爐爐頂氣脫硫設(shè)備的負(fù) 擔(dān)，增加海綿鐵的滲碳量，降低熔分工藝的能耗等現(xiàn)有氣基堅(jiān)爐直接還原工藝中的幾大主 要問題。
[0028] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，上述氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：與所述 爐頂氣出口順次相連且分別用于對爐頂氣進(jìn)行洗滌冷卻處理、壓縮處理和第一脫硫脫碳處 理并得到未反應(yīng)的還原氣的洗滌冷卻裝置、壓縮裝置和第一脫硫脫碳裝置。由此可以將爐 頂氣中的未反應(yīng)的還原氣提取出來以便進(jìn)行回收利用，降低制備海綿鐵的成本。
[0029] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第一脫硫脫碳裝置與所述提氫裝置的還原氣進(jìn)口 相連，以便將所述未反應(yīng)的還原氣進(jìn)行提氫處理。由此可以對爐頂氣進(jìn)行充分利用，減少還 原氣體的使用，降低能耗。
[0030] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，上述氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：第二脫 硫脫碳裝置，所述第二脫硫脫碳裝置與所述提氫裝置的富一氧化碳?xì)怏w出口相連，以便適 于對所述富一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行脫硫脫碳處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵方法的流程圖。
[0032] 圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵方法的流程圖。
[0033] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0036] 下面參考圖1描述本發(fā)明實(shí)施例的氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí) 施例的氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法包括：
[0037] (1)向氣基堅(jiān)爐內(nèi)加入氧化球團(tuán)，其中，氣基堅(jiān)爐具有還原段和冷卻段，還原段位 于所述冷卻段的上方；
[0038] (2)將還原氣體進(jìn)行提氫處理，以便得到氫氣和富一氧化碳?xì)怏w；
[0039] (3)將富一氧化碳?xì)怏w的一部分與氫氣混合并進(jìn)行加熱處理，以便得到熱態(tài)還原 氣；
[0040] (4)將熱態(tài)還原氣從還原段送至氣基堅(jiān)爐內(nèi)，使熱態(tài)還原氣與所述氧化球團(tuán)發(fā)生 還原反應(yīng)，以便得到海綿鐵和爐頂氣；以及
[0041] (5)將富一氧化碳?xì)怏w的另一部分從冷卻段的鄰近底端輸送至氣基堅(jiān)爐內(nèi)，以便 使富一氧化碳?xì)怏w與冷卻段內(nèi)的海綿鐵進(jìn)行熱交換和滲碳反應(yīng)后向上進(jìn)入還原段并進(jìn)行 還原反應(yīng)。
[0042] 首先，本發(fā)明將對還原氣體進(jìn)行提氫處理得到的富一氧化碳?xì)怏w作為冷卻氣體從 冷卻段的鄰近底端輸送至氣基堅(jiān)爐內(nèi)，同時(shí)被預(yù)熱的富一氧化碳?xì)怏w進(jìn)入還原段內(nèi)用于還 原反應(yīng)。由于富一氧化碳?xì)怏w中的一氧化碳含量較高，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，富一氧 化碳?xì)怏w中一氧化碳含量不小于70體積％，而一氧化碳的比熱容是H 2的十分之一，因此冷 卻效果更好，一氧化碳?xì)怏w更容易被預(yù)熱。另一方面，富一氧化碳?xì)怏w在冷卻段內(nèi)進(jìn)一步 與海綿鐵發(fā)生滲碳反應(yīng)，一氧化碳的滲碳反應(yīng)為放熱反應(yīng)，更加利于冷卻氣體的預(yù)熱。因 此，冷卻氣體在堅(jiān)爐冷卻段經(jīng)熱海綿鐵預(yù)熱后，溫度可達(dá)850?900°C，充分利用了熱態(tài)海 綿鐵的顯熱，為整個(gè)工藝流程節(jié)省能耗。由于冷卻氣體預(yù)熱后的溫度高，富氫還原氣只需加 熱到900?1000°C，就可以在堅(jiān)爐還原段形成氧化球團(tuán)還原要求的溫度場，進(jìn)一步減少了 整個(gè)工藝流程的能耗。再一方面，由于經(jīng)過海綿鐵預(yù)熱的富一氧化碳?xì)怏w的溫度可以達(dá)到 850?900°C，因此進(jìn)入還原段后可直接進(jìn)行還原反應(yīng)。并且富一氧化碳?xì)怏w是從直徑小的 冷卻段進(jìn)入還原段，可以到達(dá)熱態(tài)還原氣不易到達(dá)的還原段中心區(qū)域，由此可以使還原段 內(nèi)溫度分布均勻，氣流分布均勻，更加利于產(chǎn)品質(zhì)量的控制。
