[发明专利]一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法

说明书

本发明提供了一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，包括以下工艺步骤：铁矿粉和熔剂混合后喷入熔融还原炉内；煤粉和石灰粉经混合喷枪与矿粉一同喷入熔融还原炉内；热风通过热风喷枪吹入熔融还原炉的上部空间；氢基还原气体通过还原气体喷枪喷入熔融还原炉内；热风喷枪喷入富氧气体，与炉内CO和H₂发生二次燃烧反应，释放大量热量，加热飞溅的铁液和炉渣，被加热后的熔体重新回到熔池，通过涌泉换热为熔池提供热量，可供铁矿粉熔化所用，也可为还原反应提供热量，喷吹进入熔池的氢基还原气体可以加快熔池还原反应的进行，缩短冶炼周期。

技术领域

本发明涉及非高炉熔融炼铁领域，涉及一种气体喷枪，尤其是一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法。

背景技术

由于炼焦煤和焦炭资源的日益短缺，限制了传统炼铁工业的进一步发展。熔融还原炼铁不以焦炭为主要原料，摆脱了传统高炉炼铁的限制，符合冶金工业绿色发展的大方向。传统高炉炼铁采用的是碳冶金，所谓碳冶金是固体碳(焦炭等)在不完全燃烧条件下转化成CO，进行还原反应,而氢冶金，即在还原冶炼过程中主要用气体氢作还原剂。氢冶金国内外主要围绕传统高炉流程进行研究，由于焦炭在高炉特殊的骨架作用，使得氢气无法代替焦炭，只能进行高炉富氧喷氢等的相关研究。如国外：2016年瑞典钢铁公司SSAB、联合矿业公司LKAB和能源公司Vattenfall，旨在应用H₂替代高炉用的煤粉和焦炭解决瑞典钢铁工业二氧化碳排放问题。国内：2019年9月山西中晋成为我国第一套使用焦炉煤气进行气基直接还原炼铁，但只是停留在直接还原炼铁，无法与熔融还原炼铁相媲美，由于在高炉上氢气利用的局限性，使得氢气无法在高炉内进行大规模使用。中国宝武与中核、清华开展了“核能-制氢-冶金耦合技术”研究；河钢与中国工程院、中国钢研、东大组建氢能技术与产业创新中心，并打算建设120万吨“焦炉煤气制氢-氢气直接还原竖炉”。国内各大钢铁企业均已经将氢冶金作为未来发展的重中之重！我们采用的氢基熔融还原技术，采用熔融还原结合氢冶金的新工艺，不同于国际和国内的常规氢冶金工艺，是采用气固混合铁浴熔融还原技术，氢基熔融冶金技术就是利用氢作为还原剂代替碳还原剂，从而实现减少CO₂排放的目的，实现低碳冶金，保证炼铁工业的可持续发展。因此，发展高温熔融氢基冶金技术是我国钢铁工业绿色发展的一个重要的方向。氢气利用主要包括制氢、储氢、用氢三个步骤，氢基熔融还原将是大规模使用氢气的有效手段，可以极大的推动氢冶金的方法。前期针对此工艺已开发了相关的配套喷吹气体装置，为喷吹氢气提供了必要条件。目前，亟待开发一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，为工业化生产铺平道路。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，该方法采用含氢、富氢、纯氢等氢基还原气体，实现氢冶金和熔融还原相结合的生产模式。该工艺采用新型熔融还原炉，采用还原气体喷枪喷吹氢气等还原气体，进行炉内还原反应，采用混合喷枪将矿粉和煤粉直接喷入熔池，顶部采用热风喷枪将大量富氧热风喷入炉内，上部为氧化燃烧区、中部为过渡区、下部为还原区。通过对喷气量、喷矿量、喷煤量率等工艺参数的调整，实现对熔池内氧化还原势精确控制和炉内温度的控制，最终可以生产出高纯铸造生铁。在现有的基础上，可大幅降低喷煤量，增加喷氢量，实现绿色冶金。

本发明提供一种氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的方法，包括以下工艺步骤：铁矿粉和熔剂混合后喷入熔融还原炉内；煤粉和石灰粉经混合喷枪与矿粉一同喷入熔融还原炉内；热风通过热风喷枪吹入熔融还原炉的上部空间；氢基还原气体通过还原气体喷枪喷入熔融还原炉内；

热风喷枪喷入富氧气体，与炉内CO和H₂发生二次燃烧反应，释放大量热量，加热飞溅的铁液和炉渣，被加热后的熔体重新回到熔池，通过涌泉换热为熔池提供热量，可供铁矿粉熔化所用，也可为还原反应提供热量，喷吹进入熔池的氢基还原气体可以加快熔池还原反应的进行，缩短冶炼周期。

进一步地，氢基还原气体为氢含量＞50％的含氢气体。