專利名稱：一種太陽(yáng)能還原煉鐵的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源利用和冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用太陽(yáng)能熔融還原煉鐵的方法和裝置。
背景技術(shù)：
還原煉鐵是鋼鐵生產(chǎn)的重要組成部分，其主要特點(diǎn)是用非焦煤作為一次性能源和還原劑，將鐵的氧化物在熔融狀態(tài)下還原，具有以煤代焦、流程短、對(duì)環(huán)境污染小，建設(shè)投資少，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，是被業(yè)內(nèi)廣泛看好的領(lǐng)域，各國(guó)的鋼鐵企業(yè)競(jìng)相進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。 現(xiàn)有的還原煉鐵的方法主要有COREX法(CNlO 1032 )、DIOS法(CN10!35136A)、HISELT法 (CN1037542A).其中COREX法已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)，其他兩種方法仍處于試驗(yàn)階段。但是所有的還原煉鐵工藝，由于能耗高、生產(chǎn)成本高等方面的原因，難與高爐工藝競(jìng)爭(zhēng)。鐵的氧化物還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，煉鐵的過(guò)程是一個(gè)大量消耗能源的過(guò)程，需要用煤炭或電力為還原過(guò)程提供熱量。還原過(guò)程使用煤作還原劑，其用量遠(yuǎn)超過(guò)還原反應(yīng)吸熱所需煤炭的用量。煉鐵過(guò)程大量的煤炭燃燒和還原反應(yīng)生成的二氧化碳排放到大氣，造成溫室效應(yīng)和環(huán)境污染，每年鋼鐵工業(yè)的二氧化碳排量占全世界二氧化碳總排量的5. 4 %。 煤和焦碳中含有一定量的S等雜質(zhì)，煤或焦炭燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的SOx ,NxOy等污染物，排放到大氣污染環(huán)境。當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源日益匱乏，能源問(wèn)題日益成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始實(shí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”，開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能和風(fēng)能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力?！对颇弦苯稹冯s志第四卷第4期刊登了何方等人題為“應(yīng)用高溫太陽(yáng)能減少煉鐵過(guò)程中二氧化碳的排放”的論文。該論文介紹了利用太陽(yáng)能加熱和甲烷為還原劑的高爐煉鐵過(guò)程，該過(guò)程利用太陽(yáng)能提供煉鐵過(guò)程的熱量，碳只用作還原劑，(X)2的排放量為反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量(X)2的排放量，比傳統(tǒng)煉鐵的(X)2排放量減少了 60 70 %，同時(shí)還避免了因焦碳燃燒而排出的S0X、NxOy等污染物。但是該技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，工業(yè)上實(shí)施只是一種設(shè)想，并且還原反應(yīng)仍以焦炭或甲烷為還原劑，還原過(guò)程還要產(chǎn)生CO2，不能完全消除溫室氣體排放。