专利名称：底吹氢气熔融还原铁矿石的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种底吹氢气熔融还原铁矿石的方法及其装置，属炼铁工艺技术领域。
背景技术：
现有炼铁生产基本上都是使用C为还原剂和发热剂，每年排放大量的C02，而且可用焦
煤资源有限，钢铁企业发展受到资源环境的制约。能源起来越紧缺的今天，氢能作为一种高 效、清洁的二次能源，受到冶金界高度关注，氢冶金被誉为炼铁技术的一场革命。氢作为还 原剂用于炼铁有许多传统炼铁工艺不可比拟的优势，还原反应需热量小，还原速率比碳还原 速率高出一到两个数量级。现有氢气熔融还原铁矿石，氢气基本上都采用顶吹方式进入渣层， 采用这种方式氢气的利用率低，氢气甚至未扩散参与反应就直接飞出，带走热量，反应速率 提高不明。
发明内容
本发明的目的是提供一种底吹氢气熔融还原铁矿石的方法及其装置。
本发明一种底吹氢气熔融还原铁矿石的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤
a. 首先配制合成常规预熔渣，预熔渣的组成及其重量百分比为全FeO 211/。， A1203 10 12%， SiO2 30 35%， Ca0 45 55%， MgO8 10%， Cr203 0.44 1.24%;
b. 利用传统常用的反应器或感应炉，在其底部设置针孔式透气塞，透气塞连通底吹气源
H2或N2;其上部设置加热预熔渣的石墨圈；在反应器或感应炉的底部先放入一定量的生铁， 将该生铁先在底吹氮气保护下加坯熔化成铁水，随后加入上述配制好的预熔渣；
c. 加热升温，使熔渣部分熔化，待温度达到1450 155CTC时，加入铁矿石，同时切换气 源，从底部透气塞通入氢气，氢气的流量为500 700L/h，氢气进入熔体产生搅拌作用，并且 透过熔渣层与铁矿石发生还原反应，将其主要成分氧化铁还原成生铁；
一种底吹氢气熔融还原铁矿石的方法中所用的专用装置，该装置包括有电加热反应器或 电感应炉、加热部件、石墨圈、针孔式透气塞、氮贮气瓶、氢贮气瓶、减压阀、流量计、三 通；其特征在于在电加热反应器或电感应炉上部内壁设置有一石墨圈，以间接加热不导电 的上层熔渣层；炉内底部放置有生铁，使其加热熔融后生成铁水，以实现铁浴式熔融还原方 式的铁水熔池；在电加热反应器或电感应炉的底部设置有针孔式透气塞作为底吹装置，JC存 于氮贮气瓶和氢贮气瓶中的气体通过该装置吹送入炉内或反应器内；氮贮气瓶和氢贮气瓶的 瓶口处设有减压阀，通过管道与流量计、三通与针孔式透气塞的进气管相连接，形成供气系 统。本发明的特点和优点如下所述
本发明方法采用针孔式小气流底吹氢气方式，具有搅拌和鼓液作用，使氢气穿过铁水进 入熔渣层，然后参与与铁矿石中铁氧化物的还原反应，因而可提高氢气利用率和加快铁氧化 物还原速率。另外，本发明方法中在反应器或感应炉上部的熔渣区设置了辅助加热的石墨圈， 有利于熔渣的熔融。
图1为本发明底吹氢气熔融还原铁矿石装置的示意图。
具体实施例方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。 实施例l
本实施例的工艺过程和步骤如下所述
首先配制合成预熔渣，预熔渣的组成及其重量百分比为
全Fe0.390/。， Al203 8.58%， Si0234.7%， CaO 52%, Mg0 9.47%， Cr203 0. 98%。 利用传统常用的反应器或感应炉，在其底部设置针孔式透气塞，透气塞连通底吹气源H2 或N"其上部设置加热预熔渣的石墨圈；在电感应炉的底部先放置4kg生铁，将该生铁在底 吹氮气保护下加坯熔化成铁水，随后加入上述配制好的预熔渣lkg;加热升温，待温度达到
150(TC时加入500g铁矿石，同时切换气源，从底部透气塞通入氢气，氢气的流量为500 700L/h，氢气进入熔体产生搅拌和鼓液作用，并且透过熔渣层与铁矿石发生还原反应，将其 主要成分氧化铁还原成生铁；
