[发明专利]用于生产渗碳海绵铁的方法

说明书

本公开内容涉及用于生产渗碳海绵铁的方法。所述方法包括以下步骤：‑在直接还原竖炉中使用贫碳还原气体还原铁矿石球团以提供海绵铁中间产物；‑将海绵铁中间产物转移至渗碳单元；以及‑在渗碳单元中使用渗碳气体对海绵铁中间产物进行渗碳以提供渗碳海绵铁。本公开内容还涉及用于生产渗碳海绵铁的系统、通过上述方法生产的渗碳海绵铁、以及在生产这样的渗碳海绵铁期间获得的海绵铁中间产物。

技术领域

本公开内容涉及用于生产渗碳海绵铁的方法。本公开内容还涉及用于生产渗碳海绵铁的系统、通过上述方法生产的渗碳海绵铁、以及在生产这样的渗碳海绵铁期间获得的海绵铁中间产物。

背景技术

钢是世界上最重要的工程和建筑材料。在现代世界中，难以找到任何不包含钢或不依赖钢来制造和/或运输的物体。以这种方式，钢错综复杂地涉及我们现代生活的几乎每个方面。

2018年，全球粗钢的总产量为1810百万吨，远超任何其他金属，并且预计2050年将达到2800百万吨，其中的50％预计源自原铁来源。钢也是世界上回收最多的材料，具有非常高的回收等级，因为金属在重熔之后能够反复使用，使用电力作为主要能源。

因此，钢是现代社会的基石，未来将发挥甚至更重要的作用。

钢主要通过以下三种途径生产：

i)在高炉(blast furnace，BF)中使用原铁矿石的一体化生产，其中矿石中的铁氧化物被碳还原以生产铁。铁在钢厂中通过在氧气顶吹转炉(basic oxygen furnace，BOF)中吹氧被进一步加工，随后精炼以生产钢。该过程通常也被称为“氧气炼钢”。

ii)使用回收钢的基于废钢的生产，回收钢在使用电力作为主要能量来源的电弧炉(electric arc furnace，EAF)中熔化。该过程通常也被称为“电炼钢”。

iii)基于原铁矿石的直接还原生产，在直接还原(direct reduction，DR)法中用碳质还原气体使原铁矿石还原以生产海绵铁。海绵铁随后在EAF中与废钢一起熔化以生产钢。

术语粗铁(crude iron)在本文中用于表示为用于进一步加工成钢而生产的所有铁，无论它们是从高炉(即，生铁)还是从直接还原竖炉(即，海绵铁)中获得。

尽管上述过程已经经过数十年的改进，并且正在接近理论上的最低能耗，但还有一个基本问题尚未解决。使用碳质还原剂还原铁矿石导致产生CO2作为副产物。对于2018年生产的每吨钢，平均产生1.83吨CO2。钢铁工业是CO2排放最高的行业之一，约占全球CO2排放的7％。只要使用碳质还原剂，就无法避免在钢生产过程中产生过多的CO2。

已经成立了HYBRIT计划以解决这个问题。HYBRIT是氢突破性炼铁技术(HYdrogenBReakthrough Ironmaking Technology)的缩写，是SSAB、LKAB和Vattenfall之间的合资企业，部分由瑞典能源署资助，并且旨在减少CO2排放和使钢铁工业碳减排。

HYBRIT概念的核心是由原矿基于直接还原生产海绵铁。然而，不是如目前的商业直接还原法中使用碳质还原剂气体例如天然气，HYBRIT提出使用氢气作为还原剂，称为氢气直接还原(hydrogen direct reduction，H-DR)。氢气可以通过主要使用无化石和/或可再生的一次能源电解水来生产，如例如瑞典电力生产的情况。因此，还原铁矿石的关键步骤可以在不需要化石燃料作为输入的情况下实现，并且以水作为副产物而不是CO2。所得的粗铁也将自然地缺乏碳。