本發(fā)明屬于密封設備技術領域，尤其涉及一種將兩種氣體同時用于密封的氣基豎爐及生產(chǎn)直接還原鐵的方法。

背景技術：

直接還原鐵(DRI)又稱海綿鐵，是鐵礦石在低于熔化溫度下直接還原得到的含鐵產(chǎn)品。海綿鐵是一種廢鋼的代用品，是電爐煉純凈鋼、優(yōu)質(zhì)鋼不可缺少的雜質(zhì)稀釋劑，是轉(zhuǎn)爐煉鋼優(yōu)質(zhì)的冷卻劑，是發(fā)展鋼鐵冶金短流程不可或缺的原料。2014年，全世界直接還原鐵的年產(chǎn)量達7450萬噸，創(chuàng)歷史新高。我國將直接還原工藝列為鋼鐵工業(yè)發(fā)展的主要方向之一。

生產(chǎn)直接還原鐵的工藝稱為直接還原法，屬于非高爐煉鐵工藝，分為氣基法和煤基法兩大類。目前世界范圍內(nèi)，76％的直接還原鐵是通過氣基豎爐法生產(chǎn)，氣基法目前的代表工藝包括MIDREX工藝、HYL工藝和PERED工藝。這三種工藝生產(chǎn)直接還原鐵的主體設備均為氣基豎爐，其中HYL工藝進料系統(tǒng)與出料系統(tǒng)采用緩沖料罐的上、下雙閥進行密封；而MIDREX工藝和PERED工藝的進料系統(tǒng)與出料系統(tǒng)均采用氣封系統(tǒng)，即為防止爐內(nèi)的煤氣泄漏到爐外，在爐頂進料處和爐底出料處均設置有采用氣體動態(tài)密封的氣封系統(tǒng)，密封氣的主要成分為氮氣。氣封系統(tǒng)存在的主要問題是，若密封氣壓力高，則容易導致密封氣大量進入豎爐內(nèi)，降低豎爐內(nèi)爐頂氣和還原氣品質(zhì)；若密封氣壓力低，則容易導致豎爐內(nèi)煤氣大量逸出，危害人身安全。

實際生產(chǎn)中，氣基豎爐進料系統(tǒng)可采用富含N₂的轉(zhuǎn)化爐尾氣進行動態(tài)密封，會導致10-20Nm³/DRI的N₂富集到豎爐爐頂氣中，從而導致爐頂氣循環(huán)比例不能太高，僅約67％，否則還原氣中的無效成分N₂含量過高，而降低豎爐生產(chǎn)效率且浪費熱量。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種氣基豎爐及生產(chǎn)直接還原鐵的方法，利用第一密封氣防止氣基豎爐內(nèi)的爐頂氣逸出，利用第二密封氣防止第一密封氣中的N₂混入氣基豎爐內(nèi)，進而使得爐頂氣作為還原介質(zhì)的循環(huán)利用比例可以顯著提高。

本發(fā)明的目的之一是提供一種氣基豎爐，包括爐體、進料通道、第一氣體密封器、第二氣體密封器和去除混合氣中CO₂的氣體處理裝置；

所述爐體包括進料口、混合氣出口和還原氣進口；

所述氣體處理裝置包括混合氣進口和還原氣出口；

由所述進料通道的進料口到出料口，依次設置第一氣體密封器和第二氣體密封器，所述第一氣體密封器與所述進料通道連通，所述第二氣體密封器與所述進料通道連通，所述第二氣體密封器到進料通道的出料口的距離為4～6m，所述第一氣體密封器到第二氣體密封器的距離為0.5～3.0m；