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種還原煉鐵的方法，利用太陽(yáng)能或風(fēng)能發(fā)電，電解水生成氫氣作還原劑，利用太陽(yáng)能加熱氫氣并為還原過(guò)程提供熱量，將被還原物料還原成鐵。本發(fā)明的另一目的是提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的還原煉鐵裝置。本發(fā)明一種太陽(yáng)能還原煉鐵的方法為，將被還原物料置于還原爐中，以氫氣為還原劑，進(jìn)行加熱還原。氫氣由太陽(yáng)能光伏電池或風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供電力的電解池中電解水產(chǎn)生。還原爐為太陽(yáng)能還原爐，氫氣在太陽(yáng)能氫氣加熱室利用光學(xué)加熱設(shè)備加熱至800 1000°C進(jìn)入太陽(yáng)能還原爐，太陽(yáng)能還原爐利用光學(xué)加熱設(shè)備加熱至1000 1600°C將被還原物料加熱、還原成產(chǎn)品，產(chǎn)品為海綿鐵或鐵水，還原后的氣體經(jīng)氣體處理設(shè)備處理后返回氫氣加熱室。光學(xué)加熱設(shè)備包括聚光鏡、定日鏡和吸熱設(shè)備。被還原物料為天然鐵礦石或呼吸殼；所述呼吸殼由心部成型物和外包殼組成，心部成型物為鐵礦粉制成的球團(tuán)，外包殼的材料為石灰石粉末或白云石粉末，包殼的方法為滾球包殼、壓球包殼、噴粉包殼或浸漬包殼。用所述還原后的氣體預(yù)熱物料預(yù)熱室中被還原的物料，預(yù)熱后的物料通過(guò)物料輸送管路輸送到太陽(yáng)能還原爐中進(jìn)行還原。還原產(chǎn)品通過(guò)物料輸送管路輸送至產(chǎn)品冷卻室預(yù)熱循環(huán)氫氣。一種太陽(yáng)能還原煉鐵的裝置，包括還原爐和配套的進(jìn)出料設(shè)備，還原爐為太陽(yáng)能還原設(shè)備，太陽(yáng)能還原設(shè)備包括復(fù)合光學(xué)加熱系統(tǒng)和太陽(yáng)能還原爐。裝置還設(shè)有風(fēng)能或/ 和太陽(yáng)能氫氣發(fā)生設(shè)備、太陽(yáng)能氫氣加熱設(shè)備和氣體處理設(shè)備。風(fēng)能或/和太陽(yáng)能氫氣發(fā)生設(shè)備包括光伏電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、電解池、水箱和氫氣儲(chǔ)罐。太陽(yáng)能氫氣加熱設(shè)備包括復(fù)合光學(xué)加熱系統(tǒng)和氫氣加熱室。電解池的氫氣發(fā)生管連接到氫氣儲(chǔ)罐，氫氣儲(chǔ)罐連接到氫氣加熱室的氫氣入口，氫氣加熱室氫氣出口連接到太陽(yáng)能還原爐的氣體入口，太陽(yáng)能還原爐的氣體出口通過(guò)氣體處理設(shè)備、循環(huán)風(fēng)機(jī)連接到氫氣加熱室的氫氣入口。本發(fā)明另一方案為，裝置設(shè)有物料預(yù)熱室和產(chǎn)品冷卻室，物料預(yù)熱室與料斗連接， 產(chǎn)品冷卻室與出料設(shè)備連接。太陽(yáng)能還原爐的氣體出口通過(guò)物料預(yù)熱室、氣體處理設(shè)備連接到循環(huán)風(fēng)機(jī)入口，產(chǎn)品冷卻室的進(jìn)氣口分別與循環(huán)風(fēng)機(jī)出口和氫氣儲(chǔ)罐連接，產(chǎn)品冷卻室的出氣口連接到氫氣加熱室的氫氣入口管。物料預(yù)熱室通過(guò)物料輸送管路與太陽(yáng)能還原爐的進(jìn)料口連接，產(chǎn)品冷卻室通過(guò)物料輸送管路與太陽(yáng)能還原爐的出料口連接。本發(fā)明再一方案為，裝置還設(shè)有物料預(yù)熱室和電弧爐，物料預(yù)熱室與料斗連接，電弧爐設(shè)有電極和鐵水流出口。