专利名称：气基还原竖炉生产直接还原铁的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种气基还原竖炉生产直接还原铁的方法及装置。
背景技术：
直接还原铁是由铁矿在固态条件下直接还原为铁，具有成分稳定、有害杂质低、粒度均勻等诸多优点，可以用来作为冶炼优质钢、特殊钢的纯净原料，也可作为铸造、铁合金、 粉末冶金等工艺的含铁原料。目前，世界上75%以上的直接还原铁采用气基竖炉法生产，其典型工艺有MIDREX 法和HYL/Energiron法。虽然近几年直接还原铁的热装热送技术得到了发展，但其仅适用于直接还原铁厂与电炉厂距离很近的综合钢铁企业，绝大部分企业生产的直接还原铁需长途运输和长时间的储存。若热态直接还原铁排出竖炉，其遇空气则发生强氧化而自燃。因此，为了保证直接还原铁的质量，需在竖炉下部的冷却段将直接还原铁冷却至常温(<50°C ) 后再排出。竖炉主要由还原段和冷却段组成，还原煤气全部通过管式加热炉、部分氧化炉预热到850°C温度，通过竖炉围管进入竖炉还原段，完成与矿石的还原反应；竖炉冷却段外设洗涤塔、加压机小循环设备来完成直接还原铁的冷却，冷却剂主要为循环冷煤气，并掺入室温的天燃气，循环冷煤气与天然气混合加压后，由竖炉冷却段下部进入竖炉，与竖炉内的热态直接还原铁进行热交换，并进行部分渗碳反应，由竖炉冷却段上部的气体收集装置将吸收了直接还原铁热量的冷却气排出，该冷却气经过洗涤、冷却后再与补充的天燃气混合加压，进入竖炉冷却段下部，在竖炉的冷却段形成一个自身小循环。现有技术一般是单独使用煤制还原气生产直接还原铁，或单独使用焦炉煤气生产直接还原铁，或使用其他气体作为还原气体，因此，煤气化设备规模大，能耗高，不能灵活适应钢铁厂能源配备。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种气基还原竖炉生产直接还原铁的方法及装置，以减小煤气化设备规模，适应钢铁厂能源配备。本发明公开了一种气基还原竖炉生产直接还原铁的方法，将焦炉煤气分离为氢气和林德气，所述氢气与煤制还原气混合后加热成为热还原气，所述热还原气进入竖炉还原段参与还原反应，所述林德气从竖炉冷却段底部进入竖炉后与直接还原铁充分接触换热。进一步，所述林德气从竖炉冷却段底部进入竖炉后向上流动，然后在竖炉还原段内与热还原气混合；
进一步，所述氢气和煤制还原气与脱除了 (X)2的竖炉炉顶煤气混合，然后加热成为热还原气；
进一步，所述林德气进入竖炉前，先与煤制还原气、竖炉炉顶煤气、脱除了 (X)2的竖炉炉顶煤气和蒸汽中的一种或几种气体混合；
进一步，所述煤制还原气与焦炉煤气的用量体积比为3:广4:1 ； 进一步，所述热还原气从竖炉中部的围管进入竖炉还原段。本发明还公开了一种实施上述气基还原竖炉生产直接还原铁的方法的装置，包括竖炉、焦炉煤气气源、煤气化装置、焦炉煤气提氢装置和气体加热装置，所述焦炉煤气气源与焦炉煤气提氢装置连通，所述焦炉煤气提氢装置的氢气出口与煤气化装置的煤制还原气出口汇合后与气体加热装置的冷还原气入口连通，所述气体加热装置的热还原气出口与竖炉还原段连通，所述焦炉煤气提氢装置的林德气出口与竖炉冷却段底部连通。进一步，还包括气体净化装置、气体加压装置和脱除(X)2装置，所述竖炉的炉顶煤气出口与气体净化装置、气体加压装置和脱除(X)2装置依次连通，所述焦炉煤气提氢装置的氢气出口还与脱除(X)2装置的脱碳气出口连通；
进一步，所述焦炉煤气提氢装置的林德气出口还与煤气化装置的煤制还原气出口、气体加压装置的加压气出口、脱除(X)2装置的脱碳气出口和蒸汽管道分别连通。本发明的有益效果在于
1)本发明采用煤制还原气和焦炉煤气结合供给竖炉生产直接还原铁，首先将焦炉煤气分离为氢气和林德气，氢气混合煤制还原气作为还原气还原铁矿石，林德气作为冷却气冷却直接还原铁，因此，可采用不同规模的煤气化装置和焦炉煤气供应装置灵活配置，降低了煤气化装置规模，并将焦炉煤气有效利用起来，随着竖炉大型化，使用更小的煤气化装置就能满足竖炉生产需要；
2)林德气从竖炉冷却段底部进入竖炉，可到达竖炉炉料轴向中心，其向上流动过程中与直接还原铁充分换热，即完成对直接还原铁的冷却、渗碳后，与通过竖炉围管进入竖炉的热还原气在竖炉还原段内混合，保证了竖炉内轴向煤气流均勻分布，并共同还原铁矿石；本发明取消了一般竖炉冷却段的小循环，不但节省了设备与投资，还将直接还原铁的热量带到还原段，节省了系统还原气的加热负荷；