采用的铁矿石主要为赤铁矿，其组成及重量百分含量如下 Fe203 83.29%， Si024.49%， A1203 1.49%, CaO 0.06%, MgO0.08%， FeO0.23%， P205 0.118%， TiO20.07%， Na2O0.01%， K20 0.002%， S 0.006%， LOI(灼烧损失)9.36%。 本发明方法所用的主要装置即底吹氢气熔融还原铁矿石装置的结构如下所述 参见图l，杌发明的装置包括有电感应炉10、加热部件ll、石墨圈3、针孔式透气塞 4、氮贮气瓶5、氢贮气瓶6、减压阀7、流量计8、三通9;在电感应炉上部内壁设置有一石 墨圈3，以间接加热不导电的上层熔渣层l;炉内底部放置有生铁2，使其加热熔融后生成铁 水，以实现铁浴式熔融还原方式；在电感应炉10的底部设置有针孔式透气塞4作为底吹装置， 贮存于氮贮气瓶5和氢贮气瓶6中的气体通过该装置吹送入炉内内；氮贮气瓶5和氢贮气瓶 6的瓶口处设有减压阀7，通过管道与流量计8、三通9与针孔式透气塞4的进气管相连接，形成供气系统。
通过本实施例的实验结果表明底吹氢气进行的铁矿石还原反应功率较快，反应完全， 铁矿石基本在数分钟内可完成绝大分的还原反应，还原率可达百分之百，总反应速率常数在
2.45 3.34g Fe/cm2'min。
权利要求
1、一种底吹氢气熔融还原铁矿石的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤a. 首先配制合成常规预熔渣，预熔渣的组成及其重量百分比为全Fe 0～2％，Al2O3 10～12％，SiO2 30～35％，CaO 45～55％，MgO 8～10％，Cr2O3 0.44～1.24％；b. 利用传统常用的反应器或感应炉，在其底部设置针孔式透气塞，透气塞连通底吹气源H2或N2；其上部设置加热预熔渣的石墨圈；在反应器或感应炉的底部先放入一定量的生铁，将该生铁先在底吹氮气保护下加坯熔化成铁水，随后加入上述配制好的预熔渣；c. 加热升温，使熔渣熔化，待温度达到1450～1550℃时，加入铁矿石，同时切换气源，从底部透气塞通入氢气，氢气的流量为500～700L/h，氢气进入熔体产生搅拌作用，并且透过熔渣层与熔融铁矿石发生还原反应，将其主要成分铁氧化物还原成生铁；
2、 一种底吹氢气熔融还原铁矿石的方法中所用的专用装置，该装置包括有电加热反应器或电 感应炉(10)、加热部件(11)、石墨圈(3)、针孔式透气塞(4)、氮贮气瓶(5)、氢jC气 瓶(6)、减压阀(7)、流量计(8)、三通(9);其特征在于在电加热反应器或电感应炉 上部内壁设置有一石墨圈(3)，以间接加热不导电的上层熔渣层(1);炉内底部放置有生 铁(2)，使其加热熔融后生成铁水，以实现铁浴式熔融还原方式的铁水熔池；在电加热反 应器或电感应炉(10)的底部设置有针孔式透气塞(4)作为底吹装置，贮存于氮贮气瓶(5)和氢贮气瓶(6)中的气体通过该装置吹送入炉内或反应器(10)内；氮贮气瓶(5) 和氢贮气瓶(6)的瓶口处设有减压阀(7)，通过管道与流量计(8)、三通(9)与针孔式 透气塞(4)的进气管相连接，形成供气系统。
全文摘要
本发明涉及一种底吹氢气熔融还原铁矿石的方法及其装置，属炼铁工艺技术领域。本发明的特点是将氢气采用底吹方式通过炉底的针孔式透气塞进入炉内熔体中，搅拌鼓动熔体，并参与铁矿石的还原反应而生成生铁。本发明方法的要点是先将生铁放入炉底，在底吹氮气保护下在感应炉中加热熔化，之后加入事先准备好的预熔渣，待其熔化后，切换气源，使氢气通入炉底透气塞进入炉内熔体，最后加入铁矿石，在高温下使氢气与铁矿石发生还原反应，最终得到生铁。本发明方法具有较高的氢气利用率，并有很高的反应速率。
文档编号C21B11/10GK101519706SQ200910046518
公开日2009年9月2日 申请日期2009年2月24日 优先权日2009年2月24日
发明者倪晓明, 郑少波, 琳 骆 申请人:上海大学