[发明专利]一种煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法

权利要求书

1.一种煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法，是使用低煤阶煤作为还原铁球团或块矿的能源和还原剂，按照下述方法制取纯净钢：

将低煤阶煤在煤热解炉中以50～200℃/min的中等升温速率升温至500～800℃进行热解，以获取海绵状固定碳，并副产热解煤气和焦油；

向气化炉内的海绵状固定碳中通入水蒸气，在800～1100℃下进行气化反应，制取得到(CO+H₂)体积含量≥85%的还原气；

控制还原竖炉还原段温度为700～1000℃，使铁球团或块矿通过还原竖炉并在还原段停留够需要的还原时间，与通入还原竖炉中的还原气进行选择性气基直接还原，得到还原产物；

得到的还原产物在电炉中进行熔炼后，一步法得到纯净钢；

其中，所述的还原时间根据下述公式确定：

t_f为铁球团或块矿在还原竖炉还原段的停留时间，s；

P_总为还原气的总压强，pa；

T为还原竖炉还原段的温度，K；

r₀为铁球团或块矿的半径，m；

k_d为还原气在温度T时的传质系数，m/s；

D_eff为温度T时(CO+H₂)在铁球团或块矿中的平均有效扩散系数，m²/s；

k_rea为温度T时界面反应表观速率常数，m/s；

为还原气中(CO+H₂)的摩尔分数；

；

分别为铁球团或块矿中的质量分数；ρ为铁球团或块矿的密度，Kg/m³；。

2.根据权利要求1所述的煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法，其特征是以低煤阶煤热解产生的热解煤气分别作为低煤阶煤热解、海绵状固定碳气化反应、铁球团或块矿选择性气基直接还原的加热能源。

3.根据权利要求1所述的煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法，其特征是所述每吨低煤阶煤热解产生80～150Kg焦油、200～500Nm³热解煤气和400～700Kg海绵状固定碳。

4.根据权利要求1所述的煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法，其特征是所述海绵状固定碳的气化反应中，海绵状固定碳中的碳素与水蒸气的摩尔比为1∶1。

5.根据权利要求1所述的煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法，其特征是按照每吨以全铁含量计的铁球团或块矿消耗1700～2700Nm³还原气的比例向还原竖炉中通入还原气。

6.根据权利要求5所述的煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法，其特征是所述还原竖炉中通入还原气的压强为0.015～0.6MPa。

7.根据权利要求1所述的煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法，其特征是所述铁球团或块矿的直径4～40mm，密度3200～3700Kg/m³。

8.根据权利要求1所述的煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法，其特征是所述得到的还原产物是由还原的金属铁与未被还原的其他氧化物形成的混合物，其铁的金属化率＞90%，其中w[C]/w[O]_Fe=0.35～1、含碳量w[C]＜1%。

9.根据权利要求1所述的煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法，其特征是所述还原产物在电炉中的熔炼是将还原产物加入碱性炉衬的电炉中，在1600～1680℃的冶炼温度下，加入辅料石灰冶炼1～2小时以得到纯净钢。

10.根据权利要求9所述的煤制气直接还原一步法制取纯净钢的方法，其特征是所述石灰的加入量为所述还原产物中(SiO₂+P₂O₅+Al₂O₃)总质量的2～4倍。