太陽(yáng)能還原爐的氣體出口通過(guò)物料預(yù)熱室、氣體處理設(shè)備連接到循環(huán)風(fēng)機(jī)入口，循環(huán)風(fēng)機(jī)出口和氫氣儲(chǔ)罐連接到氫氣加熱室的氫氣入口管，氫氣加熱室的氫氣出口管連接到太陽(yáng)能還原爐的氣體入口。所述物料預(yù)熱室通過(guò)物料輸送管路與太陽(yáng)能還原爐的進(jìn)料口連接，太陽(yáng)能還原爐的出料口連接到電弧爐的進(jìn)料口。復(fù)合光學(xué)加熱系統(tǒng)由聚光鏡和定日鏡組成。聚光鏡為拋物面玻璃鏡，玻璃鏡為單塊玻璃結(jié)構(gòu)或多個(gè)小單元弧形玻璃拼接而成的結(jié)構(gòu)，玻璃鏡的背面涂有水銀材料。定日鏡為平面結(jié)構(gòu)，由單塊鏡片或多塊鏡片拼接構(gòu)成，定日鏡的底座裝有液壓驅(qū)動(dòng)或電動(dòng)裝置，定日鏡隨著太陽(yáng)的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)光反射至聚光鏡。氫氣加熱室為密封扁長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，氫氣加熱室內(nèi)裝有1 10層受熱板，受熱板為碳化硅吸熱板，碳化硅吸熱板階梯式排布。氫氣加熱室的一端設(shè)有氫氣入口管，另一端設(shè)有氫氣出口管，光線入射方向裝有耐高溫的光線接收玻璃。太陽(yáng)能還原爐為偏置的半圓形結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)能還原爐設(shè)有物料加入口、氣體出口、氣體入口、鐵水流出口、石灰加入口和爐渣出口。光線入射方向裝有耐高溫的光線接收玻璃。太陽(yáng)能還原爐爐體設(shè)有偏置的轉(zhuǎn)軸和斜向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，使?fàn)t體斜向旋轉(zhuǎn)，玻璃面的相對(duì)位置不變。電解池為金屬鎳板制成的筒狀結(jié)構(gòu)，電解池的陽(yáng)極是鎳板外筒，電解池的陰極為金屬鈀制成的氫氣發(fā)生管。氣體處理設(shè)備包括氫氣冷凝器、除塵器和氫氣分離器。由拋物面聚光鏡和平面定日鏡組成的復(fù)合光學(xué)加熱系統(tǒng)聚焦功率高，聚光比為兩種聚光比的乘積，因此氫氣加熱室和太陽(yáng)能還原爐能夠達(dá)到較高的溫度。本發(fā)明太陽(yáng)能還原煉鐵利用風(fēng)能或/和太陽(yáng)能發(fā)電電解水制備氫氣，利用光熱原理預(yù)熱氫氣和為氧化鐵還原提供熱量，將預(yù)熱后的氫氣通入還原爐進(jìn)行還原反應(yīng)生成鐵和水，剩余的氫氣經(jīng)凈化處理裝置過(guò)濾掉雜質(zhì)和水后通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)送入系統(tǒng)循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)了熔融還原煉鐵可再生能源利用全過(guò)程。用還原后的氣體預(yù)熱被還原的物料，還原產(chǎn)品預(yù)熱循環(huán)氫氣，使能量利用進(jìn)一步優(yōu)化。太陽(yáng)能和風(fēng)能是潔凈的能源，取之不盡，用之不竭，利用太陽(yáng)能技術(shù)還原煉鐵，既節(jié)省煤等不可再生能源，又避免CO2等溫室氣體的排放。利用太陽(yáng)能加熱可以消除SOx、 NxOy氣體排放，有利于環(huán)境保護(hù)。電解氫中不含有害雜質(zhì)，以氫為還原劑的還原煉鐵過(guò)程不產(chǎn)生二氧化碳，還原反應(yīng)需要的溫度低，反應(yīng)時(shí)間短，因此氫氣作還原劑可以改善還原鐵的質(zhì)量，提高煉鐵生產(chǎn)效率，完全消除溫室氣體排放。


圖1為本發(fā)明太陽(yáng)能還原煉鐵裝置的示意圖； 圖2為氫氣加熱室結(jié)構(gòu)示意圖3為太陽(yáng)能還原爐結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明另一實(shí)施方案的裝置示意圖； 圖5為本發(fā)明再一方案的裝置示意圖。其中
