專利名稱：氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法及裝置。
背景技術(shù)：
直接還原鐵是由鐵礦在固態(tài)條件下直接還原為鐵，具有成分穩(wěn)定、有害雜質(zhì)低、粒度均勻等諸多優(yōu)點，可以用來作為冶煉優(yōu)質(zhì)鋼、特殊鋼的純凈原料，也可作為鑄造、鐵合金、 粉末冶金等工藝的含鐵原料。目前，世界上75%以上的直接還原鐵采用氣基豎爐法生產(chǎn)，其典型工藝有MIDREX 法和HYL/Energiron法。雖然近幾年直接還原鐵的熱裝熱送技術(shù)得到了發(fā)展，但其僅適用于直接還原鐵廠與電爐廠距離很近的綜合鋼鐵企業(yè)，絕大部分企業(yè)生產(chǎn)的直接還原鐵需長途運輸和長時間的儲存。若熱態(tài)直接還原鐵排出豎爐，其遇空氣則發(fā)生強氧化而自燃。因此，為了保證直接還原鐵的質(zhì)量，需在豎爐下部的冷卻段將直接還原鐵冷卻至常溫(<50°C ) 后再排出。豎爐主要由還原段和冷卻段組成，還原煤氣全部通過管式加熱爐、部分氧化爐預(yù)熱到850°C溫度，通過豎爐圍管進入豎爐還原段，完成與礦石的還原反應(yīng)；豎爐冷卻段外設(shè)洗滌塔、加壓機小循環(huán)設(shè)備來完成直接還原鐵的冷卻，冷卻劑主要為循環(huán)冷煤氣，并摻入室溫的天燃氣，循環(huán)冷煤氣與天然氣混合加壓后，由豎爐冷卻段下部進入豎爐，與豎爐內(nèi)的熱態(tài)直接還原鐵進行熱交換，并進行部分滲碳反應(yīng)，由豎爐冷卻段上部的氣體收集裝置將吸收了直接還原鐵熱量的冷卻氣排出，該冷卻氣經(jīng)過洗滌、冷卻后再與補充的天燃氣混合加壓，進入豎爐冷卻段下部，在豎爐的冷卻段形成一個自身小循環(huán)?，F(xiàn)有技術(shù)一般是單獨使用煤制還原氣生產(chǎn)直接還原鐵，或單獨使用焦爐煤氣生產(chǎn)直接還原鐵，或使用其他氣體作為還原氣體，因此，煤氣化設(shè)備規(guī)模大，能耗高，不能靈活適應(yīng)鋼鐵廠能源配備。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法及裝置，以減小煤氣化設(shè)備規(guī)模，適應(yīng)鋼鐵廠能源配備。本發(fā)明公開了一種氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法，將焦爐煤氣分離為氫氣和林德氣，所述氫氣與煤制還原氣混合后加熱成為熱還原氣，所述熱還原氣進入豎爐還原段參與還原反應(yīng)，所述林德氣從豎爐冷卻段底部進入豎爐后與直接還原鐵充分接觸換熱。進一步，所述林德氣從豎爐冷卻段底部進入豎爐后向上流動，然后在豎爐還原段內(nèi)與熱還原氣混合；
進一步，所述氫氣和煤制還原氣與脫除了 (X)2的豎爐爐頂煤氣混合，然后加熱成為熱還原氣；
進一步，所述林德氣進入豎爐前，先與煤制還原氣、豎爐爐頂煤氣、脫除了 (X)2的豎爐爐頂煤氣和蒸汽中的一種或幾種氣體混合；
進一步，所述煤制還原氣與焦爐煤氣的用量體積比為3:廣4:1 ； 進一步，所述熱還原氣從豎爐中部的圍管進入豎爐還原段。本發(fā)明還公開了一種實施上述氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法的裝置，包括豎爐、焦爐煤氣氣源、煤氣化裝置、焦爐煤氣提氫裝置和氣體加熱裝置，所述焦爐煤氣氣源與焦爐煤氣提氫裝置連通，所述焦爐煤氣提氫裝置的氫氣出口與煤氣化裝置的煤制還原氣出口匯合后與氣體加熱裝置的冷還原氣入口連通，所述氣體加熱裝置的熱還原氣出口與豎爐還原段連通，所述焦爐煤氣提氫裝置的林德氣出口與豎爐冷卻段底部連通。進一步，還包括氣體凈化裝置、氣體加壓裝置和脫除(X)2裝置，所述豎爐的爐頂煤氣出口與氣體凈化裝置、氣體加壓裝置和脫除(X)2裝置依次連通，所述焦爐煤氣提氫裝置的氫氣出口還與脫除(X)2裝置的脫碳氣出口連通；
