[发明专利]一种利用气基还原竖炉还原氧化球团的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种还原气和氢气分别通入气基还原竖炉还原氧化球团的系统和方法。

背景技术

直接还原铁又称海绵铁，是一种重要的可代替废钢且优于废钢的炼钢原料，可稀释废钢中的杂质元素成分，为电炉炼钢提供必不可少的纯净铁原料。钢铁企业发展直接还原铁技术，能更好地适应时代对企业向紧凑化、高效化、洁净化方向发展的要求。

2014年，全世界直接还原铁产量为7455万吨。其中，由气基竖炉法生产的约占80％。现有技术中，由气基还原竖炉制备海绵铁的过程存在下述问题：①一氧化碳气体作为还原气还原氧化球团时，会发生歧化反应，产生大量的碳粉，阻碍还原气进入竖炉中，影响反应的进行。②冷却气在气基还原竖炉冷却段使用后，排出气基还原竖炉进行降温、除尘、加压处理后，回用到气基还原竖炉中再次作为冷却气使用，其配套设备相对复杂，且换热后的高温冷却气热量被浪费，没有得到有效的利用。

发明内容

本发明旨在提供一种利用气基还原竖炉还原氧化球团的系统和方法，将还原气和氢气分别通入气基还原竖炉中，可使气体和温度分布更加均匀，充分还原氧化球团。

本发明提出了一种利用气基还原竖炉还原氧化球团的系统，包括气基还原竖炉、降温除尘装置、提氢装置、预热装置、加热装置、燃烧装置；

所述气基还原竖炉具有还原气入口、氢气入口、氧化球团入口、产物出口、炉顶气出口；其中，所述氢气入口位于所述还原气入口的下方；

所述降温除尘装置具有炉顶气入口、降温炉顶气出口；所述炉顶气入口与所述气基还原竖炉的炉顶气出口连接；

所述提氢装置具有降温炉顶气入口、氢气出口、富一氧化碳气体出口；所述降温炉顶气入口与所述降温除尘装置的降温炉顶气出口连接；

所述预热装置具有氢气入口、混合气入口、水蒸气入口、预热氢气出口、气体1出口。所述氢气入口与所述提氢装置的氢气出口连接。

所述加热装置具有预热氢气入口、气体1入口、升温氢气出口、气体2出口。所述预热氢气入口与所述预热装置的预热氢气出口连接，所述升温氢气出口与所述气基还原竖炉的氢气入口连接。

所述燃烧装置具有气体2入口、氧气入口、还原气出口。所述气体2入口与所述加热装置的气体2出口连接，所述还原气出口与所述气基还原竖炉的还原气入口连接。

优选的，所述气基还原竖炉上的还原气入口的数量为8～12个。所述气基还原竖炉上的氢气入口的数量为8～12个。

进一步的，上述的系统中还包括脱碳装置，用于接收由所述降温除尘装置排出的降温炉顶气进行脱碳处理；所述脱碳装置与所述降温除尘装置和所述提氢装置连接。

进一步的，所述降温除尘装置设置有燃料气出口。所述加热装置设置有燃料气入口、烟气出口。所述预热装置设置有烟气入口。

所述降温除尘装置的燃料气出口与所述加热装置的燃料气入口连接。所述加热装置的烟气出口与所述预热装置的烟气入口连接。

本发明还提供了一种根据上述系统利用气基还原竖炉还原氧化球团的方法，包括步骤：

①将氧化球团送入所述气基还原竖炉中；

②所述气基还原竖炉排出的炉顶气经降温除尘处理后，得到的降温炉顶气送入所述提氢装置中，分别得到氢气和富一氧化碳气体；

③所述氢气经预热、加热后，经由所述氢气入口送入所述气基还原竖炉中。

④所述富一氧化碳气体和天然气混合后，进行预热，然后与经预热的水蒸汽混合，得到气体1。所述气体1经加热后，得到气体2。将所述气体2送入所述燃烧装置中，并通入氧气。所述气体2与所述氧气发生部分氧化和预重整反应，得到还原气。将所述还原气经由所述还原气入口送入所述气基还原竖炉中。

⑤所述还原气和所述氢气还原所述氧化球团，得到产物和所述炉顶气。

进一步的，所述还原气的温度为850～950℃。

进一步的，所述氢气经预热、加热后的温度为750～950℃。

进一步的，所述炉顶气中CO和H₂的体积占所述炉顶气总体积的百分数＞70％。

进一步的，所述氧化球团由红土镍矿、铁精矿制备。

进一步的，所述还原气中H₂与CO的体积比为：H₂/CO＝1.0～3.0。

本发明的方法中，将氢气直接送入气基还原竖炉中对氧化球团进行还原，还原反应吸热，可有效利用热态产物的显热，得到的还原产物不易粘结，反应过程无污染，不会堵塞氢气入口。