1 一風(fēng)力發(fā)電機(jī)、2—電解池、3—水箱、4一氫氣儲(chǔ)罐、5—定日鏡、6—物料輸送管路、7— 光線接收玻璃、8—?dú)錃獍l(fā)生管、9 一閥門、10—聚光鏡、11 一氫氣加熱室、12—太陽(yáng)能還原爐、13—產(chǎn)品冷卻室、14一循環(huán)風(fēng)機(jī)、15—?dú)怏w處理設(shè)備、16—?dú)錃馊肟诠堋?7—碳化硅吸熱板、18—?dú)錃獬隹诠堋?9一物料加入口、20—?dú)怏w出口、21—?dú)怏w入口、22—鐵水流出口、 23—光伏電池、24—料斗、25—物料預(yù)熱室J6—電極、27—電弧爐、28—鐵水流出口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1
本發(fā)明太陽(yáng)能還原煉鐵的裝置如圖1所示，包括太陽(yáng)能和風(fēng)能氫氣發(fā)生設(shè)備、太陽(yáng)能氫氣加熱設(shè)備、太陽(yáng)能還原設(shè)備和氣體處理設(shè)備。太陽(yáng)能和風(fēng)能氫氣發(fā)生設(shè)備包括光伏電池23、風(fēng)力發(fā)電機(jī)1、電解池2、水箱3和氫氣儲(chǔ)罐4。光伏電池連接到電解池的陽(yáng)極和陰極， 風(fēng)力發(fā)電機(jī)電路通過(guò)變電設(shè)備連接到電解池。使用太陽(yáng)能光伏電池發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電電解水產(chǎn)生氫氣，還可同時(shí)使用光伏電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，互為補(bǔ)充，本實(shí)施例以太陽(yáng)能光伏電池23發(fā)生的電為動(dòng)力。電解池為金屬鎳板制成的筒狀結(jié)構(gòu)，電解池的陽(yáng)極是鎳板外筒，電解池的陰極為金屬鈀制成的氫氣發(fā)生管8。太陽(yáng)能氫氣加熱設(shè)備包括復(fù)合光學(xué)加熱系統(tǒng)和氫氣加熱室11，太陽(yáng)能還原設(shè)備包括復(fù)合光學(xué)加熱系統(tǒng)和太陽(yáng)能還原爐12。復(fù)合光學(xué)加熱系統(tǒng)由拋物面聚光鏡10和定日鏡5組成，聚光鏡為拋物面玻璃鏡，玻璃鏡面由多個(gè)小單元弧形玻璃鏡面拼接而成，玻璃鏡的背面涂有水銀材料。定日鏡為平面結(jié)構(gòu)，由多塊鏡片拼接構(gòu)成。定日鏡的底座裝有電動(dòng)裝置，定日鏡隨著太陽(yáng)的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，能始終將太陽(yáng)反射至拋物面聚光器。如圖2所述，氫氣加熱室11為密封扁長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，一端設(shè)有氫氣入口管16， 另一端設(shè)有氫氣出口管18，光線入射方向裝有耐高溫的光線接收玻璃7。氫氣加熱室內(nèi)設(shè)有5層受熱板，受熱板為碳化硅吸熱板17，碳化硅吸熱板階梯式排布。如圖3所示，太陽(yáng)能還原爐12為偏置的半圓形結(jié)構(gòu)，爐體由鋼鐵材料制成，內(nèi)襯耐高溫材料或耐火磚，太陽(yáng)能還原爐設(shè)有物料加入口 19、廢氣出口 20、氣體入口 21、鐵水流出口 22、石灰加入口和爐渣出口。光線入射方向裝有耐高溫的光線接收玻璃7。物料加入口與進(jìn)料設(shè)備連接，鐵水流出口連接到下道工序。太陽(yáng)能還原爐爐體設(shè)有偏置的轉(zhuǎn)軸和斜向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，通過(guò)驅(qū)動(dòng)設(shè)備使?fàn)t體斜向旋轉(zhuǎn)，玻璃面的相對(duì)位置不變，物料邊加熱邊在爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)翻滾，有利于物料從內(nèi)到外的快速加熱和還原。