[發(fā)明專利]一種基于感應(yīng)加熱爐料的氫氣豎爐煉鐵裝置及煉鐵方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210571502.4
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN115111928A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐玨;趙子川;儲滿生;李峰;張澤棟;馮金格;郭俊;柳政根;呂煒;劉西財
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: F27D7/06
• 分類號: F27D7/06;F27D9/00;F27D11/06;F27D13/00;F27D19/00;F27D17/00;C21B13/02
• 代理公司: 北京中強智尚知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11448
• 代理人: 黃耀威

本申請公開了一種基于感應(yīng)加熱爐料的氫氣豎爐煉鐵裝置及煉鐵方法，該裝置包括：氫氣豎爐，用于承載含鐵爐料并對含鐵爐料進行還原；多個預(yù)熱料倉，每個預(yù)熱料倉下部均與氫氣豎爐的頂部連通，用于對進入氫氣豎爐內(nèi)的含鐵爐料預(yù)加熱；中頻感應(yīng)加熱裝置，設(shè)置于每個預(yù)熱料倉的外圍，用于對預(yù)熱料倉內(nèi)的含鐵爐料預(yù)加熱。通過在預(yù)熱料倉外圍設(shè)置中頻感應(yīng)加熱裝置，將預(yù)熱料倉內(nèi)的含鐵爐料加熱至預(yù)定溫度，預(yù)熱后的含鐵爐料由預(yù)熱料倉直接進入氫氣豎爐與還原氣體發(fā)生還原反應(yīng)，減少氫氣豎爐中還原氣使用量，提高煉鐵的生產(chǎn)效率，同時中頻感應(yīng)加熱裝置采用電加熱，加熱速度快，不損耗氫氣豎爐，不生成二氧化碳，保護環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及還原鐵冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于感應(yīng)加熱爐料的氫氣豎爐煉鐵裝置及煉鐵方法。

背景技術(shù)

在鋼鐵行業(yè)全流程中，目前90％以上仍以高爐-轉(zhuǎn)爐長流程為主，其碳排放強度高，而煉鐵環(huán)節(jié)更是占到了總體碳排放的80％以上，因此在煉鐵環(huán)節(jié)開發(fā)應(yīng)用低碳技術(shù)對鋼鐵行業(yè)碳減排具有重要意義。而目前氫冶金工藝以應(yīng)用氫能源為主，還原尾氣主要為H₂O，碳排放少，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品純凈品質(zhì)好，可有效促進鋼鐵行業(yè)碳減排。

一般意義上的氫冶金，指的是入爐還原氣含氫量大于55％(H₂/CO大于1.5)條件下還原鐵礦石、球團礦生產(chǎn)直接還原鐵(DRI)的氣基豎爐直接還原工藝，屬于短流程工藝，國外已有廣泛應(yīng)用，國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)也已開始建設(shè)規(guī)劃。目前世界上主流應(yīng)用的氫冶金直接還原煉鐵工藝有 MIDREX、HYL-Ⅲ、PERED等。但目前氫冶金直接還原生產(chǎn)過程中，富氫還原氣除了承擔(dān)還原作用，還需要為豎爐補熱，生產(chǎn)一噸直接還原鐵通常需要 1800m³的富氫還原氣，而H₂在還原鐵礦石時會吸收大量熱量，純氫豎爐還原的入爐氫氣量則高達2400m³/t，但目前氫氣的價格較高，使用大量氫氣會增加生產(chǎn)成本，若可以減少氫氣消耗量，提高生產(chǎn)效率，降低直接還原鐵產(chǎn)品成本，對富氫甚至純氫豎爐的推廣應(yīng)用將提供幫助。

綜上所述，氫冶金氣基直接還原豎爐工藝存在的問題主要有氫氣需求量大、生產(chǎn)成本高，同時還原反應(yīng)過程中氫氣吸熱會降低生產(chǎn)效率，因此產(chǎn)生了新的氫氣豎爐煉鐵裝置，以提高含鐵爐料溫度，提高還原生產(chǎn)效率，減少補熱煤氣消耗，降低豎爐生產(chǎn)成本。

如專利文件(CN114032347A)所述，豎爐在上部設(shè)置了預(yù)熱料倉，通過點燃高熱值氣體生成高溫?zé)煔猓ㄈ腩A(yù)熱料倉后與料倉內(nèi)固體顆粒含鐵爐料換熱來預(yù)加熱爐料至高溫，隨后通入豎爐中還原，可以有效減少豎爐還原氣使用，提高直接還原鐵產(chǎn)量及生產(chǎn)率，不需要預(yù)熱段，有效節(jié)約設(shè)備體積。

如專利文件(CN201811101506.6)所述，豎爐利用爐頂煤氣作為還原氣和滲碳氣/冷卻氣，分別向還原段與冷卻段噴吹，以對豎爐中爐料進行還原、冷卻及滲碳等操作，冷卻段輸出的被加熱的冷卻氣經(jīng)過洗滌和冷卻后可再循環(huán)利用，可有效提高豎爐的效率。

如專利文件(CN112176144A)所述，煉鐵豎爐將煉鐵原料加入豎爐中，在豎爐中段設(shè)置微波加熱裝置與高溫氫氣噴吹口，下部設(shè)置低溫氫氣噴吹口，通過兩段式氫氣噴吹來實現(xiàn)煉鐵豎爐最低極限能耗的目的。

但上述方法存在以下問題：(1)高溫?zé)煔忸A(yù)加熱爐料時會產(chǎn)生大量 CO₂，同時會損耗設(shè)備，增加維修頻率；(2)豎爐內(nèi)部設(shè)置機械設(shè)備容易增大設(shè)備損耗，同時維修難度較大，易氫氣泄露導(dǎo)致安全事故；(3)多段噴吹無法有效減少豎爐中還原氣的用量。

因此，當(dāng)前亟需一種能夠減少環(huán)境污染，不損耗設(shè)備、降低產(chǎn)品成本、提高生產(chǎn)率的氫氣還原煉鐵工藝。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于感應(yīng)加熱爐料的氫氣豎爐煉鐵裝置及煉鐵方法，主要目的在于解決目前氫氣還原煉鐵采用高溫?zé)煔忸A(yù)加熱爐料時生成大量CO₂，造成環(huán)境污染和設(shè)備損耗的問題。