3)本发明将焦炉煤气分离后使用，氢气进入还原气可提高进入竖炉还原气的H2/C0比例，提高还原气的还原性能；林德气冷却直接还原铁，同时显著增加直接还原铁渗碳量从而提高直接还原铁碳含量，降低了后续炼钢过程中的能量消耗，并帮助成品直接还原铁抵抗空气的氧化，并且林德气反应生成氢气，这部分氢气可作为还原气的一部分，与热还原气在竖炉还原段内混合后，共同还原铁矿石；
4)本发明将脱除了(X)2的竖炉炉顶煤气混入还原气循环使用，林德气与煤制还原气、竖炉炉顶煤气、脱除了 ω2的竖炉炉顶煤气或蒸汽混合使用，使得竖炉的炉顶煤气均被循环利用，充分利用了煤气，并且可根据焦炉煤气供应量和操作工况灵活调整。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图1为本发明的发明原理示意图； 图2为本发明实施例1的工艺流程图； 图3为本发明实施例2的工艺流程图。
具体实施例方式以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。图1为本发明的发明原理示意图，如图所示，本发明的气基还原竖炉生产直接还原铁的方法，将焦炉煤气分离为氢气和林德气(将氢气从焦炉煤气中分离，剩余的煤气以烃类为主的称作林德气)，所述氢气与煤制还原气混合后加热成为热还原气，所述热还原气进入竖炉8还原段参与还原反应，所述林德气从竖炉8冷却段底部进入竖炉8后与直接还原铁充分接触换热。作为本发明的进一步改进，所述林德气从竖炉8冷却段底部进入竖炉8后向上流动，然后在竖炉8还原段内与热还原气混合；本发明取消了一般竖炉冷却段的小循环，林德气从竖炉冷却段底部进入竖炉，可到达竖炉炉料轴向中心，其向上流动过程中与直接还原铁充分换热，即完成对直接还原铁的冷却、渗碳后，与通过竖炉围管进入竖炉的热还原气在竖炉还原段内混合，保证了竖炉内轴向煤气流均勻分布，并共同还原铁矿石。作为本发明的进一步改进，所述氢气和煤制还原气与脱除了(X)2的竖炉炉顶煤气混合，然后加热成为热还原气；将脱除了(X)2的竖炉炉顶煤气混入还原气循环使用，使得竖炉的炉顶煤气被循环利用，充分利用了煤气，降低了对氢气和煤制还原气的需求量。作为本发明的进一步改进，所述林德气进入竖炉8前，先与煤制还原气、竖炉炉顶煤气、脱除了 (X)2的竖炉炉顶煤气和蒸汽中的一种或几种气体混合；使得竖炉的炉顶煤气均被循环利用，充分利用了煤气，并且可根据焦炉煤气供应量和操作工况灵活调整。本发明中，所述热还原气从竖炉8中部的围管进入竖炉8还原段，所述煤制还原气与焦炉煤气的用量体积比可随焦炉煤气量的多少而变化，优选的体积比范围为3:广4:1。图2为本发明实施例1的工艺流程图，如图所示，实施例1为一种实施上述气基还原竖炉生产直接还原铁的方法的装置，包括竖炉8、焦炉煤气气源1、煤气化装置2、焦炉煤气提氢装置3和气体加热装置7，所述焦炉煤气气源1与焦炉煤气提氢装置3连通，所述焦炉煤气提氢装置3的氢气出口与煤气化装置2的煤制还原气出口汇合后与气体加热装置7 的冷还原气入口连通，所述气体加热装置7的热还原气出口与竖炉8还原段连通，所述焦炉煤气提氢装置3的林德气出口与竖炉8冷却段底部连通。本实施例中，还包括气体净化装置4、气体加压装置5和脱除(X)2装置6，所述竖炉 8的炉顶煤气出口与气体净化装置4、气体加压装置5和脱除(X)2装置6依次连通，所述焦炉煤气提氢装置3的氢气出口还与脱除(X)2装置6的脱碳气出口连通；将脱除了 (X)2的竖炉炉顶煤气混入还原气循环使用，使得竖炉的炉顶煤气被循环利用，充分利用了煤气，降低了对氢气和煤制还原气的需求量。本实施例中，所述焦炉煤气提氢装置3的林德气出口还与气体加压装置5的加压气出口、脱除(X)2装置6的脱碳气出口和蒸汽管道分别连通；林德气进入竖炉8前，先竖炉炉顶煤气、脱除了(X)2的竖炉炉顶煤气和蒸汽等气体混合。当然，所述焦炉煤气提氢装置3 的林德气出口还可以与煤气化装置2的煤制还原气出口连通，使林德气进入竖炉8前，还混入煤制还原气。本实施例中，生产直接还原铁的方法为
从焦炉煤气气源1引焦炉煤气至焦炉煤气提氢装置3处，将焦炉煤气分离成为氢气和林德气两种；用气体净化装置4清洗竖炉炉顶煤气、气体加压装置5加压和脱除(X)2装置6 脱碳后，得到脱除了 (X)2的竖炉炉顶煤气；从煤气化装置2引出的煤制还原气与氢气和脱除了(X)2的竖炉炉顶煤气混合，然后经过气体加热装置7加热成为热还原气，从竖炉8中部的围管进入竖炉8还原段，参与还原反应；来自焦炉煤气提氢装置3的林德气，与竖炉炉顶煤气、脱除了 CO2的竖炉炉顶煤气和蒸汽等气体混合后(混合比例根据焦炉煤气供应量和操作工况调整)，从竖炉8冷却段底部进入竖炉8后向上流动，其向上流动过程中与直接还原铁充分换热，即完成对直接还原铁的冷却、渗碳后，与通过竖炉围管进入竖炉8的热还原气在竖炉8还原段内混合，并共同还原铁矿石。