[发明专利]一种清洁高效的钢铁冶金方法

说明书

本发明提供一种清洁高效的钢铁冶金方法，以铁矿为原料，以煤炭为燃料，包括步骤：1)以煤炭气化产生的还原气为还原剂，以铁矿为原料，进行气固相还原，生产包含脉石的固态金属铁或海绵铁的工艺过程；2)还原气体返回气化炉重复气化，重复气化后的气体分成两部分，一部分用于还原铁矿，并持续气化循环，另一部分气体则用于发热、发电或生产煤化工原料；3)复合固态铁与废钢的电炉双渣冶炼工艺以及电炉新型热态熔渣的保温纤维棉制备工艺。本发明工艺流程短：减少了铁矿粉烧结、球团以及炼焦工艺环节，而且将高炉炉缸深度还原、渣铁分离工艺合并到电炉冶炼环节；能源效率高；生产成本低，而且还原气的部分循环利用也大幅度减少了废气的排放。

技术领域

本发明属于资源综合利用领域，具体涉及一种能质耦合的钢铁冶金工艺新方法。

背景技术

现有的钢铁冶金过程存在如下问题，(1)能源消耗高，目前钢铁冶金过程基本采用高炉炼铁工艺，采用焦炭为主要还原剂、发热剂以及支撑剂，高炉冶炼过程中铁水与焦炭的紧密接触，造成铁水碳含量饱和(约5％)，该碳含量在随后的炼钢过程绝大部分被氧化而难以利用，从而造成炼铁过程的过高能耗；(2)工艺复杂、成本高，高炉炼铁过程需要进行炼焦以及铁粉造块(烧结、球团等)，不仅工艺过程复杂，设备投资大、而且生产成本高；(3)环境污染严重，冶金过程环境污染，包括废水、废渣、废气以及粉尘等，80％以上都是由于高炉炼铁工艺以及相应的诸如烧结、球团以及焦化等辅助工艺带来的。

非高炉炼铁工艺有望解决高炉炼铁带来的问题，但到目前为止，大部分非高炉炼铁基本都是基于将高炉上下两部分机械式的分开的原理，虽然不需要烧结与焦炭，但由于传热、传质条件明显不如高炉过程，煤炭或气体还原剂的利用率太低，造成非高炉炼铁新工艺成本过高，能源利用率低，能耗高等系列问题。因此，研发一种新的能够兼顾铁冶炼过程、能源利用效率与环境污染控制的新工艺将极其重要。

随着我国钢铁工业持续高产，今后，钢铁工业原料中，废钢的比例将会越来越大，这样，目前的转炉炼钢工艺将会因为废钢的增加而难以操作，因此，新型电炉炼钢比例会不断上升。同时，新型非高炉产品主要为固相铁或海绵铁，而非液态铁水，因此，也不适宜直接进入转炉炼钢，这样非高炉固相铁与废钢进入电炉冶炼将是必然的结果，未进行渣铁分离的非高炉固相铁进入电炉，将是全新的工艺流程，也是本工艺的主要组成部分。

此外，目前，电炉炼钢高温炉渣富含的热能则基本没有利用，通过高温过程的现场组成调控，不仅可以利用高温电炉渣的热能，而且可以制备出高性能的建筑与保温材料。

发明内容

本发明目的是针对现有的钢铁冶金工艺不足之处，提出一种钢铁冶金清洁新工艺。通过还原气部分循环还原铁矿石(粉)产生与脉石未分类的固态铁或海绵铁(简称复合固态铁)工艺、还原气循环气化与分流利用工艺、复合固态铁与废钢为原料的电炉双渣冶炼工艺以及新型电炉熔渣的能质耦合利用新工艺，生产钢铁原料以及能源与资源综合利用产品的高效、清洁利用新工艺与新方法。

为实现本发明目的的技术方案为：

一种高效清洁的钢铁冶金方法，以铁矿为原料，以煤炭为燃料，包括步骤：

1)以煤炭气化产生的还原气为还原剂，以铁矿为原料，进行气固相还原，制得与脉石未分类的复合固态铁，所述复合固态铁为固态铁或海绵铁与未还原脉石的混合体；所述铁矿为富矿块矿或是经选矿获得的铁精矿；

2)还原铁矿后的还原气体返回装有煤炭的气化炉再次气化，再次气化后的气体分成两部分，占气化气体体积比30-100％的气体用于循环还原，占气化气体0-70％的气体用于燃烧发电、供热或用于生产煤化工原料；

3)复合固态铁与废钢的电炉双渣冶炼工艺以及电炉新型热态熔渣的保温纤维棉制备工艺。

其中，铁矿可以为精矿粉或块矿，铁矿全铁含量为45-70wt％，还原产生的复合固相铁中金属铁占全铁的比大于60％。