[0043] 其次，由于采用富一氧化碳?xì)怏w作為冷卻段的冷卻氣體，更加利于冷卻段內(nèi)海綿 鐵發(fā)生滲碳反應(yīng)，因此可以顯著提高海綿鐵的碳含量，使其能夠滿足更高的含碳要求，從而 降低后續(xù)的熔分處理負(fù)擔(dān)，降低能耗。
[0044] 第三，由于采用富一氧化碳?xì)怏w作為冷卻段的冷卻氣體，在提高海綿鐵碳含量的 同時(shí)，消耗了更多冷卻氣中的一氧化碳，進(jìn)而可以降低整個(gè)氣基堅(jiān)爐內(nèi)的還原氣體的一氧 化碳含量，同時(shí)還可以利用冷卻段內(nèi)金屬鐵的催化作用，催化裂解冷卻氣中的甲烷氣體，進(jìn) 而對氣體進(jìn)行重整，進(jìn)一步提高了還原段內(nèi)的還原氣體的H 2/co比值，最終提高還原反應(yīng)效 率。
[0045] 因此，利用本發(fā)明上述實(shí)施例氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法可以有效降低氣基堅(jiān)爐 直接還原工藝的能耗，使還原氣氣流分布和溫度分布均勻，減輕堅(jiān)爐爐頂氣脫硫設(shè)備的負(fù) 擔(dān)，增加海綿鐵的滲碳量，降低熔分工藝的能耗等現(xiàn)有氣基堅(jiān)爐直接還原工藝中的幾大主 要問題。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，上述步驟（2)中的還原氣體可以天然氣、焦?fàn)t煤氣或 者煤層氣的重整氣以及煤制氣，其中的H 2和一氧化碳的總含量不低于90體積％。由此利 用該還原氣體可以進(jìn)一步還原反應(yīng)效率，以便進(jìn)一步提高制備海綿體的效率和產(chǎn)率。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，首先進(jìn)入還原段內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)的熱態(tài)還原氣中的氫 氣與一氧化碳比值較高，由此可以進(jìn)一步提高還原反應(yīng)效率。同時(shí)經(jīng)過提氫處理得到的富 一氧化碳?xì)怏w首先進(jìn)入冷卻段后，與海綿鐵發(fā)生滲碳反應(yīng)會(huì)消耗部分一氧化碳，發(fā)生滲碳 反應(yīng)和預(yù)熱后的高溫一氧化碳會(huì)向上進(jìn)入還原段內(nèi)進(jìn)而與含有大量氫氣的混合熱態(tài)還原 氣再次混合并進(jìn)行還原反應(yīng)，由于滲碳反應(yīng)消耗了一部分的一氧化碳，進(jìn)而使得最終進(jìn)入 還原段內(nèi)的總還原氣中H 2和一氧化碳的總含量在不低于90體積％的前提下，使得H2/C0比 值也得到了提高，進(jìn)而更加有助于提高還原反應(yīng)效率。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，在步驟（3)中，只需將富一氧化碳?xì)怏w的一部分與氫 氣混合并進(jìn)行加熱至900?1000攝氏度得到熱態(tài)還原氣，而傳統(tǒng)的用于氣基堅(jiān)爐還原反應(yīng) 的還原氣的溫度需要達(dá)到1050?1200攝氏度甚至更高，因此本發(fā)明上述實(shí)施例的氣基堅(jiān) 爐制備海綿鐵的方法更加節(jié)省能耗。這是由于經(jīng)過海綿鐵預(yù)熱的富一氧化碳?xì)怏w的溫度可 以達(dá)到850?900°C，不僅進(jìn)入還原段后可直接進(jìn)行還原反應(yīng)，并且富一氧化碳?xì)怏w是從直 徑小的冷卻段進(jìn)入還原段，可以到達(dá)熱態(tài)還原氣不易到達(dá)的還原段中心區(qū)域，由此可以使 還原段內(nèi)溫度分布均勻，氣流分布均勻，還原反應(yīng)更容易進(jìn)行，因此還原段的熱態(tài)還原氣的 溫度無需過高，進(jìn)而顯著節(jié)省能耗。而傳統(tǒng)的還原氣是從氣基堅(jiān)爐還原段進(jìn)入很難到達(dá)還 原段的中心區(qū)域，容易導(dǎo)致反應(yīng)不完全，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，因此需要加熱至1000攝氏度 以上來提高還原反應(yīng)程度。
[0049] 如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，上述氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法進(jìn)一步 包括：