所述進料通道的出料口連接所述爐體的進料口，所述爐體的混合氣出口連接所述氣體處理裝置的混合氣進口，所述氣體處理裝置的還原氣出口連接所述爐體的還原氣進口。

本發(fā)明中，第一氣體密封器的壓力略高于第二氣體密封器的壓力，第二氣體密封器的壓力高于爐體內(nèi)的壓力。第一密封氣的主要成分為N₂，第二密封氣的主要成分為CO₂。利用第二密封氣，可以阻止第一密封氣進入爐體，少部分第二密封氣進入爐體后與爐頂氣混合為混合氣體，排出爐體，混合氣體經(jīng)氣體處理裝置處理后，可獲得還原氣，將還原氣通入爐體內(nèi)，用于直接還原鐵的生產(chǎn)。

作為本法優(yōu)選的方案，所述氣體處理裝置為脫碳器，所述脫碳器包括混合氣進口和還原氣出口，所述爐體的混合氣出口連接所述脫碳器的混合氣進口，所述脫碳器的還原氣出口連接所述爐體的還原氣進口。脫碳器可以去除混合氣體中的CO₂，獲得還原氣。

另一種方案為，所述氣體處理裝置為重整轉(zhuǎn)化爐，所述重整轉(zhuǎn)化爐包括混合氣進口和還原氣出口，所述爐體的混合氣出口連接所述重整轉(zhuǎn)化爐的混合氣進口，所述重整轉(zhuǎn)化爐的還原氣出口連接所述爐體的還原氣進口。重整轉(zhuǎn)化爐可將CO₂轉(zhuǎn)化為CO和H₂，CO和H₂均為還原氣的組成成分。

進一步的，所述氣基豎爐還包括還原鐵出口，所述還原鐵出口位于所述爐體的底部。

更進一步的，所述氣基豎爐還包括料斗，所述料斗連通所述進料通道的進料口。

本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述氣基豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法，包括以下步驟：

A、在所述第一氣體密封器中通入第一密封氣，所述第一密封氣中N₂的體積百分比≥85％；

B、在所述第二氣體密封器中通入第二密封氣，所述第二密封氣中CO₂的體積百分比≥80％；

C、使所述第一密封氣的壓力高于所述第二密封氣的壓力20～100Pa，所述第二密封氣的壓力高于所述爐體內(nèi)的氣體壓力400～600Pa；

D、將原料由所述進料通道送入氣基豎爐，生成直接還原鐵和爐頂氣，所述爐頂氣與進入爐體的第二密封氣混合為混合氣體；

E、將所述混合氣體送入所述氣體處理裝置，去除其中的CO₂，獲得還原氣；

F、將所述還原氣送入所述爐體。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述第一密封氣為燃燒煙氣或純氮氣。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述第二密封氣為CO₂馳放氣或純CO₂。

具體的，在所述步驟E中，利用脫碳器，脫除混合氣體中的CO₂。

另一種方案，在所述步驟E中，利用重整轉(zhuǎn)化爐，將混合氣體中的CO₂轉(zhuǎn)化為CO和H₂。

本發(fā)明提供的氣基豎爐及生產(chǎn)直接還原鐵的方法，利用第一密封氣防止氣基豎爐內(nèi)的爐頂氣逸出，利用第二密封氣防止第一密封氣中的N₂混入氣基豎爐內(nèi)，可以顯著降低密封氣混入到爐頂氣中的N₂含量；利用氣體處理裝置去除混合氣體中的CO₂，從而使豎爐的爐頂氣和還原氣的品質(zhì)都得到大大提高，進而使得爐頂氣作為還原介質(zhì)的循環(huán)利用比例可以顯著提高，達到80％以上，提高了氣基豎爐的生產(chǎn)效率和能量利用率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的氣基豎爐示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明實施例中，單位Nm³/DRI是指每噸直接還原鐵消耗的氣體的標準狀態(tài)下的體積。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種氣基豎爐，其包括爐體1、料斗2、進料通道3、第一氣體密封器4、第二氣體密封器5和氣體處理裝置6。氣基豎爐的原料為富含鐵的氧化球團或塊礦。