進一步，所述焦爐煤氣提氫裝置的林德氣出口還與煤氣化裝置的煤制還原氣出口、氣體加壓裝置的加壓氣出口、脫除(X)2裝置的脫碳氣出口和蒸汽管道分別連通。本發(fā)明的有益效果在于
1)本發(fā)明采用煤制還原氣和焦爐煤氣結(jié)合供給豎爐生產(chǎn)直接還原鐵，首先將焦爐煤氣分離為氫氣和林德氣，氫氣混合煤制還原氣作為還原氣還原鐵礦石，林德氣作為冷卻氣冷卻直接還原鐵，因此，可采用不同規(guī)模的煤氣化裝置和焦爐煤氣供應(yīng)裝置靈活配置，降低了煤氣化裝置規(guī)模，并將焦爐煤氣有效利用起來，隨著豎爐大型化，使用更小的煤氣化裝置就能滿足豎爐生產(chǎn)需要；
2)林德氣從豎爐冷卻段底部進入豎爐，可到達豎爐爐料軸向中心，其向上流動過程中與直接還原鐵充分換熱，即完成對直接還原鐵的冷卻、滲碳后，與通過豎爐圍管進入豎爐的熱還原氣在豎爐還原段內(nèi)混合，保證了豎爐內(nèi)軸向煤氣流均勻分布，并共同還原鐵礦石；本發(fā)明取消了一般豎爐冷卻段的小循環(huán)，不但節(jié)省了設(shè)備與投資，還將直接還原鐵的熱量帶到還原段，節(jié)省了系統(tǒng)還原氣的加熱負荷；
3)本發(fā)明將焦爐煤氣分離后使用，氫氣進入還原氣可提高進入豎爐還原氣的H2/C0比例，提高還原氣的還原性能；林德氣冷卻直接還原鐵，同時顯著增加直接還原鐵滲碳量從而提高直接還原鐵碳含量，降低了后續(xù)煉鋼過程中的能量消耗，并幫助成品直接還原鐵抵抗空氣的氧化，并且林德氣反應(yīng)生成氫氣，這部分氫氣可作為還原氣的一部分，與熱還原氣在豎爐還原段內(nèi)混合后，共同還原鐵礦石；
4)本發(fā)明將脫除了(X)2的豎爐爐頂煤氣混入還原氣循環(huán)使用，林德氣與煤制還原氣、豎爐爐頂煤氣、脫除了 ω2的豎爐爐頂煤氣或蒸汽混合使用，使得豎爐的爐頂煤氣均被循環(huán)利用，充分利用了煤氣，并且可根據(jù)焦爐煤氣供應(yīng)量和操作工況靈活調(diào)整。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，其中
圖1為本發(fā)明的發(fā)明原理示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例1的工藝流程圖； 圖3為本發(fā)明實施例2的工藝流程圖。
具體實施例方式以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。圖1為本發(fā)明的發(fā)明原理示意圖，如圖所示，本發(fā)明的氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法，將焦爐煤氣分離為氫氣和林德氣(將氫氣從焦爐煤氣中分離，剩余的煤氣以烴類為主的稱作林德氣)，所述氫氣與煤制還原氣混合后加熱成為熱還原氣，所述熱還原氣進入豎爐8還原段參與還原反應(yīng)，所述林德氣從豎爐8冷卻段底部進入豎爐8后與直接還原鐵充分接觸換熱。作為本發(fā)明的進一步改進，所述林德氣從豎爐8冷卻段底部進入豎爐8后向上流動，然后在豎爐8還原段內(nèi)與熱還原氣混合；本發(fā)明取消了一般豎爐冷卻段的小循環(huán)，林德氣從豎爐冷卻段底部進入豎爐，可到達豎爐爐料軸向中心，其向上流動過程中與直接還原鐵充分換熱，即完成對直接還原鐵的冷卻、滲碳后，與通過豎爐圍管進入豎爐的熱還原氣在豎爐還原段內(nèi)混合，保證了豎爐內(nèi)軸向煤氣流均勻分布，并共同還原鐵礦石。作為本發(fā)明的進一步改進，所述氫氣和煤制還原氣與脫除了(X)2的豎爐爐頂煤氣混合，然后加熱成為熱還原氣；將脫除了(X)2的豎爐爐頂煤氣混入還原氣循環(huán)使用，使得豎爐的爐頂煤氣被循環(huán)利用，充分利用了煤氣，降低了對氫氣和煤制還原氣的需求量。