CN115522009A - 纯氢等离子体熔融还原炼铁方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纯氢等离子体熔融还原炼铁方法，包括以下步骤：S1，将铁矿石装入熔融炉中，并排走熔融炉中的空气；S2，以氮气或惰性气体为起弧介质并启动等离子炬，通过等离子炬产生的高温氮气或惰性气体等离子体焰流从熔融炉的下侧部输入熔融炉内，将熔融炉内的温度加热至400‑550℃；S3，逐步增加输入到等离子炬的纯H2气流量，并逐步减小氮气或惰性气体输入量，利用氮气或惰性气体的易电离特性使高温焰流保持稳定，待H2气流量平稳，能稳定电离、形成稳定电弧后，完全切换成H2为工作气体，利用离子炬产生的高温H2等离子体焰流加热、还原铁矿石并形成铁水。本发明的方法对于排放尾气为纯H2O蒸汽，减少了温室气体CO2的排放量。
Description
技术领域
本发明涉及炼铁技术领域，具体涉及一种纯氢等离子体熔融还原炼铁方法。
背景技术
目前钢铁行业仍作为能源聚集行业，是碳排放大户，实现冶金过程的温室气体减排和改进现有冶金工艺已经刻不容缓，因此传统采用C还原的方法已受到限制。
目前改变这一现状的技术有等离子冶炼，但其工作气体均为惰性气体或惰性与H2的混合气体，对于目前冶炼所采用的工作气体来说，无论采用哪一种，惰性气体都在持续地进行消耗，以及惰性气体持续排放，虽然惰性气体本身的反应性很低，没有危险性，但是冶炼过程中排放大量的惰性聚集起来，会使周围的氧含量减少，从而使人窒息，因此，对于冶炼的工作环境来说，持续排放的惰性气体对冶炼炉周围的工作人员会形成安全隐患，并且冶炼炉周围又是高温状态，工作人员一旦进入，在没有相应防护措施下，很容易窒息。
另外，现有技术中，还有采用惰性气体与氢气混合后对矿石进行还原的，这种方式由于使用的矿石为粉末的状态，需从熔炼炉的顶部同时输气体和矿石粉，矿石粉与高温的火焰接触实现还原，这种方式不但效率低，而且混合气体的用量大，另外，上述的炼铁方法使铁含量限制在95％以内。
发明内容
本发明提供一种纯氢等离子体熔融还原炼铁方法，本发明的方法对于排放尾气为纯H2O 蒸汽，减少了温室气体CO2的排放量、高价惰性气体消耗。
纯氢等离子体熔融还原炼铁方法，包括以下步骤：
S1，将铁矿石装入熔融炉中，并排走熔融炉中的空气；
S2，以氮气或惰性气体为起弧介质并启动等离子炬，通过等离子炬产生的高温氮气或惰性气体等离子体焰流从熔融炉的下侧部输入熔融炉内，将熔融炉内的温度加热至400-550℃；
S3，逐步增加输入到等离子炬的纯H2气流量，并逐步减小氮气或惰性气体输入量，利用氮气或惰性气体的易电离特性使高温焰流保持稳定，待H2气流量平稳，能稳定电离、形成稳定电弧后，完全切换成H2为工作气体，利用离子炬产生的高温H2等离子体焰流加热、还原铁矿石并形成铁水。
进一步地，步骤S1中，铁矿石的体积为熔融炉体积的50-75％。
进一步地，步骤S1中，将氮气或惰性气体通过等离子炬持续地送入熔融炉中后排走熔融炉中的空气。
进一步地，步骤S2中，熔融炉内的温度加热至480℃。
进一步地，步骤S3中，熔融炉内的铁矿石加热至熔融状后，调节H2气流量和离子炬的功率，使熔融炉内的温度保持在1550-1650℃。
进一步地，H2气流量平稳后，等离子炬的功率65-70KW，H2的气流量为500-650L/min。
本发明利用等离子炬能瞬时产生能量聚集且具有优异导电性、导热性等离子体的特性，通过等离子炬将高温绿色纯H2等离子体焰流由熔融炉下侧部送入其中，将铁矿石加热的同时又与作为还原剂与铁矿石发生还原反应，最终生成熔融态的金属铁水待后续处理。本技术改变了传统炼铁以碳或含碳还原剂现状，实现了以绿电及绿色纯H2等离子体炼铁，排放尾气为纯H2O蒸汽，减少了温室气体CO2的排放量、高价惰性气体消耗等。
附图说明
图1为纯氢等离子体熔融还原炼铁设备的结构示意图。
具体实施方式