[0050] (6)將步驟（4)中得到的爐頂氣依次分別進(jìn)行洗滌冷卻處理、壓縮處理和第一脫 硫脫碳處理，以便得到未反應(yīng)的還原氣。
[0051] (7)在進(jìn)行步驟（2)之前，將步驟（6)中得到的未反應(yīng)的還原氣的與還原氣體混 合。
[0052] 由此對爐頂氣進(jìn)行充分利用，避免浪費(fèi)未反應(yīng)的還原性氣體。此外，通過對爐頂氣 脫碳環(huán)節(jié)的控制，使二氧化碳脫除率為85 %?95 %，可以避免堅(jiān)爐冷卻段大量析碳而導(dǎo)致 的球團(tuán)粉化問題，并且降低氣體壓力和吸收塔內(nèi)填料的高度，降低了生產(chǎn)成本。
[0053] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，為了壓縮機(jī)正常工作，爐頂氣經(jīng)洗滌冷卻處理后的溫 度為50攝氏度以下。通常第一和第二還原氣體溫度也為50攝氏度以下。因此，進(jìn)入冷卻段 的富一氧化碳?xì)怏w溫度也是50攝氏度以下，進(jìn)而可以對冷卻段內(nèi)的高溫海綿鐵進(jìn)行冷卻。
[0054] 如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法可以進(jìn)一步包 括：
[0055] (8)將步驟（2)中得到的富一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行第二脫硫脫碳處理。由此可以進(jìn)一 步除去富一氧化碳?xì)怏w中二氧化碳和硫化氫等氣體。進(jìn)而降低還原氣體氧化度和硫含量， 提1?還原反應(yīng)效率，提1?廣品DRID的質(zhì)量。
[0056] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提出了一種氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的系統(tǒng)，下面參 考圖3描述本發(fā)明實(shí)施例的氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的系統(tǒng)包括：氣基堅(jiān)爐100、提氫裝置200 和加熱爐300。
[0057] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，氣基堅(jiān)爐100具有進(jìn)料口 101、排料口 102和爐頂氣出 口 103,氣基堅(jiān)爐100具有還原腔室110和位于還原腔室110下方的冷卻腔室120,其中，還 原腔室110具有還原氣進(jìn)口 104、冷卻腔室具有冷卻氣進(jìn)口 105 ;
[0058] 提氫裝置200具有進(jìn)氣口 201、氫氣出口 202和富一氧化碳?xì)怏w出口 203,富一氧 化碳?xì)怏w出口 203與冷卻腔室的冷卻氣進(jìn)口 105相連，以便將富一氧化碳?xì)怏w的一部分輸 送至冷卻腔室；以及
[0059] 加熱爐300設(shè)置在提氫裝置200與氣基堅(jiān)爐100之間，且分別與氫氣出口 202、富 一氧化碳?xì)怏w出口 203和還原腔室的還原氣進(jìn)口 104相連，以便將氫氣和富一氧化碳?xì)怏w 的另一部分進(jìn)行加熱后輸送至還原腔室110。
[0060] 首先，根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例的氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的系統(tǒng)，可以首先利用提 氫裝置200將還原氣體進(jìn)行提氫處理得到的富一氧化碳?xì)怏w和氫氣，并將富一氧化碳?xì)怏w 作為冷卻氣體從氣基堅(jiān)爐冷卻段的鄰近底端輸送至氣基堅(jiān)爐內(nèi)，在冷卻段內(nèi)被預(yù)熱的富一 氧化碳?xì)怏w向上進(jìn)入還原段內(nèi)繼續(xù)用于還原反應(yīng)。由于富一氧化碳?xì)怏w中的一氧化碳含量 較高，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，富一氧化碳?xì)怏w中一氧化碳含量不小于70體積％，而一 氧化碳的比熱容是H 2的十分之一，因此冷卻效果更好，一氧化碳?xì)怏w更容易被預(yù)熱。另一 方面，富一氧化碳?xì)怏w在冷卻段內(nèi)進(jìn)一步與海綿鐵發(fā)生滲碳反應(yīng)，一氧化碳的滲碳反應(yīng)為 放熱反應(yīng)，更加利于冷卻氣體的預(yù)熱。因此，冷卻氣體在堅(jiān)爐冷卻段經(jīng)熱海綿鐵預(yù)熱后，溫 度可達(dá)850?900°C，充分利用了熱態(tài)海綿鐵的顯熱，為整個(gè)工藝流程節(jié)省能耗。