[發明專利]一種電能全氫閃速還原直接煉鋼系統及工藝

有效

• 申請號: 201910812334.1
• 申請日: 2019-08-30
• 公開（公告）號: CN110423854B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 李明明;楊星;李琳;鄒宗樹;邵磊;李強
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C21B13/12
• 分類號: C21B13/12;C21B13/14
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 徐笑陽

一種電能全氫閃速還原直接煉鋼系統及工藝，所述系統包括電解水制氫裝置、旋風閃速還原爐、電熱熔分爐，以及尾氣后處理設備，其工藝為：水電解制取還原氣氫氣和氧氣，氧氣與煉鋼粉料噴入旋風閃速還原爐，同時下部噴吹氫氣，氣固兩相在旋風爐內逆流運動過程中500～1500℃下發生還原反應，得到金屬化率80％的預還原鐵粉/鐵滴，進入電熱熔分爐熔分，底吹氫氣攪拌并熔融終還原，進行連續煉鋼，還原及熔煉尾氣預熱/預還原粉料并除塵凈化，凈化尾氣預熱氧氣并冷凝分離，氫氣返回旋風閃速還原爐，冷凝水返回電解水制氫；該工藝完全利用電能進行冶煉，不依賴化石燃料，完全使用氫氣作還原劑，過程無污染物排放，實現了原料的高效、循環利用，以及清潔冶煉。

技術領域

本發明涉及冶金技術領域，特別涉及一種電能全氫閃速還原直接煉鋼系統及工藝。

背景技術

燒結→高爐→轉爐是目前粗鋼生產的主要流程，該流程集燒結(或球團)、煉焦、高爐煉鐵和轉爐煉鋼四個工藝環節，具有生產流程長、能耗高、強烈依賴化石燃料資源而對環境污染嚴重等缺點。在當前全球環境污染和資源、能源短缺問題愈演愈烈之際，實行節能減排、推行清潔生產已成為全球鋼鐵工業持續發展的必由之路。

針對傳統高爐煉鐵流程高污染、高能耗問題，熔融還原煉鐵技術因可降低對造塊、燒結、煉焦等高污染、高耗能工序的依賴，近年來得以發展，成為鋼鐵工業實現節能減排和清潔生產的重要技術途徑，如COREX、FINEX和HIsarna等工藝。COREX法采用上部預還原豎爐進行鐵礦預還原，得到金屬化率為70％～90％的金屬化球團(DRI)，然后將DRI送入下部熔化氣化爐進行終還原。該工藝生產過程中仍需依靠塊礦、球團礦、燒結礦和部分焦炭來維持爐況順行。FINEX工藝以粉礦為原料，采用多級流化態反應器完成鐵礦預還原，獲得金屬化率為90％左右的還原鐵粉，還原鐵粉和粉煤經熱壓塊后作為爐料加入熔化氣化爐進行熔融終還原。HIsarna工藝以粉礦為主要原料，采用旋風熔化爐對粉礦進行閃速熔煉，粉礦、熔劑、煤粉以氧氣為載體沿爐體切線方向噴吹到旋風熔化爐內，粉礦在運動過程中被還原熔化，進而沿著爐壁流淌、滴落到熔融還原爐內進行終還原。

專利CN101117650A提出熔融還原快速預還原細微鐵礦粉的方法，將微米級鐵礦粉在輸送式反應器或快速流化床中580～750℃下預還原，預還原率為70％～85％的鐵料經壓塊或噴粉導入熔融氣化爐中進行終還原。專利CN102586527A提出一種氫碳熔融還原煉鐵新工藝，鐵礦粉經預熱還原后，采用氫氣和煤粉進行熔融還原。專利CN101906501A、CN101260448A、CN108374067A提出用粉礦和煤氧直接煉鋼的工藝，鐵礦粉經預還原后，與煤粉、氧氣噴入煉鋼爐內進行煉鋼。

綜上所述，現階段熔融還原煉鐵/直接煉鋼方法可在一定程度上實現鋼鐵生產的減排目標，然而其冶煉過程仍依賴煤基還原劑，還原過程溫室氣體和污染物排放量大，而且生產過程所需能源來源于化石燃料等不可再生資源，無法有效解決鋼鐵生產過程的能源消耗問題。

2011年，德國聯邦政府通過了第六能源研究計劃-《面向環保、可靠和廉價的能源供應研究》，該研究正完美契合了冶金過程的能源消耗問題。在新興能源的研究中，電能被放在了首要位置。電能的廣泛應用可以在煉鐵中很容易找到作為還原劑的碳的代替物質，即氫氣。氫氣可以通過電解水制備，而且還原鐵氧化物后的產物是水，可以循環使用。目前，中核集團與清華大學、寶鋼集團等相關單位，聯合開展了核能制氫和氫能冶金結合的合作，而且“支持核能制氫與綠色冶金列入國家科技重大專項的建議”提案已經被提交。因此可以預見，在未來的發展中，電能氫冶金技術是實現鋼鐵工業清潔生產的重要技術途徑，對冶金技術改革無疑是一種強有力的推動。

發明內容

本發明的技術任務是針對以上現有技術的不足，而提供一種電能全氫閃速還原直接煉鋼系統及工藝。

本發明一方面提供一種電能全氫閃速還原直接煉鋼系統，該系統包括：電解水制氫裝置、旋風閃速還原爐、電熱熔分爐，以及尾氣后處理設備，所述尾氣后處理設備包括依次管道連接的預熱/預還原裝置、除塵凈化裝置及換熱器；