作為本發(fā)明的進一步改進，所述林德氣進入豎爐8前，先與煤制還原氣、豎爐爐頂煤氣、脫除了 (X)2的豎爐爐頂煤氣和蒸汽中的一種或幾種氣體混合；使得豎爐的爐頂煤氣均被循環(huán)利用，充分利用了煤氣，并且可根據(jù)焦爐煤氣供應(yīng)量和操作工況靈活調(diào)整。本發(fā)明中，所述熱還原氣從豎爐8中部的圍管進入豎爐8還原段，所述煤制還原氣與焦爐煤氣的用量體積比可隨焦爐煤氣量的多少而變化，優(yōu)選的體積比范圍為3:廣4:1。圖2為本發(fā)明實施例1的工藝流程圖，如圖所示，實施例1為一種實施上述氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法的裝置，包括豎爐8、焦爐煤氣氣源1、煤氣化裝置2、焦爐煤氣提氫裝置3和氣體加熱裝置7，所述焦爐煤氣氣源1與焦爐煤氣提氫裝置3連通，所述焦爐煤氣提氫裝置3的氫氣出口與煤氣化裝置2的煤制還原氣出口匯合后與氣體加熱裝置7 的冷還原氣入口連通，所述氣體加熱裝置7的熱還原氣出口與豎爐8還原段連通，所述焦爐煤氣提氫裝置3的林德氣出口與豎爐8冷卻段底部連通。本實施例中，還包括氣體凈化裝置4、氣體加壓裝置5和脫除(X)2裝置6，所述豎爐 8的爐頂煤氣出口與氣體凈化裝置4、氣體加壓裝置5和脫除(X)2裝置6依次連通，所述焦爐煤氣提氫裝置3的氫氣出口還與脫除(X)2裝置6的脫碳氣出口連通；將脫除了 (X)2的豎爐爐頂煤氣混入還原氣循環(huán)使用，使得豎爐的爐頂煤氣被循環(huán)利用，充分利用了煤氣，降低了對氫氣和煤制還原氣的需求量。本實施例中，所述焦爐煤氣提氫裝置3的林德氣出口還與氣體加壓裝置5的加壓氣出口、脫除(X)2裝置6的脫碳氣出口和蒸汽管道分別連通；林德氣進入豎爐8前，先豎爐爐頂煤氣、脫除了(X)2的豎爐爐頂煤氣和蒸汽等氣體混合。當然，所述焦爐煤氣提氫裝置3 的林德氣出口還可以與煤氣化裝置2的煤制還原氣出口連通，使林德氣進入豎爐8前，還混入煤制還原氣。本實施例中，生產(chǎn)直接還原鐵的方法為
從焦爐煤氣氣源1引焦爐煤氣至焦爐煤氣提氫裝置3處，將焦爐煤氣分離成為氫氣和林德氣兩種；用氣體凈化裝置4清洗豎爐爐頂煤氣、氣體加壓裝置5加壓和脫除(X)2裝置6 脫碳后，得到脫除了 (X)2的豎爐爐頂煤氣；從煤氣化裝置2引出的煤制還原氣與氫氣和脫除了(X)2的豎爐爐頂煤氣混合，然后經(jīng)過氣體加熱裝置7加熱成為熱還原氣，從豎爐8中部的圍管進入豎爐8還原段，參與還原反應(yīng)；來自焦爐煤氣提氫裝置3的林德氣，與豎爐爐頂煤氣、脫除了 CO2的豎爐爐頂煤氣和蒸汽等氣體混合后(混合比例根據(jù)焦爐煤氣供應(yīng)量和操作工況調(diào)整)，從豎爐8冷卻段底部進入豎爐8后向上流動，其向上流動過程中與直接還原鐵充分換熱，即完成對直接還原鐵的冷卻、滲碳后，與通過豎爐圍管進入豎爐8的熱還原氣在豎爐8還原段內(nèi)混合，并共同還原鐵礦石。圖3為本發(fā)明實施例2的工藝流程圖，如圖所示，實施例2為另一種實施上述氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法的裝置，實施例2與實施例1的差別僅在于所述焦爐煤氣提氫裝置3的氫氣出口未與脫除(X)2裝置6的脫碳氣出口連通；氫氣與煤制還原氣混合作為還原氣，還原氣中沒有混入脫除了(X)2的豎爐爐頂煤氣。