[發明專利]一種電-氫冶金極短流程制備高純鐵水的系統及方法

有效

• 申請號: 202111296395.0
• 申請日: 2021-11-03
• 公開（公告）號: CN114107592B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 張俊;沈朋飛;周和敏;王鋒;何鵬;徐洪軍
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院;鋼研晟華科技股份有限公司
• 主分類號: C21B13/14
• 分類號: C21B13/14;C21C1/02
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所有限公司 11386
• 代理人: 吳利芳

本發明涉及一種電?氫冶金極短流程制備高純鐵水的系統及方法，屬于高純鐵水制備技術領域，解決了現有高純鐵水冶煉時，冶煉流程長且耗能高的技術問題。該電?氫冶金極短流程制備高純鐵水的系統包括真空感應單元、氬氣噴吹單元、氫氣噴吹單元、配料單元和配料噴吹單元；真空感應單元內從上至下依次為熔渣層、渣?鐵混合層和鐵水層；氬氣噴吹單元和氫氣噴吹單元均與第三容納層連通；配料單元通過配料噴吹單元與渣?鐵混合層連通；鐵精礦粉與石灰熔劑通過配料單元配料后經配料噴吹單元進入渣?鐵混合層中。本發明提高了鐵精礦粉的還原速率，縮短了鐵精礦粉的冶煉流程和降低了冶煉能耗。

技術領域

本發明涉及鐵精礦粉的還原與冶煉技術領域，尤其涉及一種電-氫冶金極短流程制備高純鐵水的系統及方法。

背景技術

鋼鐵行業作為國民經濟的基礎行業，肩負著國家基礎材料生產的重任。我國90％的粗鋼通過“鐵礦石—燒結(或球團礦)—高爐煉鐵—煉鋼”長流程進行生產，能耗高、污染嚴重，2020年我國CO₂排放量超過120億噸，鋼鐵行業CO₂排放量占到全國的15％，達到18億噸，煉鐵過程CO₂排放占整個鋼鐵生產流程的73.1％，超過13億噸。因此，鋼鐵行業特別是煉鐵領域綠色化轉型勢在必行。

非高爐煉鐵可以避免焦炭的使用，省去了煉焦環節，特別是以氣基豎爐直接還原為基礎的氫冶金大幅降低了有害氣體的排放量，目前得到迅猛發展。但是，氣基豎爐還原必須以優質的氧化球團或塊礦為原料，在我國優質塊礦缺乏、進口塊礦價格過高的情況下，只能通過選礦、造球、氧化焙燒等一系列工序制備氧化球團，工藝流程較長且能耗較高。另外，還原氣必須加熱至較高溫度提供豎爐還原所需的熱量，還原氣加熱過程的安全問題，如富氫氣體加熱過程的析碳問題，純氫加熱過程的氫腐蝕問題一直無法解決。因此，盡管氣基豎爐直接還原工藝對比傳統煉鐵-煉鋼流程具有一定的優越性，但遠沒有達到最優化。

一步法熔融還原可以直接利用鐵精礦粉，并且還原與熔煉同步完成，極大地縮短了工藝流程，理論上比氣基直接還原更具優越性，但是，熔融還原面臨的問題，包括氣相空間溫度高對爐頂耐材沖刷嚴重、氣相空間對熔池傳熱效率低等問題難以克服，給穩定生產帶來一定的影響。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種電-氫冶金極短流程制備高純鐵水的系統及方法，用以解決現有高純鐵水冶煉時，冶煉流程長且耗能高的技術問題。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

一方面，本發明提供了一種電-氫冶金極短流程制備高純鐵水的系統，包括真空感應單元、氬氣噴吹單元、氫氣噴吹單元、配料單元和配料噴吹單元；

所述真空感應單元內從上至下依次設有相互連通的第一容納層、第二容納層和第三容納層；所述第一容納層內為熔渣層；所述第二容納層內為渣-鐵混合層，所述第三容納層內為鐵水層；

所述氬氣噴吹單元和氫氣噴吹單元均與第三容納層連通；所述配料單元通過配料噴吹單元與第二容納層連通；

鐵精礦粉與石灰熔劑通過配料單元配料后經配料噴吹單元進入所述第二容納層中。

在一種可能的設計中，所述渣-鐵混合層包括金屬鐵預還原區和氫氣還原區；所述金屬鐵預還原區設于氫氣還原區的上方。

在一種可能的設計中，所述真空感應單元為真空感應爐，所述真空感應爐以電為熱源，并以內加熱的方式為爐內物料提供熱量。

在一種可能的設計中，所述第三容納層底部設有出鐵口，所述出鐵口用于排出高純鐵水。

在一種可能的設計中，所述系統還包括還原煙氣處理單元；所述還原煙氣處理單元的一端與真空感應單元的頂部連通，另一端與氫氣噴吹單元連通；所述還原煙氣處理單元用于處理真空感應爐產生的還原煙氣。