由于冷卻 氣體預(yù)熱后的溫度高，富氫還原氣只需加熱到900?1000°C，就可以在堅(jiān)爐還原段形成氧 化球團(tuán)還原要求的溫度場，進(jìn)一步減少了整個(gè)工藝流程的能耗。再一方面，由于經(jīng)過海綿鐵 預(yù)熱的富一氧化碳?xì)怏w的溫度可以達(dá)到850?900°C，因此進(jìn)入還原段后可直接進(jìn)行還原 反應(yīng)。并且富一氧化碳?xì)怏w是從直徑小的冷卻段進(jìn)入還原段，可以到達(dá)熱態(tài)還原氣不易到 達(dá)的還原段中心區(qū)域，由此可以使還原段內(nèi)溫度分布均勻，氣流分布均勻，更加利于產(chǎn)品質(zhì) 量的控制。
[0061] 其次，由于采用富一氧化碳?xì)怏w作為冷卻段的冷卻氣體，更加利于冷卻段內(nèi)海綿 鐵發(fā)生滲碳反應(yīng)，因此可以顯著提高海綿鐵的碳含量，使其能夠滿足更高的含碳要求，從而 降低后續(xù)的熔分處理負(fù)擔(dān)，降低能耗。
[0062] 第三，由于采用富一氧化碳?xì)怏w作為冷卻段的冷卻氣體，在提高海綿鐵碳含量的 同時(shí)，消耗了更多冷卻氣中的一氧化碳，進(jìn)而可以降低整個(gè)氣基堅(jiān)爐內(nèi)的還原氣體的一氧 化碳含量，同時(shí)還可以利用冷卻段內(nèi)金屬鐵的催化作用，催化裂解冷卻氣中的甲烷氣體，進(jìn) 而對氣體進(jìn)行重整，進(jìn)一步提高了還原段內(nèi)的還原氣體的H 2/co比值，最終提高還原反應(yīng)效 率。
[0063] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，從提氫裝置200的氫氣出口 202排出的氫氣與一部分 的富一氧化碳進(jìn)行混合形成富氫氣體，富氫氣體中H2/C0比值較高，經(jīng)過加熱爐300加熱后 進(jìn)入還原段110內(nèi)，可以進(jìn)一步提商還原反應(yīng)效率。
[0064] 因此，利用本發(fā)明上述實(shí)施例氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的系統(tǒng)可以有效降低氣基堅(jiān)爐 直接還原工藝的能耗，使還原氣氣流分布和溫度分布均勻，減輕堅(jiān)爐爐頂氣脫硫設(shè)備的負(fù) 擔(dān)，增加海綿鐵的滲碳量，降低熔分工藝的能耗等現(xiàn)有氣基堅(jiān)爐直接還原工藝中的幾大主 要問題。
[0065] 如圖4所示，上述實(shí)施例的氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：與爐頂氣出 口 103順次相連且分別用于對爐頂氣進(jìn)行洗滌冷卻處理、壓縮處理和第一脫硫脫碳處理并 得到未反應(yīng)的還原氣的洗滌冷卻裝置400、壓縮裝置500和第一脫硫脫碳裝置600。
[0066] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，第一脫硫脫碳裝置600與提氫裝置200的還原氣進(jìn)口 201相連，以便將未反應(yīng)的還原氣進(jìn)行提氫處理。進(jìn)而可以將未反應(yīng)的還原氣補(bǔ)入提氫裝 置200,經(jīng)過提氫處理后得到的氫氣和一氧化碳分別用于還原段110內(nèi)的還原反應(yīng)和冷卻 段120內(nèi)的海綿鐵的冷卻和滲碳反應(yīng)。由此通過充分利用爐頂氣中未反應(yīng)的還原氣可以節(jié) 省部分還原氣體，節(jié)省能耗，降低成本。
[0067] 如圖4所示，上述實(shí)施例的氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：第二脫硫脫 碳裝置700,第二脫硫脫碳裝置700與提氫裝置200的富一氧化碳?xì)怏w出口 203相連，以便 適于對富一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行脫硫脫碳處理。由此可以進(jìn)一步對富一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行脫硫脫 碳處理，除去富一氧化碳?xì)怏w中二氧化碳和硫化氫等氣體。進(jìn)而降低還原氣體氧化度和硫 含量，提1?還原反應(yīng)效率，提1?廣品DRI的質(zhì)量。
[0068] 實(shí)施例1