氣體處理設(shè)備包括氫氣冷凝器、除塵器和氫氣分離器。水箱3與電解池2通過(guò)管路連接為電解提供水源。氫氣發(fā)生管8通過(guò)閥門9連接到氫氣儲(chǔ)罐4，氫氣儲(chǔ)罐出口通過(guò)閥門連接到氫氣加熱室的氫氣入口管16，氫氣加熱室氫氣出口管18通過(guò)閥門連接到太陽(yáng)能還原爐的氣體入口 21，太陽(yáng)能還原爐氣體出口 20通過(guò)氣體處理設(shè)備15、循環(huán)風(fēng)機(jī)14連接氫氣加熱室的氫氣入口管16，各閥門為自動(dòng)控制閥門。太陽(yáng)能還原煉鐵的過(guò)程為，以天然鐵礦石為原料，鐵礦石由進(jìn)料設(shè)備輸送進(jìn)入太陽(yáng)能還原爐12。水由水箱3進(jìn)入電解池2，電解生成氧氣和氫氣，氧氣收集作為它用，陰極產(chǎn)生的氫原子，結(jié)合成氫分子，氫氣在陰極的氫氣發(fā)生管聚集，純度能夠達(dá)到99. 5%以上。 氫氣經(jīng)閥門9到氫氣儲(chǔ)罐4，由氫氣儲(chǔ)罐到氫氣加熱室，經(jīng)閥門控制流量。在氫氣加熱室， 利用光學(xué)加熱設(shè)備加熱至900士50°C，然后進(jìn)入太陽(yáng)能還原爐，利用光學(xué)加熱設(shè)備加熱至 1400士50°C，將被還原物料加熱還原成鐵并融化為鐵水。從石灰加入口加入石灰進(jìn)行渣鐵分離，爐渣從爐渣出口流出，鐵水從鐵水流出口 22流出通過(guò)出料設(shè)備到下道工序。還原反應(yīng)后氣體含有水蒸氣、未反應(yīng)的氫氣、鐵礦石中雜質(zhì)產(chǎn)生的氣體和灰塵。反應(yīng)后氣體經(jīng)氣體出口 20離開(kāi)還原爐，進(jìn)入氣體處理設(shè)備15。在氣體處理設(shè)備經(jīng)過(guò)除塵，冷凝分離出水，除去有害氣體。凈化處理后的氫氣經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)14、閥門和氫氣入口管16回到太陽(yáng)能氫氣加熱室進(jìn)行循環(huán)。由于鐵還原過(guò)程需要大量的氫氣，需要不斷從氫氣儲(chǔ)罐4向循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)充氫氣， 維持循環(huán)系統(tǒng)一定的壓力。氫氣儲(chǔ)罐向循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)充氫氣的量根據(jù)加工負(fù)荷和工藝要求確定。整個(gè)裝置為密封裝置，設(shè)有密封實(shí)施，通入氫氣之前用氮?dú)庵脫Q空氣，避免出現(xiàn)不安全問(wèn)題。實(shí)施例2
本發(fā)明另一實(shí)施方式如圖4所示，太陽(yáng)能還原煉鐵裝置還設(shè)有物料預(yù)熱室25和產(chǎn)品冷卻室13，物料預(yù)熱室與料斗M連接，產(chǎn)品冷卻室與出料設(shè)備連接。太陽(yáng)能還原爐的氣體出口 20通過(guò)物料預(yù)熱室、氣體處理設(shè)備15連接到循環(huán)風(fēng)機(jī)14入口。循環(huán)風(fēng)機(jī)出口連接到產(chǎn)品冷卻室的進(jìn)氣口，氫氣儲(chǔ)罐4也連接到產(chǎn)品冷卻室的進(jìn)氣口，連接管路上設(shè)有閥門，通過(guò)產(chǎn)品冷卻室連接到氫氣加熱室的氫氣入口管16。本實(shí)施例還原產(chǎn)品為海綿鐵，從冷卻室出來(lái)后進(jìn)電弧爐進(jìn)行熔煉，產(chǎn)品冷卻室13為冷卻海綿鐵的設(shè)備。