如图1所述，纯氢等离子体熔融还原炼铁设备，包括熔融炉1、等离子炬2、冷却系统3、供气系统4、炉底板5，炉底板5安装在熔融炉1内的底部后，在炉底板5与熔融炉1的底部之间形成用于容纳铁水及熔渣的分离池6，所述炉底板5上设有若干的通孔7，这些通孔7供铁水穿过后并到达分离池6内，同时，一部分熔渣也会穿过通孔进入到分离池6内，熔渣与铁水在分离池6内分离，在熔融炉1的下侧部(侧壁的下部)设有用于安装等离子炬2的套筒2a，所述等离子炬2与套筒2a连接，由等离子炬2产生的等离子体焰流从熔融炉1的下侧部输入到熔融炉1的内部。等离子炬2工作时产生高温，因此，采用冷却系统3与等离子炬2连接，通过冷却系统3对工作中的等离子炬2进行冷却。等离子炬2上设有进入端口，供气系统4与进入端口连接，本实施例中，进入端口为两个，其中一个用于接收纯氢气，另一个用于接收氮气或者惰性气体。
实施例1
如图1所示，本发明的纯氢等离子体熔融还原炼铁方法，包括以下过程：
S1，将铁矿石装入熔融炉1中，打开制氮系统，将氮气通过等离子炬送入熔融炉中，排空其中空气。
S2，接通电源、冷却系统，以氮气为起弧介质并启动等离子炬2，利用等离子炬2产生的高温氮气等离子体焰流(焰流在3000℃以上)，将融炉内1温度加热至480℃，同时该温度为纯H2炼铁过程中还原反应不能充分进行阶段，由于纯H2起弧困难，因此，后续当融炉内1温度加热至480℃时，利用氮气起弧并逐步切换为纯H2，确保离子炬2稳定运行。由此可见，高温氮气等离子体焰流不仅有预热熔融炉1的作用，同时切换H2时，H2电离拉弧不稳定阶段N2电离起到稳定电弧的作用。
S3，逐步增加输入到等离子炬的纯H2气流量，并逐步减小氮气输入量，利用氮气的易电离特性，使混合气体形成的高温焰流保持稳定，待H2气流量平稳，能稳定电离、形成稳定电弧后，完全切换成H2为工作气体，利用离子炬产生的高温H2等离子体焰流加热、还原铁矿石并形成铁水。其中，熔融内的温度为从480℃升至1600℃。
调节H2流量和离子炬的功率，H2气流量平稳后，等离子炬的功率67KW，H2的气流量为 520L/min。使熔融炉内的温度保持在1600℃，确保还原反应稳定进行，将铁矿石充分还原为金属铁。
S4，熔融铁水及熔渣通过铁矿石缝隙及镂空熔融炉底板流入铁水、熔渣分离池，收集熔融态金属铁，进行后续加工处理。
实施例2
如图1所示，本发明的纯氢等离子体熔融还原炼铁方法，包括以下过程：
S1，将铁矿石装入熔融炉1中，打开氩气系统，将氩气通过等离子炬送入熔融炉中，排空其中空气。
S2，接通电源、冷却系统，以氩气为起弧介质启动等离子炬，利用等离子炬2对氩气电离产生的高温氩气等离子体焰流，将融炉内1温度加热至500℃，同时该温度为纯H2炼铁过程中还原反应不能充分进行阶段，由于纯H2起弧困难，因此，后续当融炉内1温度加热至500℃时，利用氩气起弧并逐步切换为纯H2，确保离子炬2稳定运行。由此可见，氩气不仅有预热熔融炉1的作用，同时切换H2时，H2电离拉弧不稳定阶段氩气电离起到稳定电弧的作用。
S3，逐步增加输入到等离子炬的纯H2气流量，并逐步减小氩气输入量，利用氩气的易电离特性，使混合气体形成的高温焰流保持稳定，待H2气流量平稳，能稳定电离、形成稳定电弧后，完全切换成H2为工作气体，利用离子炬产生的高温H2等离子体焰流加热、还原铁矿石并形成铁水，其中，熔融内的温度为1620℃。
调节H2气流量和离子炬的功率，H2气流量平稳后，等离子炬的功率68KW，H2的气流量为550L/min。使熔融炉内的温度保持在1620℃，确保还原反应稳定进行，将铁矿石充分还原为金属铁。
S4，熔融铁水及熔渣通过铁矿石缝隙及镂空熔融炉底板流入铁水、熔渣分离池，收集熔融态金属铁，进行后续加工处理。
本发明与目前高炉冶炼技术及现有的等离子炼铁技术相比，具有以下优点：
1.本发明采用纯H2为工作介质，尾气排放为无污染的H2O蒸汽；
2.在低温未能稳定、充分还原熔炼阶段，采用惰性气体为工作介质，既解决纯H2起弧难的问题，又瞬时加热了熔融炉1内温度，又避免了尾气中参杂大量H2排放到环境中，安全又不浪费气体资源；
3.纯H2高温气体焰流从熔融炉侧底部进入中，高温H2通过铁矿石缝隙向上流动，增长与铁矿石的接触时间，加大与铁矿石的接触面积，保证了还原反应持续、有效、稳定的进行；
4.以铁矿石为原材料，用等离子炬实现纯绿色规模性炼铁。
5.本发明无需将铁矿石制作成矿石粉，省去了制成矿石粉的工艺，具有节省成本的优点。
对采用上述方法进行了三组试验，并分别对每组试验的熔炼产物进行了铁含量检测，其中第一组的铁含量为97.4％，第二组的铁含量为97.2％，第三组的铁含量为97.6％，根据检测结果反映，本发明的方法得到的铁含量在97％以上，与现有技术相比，使铁含量获得了提升。