[0069] 如圖2和圖4所示，將新鮮還原氣體在提氫裝置內(nèi)經(jīng)過氣體提氫處理后，將這部分 氣體分為氫氣和富一氧化碳?xì)怏w，將富一氧化碳?xì)怏w中的一部分與氫氣混合一同通入加熱 爐進(jìn)行加熱至900?1000攝氏度，然后從堅(jiān)爐還原段底部的圍管進(jìn)入堅(jiān)爐還原段內(nèi)與從堅(jiān) 爐上部進(jìn)入的氧化球團(tuán)進(jìn)行還原反應(yīng)。另一部分富一氧化碳?xì)怏w從通入堅(jiān)爐冷卻段底部， 與熱態(tài)海綿鐵進(jìn)行熱交換，并且在堅(jiān)爐冷卻段內(nèi)將海綿鐵冷卻到50°C以下，同時(shí)進(jìn)行滲碳 反應(yīng)消耗一部分一氧化碳。這部分富一氧化碳?xì)怏w在堅(jiān)爐的冷卻段內(nèi)被加熱至850?900 攝氏度，并繼續(xù)向上流動(dòng)進(jìn)入還原段，并在還原段內(nèi)與圍管進(jìn)入的富氫熱還原氣混合，共同 還原氧化球團(tuán)，從冷卻段進(jìn)入還原段的富一氧化碳?xì)怏w可以到達(dá)還原段的中心區(qū)域，進(jìn)而 可以使得還原段內(nèi)的溫度和氣流分布均勻，還原反應(yīng)容易進(jìn)行。
[0070] 還原段內(nèi)產(chǎn)生的爐頂氣從堅(jiān)爐爐頂氣出口排出。將排出的爐頂氣進(jìn)行洗滌冷卻處 理、壓縮處理和脫硫脫碳處理后得到未反應(yīng)的還原氣，將未反應(yīng)的還原氣通入提氫裝置內(nèi)， 用于堅(jiān)爐制備海綿鐵，由此可以節(jié)省了部分新鮮還原氣體。
[0071] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"中心"、"縱向"、"橫向"、"長度"、"寬度"、 "厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"堅(jiān)直"、"水平"、"頂"、"底" "內(nèi)"、"外"、"順時(shí) 針"、"逆時(shí)針"、"軸向"、"徑向"、"周向"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或 位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必 須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0072] 此外，術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性 或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或 者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，"多個(gè)"的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以 上，除非另有明確具體的限定。
[0073] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語"安裝"、"相連"、"連接"、"固定"等 術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連 接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi) 部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情 況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0074] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征"上"或"下"可以 是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在 第二特征"之上"、"上方"和"上面"可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"可以是 第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0075] 在本說明書的描述中，參考術(shù)語"一個(gè)實(shí)施例"、"一些實(shí)施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不 必針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一 個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù) 人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合 和組合。
