[發(fā)明專利]一種礦粉快速還原反應(yīng)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710614293.6
• 申請(qǐng)日: 2017-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN107190117A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭倩倩;竇從從;王培倫;彭麗;田廣勝;孟嘉樂;吳道洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 神霧科技集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號(hào): C21B13/02
• 分類號(hào): C21B13/02
• 代理公司: 北京連城創(chuàng)新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11254
• 代理人: 郝學(xué)江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種礦粉快速直接還原系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

眾所周知，直接還原煉鐵技術(shù)是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)，是鋼鐵工業(yè)發(fā)展擺脫焦煤資源的羈絆、降低能耗、減少CO₂排放、改善鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的重要發(fā)展方向。直接還原鐵是優(yōu)質(zhì)廢鋼的替代品，是生產(chǎn)高品質(zhì)純凈鋼的不可短缺的鐵源原料，是轉(zhuǎn)爐煉鋼的優(yōu)質(zhì)冷卻劑。

現(xiàn)在，達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)水平或仍在繼續(xù)試驗(yàn)的直接還原方法主要分為兩類：使用氣體還原劑的直接還原法和使用固體還原劑的直接還原法。其中，使用氣體還原劑的直接還原法按工藝設(shè)備來分又可分為三類，包括豎爐法、反應(yīng)罐法和流態(tài)化法。

豎爐法是一種指爐料與煤氣在爐內(nèi)逆向運(yùn)動(dòng)、使得下降的爐料逐步被煤氣加熱和還原的方法。該法以Midrex法為代表，是當(dāng)前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的直接還原煉鐵法。Midrex法的具體工作過程為：作為原料的氧化球團(tuán)礦自爐頂加入豎爐后，依次經(jīng)過預(yù)熱、還原及冷卻三個(gè)階段，還原所得的海綿鐵，所述海綿鐵冷卻到50℃后排出爐外，以防再氧化；其中，還原煤氣用天然氣及豎爐本身的一部分煤氣制造，先加熱到760-900℃，在豎爐還原段下部通入，而后，爐頂煤氣回收后分別用于煤氣再生、轉(zhuǎn)化爐加熱和豎爐冷卻。因此，此法的傳熱傳質(zhì)效率高，每噸產(chǎn)品能耗可低達(dá)2.56×106千卡，產(chǎn)品質(zhì)量好，金屬化率達(dá)92％。專利文獻(xiàn)CN201110282924.1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?fàn)t煤氣結(jié)合供給豎爐生產(chǎn)直接還原鐵。但是，該工藝存在一些缺陷：只能處理塊狀物料，不能直接處理粉狀鐵礦石。處理粉狀鐵礦石時(shí)需要造塊，該工序繁瑣且耗能耗水，經(jīng)濟(jì)性差。

墨西哥的HyL法是唯一的工業(yè)化反應(yīng)罐法，其具體的工作過程如下：爐料在反應(yīng)罐中固定不動(dòng)，通入熱還原煤氣依次進(jìn)行預(yù)熱、還原和冷卻，最后定期停氣，把爐料排出罐外。此外，為了克服常規(guī)的固定床還原煤氣利用不良的缺點(diǎn)，HyL法采用了4個(gè)反應(yīng)罐串聯(lián)操作，還原煤氣用天然氣制造，先在換熱式轉(zhuǎn)化爐中不充分轉(zhuǎn)化，并且經(jīng)過每一個(gè)反應(yīng)罐反應(yīng)后都進(jìn)行脫水、二次轉(zhuǎn)化和提溫，煤氣在1100℃的高溫下進(jìn)行還原；而且，在停止通氣下，HyL法使用排料桿強(qiáng)制排料。因此，該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：不怕爐料粘結(jié)，操作溫度較高，雖系間斷作業(yè)，生產(chǎn)率并不低。但是，該方法仍存在以下缺點(diǎn)：煤氣利用差，熱耗大，產(chǎn)品質(zhì)量不均。

流態(tài)化法是在流化床中用煤氣還原鐵礦粉的方法。在流態(tài)化法還原中，具體的工作過程如下：細(xì)粒礦石料層被穿過的氣流流態(tài)化并依次被加熱、還原和冷卻，得到還原產(chǎn)品冷卻后壓塊保存；其中，煤氣除用作還原劑及熱載體外，還用作散料層的流化介質(zhì)。因此，該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：流態(tài)化還原有直接使用礦粉省去造塊的優(yōu)點(diǎn)，并且由于礦石粒度小而能加速還原。但是，該方法仍存在以下缺點(diǎn)：細(xì)粒礦粉甚易粘結(jié)，一般在600-700℃不高的溫度下操作，不僅還原速度不大，而且極易促成CO的析碳反應(yīng)；碳素沉析過多，則妨礙正常操作。因此，如何設(shè)計(jì)出一種降低能耗、提高還原氣利用率的礦粉快速還原反應(yīng)系統(tǒng)，成為目前亟需解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述難題，本發(fā)明提供了一種礦粉快速還原反應(yīng)系統(tǒng)，針對(duì)粉狀礦石生產(chǎn)直接還原鐵；還原后的還原尾氣經(jīng)過洗滌除塵冷卻、氣體壓縮、脫碳處理后，得到未反應(yīng)的還原氣，然后送入還原氣儲(chǔ)罐與還原氣混合后進(jìn)行儲(chǔ)存，用于再次通入反應(yīng)器中進(jìn)行還原處理，由此，實(shí)現(xiàn)了還原尾氣的循環(huán)再利用，避免浪費(fèi)未反應(yīng)的還原性氣體，減少還原尾氣的排放量，更綠色環(huán)保；還原氣進(jìn)氣系統(tǒng)分為兩股還原氣分別進(jìn)入反應(yīng)器的冷卻段和還原段，其中，進(jìn)入冷卻段的還原氣與還原產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)逆向熱交換，有效提高系統(tǒng)熱利用率，同時(shí)降低還原產(chǎn)物被氧化的風(fēng)險(xiǎn)；進(jìn)入還原段的熱態(tài)還原氣使得反應(yīng)器內(nèi)部氣體分布更加均勻，同時(shí)也補(bǔ)充了向上運(yùn)動(dòng)的還原氣量；還原氣進(jìn)氣系統(tǒng)分為兩股還原氣分別進(jìn)行預(yù)加熱處理后得到熱態(tài)還原氣進(jìn)入反應(yīng)器的還原段，可以直接與尚未反應(yīng)完全的礦粉繼續(xù)發(fā)生還原反應(yīng)，有利于提高還原產(chǎn)物中的金屬化率，增強(qiáng)還原效果。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：