爐體1的內(nèi)部為空腔，是直接還原鐵的生產(chǎn)容器，爐體1包括進料口、混合氣出口和還原氣進口。

料斗2為氣基豎爐儲存原料的裝置。料斗2連通進料通道3的進料口，可控制原料的進入量。進料通道3為細長的原料由料斗2進入爐體1的管道，進料通道3的出料口連接爐體1的進料口。

由進料通道3的進料口到出料口，依次設置第一氣體密封器4和第二氣體密封器5，第一氣體密封器4和第二氣體密封器5均安裝在進料通道3上。第一氣體密封器4與進料通道3連通，第二氣體密封器5與進料通道3連通，第二氣體密封器5到進料通道3的出料口的距離為4～6m，第一氣體密封器4到第二密封器5的距離為0.5～3.0m。第二氣體密封器5到進料通道3的出料口的距離以及第一氣體密封器4到第二密封器5的距離，根據(jù)設備的實際狀況確定。

第一氣體密封器4和第二氣體密封器5配合，防止氣基豎爐中爐頂氣逸出，同時防止第一密封氣進入爐體1內(nèi)。

氣體處理裝置6用于去除混合氣體中的CO₂，提高還原氣的品質(zhì)。氣體處理裝置6包括混合氣進口和還原氣出口。爐體1的混合氣出口連接氣體處理裝置6的混合氣進口，氣體處理裝置6的還原氣出口連接爐體1的還原氣進口。

本發(fā)明實施例中，氣體處理裝置6可以是脫碳器，脫碳器可以去除混合氣體中的CO₂，獲得還原氣。脫碳器包括混合氣進口和還原氣出口，爐體的混合氣出口連接脫碳器的混合氣進口，脫碳器的還原氣出口連接爐體的還原氣進口。

本發(fā)明實施例中，另一種優(yōu)選方案為，氣體處理裝置6為重整轉(zhuǎn)化爐。混合氣體中的CO₂在重整轉(zhuǎn)化爐中與CH₄重整轉(zhuǎn)化為鐵礦石還原所需的CO和H₂。重整轉(zhuǎn)化爐包括混合氣進口和還原氣出口，爐體的混合氣出口連接重整轉(zhuǎn)化爐的混合氣進口，重整轉(zhuǎn)化爐的還原氣出口連接爐體的還原氣進口。

進一步的，氣基豎爐還包括還原鐵出口，還原鐵出口位于爐體的底部。

本發(fā)明實施例的另一目的是提供一種利用上述氣基豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法，包括以下步驟：

1、在第一氣體密封器通入第一密封氣，第一密封氣中N₂的體積百分比≥85％。

2、在第二氣體密封器中通入第二密封氣，第二密封氣中CO₂的體積百分比≥80％。

3、使第一密封氣的壓力高于第二密封氣的壓力20～100Pa，第二密封氣的壓力高于爐體的氣體壓力400～600Pa。

4、將原料由進料通道送入氣基豎爐，生成直接還原鐵和爐頂氣，爐頂氣與進入爐體的第二密封氣混合為混合氣體。

5、將混合氣體送入氣體處理裝置，去除其中的CO₂，獲得還原氣。

6、將還原氣送入爐體。

作為優(yōu)選的方案，第一密封氣為燃燒煙氣或純氮氣，第二密封氣為CO₂馳放氣或純CO₂。

在上述的步驟5中，氣體處理裝置可以是脫碳器，脫碳器可脫除混合氣體中的CO₂。氣體處理裝置還可以是重整轉(zhuǎn)化爐，重整轉(zhuǎn)化爐將混合氣體中的CO₂轉(zhuǎn)化為CO和H₂。

本發(fā)明實施例可顯著降低爐頂氣中混入的氮氣含量，使其低于3Nm³/DRI。爐頂氣中混入的CO₂含量低于10Nm³/DRI。爐頂氣作為還原介質(zhì)的循環(huán)比可達80％以上。