物料預(yù)熱室的物料出口通過(guò)物料輸送管路6與太陽(yáng)能還原爐12的進(jìn)料口連接，產(chǎn)品冷卻室通過(guò)管路與太陽(yáng)能還原爐的出料口連接。物料通過(guò)輸送設(shè)備在輸送管路內(nèi)輸送，輸送設(shè)備為斗式提升機(jī)。本實(shí)施例以風(fēng)力發(fā)電機(jī)1發(fā)電為主，以太陽(yáng)能發(fā)電為輔，電解水生成氫氣。其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能還原爐還原后的氣體有較高的溫度，用這些能量預(yù)熱物料預(yù)熱室中被還原的物料，讓高溫的氣體通過(guò)物料預(yù)熱室25，將氣體的顯熱傳遞給被還原物料，預(yù)熱后的物料通過(guò)物料輸送管路輸送到太陽(yáng)能還原爐中進(jìn)行還原。凈化處理后的氫氣和從氫氣儲(chǔ)罐出來(lái)的新鮮氫氣經(jīng)過(guò)產(chǎn)品冷卻室13，冷卻海綿體放出的熱量傳給氫氣，既冷卻了還原產(chǎn)品， 又預(yù)熱了氫氣，經(jīng)過(guò)產(chǎn)品冷卻室預(yù)熱后的氫氣再進(jìn)入太陽(yáng)能氫氣加熱裝置中加熱，進(jìn)行循環(huán)。氣體通過(guò)物料預(yù)熱室和產(chǎn)品冷卻室的操作為間歇操作，還原氣體進(jìn)入物料預(yù)熱室25和凈化處理后氫氣進(jìn)入產(chǎn)品冷卻室13之前用氮?dú)膺M(jìn)行氣體置換，密封操作，防止進(jìn)入空氣。實(shí)施例3
本發(fā)明的再一實(shí)施方式如圖5所示，太陽(yáng)能還原煉鐵裝置還設(shè)有物料預(yù)熱室25和電弧爐27，物料預(yù)熱室與料斗M連接，電弧爐設(shè)有電極沈和鐵水流出口觀。太陽(yáng)能還原爐的氣體出口 20通過(guò)物料預(yù)熱室、氣體處理設(shè)備15連接到循環(huán)風(fēng)機(jī)14入口，循環(huán)風(fēng)機(jī)出口和氫氣儲(chǔ)罐連接到氫氣加熱室的氫氣入口管16，氫氣加熱室的氫氣出口管18連接到太陽(yáng)能還原爐的氣體入口 21。物料預(yù)熱室通過(guò)物料輸送管路6與太陽(yáng)能還原爐12的進(jìn)料口連接， 太陽(yáng)能還原爐的出料口連接到電弧爐27的進(jìn)料口，電弧爐的鐵水流出口觀與出料設(shè)備連接。其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。本實(shí)施例太陽(yáng)能還原爐將鐵礦石還原為海綿鐵，再經(jīng)電弧爐熔煉為鐵水出裝置。 經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能還原爐還原后的高溫氣體到物料預(yù)熱室中預(yù)熱被還原的物料，將氣體的顯熱傳遞給被還原物料，預(yù)熱后的物料通過(guò)物料輸送管路輸送到太陽(yáng)能還原爐中進(jìn)行還原，還原后的物料，即海綿鐵通過(guò)物料輸送管路送至電弧爐27，啟動(dòng)電極沈加熱至1600 2000°C 熔化為鐵水，經(jīng)渣鐵分離后鐵水從鐵水流出口觀出裝置。
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權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能還原煉鐵的方法，將被還原物料置于還原爐中，以氫氣為還原劑，進(jìn)行加熱還原，所述氫氣由風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)或太陽(yáng)能光伏電池(23 )提供電力的電解池(2 )中電解水產(chǎn)生，其特征是所述還原爐為太陽(yáng)能還原爐，所述氫氣在氫氣加熱室(11)利用光學(xué)加熱設(shè)備加熱至800 1000°C進(jìn)入太陽(yáng)能還原爐，所述太陽(yáng)能還原爐利用光學(xué)加熱設(shè)備加熱至1000 1600°C將被還原物料加熱、還原成產(chǎn)品，所述產(chǎn)品為海綿鐵或鐵水，還原后的氣體經(jīng)氣體處理設(shè)備(15)處理后返回氫氣加熱室；所述光學(xué)加熱設(shè)備包括聚光鏡、定日鏡和吸熱設(shè)施。