[发明专利]一种能够提氢的矿粉快速还原系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种能够提氢的矿粉快速还原系统和方法。

背景技术

目前直接还原炼铁技术是钢铁工业发展的前沿技术，是钢铁工业发展摆脱焦煤资源的羁绊、降低能耗、减少CO₂排放、改善钢铁产品结构、提高钢铁产品质量的重要发展方向。直接还原铁是优质废钢的替代品，是生产高品质纯净钢的不可短缺的铁源原料，是转炉炼钢的优质冷却剂。

现在达到工业生产水平或仍在继续试验的直接还原方法主要分为两类：使用气体还原剂的直接还原法和使用固体还原剂的直接还原法。其中，使用气体还原剂的直接还原法按工艺设备来分又可分为三类，包括竖炉法、反应罐法和流态化法。其中，竖炉法是指炉料与煤气在炉内逆向运动，下降的炉料逐步被煤气加热和还原的方法。该法以Midrex法为代表，是当前发展最快、应用最广的直接还原炼铁法。作为原料的氧化球团矿自炉顶加入竖炉后，依次经过预热、还原及冷却三个阶段。还原所得的海绵铁，冷却到50℃后排出炉外，以防再氧化。还原煤气用天然气及竖炉本身的一部分煤气制造，先加热到760～900℃，在竖炉还原段下部通入。炉顶煤气回收后分别用于煤气再生、转化炉加热和竖炉冷却。此法的传热传质效率高，每吨产品能耗可低达2.56×10⁶千卡，产品质量好，金属化率达92%。墨西哥的HyL法是唯一的工业化反应罐法。炉料在反应罐中固定不动，通入热还原煤气依次进行预热、还原和冷却，最后定期停气，把炉料排出罐外。为了克服固定床还原煤气利用不良的缺点，HyL法采用了4个反应罐串联操作，还原煤气用天然气制造，先在换热式转化炉中不充分转化。经过每一个反应罐反应后都进行脱水、二次转化和提温，煤气在1100℃的高温下进行还原。在停止通气下，HyL法使用排料杆强制排料，因此不怕炉料粘结，操作温度较高，虽系间断作业，生产率并不低。缺点是煤气利用差，热耗大，产品质量不均。流态化法是在流化床中用煤气还原铁矿粉的方法。在流态化法还原中，煤气除用作还原剂及热载体外，还用作散料层的流化介质。细粒矿石料层被穿过的气流流态化并依次被加热、还原和冷却。还原产品冷却后压块保存。流态化还原有直接使用矿粉省去造块的优点，并且由于矿石粒度小而能加速还原。缺点是细粒矿粉甚易粘结，一般在600～700℃不高的温度下操作，不仅还原速度不大，而且极易促成CO的析碳反应；碳素沉析过多，则妨碍正常操作。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种能够提氢的矿粉快速还原系统和方法，该系统可以直接使用矿粉作为原料，省去造块工序，且该系统操作简便，经济性能好，效益高，过程易控。

为至少解决上述技术问题之一，本发明采取的技术方案为：

本发明提出了一种能够提氢的矿粉快速还原系统，包括：进料系统、反应器、加热系统、还原气系统和出料系统，其中，所述反应器的内腔从上往下依次分为进料段、还原段和锥形冷却段，所述进料系统、还原气系统和出料系统分别与所述反应器相连，所述还原气系统包括：还原气进气系统和还原尾气处理系统，所述还原气进气系统包括：还原气储罐、还原气进气阀、提氢装置、加热装置、风机和布风板，其中，所述还原气储罐的气体出口经所述还原气进气阀分别与所述提氢装置和加热装置的入口相连，用于分别向所述提氢装置和加热装置中通入还原气；所述提氢装置的第一出口与所述加热装置的入口相连，所述提氢装置的第二出口与所述风机相连，用于将还原气进行提氢，产生富CO气体和氢气；所述风机与布风板相连，所述布风板位于所述锥形冷却段，用于将所述富CO气体快速通入所述锥形冷却段，与还原产物进行逆向热交换和渗碳反应；所述加热装置与所述反应器侧壁上设置的多个还原气二次进风口相连，用于将从所述提氢装置通入所述加热装置的氢气和从所述还原气储罐通入所述加热装置的还原气混合加热后，经所述多个还原气二次进风口通入所述还原段；所述还原尾气处理系统分别与所述反应器的还原尾气出口和所述还原气储罐相连，用于将还原尾气进行处理，得到未反应的还原气再次通入所述还原气储罐中。

进一步的，所述加热系统位于所述还原段内，包括：多根蓄热式辐射管，每根所述蓄热式辐射管沿竖直方向并排设置。

进一步的，所述进料系统包括：原料仓、斗提、上插板阀、下插板阀、漏料锥和振动布料筛，其中，所述斗提分别与原料仓和反应器相连，用于从原料仓向反应器送料；所述上插板阀、下插板阀、漏料锥和振动布料筛从上往下依次设置于所述进料段内，通过所述上插板阀和下插板阀的交替开启和关闭，对所述反应器顶部进料口轮流进行封闭。