[0076] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例 性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述 實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1. 一種氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的方法，其特征在于，包括： (1) 向所述氣基堅(jiān)爐內(nèi)加入氧化球團(tuán)，其中，所述氣基堅(jiān)爐具有還原段和冷卻段，所述 還原段位于所述冷卻段的上方； (2) 將還原氣體進(jìn)行提氫處理，以便得到氫氣和富一氧化碳?xì)怏w； (3) 將所述富一氧化碳?xì)怏w的一部分與所述氫氣混合并進(jìn)行加熱處理，以便得到熱態(tài) 還原氣； (4) 將所述熱態(tài)還原氣從所述還原段送至所述氣基堅(jiān)爐內(nèi)，使所述熱態(tài)還原氣與所述 氧化球團(tuán)發(fā)生還原反應(yīng)，以便得到海綿鐵和爐頂氣；以及 (5) 將所述富一氧化碳?xì)怏w的另一部分從所述冷卻段的鄰近底端輸送至所述氣基堅(jiān)爐 內(nèi)，以便使所述富一氧化碳?xì)怏w與所述冷卻段內(nèi)的所述海綿鐵進(jìn)行熱交換和滲碳反應(yīng)后向 上進(jìn)入所述還原段并進(jìn)行所述還原反應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括： (6) 將步驟（4)中得到的所述爐頂氣依次分別進(jìn)行洗滌冷卻處理、壓縮處理和第一脫 硫脫碳處理，以便得到未反應(yīng)的還原氣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括： (7) 在進(jìn)行步驟（2)之前，將步驟（6)中得到的所述未反應(yīng)的還原氣的與所述還原氣體 混合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括： (8) 將步驟（2)中得到的所述富一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行第二脫硫脫碳處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2)中得到的所述富一氧化碳?xì)怏w中 一氧化碳含量不小于70體積％。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟⑶中得到的所述熱態(tài)還原氣的溫度 為900?1000攝氏度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（5)中進(jìn)入所述還原段的所述富一氧 化碳?xì)怏w的溫度為850?900攝氏度。
8. -種氣基堅(jiān)爐制備海綿鐵的系統(tǒng)，其特征在于，包括： 氣基堅(jiān)爐，所述氣基堅(jiān)爐具有進(jìn)料口、排料口和爐頂氣出口，所述氣基堅(jiān)爐具有還原腔 室和位于所述還原腔室下方的冷卻腔室，其中，所述還原腔室具有還原氣進(jìn)口、所述冷卻腔 室具有進(jìn)氣口； 提氫裝置，所述提氫裝置具有進(jìn)氣口、氫氣出口和富一氧化碳?xì)怏w出口，所述富一氧化 碳?xì)怏w出口與所述冷卻腔室的冷卻氣進(jìn)口相連，以便將所述富一氧化碳?xì)怏w的一部分輸送 至所述冷卻腔室；以及 加熱爐，所述加熱爐設(shè)置在所述提氫裝置與所述氣基堅(jiān)爐之間，且分別與所述氫氣出 口、富一氧化碳?xì)怏w出口和所述還原腔室的還原氣進(jìn)口相連，以便將所述氫氣和所述富一 氧化碳?xì)怏w的另一部分進(jìn)行加熱后輸送至所述還原腔室。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括：與所述爐頂氣出口順次相連 且分別用于對爐頂氣進(jìn)行洗滌冷卻處理、壓縮處理和第一脫硫脫碳處理并得到未反應(yīng)的還 原氣的洗滌冷卻裝置、壓縮裝置和第一脫硫脫碳裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一脫硫脫碳裝置與所述提氫裝置 的還原氣進(jìn)口相連，以便將所述未反應(yīng)的還原氣進(jìn)行提氫處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括： 第二脫硫脫碳裝置，所述第二脫硫脫碳裝置與所述提氫裝置的富一氧化碳?xì)怏w出口相 連，以便適于對所述富一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行脫硫脫碳處理。
【文檔編號(hào)】C21B13/02GK104087702SQ201410345644
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】吳道洪, 張奔, 李志遠(yuǎn) 申請人:北京神霧環(huán)境能源科技集團(tuán)股份有限公司