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能還原煉鐵的方法，其特征是所述被還原物料為天然鐵礦石或呼吸殼；所述呼吸殼由心部成型物和外包殼組成，心部成型物為鐵礦粉制成的球團(tuán)， 外包殼材料為石灰石粉末或白云石粉末，包殼的方法為滾球包殼、壓球包殼、噴粉包殼或浸漬包殼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能還原煉鐵的方法，其特征是用所述還原后的氣體預(yù)熱物料預(yù)熱室(25)中被還原的物料，預(yù)熱后的物料通過(guò)物料輸送管路(6)輸送到太陽(yáng)能還原爐中進(jìn)行還原；還原產(chǎn)品通過(guò)物料輸送管路輸送至產(chǎn)品冷卻室(13)預(yù)熱循環(huán)氫氣。
4.一種太陽(yáng)能還原煉鐵的裝置，包括還原爐和配套的進(jìn)、出料設(shè)備，其特征是所述還原爐為太陽(yáng)能還原設(shè)備，太陽(yáng)能還原設(shè)備包括復(fù)合光學(xué)加熱系統(tǒng)和太陽(yáng)能還原爐(12)；所述裝置還設(shè)有風(fēng)能或/和太陽(yáng)能氫氣發(fā)生設(shè)備、太陽(yáng)能氫氣加熱設(shè)備和氣體處理設(shè)備；所述風(fēng)能或/和太陽(yáng)能氫氣發(fā)生設(shè)備包括光伏電池(23)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)、電解池(2)、水箱 (3)和氫氣儲(chǔ)罐(4)，所述太陽(yáng)能氫氣加熱設(shè)備包括復(fù)合光學(xué)加熱系統(tǒng)和氫氣加熱室(11); 電解池的氫氣發(fā)生管(8)連接到氫氣儲(chǔ)罐，氫氣儲(chǔ)罐連接到氫氣加熱室的氫氣入口，氫氣加熱室氫氣出口連接到太陽(yáng)能還原爐的氣體入口(21)，太陽(yáng)能還原爐的氣體出口(20)通過(guò)氣體處理設(shè)備(15)、循環(huán)風(fēng)機(jī)(14)連接到氫氣加熱室的氫氣入口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述太陽(yáng)能還原煉鐵的裝置，其特征是所述裝置還設(shè)有物料預(yù)熱室(25)和產(chǎn)品冷卻室(13)，物料預(yù)熱室與料斗(24)連接，產(chǎn)品冷卻室與出料設(shè)備連接；太陽(yáng)能還原爐的氣體出口(20)通過(guò)物料預(yù)熱室、氣體處理設(shè)備(15)連接到循環(huán)風(fēng)機(jī)(14)入口，產(chǎn)品冷卻室的進(jìn)氣口分別與循環(huán)風(fēng)機(jī)出口和氫氣儲(chǔ)罐連接，產(chǎn)品冷卻室的出氣口連接到氫氣加熱室的氫氣入口管(16)；所述物料預(yù)熱室通過(guò)物料輸送管路(6)與太陽(yáng)能還原爐 (12)的進(jìn)料口連接，所述產(chǎn)品冷卻室通過(guò)物料輸送管路與太陽(yáng)能還原爐的出料口連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述太陽(yáng)能還原煉鐵的裝置，其特征是所述裝置還設(shè)有物料預(yù)熱室(25)和電弧爐(27)，物料預(yù)熱室與料斗(24)連接，電弧爐設(shè)有電極(26)和鐵水流出口 (28)；太陽(yáng)能還原爐的氣體出口(20)通過(guò)物料預(yù)熱室、氣體處理設(shè)備(15)連接到循環(huán)風(fēng)機(jī) (14)入口，循環(huán)風(fēng)機(jī)出口和氫氣儲(chǔ)罐連接到氫氣加熱室的氫氣入口管(16)，氫氣加熱室的氫氣出口管(18)連接到太陽(yáng)能還原爐的氣體入口(21);所述物料預(yù)熱室通過(guò)物料輸送管路 (6)與太陽(yáng)能還原爐(12)的進(jìn)料口連接，太陽(yáng)能還原爐的出料口連接到電弧爐的進(jìn)料口。
