[发明专利]一种应用电场进行铁矿还原炼铁的方法

说明书

本发明公开一种应用电场进行铁矿还原炼铁的方法，以铁矿粉为原料，配加适量造渣剂，将此二者熔融后作为电解质，通过置于电解质中的惰性阳极与置于铁碳溶液中的阴极间施加一直流电场，进行电化学反应，将电解质中铁氧化物中的铁还原并进入铁碳溶液，而铁氧化物中的氧则通过和惰性阳极发生阳极反应以氧气的形式排出进入大气。

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，特别涉及应用外加电场进行铁矿石电化学熔融还原制铁技术。

背景技术

2013年我国粗钢产量已突破8亿吨，且年产量还以每年3-5％的速度在增长。其中绝大部分来自高炉—转炉流程。高炉炼铁工艺历经数百年的发展，工艺已日趋成熟。即使如此，高炉工艺也存在一些问题：工艺流程复杂、能耗高、环境污染严重与投资庞大等。其炼铁工艺可以简单由下式表示：

2Fe₂O₃+3C＝4Fe(l)+3CO₂(g)

CO₂是导致温室效应的主要气体，而以能源密集为显著特点的钢铁工业又是排放CO₂的大户。每生产1吨钢将产生2吨CO₂，而据统计2006年钢铁工业CO₂排放量达到惊人的21亿吨。钢铁工业排放的CO₂占排放总量的10％-15％。因钢铁企业CO₂排放量大幅减少，使其在将来实施碳税征收时可以减少碳税的支付或取得CO₂排放交易权(即在《京都议定书》框架下，一个公司如果CO₂排放量少于预期，就可出售剩余额度，并得到回报，而那些排放量超出限额的公司，则须购买额外排放许可以避免政府罚款和制裁，使总体上CO₂排放量不变)。对环保要求越来越严的形式下，世界炼铁(炼钢)路在何方？

另外高炉工艺对冶金焦有很强的依赖性，然而从已探明的世界煤炭储量来看，焦煤仅占总储煤量的5％，而且分布很不均匀，因此高炉炼铁的发展面临着焦煤缺乏的困难。

为了摆脱钢铁生产对焦煤的依赖；探寻减少资源、能源消耗，降低污染排放。紧凑的、经济生产规模小的新的钢铁生产流程，实现钢铁生产的“紧凑化”；为了减少CO₂排放，适应日益提高的环境保护要求；为了应对世界性的焦煤、铁矿石价格的不断上涨，寻求非焦煤能源及当前传统钢铁生产不能利用铁矿资源用于钢铁生产的途径；为了改善钢铁产品结构，提高钢铁产品质量，减少钢铁产品的实物消耗量，非高炉炼铁即非焦炼铁成为近几十年来钢铁工业发展的热门话题，被人们视为钢铁工业发展的前沿技术和重要方向之一。

当今冶金界较为关注的非高炉炼铁工艺中COREX、FINEX和HISMELT流程都可以不使用焦煤，从而避免了炼焦工艺引发的环境污染。COREX采用竖炉-熔融气化炉冶炼流程，FINEX采用流化床—熔融气化炉冶炼流程，而HISMELT采用铁浴还原，因而就决定了这些流程的特色和适应范围：COREX必须使用块矿，HISMELT和FINEX则可用粉矿；成熟的竖炉气基还原工艺是COREX流程工业化的重要保障，粉体流化床由于粘结等问题尚未完全解决、铁浴炉二次燃烧和炉衬侵蚀之间的固有矛盾注定了FINEX和HISMELT实现的难度远高于COREX流程。COREX和FINEX流程产生大量高热值的还原性尾气，尾气利用的途径将决定工艺的经济性，而HISMELT高温低热值尾气却成为工艺的“鸡肋”。

各种气基还原工艺都能在较低温度下生产海绵铁或热压块，竖炉流程(MIDREX，HYL-III)比流化床流程(FINMET)成熟，因此竖炉流程依然主宰着气基还原工艺，气基还原流程目前都要使用天然气资源，很难在我国得到发展。转底炉流程可使用低强度的含碳球团，给煤基直接还原流程注入新的活力，但其能耗高、生产效率低、产品质量差将会制约它的发展。目前，世界各国都在进行试验研究，把非高炉炼铁工艺作为钢铁工业技术革命的措施，努力寻求新的突破。为了跟上国际钢铁工艺技术革命的步伐，我国亦有必要加强这方面的研究开发工作。

发明内容