[發明專利]鐵的生產

在審

• 申請號: 201780076400.2
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN110062812A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 邁克爾·巴克利
• 申請（專利權）人: 技術資源有限公司
• 主分類號: C21B13/00
• 分類號: C21B13/00;C21B15/00;C22B5/00;H05B6/64
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 蔡利芳;鄭霞

公開了一種用于直接還原呈固態的鐵礦石的工藝。該工藝在缺氧條件下用生物質作為還原劑并用電磁能作為熱源來操作。

發明領域

本發明涉及鐵礦石的還原以生產鐵。

發明背景

直接還原鐵(DRI)工藝是高爐工藝的替代煉鐵路線。在DRI工藝中，氧化鐵礦物諸如赤鐵礦、針鐵礦和磁鐵礦在低于鐵的熔點的溫度以其固態被還原，這與其中形成液態鐵的高爐工藝不同。

DRI工藝典型地通過與還原劑通常是H₂和CO的相互作用在800℃和1050℃之間進行。這些還原性氣體源自天然氣或煤，其中全球DRI工廠的超過80％的產能使用天然氣(例如MIDREX和HYL工廠)。由于所需的高的氣體溫度和吞吐量，DRI工廠需要大型加壓反應器工程，典型地是軸式反應器(shaft reactor)、流化床反應器或回轉窯。

用于許多現有DRI工藝的原料要求是嚴格的，其中取決于可用性和礦石適用性，系統典型地需要呈粒料(pellet)或硬天然塊形式的進料，這意味著在還原工藝之前需要大量的材料修整(dressing)。大型工廠占地面積、高度和復雜性導致高資本支出以及顯著的操作成本和維護成本，其中用于基于天然氣的工藝的典型能量消耗為每公噸DRI在10GJ和11GJ之間。

鋼鐵工業是最大的能源使用者之一，消耗總的世界能源的約7％。到2050年，全球對于鋼鐵的需求預期將增加50％，同時必須減少溫室氣體排放，以滿足嚴格的氣候變化目標。

在缺乏用于捕獲和儲存排放的CO₂的有效方法的情況下，對于本行業來說，減少能源使用，提高可持續性，以及改善操作的靈活性和可擴展性是重要的。

上述討論不應被視為承認澳大利亞或其他地方的公知常識。

發明概述

本發明是用于在缺氧條件下用生物質作為還原劑并用電磁能作為能源來直接還原呈固態的鐵礦石的工藝。

本發明基于以下認識：使用生物質作為還原劑并且使用電磁能作為能量源為有效且高效生產金屬鐵提供了機會。

本發明的工藝的益處基于電磁能對材料進行體積加熱的能力。例如，在高于約400-600℃，氧化鐵諸如赤鐵礦和針鐵礦，以及生物質強烈地吸收呈微波能量的形式的電磁能。本申請人已經認識到，由于能量的吸收，可以在礦石中和在生物質中直接產生熱量，以使得可以將鐵礦石還原成高水平的金屬化。本申請人已經認識到，這種機會特別適用于當礦石和生物質處于緊密接觸時例如以混合物的形式時或以壓塊的形式團聚在一起時。在本發明的情況下，傳統加工的熱傳遞限制可以被最小化，導致顯著提高的加熱速率。顯著縮短的加熱時間導致更快的反應時間，并且使得與用于常規DRI工藝諸如Midrex的爐子尺寸(可以大于130米高)相比，可以使爐子尺寸顯著減小，并且允許建造水平爐子，同時消除了加熱大量氣體體積的必要性。由于吸收電磁能到允許鐵礦石還原成高水平的金屬化的程度，在礦石和生物質內直接產生熱量的能力意味著沒有必要由天然氣的燃燒產生熱量。這提供了消除對造粒化至DRI工藝所需的程度的需求并且增加工藝控制的機會。這些因素一起提供了減少CAPEX同時改善可操作性和可維護性的機會。

除了上述外，并且潛在地，本發明的最顯著的益處是，用生物質作為還原劑替代天然氣和煤還提供了減少用于煉鋼操作的凈CO₂排放以及減少對化石燃料的依賴的機會。

該工藝可以包括將鐵礦石和生物質暴露于電磁能，其中鐵礦石和生物質在缺氧條件下接觸，并且電磁能在鐵礦石內產生熱量，并且其中生物質用作還原劑并還原固態的鐵礦石。

該工藝可以包括在鐵礦石內和在生物質內產生熱量的電磁能。

該工藝可以包括控制操作條件，使得鐵礦石被加熱到在一定范圍內的溫度，在該溫度，存在鐵礦石的金屬化。