[发明专利]气基还原竖炉生产直接还原铁的方法及装置

说明书

技术领域

 本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种气基还原竖炉生产直接还原铁的方法及装置。

背景技术

直接还原铁是由铁矿在固态条件下直接还原为铁，具有成分稳定、有害杂质低、粒度均匀等诸多优点，可以用来作为冶炼优质钢、特殊钢的纯净原料，也可作为铸造、铁合金、粉末冶金等工艺的含铁原料。

目前，世界上75%以上的直接还原铁采用气基竖炉法生产，其典型工艺有MIDREX法和HYL/Energiron法。虽然近几年直接还原铁的热装热送技术得到了发展，但其仅适用于直接还原铁厂与电炉厂距离很近的综合钢铁企业，绝大部分企业生产的直接还原铁需长途运输和长时间的储存。若热态直接还原铁排出竖炉，其遇空气则发生强氧化而自燃。因此，为了保证直接还原铁的质量，需在竖炉下部的冷却段将直接还原铁冷却至常温（<50℃）后再排出。

竖炉主要由还原段和冷却段组成，还原煤气全部通过管式加热炉、部分氧化炉预热到850℃温度，通过竖炉围管进入竖炉还原段，完成与矿石的还原反应；竖炉冷却段外设洗涤塔、加压机小循环设备来完成直接还原铁的冷却，冷却剂主要为循环冷煤气，并掺入室温的天燃气，循环冷煤气与天然气混合加压后，由竖炉冷却段下部进入竖炉，与竖炉内的热态直接还原铁进行热交换，并进行部分渗碳反应，由竖炉冷却段上部的气体收集装置将吸收了直接还原铁热量的冷却气排出，该冷却气经过洗涤、冷却后再与补充的天燃气混合加压，进入竖炉冷却段下部，在竖炉的冷却段形成一个自身小循环。

现有技术一般是单独使用煤制还原气生产直接还原铁，或单独使用焦炉煤气生产直接还原铁，或使用其他气体作为还原气体，因此，煤气化设备规模大，能耗高，不能灵活适应钢铁厂能源配备。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种气基还原竖炉生产直接还原铁的方法及装置，以减小煤气化设备规模，适应钢铁厂能源配备。

本发明公开了一种气基还原竖炉生产直接还原铁的方法，将焦炉煤气分离为氢气和林德气，所述氢气与煤制还原气混合后加热成为热还原气，所述热还原气进入竖炉还原段参与还原反应，所述林德气从竖炉冷却段底部进入竖炉后与直接还原铁充分接触换热。

进一步，所述林德气从竖炉冷却段底部进入竖炉后向上流动，然后在竖炉还原段内与热还原气混合；

进一步，所述氢气和煤制还原气与脱除了CO₂的竖炉炉顶煤气混合，然后加热成为热还原气；

进一步，所述林德气进入竖炉前，先与煤制还原气、竖炉炉顶煤气、脱除了CO₂的竖炉炉顶煤气和蒸汽中的一种或几种气体混合；

进一步，所述煤制还原气与焦炉煤气的用量体积比为3:1~4:1；

进一步，所述热还原气从竖炉中部的围管进入竖炉还原段。

本发明还公开了一种实施上述气基还原竖炉生产直接还原铁的方法的装置，包括竖炉、焦炉煤气气源、煤气化装置、焦炉煤气提氢装置和气体加热装置，所述焦炉煤气气源与焦炉煤气提氢装置连通，所述焦炉煤气提氢装置的氢气出口与煤气化装置的煤制还原气出口汇合后与气体加热装置的冷还原气入口连通，所述气体加热装置的热还原气出口与竖炉还原段连通，所述焦炉煤气提氢装置的林德气出口与竖炉冷却段底部连通。

进一步，还包括气体净化装置、气体加压装置和脱除CO₂装置，所述竖炉的炉顶煤气出口与气体净化装置、气体加压装置和脱除CO₂装置依次连通，所述焦炉煤气提氢装置的氢气出口还与脱除CO₂装置的脱碳气出口连通；

进一步，所述焦炉煤气提氢装置的林德气出口还与煤气化装置的煤制还原气出口、气体加压装置的加压气出口、脱除CO₂装置的脱碳气出口和蒸汽管道分别连通。

本发明的有益效果在于： 

1）本发明采用煤制还原气和焦炉煤气结合供给竖炉生产直接还原铁，首先将焦炉煤气分离为氢气和林德气，氢气混合煤制还原气作为还原气还原铁矿石，林德气作为冷却气冷却直接还原铁，因此，可采用不同规模的煤气化装置和焦炉煤气供应装置灵活配置，降低了煤气化装置规模，并将焦炉煤气有效利用起来，随着竖炉大型化，使用更小的煤气化装置就能满足竖炉生产需要；