图3为本发明实施例2的工艺流程图，如图所示，实施例2为另一种实施上述气基还原竖炉生产直接还原铁的方法的装置，实施例2与实施例1的差别仅在于所述焦炉煤气提氢装置3的氢气出口未与脱除(X)2装置6的脱碳气出口连通；氢气与煤制还原气混合作为还原气，还原气中没有混入脱除了(X)2的竖炉炉顶煤气。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种气基还原竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于将焦炉煤气分离为氢气和林德气，所述氢气与煤制还原气混合后加热成为热还原气，所述热还原气进入竖炉(8 )还原段参与还原反应，所述林德气从竖炉(8)冷却段底部进入竖炉(8)后与直接还原铁充分接触换热。
2.根据权利要求1所述的气基还原竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于所述林德气从竖炉(8)冷却段底部进入竖炉(8)后向上流动，然后在竖炉(8)还原段内与热还原气混合ο
3.根据权利要求1所述的气基还原竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于所述氢气和煤制还原气与脱除了(X)2的竖炉炉顶煤气混合，然后加热成为热还原气。
4.根据权利要求1所述的气基还原竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于所述林德气进入竖炉(8)前，先与煤制还原气、竖炉炉顶煤气、脱除了 CO2的竖炉炉顶煤气和蒸汽中的一种或几种气体混合。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的气基还原竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于所述煤制还原气与焦炉煤气的用量体积比为3:广4:1。
6.根据权利要求1所述的气基还原竖炉生产直接还原铁的方法，其特征在于所述热还原气从竖炉(8)中部的围管进入竖炉(8)还原段。
7.一种实施权利要求1所述的气基还原竖炉生产直接还原铁的方法的装置，其特征在于包括竖炉(8)、焦炉煤气气源(1)、煤气化装置(2)、焦炉煤气提氢装置(3)和气体加热装置(7)，所述焦炉煤气气源(1)与焦炉煤气提氢装置(3)连通，所述焦炉煤气提氢装置(3)的氢气出口与煤气化装置(2)的煤制还原气出口汇合后与气体加热装置(7)的冷还原气入口连通，所述气体加热装置(7)的热还原气出口与竖炉(8)还原段连通，所述焦炉煤气提氢装置(3)的林德气出口与竖炉(8)冷却段底部连通。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于还包括气体净化装置(4)、气体加压装置 (5)和脱除CO2装置(6)，所述竖炉(8)的炉顶煤气出口与气体净化装置(4)、气体加压装置(5)和脱除(X)2装置(6)依次连通，所述焦炉煤气提氢装置(3)的氢气出口还与脱除(X)2装置(6)的脱碳气出口连通。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于所述焦炉煤气提氢装置(3)的林德气出口还与煤气化装置(2)的煤制还原气出口、气体加压装置(5)的加压气出口、脱除(X)2装置(6)的脱碳气出口和蒸汽管道分别连通。
全文摘要
本发明公开了一种气基还原竖炉生产直接还原铁的方法及装置，采用煤制还原气和焦炉煤气结合供给竖炉生产直接还原铁，首先将焦炉煤气分离为氢气和林德气，氢气混合煤制还原气作为还原气还原铁矿石，林德气作为冷却气冷却直接还原铁；实现上述方法的装置包括竖炉、焦炉煤气气源、煤气化装置、焦炉煤气提氢装置和气体加热装置；本发明可采用不同规模的煤气化装置和焦炉煤气供应装置灵活配置，降低了煤气化装置规模，并将焦炉煤气有效利用起来，同时，本发明取消了一般竖炉冷却段的小循环，不但节省了设备与投资，还将直接还原铁的热量带到还原段，节省了系统还原气的加热负荷。
文档编号C21B13/02GK102304599SQ20111028292
公开日2012年1月4日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者杨若仪, 王正宇, 金明芳 申请人:中冶赛迪上海工程技术有限公司, 中冶赛迪工程技术股份有限公司