以上所述仅为说明本发明，并非用于限定本发明的保护范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下做出的等同变化与修改，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.纯氢等离子体熔融还原炼铁方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将铁矿石装入熔融炉中，并排走熔融炉中的空气；
S2，以氮气或惰性气体为起弧介质并启动等离子炬，通过等离子炬产生的高温氮气或惰性气体等离子体焰流从熔融炉的下侧部输入熔融炉内，将熔融炉内的温度加热至400-550℃；
S3，逐步增加输入到等离子炬的纯H2气流量，并逐步减小氮气或惰性气体输入量，利用氮气或惰性气体的易电离特性使高温焰流保持稳定，待H2气流量平稳，能稳定电离、形成稳定电弧后，完全切换成H2为工作气体，利用离子炬产生的高温H2等离子体焰流加热、还原铁矿石并形成铁水。
2.根据权利要求1所述的纯氢等离子体熔融还原炼铁方法，其特征在于，步骤S1中，铁矿石的体积为熔融炉体积的50-75％。
3.根据权利要求1所述的纯氢等离子体熔融还原炼铁方法，其特征在于，步骤S1中，将氮气或惰性气体通过等离子炬持续地送入熔融炉中后排走熔融炉中的空气。
4.根据权利要求1所述的纯氢等离子体熔融还原炼铁方法，其特征在于，步骤S2中，熔融炉内的温度加热至480℃。
5.根据权利要求1所述的纯氢等离子体熔融还原炼铁方法，其特征在于，步骤S3中，熔融炉内的铁矿石加热至熔融状后，调节H2流量和离子炬的功率，使熔融炉内的温度保持在1550-1650℃。
6.根据权利要求1所述的纯氢等离子体熔融还原炼铁方法，其特征在于，H2气流量平稳后，等离子炬的功率65-70KW，H2的气流量为500-650L/min。
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| EP1275739A2 (de) * | 2001-07-13 | 2003-01-15 | Voest-Alpine Industrieanlagenbau GmbH & Co. | Verfahren und Anlage zur Metallerzeugung, vorzugsweise zur Stahlerzeugung, aus feink-rnigem Metalloxid |
| CN1583548A (zh) * | 2003-08-18 | 2005-02-23 | 张芬红 | 制备钠米氮化铝陶瓷粉体的方法 |
| CN106011357A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-10-12 | 航天神洁（北京）环保科技有限公司 | 氢等离子体熔融还原炼铁方法和系统 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1237115A (en) * | 1968-06-28 | 1971-06-30 | Inst Elektroswarki Patona | Apparatus for production of castings |
| EP1275739A2 (de) * | 2001-07-13 | 2003-01-15 | Voest-Alpine Industrieanlagenbau GmbH & Co. | Verfahren und Anlage zur Metallerzeugung, vorzugsweise zur Stahlerzeugung, aus feink-rnigem Metalloxid |
| CN1583548A (zh) * | 2003-08-18 | 2005-02-23 | 张芬红 | 制备钠米氮化铝陶瓷粉体的方法 |
| CN106011357A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-10-12 | 航天神洁（北京）环保科技有限公司 | 氢等离子体熔融还原炼铁方法和系统 |
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