[发明专利]一种还原乏气循环的气基直接还原铁的系统与方法

说明书

本发明涉及一种还原乏气循环的气基直接还原铁的系统与方法。本发明提出利用煤炭或者生物质等富碳原料气化制备还原气，并且根据气基直接还原铁工艺过程，将具有一定还原势和显热能的还原乏气，实现还原乏气热、质回用，重新返回至直接还原铁冶炼过程，从而降低气基短流程炼铁过程的能耗。

技术领域

本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种还原乏气循环的气基直接还原铁的系统与方法。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

目前，钢铁生产过程主要是以烧结和高炉的长流程工艺为主，运行过程存在工艺流程复杂、能耗高、污染物排放量大等问题。另一方面，随着工业化进程深入，废钢回收率增大，废钢的利用对直接还原铁(海绵铁)的需求也显著提高。直接还原铁是一种工业原料，主要用于电炉炼钢，部分代替废钢或与废钢搭配使用，以改善炉料。

气基直接还原的短流程炼铁工艺不仅可以满足对直接还原铁生产的需求，并且还具有工艺流程短、污染物排放量低的优点。但是气基直接还原铁能耗相比于高炉高，其主要原因在于传统高炉冶炼过程充分利用了还原气的还原势和逆流换热，排出的高炉煤气热值低、温度低；而短流程铁冶炼过程排出的还原乏气还原势高、温度高，因此降低气基直接还原铁的能耗是短流程直接还原铁大规模工业化应用必须解决的问题。并且我国是一个富煤贫油少气的国家，气基直接还原铁过程利用天然气、煤气或者氢气作为铁矿粉还原剂面临着资源紧缺需进口、价格较高等卡脖子问题；直接威胁到我国钢铁行业可持续发展。

发明内容

鉴于目前我国能源现状及气基直接还原铁过程能耗高的双重问题，本发明提供一种还原乏气循环的气基直接还原铁的系统与方法。本发明提出利用煤炭或者生物质等富碳原料气化制备还原气，并且根据气基直接还原铁工艺过程，将具有一定还原势和显热能的还原乏气，实现还原乏气热、质回用，重新返回至直接还原铁冶炼过程，从而降低气基短流程炼铁过程的能耗。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明第一方面，提供一种还原乏气循环的气基直接还原铁的系统，包括：气化装置、混合单元、矿粉还原单元、矿粉预热单元、回热装置、余热锅炉、除尘装置、变压吸附提纯装置、还原铁粉冷却器、磁选装置和热压装置；所述气化装置、混合单元、矿粉还原单元、矿粉预热单元、回热装置、余热锅炉、除尘装置和变压吸附提纯装置依次相连，所述矿粉预热单元、矿粉还原单元、还原铁粉冷却器、磁选装置和热压装置依次相连。

进一步的，所述系统还包括燃烧装置；所述燃烧装置的入口与除尘装置相连，所述燃烧装置的出口管道和回热装置的出口管道相连并汇合成一管道与混合单元相连。

本发明提供一种还原乏气循环的气基直接还原铁的方法。所述方法包括如下步骤：

(1)富碳原料在气化装置中与气化剂发生反应，生成富H₂、CO的气体，除尘装置出口温度较低的部分还原乏气回送至气化装置调温；

(2)气化装置产生的气化气在混合单元，与提纯升温后的循环还原气混合成还原气，进入矿粉还原单元发生铁矿粉的还原反应；铁矿粉转化为直接还原铁粉产品，直接还原铁粉产品经铁粉冷却器冷却，进入磁选装置实现初次筛选提纯，再经热压装置热压成块，然后输送至下一工序；

(3)直接还原反应发生后，还原气转化为还原乏气；还原乏气进入矿粉预热单元对铁矿粉原料进行预热，随后还原乏气进入回热装置，在回热装置中还原乏气与提纯后的循环还原气进行热量交换，还原乏气的温度降至200-500℃，然后进入余热锅炉回收剩余显热能；