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征在于將焦爐煤氣分離為氫氣和林德氣，所述氫氣與煤制還原氣混合后加熱成為熱還原氣，所述熱還原氣進入豎爐(8 )還原段參與還原反應(yīng)，所述林德氣從豎爐(8)冷卻段底部進入豎爐(8)后與直接還原鐵充分接觸換熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征在于所述林德氣從豎爐(8)冷卻段底部進入豎爐(8)后向上流動，然后在豎爐(8)還原段內(nèi)與熱還原氣混合ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征在于所述氫氣和煤制還原氣與脫除了(X)2的豎爐爐頂煤氣混合，然后加熱成為熱還原氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征在于所述林德氣進入豎爐(8)前，先與煤制還原氣、豎爐爐頂煤氣、脫除了 CO2的豎爐爐頂煤氣和蒸汽中的一種或幾種氣體混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項所述的氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征在于所述煤制還原氣與焦爐煤氣的用量體積比為3:廣4:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法，其特征在于所述熱還原氣從豎爐(8)中部的圍管進入豎爐(8)還原段。
7.一種實施權(quán)利要求1所述的氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法的裝置，其特征在于包括豎爐(8)、焦爐煤氣氣源(1)、煤氣化裝置(2)、焦爐煤氣提氫裝置(3)和氣體加熱裝置(7)，所述焦爐煤氣氣源(1)與焦爐煤氣提氫裝置(3)連通，所述焦爐煤氣提氫裝置(3)的氫氣出口與煤氣化裝置(2)的煤制還原氣出口匯合后與氣體加熱裝置(7)的冷還原氣入口連通，所述氣體加熱裝置(7)的熱還原氣出口與豎爐(8)還原段連通，所述焦爐煤氣提氫裝置(3)的林德氣出口與豎爐(8)冷卻段底部連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于還包括氣體凈化裝置(4)、氣體加壓裝置 (5)和脫除CO2裝置(6)，所述豎爐(8)的爐頂煤氣出口與氣體凈化裝置(4)、氣體加壓裝置(5)和脫除(X)2裝置(6)依次連通，所述焦爐煤氣提氫裝置(3)的氫氣出口還與脫除(X)2裝置(6)的脫碳氣出口連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述焦爐煤氣提氫裝置(3)的林德氣出口還與煤氣化裝置(2)的煤制還原氣出口、氣體加壓裝置(5)的加壓氣出口、脫除(X)2裝置(6)的脫碳氣出口和蒸汽管道分別連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法及裝置，采用煤制還原氣和焦爐煤氣結(jié)合供給豎爐生產(chǎn)直接還原鐵，首先將焦爐煤氣分離為氫氣和林德氣，氫氣混合煤制還原氣作為還原氣還原鐵礦石，林德氣作為冷卻氣冷卻直接還原鐵；實現(xiàn)上述方法的裝置包括豎爐、焦爐煤氣氣源、煤氣化裝置、焦爐煤氣提氫裝置和氣體加熱裝置；本發(fā)明可采用不同規(guī)模的煤氣化裝置和焦爐煤氣供應(yīng)裝置靈活配置，降低了煤氣化裝置規(guī)模，并將焦爐煤氣有效利用起來，同時，本發(fā)明取消了一般豎爐冷卻段的小循環(huán)，不但節(jié)省了設(shè)備與投資，還將直接還原鐵的熱量帶到還原段，節(jié)省了系統(tǒng)還原氣的加熱負荷。
文檔編號C21B13/02GK102304599SQ20111028292
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者楊若儀, 王正宇, 金明芳 申請人:中冶賽迪上海工程技術(shù)有限公司, 中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司