[发明专利]一种氢气进入气基还原竖炉制备直接还原铁的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种氢气进入气基还原竖炉制备直接还原铁的系统和方法。

背景技术

直接还原铁又称海绵铁，是一种重要的可代替废钢且优于废钢的炼钢原料，可稀释废钢中的杂质元素成分，为电炉炼钢提供必不可少的纯净铁原料。钢铁企业发展直接还原铁技术，能更好地适应时代对企业向紧凑化、高效化、洁净化方向发展的要求。

2014年，全世界直接还原铁产量为7455万吨。其中，由气基竖炉法生产的约占80％。现有技术中，利用气基还原竖炉制备直接还原铁过程存在下述问题：①一氧化碳气体作为还原气还原氧化球团时，会发生歧化反应，产生大量的碳粉，阻碍还原气进入竖炉中，影响反应的进行。②冷却气在气基还原竖炉冷却段使用后，排出气基还原竖炉进行降温、除尘、加压处理后，回用到气基还原竖炉中再次作为冷却气使用，其配套设备相对复杂，且换热后的高温冷却气热量被浪费，没有得到有效的利用。

发明内容

本发明旨在提供一种氢气进入气基还原竖炉制备直接还原铁的系统和方法，通过将还原气和氢气分别通入气基还原竖炉中，使得气流和温度的分布比较均匀，有效解决了还原气入口积碳阻塞的问题，生产效率较高。

本发明提供了一种氢气进入气基还原竖炉制备直接还原铁的系统，包括依次连接的气基还原竖炉、洗涤冷却装置、压缩装置、提氢装置、加热装置；

所述气基还原竖炉包括上部的还原段和下部的冷却段，具有热态还原气入口、热态氢气入口、铁氧化球团入口、直接还原铁出口、炉顶气出口；其中，所述热态氢气入口和所述热态还原气入口设置在所述还原段，所述热态氢气入口位于所述热态还原气入口的下方；

所述洗涤冷却装置具有炉顶气入口、冷却炉顶气出口；所述炉顶气入口与所述气基还原竖炉的炉顶气出口连接；

所述压缩装置具有冷却炉顶气入口、压缩炉顶气出口；所述冷却炉顶气入口与所述洗涤冷却装置的冷却炉顶气出口连接；

所述提氢装置具有压缩炉顶气入口、氢气出口、富一氧化碳气体出口；所述压缩炉顶气入口与所述压缩装置的压缩炉顶气出口连接；

所述加热装置具有氢气入口、还原气入口、热态氢气出口、热态还原气出口；所述氢气入口与所述提氢装置的氢气出口连接，所述热态氢气出口与所述气基还原竖炉的热态氢气入口连接，所述热态还原气出口与所述气基还原竖炉的热态还原气入口连接。

优选的，所述热态氢气入口位于所述热态还原气入口下方的0.3～0.6m处。

进一步的，上述系统还包括脱硫脱碳装置，用于接收由所述压缩装置排出的压缩炉顶气，进行脱硫脱碳处理；

所述脱硫脱碳装置与所述压缩装置和所述提氢装置连接。

进一步的，所述气基还原竖炉和所述加热装置具有富一氧化碳气体入口，所述富一氧化碳气体入口与所述提氢装置的富一氧化碳气体出口连接。

本发明还提供了一种根据上述系统利用氢气进入气基还原竖炉制备直接还原铁的方法，包括步骤：

所述气基还原竖炉排出的炉顶气经洗涤冷却、压缩后，送入所述提氢装置中，分离得到氢气和富一氧化碳气体；

将所述氢气送入所述加热装置中，得到热态氢气。同时，向所述加热装置中送入还原气，得到热态还原气。

将所述热态氢气经由所述热态氢气入口送入所述气基还原竖炉中。将所述热态还原气经由所述热态还原气入口送入所述气基还原竖炉中。

将铁氧化球团送入所述气基还原竖炉中，所述铁氧化球团与所述热态还原气和热态氢气反应，得到直接还原铁。

优选的，所述热态还原气的温度为850～950℃。

优选的，所述热态氢气的温度为850～950℃。

进一步的，将50～60％体积比的所述富一氧化碳气体送入所述气基还原竖炉的冷却段中，用作冷却气。

进一步的，所述还原气中CO和H₂的体积占所述还原气总体积的百分数＞90％。

进一步的，所述还原气中H₂与CO的体积比为：H₂/CO＝1.0～3.0。

本发明的系统和方法中，将氢气直接送入气基还原竖炉中对铁氧化球团进行还原，还原反应吸热，可有效利用热态直接还原铁的显热，得到的还原产物不易粘结，反应过程无污染，不会堵塞氢气入口。