[发明专利]底吹氢气熔融还原铁矿石的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种底吹氢气熔融还原铁矿石的方法及其装置，属炼铁工艺技术领域。

背景技术

现有炼铁生产基本上都是使用C为还原剂和发热剂，每年排放大量的CO₂，而且可用焦煤资源有限，钢铁企业发展受到资源环境的制约。能源起来越紧缺的今天，氢能作为一种高效、清洁的二次能源，受到冶金界高度关注，氢冶金被誉为炼铁技术的一场革命。氢作为还原剂用于炼铁有许多传统炼铁工艺不可比拟的优势，还原反应需热量小，还原速率比碳还原速率高出一到两个数量级。现有氢气熔融还原铁矿石，氢气基本上都采用顶吹方式进入渣层，采用这种方式氢气的利用率低，氢气甚至未扩散参与反应就直接飞出，带走热量，反应速率提高不明。

发明内容

本发明的目的是提供一种底吹氢气熔融还原铁矿石的方法及其装置。

本发明一种底吹氢气熔融还原铁矿石的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a.首先配制合成常规预熔渣，预熔渣的组成及其重量百分比为：全Fe 0～2％，Al₂O₃ 10～12％，SiO₂ 30～35％，CaO 45～55％，MgO 8～10％，Cr₂O₃ 0.44～1.24％；

b.利用传统常用的反应器或感应炉，在其底部设置针孔式透气塞，透气塞连通底吹气源H₂或N₂；其上部设置加热预熔渣的石墨圈；在反应器或感应炉的底部先放入一定量的生铁，将该生铁先在底吹氮气保护下加坯熔化成铁水，随后加入上述配制好的预熔渣；

c.加热升温，使熔渣部分熔化，待温度达到1450～1550℃时，加入铁矿石，同时切换气源，从底部透气塞通入氢气，氢气的流量为500～700L/h，氢气进入熔体产生搅拌作用，并且透过熔渣层与铁矿石发生还原反应，将其主要成分氧化铁还原成生铁；

一种底吹氢气熔融还原铁矿石的方法中所用的专用装置，该装置包括有电加热反应器或电感应炉、加热部件、石墨圈、针孔式透气塞、氮贮气瓶、氢贮气瓶、减压阀、流量计、三通；其特征在于：在电加热反应器或电感应炉上部内壁设置有一石墨圈，以间接加热不导电的上层熔渣层；炉内底部放置有生铁，使其加热熔融后生成铁水，以实现铁浴式熔融还原方式的铁水熔池；在电加热反应器或电感应炉的底部设置有针孔式透气塞作为底吹装置，贮存于氮贮气瓶和氢贮气瓶中的气体通过该装置吹送入炉内或反应器内；氮贮气瓶和氢贮气瓶的瓶口处设有减压阀，通过管道与流量计、三通与针孔式透气塞的进气管相连接，形成供气系统。

本发明的特点和优点如下所述：

本发明方法采用针孔式小气流底吹氢气方式，具有搅拌和鼓液作用，使氢气穿过铁水进入熔渣层，然后参与与铁矿石中铁氧化物的还原反应，因而可提高氢气利用率和加快铁氧化物还原速率。另外，本发明方法中在反应器或感应炉上部的熔渣区设置了辅助加热的石墨圈，有利于熔渣的熔融。

附图说明

图1为本发明底吹氢气熔融还原铁矿石装置的示意图。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

本实施例的工艺过程和步骤如下所述：

首先配制合成预熔渣，预熔渣的组成及其重量百分比为：

全Fe 0.39％，Al₂O₃ 8.58％，SiO₂ 34.7％，CaO 52％，MgO 9.47％，Cr₂O₃ 0.98％。

利用传统常用的反应器或感应炉，在其底部设置针孔式透气塞，透气塞连通底吹气源H₂或N₂；其上部设置加热预熔渣的石墨圈；在电感应炉的底部先放置4kg生铁，将该生铁在底吹氮气保护下加坯熔化成铁水，随后加入上述配制好的预熔渣1kg；加热升温，待温度达到1500℃时加入500g铁矿石，同时切换气源，从底部透气塞通入氢气，氢气的流量为500～700L/h，氢气进入熔体产生搅拌和鼓液作用，并且透过熔渣层与铁矿石发生还原反应，将其主要成分氧化铁还原成生铁；

采用的铁矿石主要为赤铁矿，其组成及重量百分含量如下：

Fe₂O₃ 83.29％，SiO₂ 4.49％，Al2O3 1.49％，CaO 0.06％，