7.根據(jù)權(quán)利要求4 6任一項(xiàng)所述太陽(yáng)能還原煉鐵的裝置，其特征是所述復(fù)合光學(xué)加熱系統(tǒng)由聚光鏡(10)和定日鏡(5)組成；所述聚光鏡為拋物面玻璃鏡，玻璃鏡為單塊玻璃結(jié)構(gòu)或多個(gè)小單元弧形玻璃拼接而成的結(jié)構(gòu)，玻璃鏡的背面涂有水銀材料；所述定日鏡為平面結(jié)構(gòu)，由單塊鏡片或多塊鏡片拼接構(gòu)成，定日鏡的底座裝有液壓驅(qū)動(dòng)或電動(dòng)裝置，定日鏡隨著太陽(yáng)的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)光反射到聚光鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求4 6任一項(xiàng)所述太陽(yáng)能還原煉鐵的裝置，其特征是所述氫氣加熱室(11)為密封扁長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，氫氣加熱室內(nèi)裝有1 10層受熱板，所述受熱板為碳化硅吸熱板(17)，碳化硅吸熱板階梯式排布；氫氣加熱室的一端設(shè)有氫氣入口管(16)，另一端設(shè)有氫氣出口管(18)，光線入射方向裝有光線接收玻璃(7)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4 6任一項(xiàng)所述太陽(yáng)能還原煉鐵的裝置，其特征是所述太陽(yáng)能還原爐(12)為偏置的半圓形結(jié)構(gòu)，光線入射方向裝有耐高溫光線接收玻璃(7);太陽(yáng)能還原爐爐體設(shè)有偏置的轉(zhuǎn)軸和斜向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求4 6任一項(xiàng)所述太陽(yáng)能還原煉鐵的裝置，其特征是所述電解池為金屬鎳板制成的筒狀結(jié)構(gòu)，電解池的陽(yáng)極是鎳板外筒，電解池的陰極為金屬鈀制成的氫氣發(fā)生管(8)；所述氣體處理設(shè)備(15)包括氫氣冷凝器、除塵器和氫氣分離器。
全文摘要
本發(fā)明一種太陽(yáng)能還原煉鐵的方法和裝置，所述裝置包括太陽(yáng)能光伏電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、電解池、氫氣加熱室、太陽(yáng)能還原爐和氣體處理設(shè)備。氫氣加熱室和還原爐裝有聚光鏡、定日鏡和吸熱設(shè)備構(gòu)成的復(fù)合光學(xué)加熱系統(tǒng)。太陽(yáng)能還原煉鐵的過(guò)程以電解水制備的氫氣為還原劑，利用光熱原理預(yù)熱氫氣和為氧化鐵還原提供熱量，將預(yù)熱后的氫氣通入太陽(yáng)能還原爐進(jìn)行還原反應(yīng)生成鐵并融化為鐵水，剩余的氫氣經(jīng)凈化處理后通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)送入系統(tǒng)循環(huán)利用。利用太陽(yáng)能還原煉鐵，既節(jié)省不可再生能源，又避免CO2等溫室氣體的排放。電解氫不含有害雜質(zhì)，以氫氣作還原劑的還原煉鐵過(guò)程還原需要的溫度低，反應(yīng)時(shí)間短，不產(chǎn)生二氧化碳，生產(chǎn)的還原鐵的質(zhì)量好。
文檔編號(hào)C21B11/00GK102424873SQ20111039548
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月3日
發(fā)明者賈會(huì)平 申請(qǐng)人:石家莊市新華工業(yè)爐有限公司