第二密封氣采用富含CO₂氣體，使得溫室氣體變廢為寶，既可減少溫室氣體的排放，又降低了密封氣混入豎爐內(nèi)的N₂含量。

本發(fā)明實施例采用的是富N₂氣體和富CO₂氣體的雙氣體動態(tài)密封，前者發(fā)揮的主要作用是防止氣基豎爐內(nèi)爐頂氣逸出到大氣中，后者的主要作用是防止第一密封氣中的N₂混入爐內(nèi)。兩種密封氣的作用是相互補充、協(xié)調(diào)發(fā)揮作用的。二者還能實現(xiàn)，當其中一種密封氣出故障后，另一密封氣可以通過調(diào)整氣量而保障豎爐系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。

實施例1

全鐵品位為67％的氧化球團進入料斗后，緩慢經(jīng)細長的進料通道向下移動進入爐體，在氣基豎爐內(nèi)逐漸被還原氣還原成合格的直接還原鐵產(chǎn)品而排出氣基豎爐。

為防止氣基豎爐內(nèi)的爐頂氣(富含CO和H₂)逸出和密封氣中的N₂成分大量混入豎爐內(nèi)，在進料通道處從上往下依次設置有兩套密封系統(tǒng)—第一氣體密封器和第二氣體密封器。第一密封氣為重整轉(zhuǎn)化爐燃燒煙氣，氣量為60Nm³/DRI，第二密封氣為混合氣體脫碳處理得到的CO₂含量約99％的馳放氣，氣量為15Nm³/DRI。第二密封氣壓力較密封點爐內(nèi)壓力高約450Pa，第一密封氣壓力比第二密封氣壓力高80Pa。

從而實現(xiàn)密封氣混入氣基豎爐內(nèi)且進而進入爐頂氣的氮氣含量顯著降低，約1.5Nm³/DRI，混入豎爐內(nèi)的CO₂含量約8Nm³/DRI。兩種密封氣的壓力根據(jù)各自的壓差調(diào)節(jié)器進行控制。

氣基豎爐使用的約900℃還原氣由天然氣與循環(huán)爐頂氣在重整轉(zhuǎn)化爐中制得，豎爐循環(huán)爐頂氣的循環(huán)比例為85％?；烊氲腃O₂在爐頂氣后續(xù)的脫碳處理工序脫除。

實施例2

全鐵品位為67％的氧化球團進入進料裝置后，緩慢經(jīng)細長的進料通道向下移動進入氣基豎爐，在氣基豎爐內(nèi)逐漸被還原氣還原成合格的直接還原鐵產(chǎn)品而排出氣基豎爐。

為防止氣基豎爐內(nèi)的爐頂氣(富含CO和H₂)逸出和密封氣中的N₂成分大量混入豎爐內(nèi)，在進料通道處從上往下依次設置有兩套密封系統(tǒng)—第一氣體密封器和第二氣體密封器。第一密封氣為重整轉(zhuǎn)化爐燃燒煙氣，氣量為65Nm³/DRI，第二密封氣為爐頂氣脫碳處理得到的CO₂含量約99％的馳放氣，氣量為13Nm³/DRI。第二密封氣壓力較密封點爐內(nèi)壓力高約550Pa，第一密封氣壓力比第二密封氣壓力高20Pa。

從而實現(xiàn)密封氣混入氣基豎爐內(nèi)且進而進入爐頂氣的氮氣含量顯著降低，約1.1Nm³/DRI，混入豎爐內(nèi)的CO₂含量約9.5Nm³/DRI。兩種密封氣的壓力根據(jù)各自的壓差調(diào)節(jié)器進行控制。

氣基豎爐使用的約900℃還原氣由天然氣與循環(huán)爐頂氣在重整轉(zhuǎn)化爐中制得，豎爐循環(huán)爐頂氣的循環(huán)比例為90％?；烊氲腃O₂在爐頂氣后續(xù)的脫碳處理工序脫除。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。