气基竖炉制备海绵铁的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出了气基竖炉制备海绵铁的方法和系统，其中，气基竖炉制备海绵铁的方法包括：(1)向气基竖炉内加入氧化球团，其中，气基竖炉具有还原段和冷却段，还原段位于冷却段的上方；(2)将第一还原气体进行提氢处理，以便得到氢气和富一氧化碳气体；(3)将第二还原气体和氢气混合并进行加热处理，以便得到热态还原气；(4)将热态还原气从还原段送至气基竖炉内，使热态还原气与氧化球团发生还原反应，以便得到海绵铁和炉顶气；以及(5)将富一氧化碳气体从冷却段的邻近底端输送至气基竖炉内，以便使富一氧化碳气体与冷却段内的海绵铁进行热交换和渗碳反应后向上进入还原段并进行还原反应。利用该方法可以有效降低气基竖炉直接还原工艺的能耗。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冶金【技术领域】，具体而言，本发明涉及气基坚炉制备海绵铁的方法和 系统。 气基竖炉制备海绵铁的方法和系统
【背景技术】
[0002] 海绵铁是代替废钢并优于废钢的炼钢原料，可稀释废钢中杂质元素成分，为电炉 炼钢提供必不可少的纯净铁原料，进而为高端装备制造企业生产重要产品提供优质坯铸 件，是发展装备制造业的重要原材料。
[0003] 目前，世界上75%以上的海绵铁采用气基坚炉法生产，其中典型的工艺为MIDREX 工艺、HYLIII (Energiron)工艺和PERED工艺。海绵铁的出料方式有两种，即热出料生产热 压块（HBI)和热态海绵铁（HDRI)，以及冷出料生产冷态海绵铁（CDRI)。热出料的产品只适 合直接还原铁厂和电炉厂距离很近的大型综合钢铁企业，而绝大多数直接还原厂不具备这 种条件，因此产品需要冷出料，避免海绵铁再氧化，以保证海绵铁的质量。这种方法采取在 坚炉下部冷却段通入冷却气体，将海绵铁冷却至50°C以下再排出。同时在冷却段进行渗碳， 以减轻熔分单元的能耗负担。
[0004] 坚炉冷却段通过冷却洗涤塔和压缩机等设备实现海绵铁的冷却降温。室温的天然 气和循环冷煤气混合，经压缩机加压后进入冷却段下部，在气体上升过程中与由上而下运 动的海绵铁进行热交换，并进行渗碳反应。然后，吸收了海绵铁热量的冷却气由冷却段上部 排除，经冷却洗涤塔后，与补充的天然气混合，经压缩机加压后再次进入冷却段下部，形成 冷却气小循环。这种方法存在四个问题：（1)由于还原气体从还原段底部进入坚炉，而海绵 铁的显热没有得到利用，因此还原气加热设备规模大、能耗高。（2)还原气体从还原段底部 围管进入坚炉，还原气体很难到达坚炉中心，还原气流分布不均匀。（3)铁矿石中的硫元素 容易进入坚炉炉顶气，循环利用坚炉炉顶气需要加设脱硫装置。（4)由于循环冷却气中H 2/ 一氧化碳的值比较高，气体中一氧化碳含量比较低，海绵铁渗碳效果不是十分理想。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 一个目的在于提出一种气基坚炉制备海绵铁的方法和气基坚炉制备海绵铁的系统。利用该 方法和系统可以有效降低气基坚炉直接还原工艺的能耗，使还原气气流分布和温度分布均 匀，减轻坚炉炉顶气脱硫设备的负担，增加海绵铁的渗碳量，降低熔分工艺的能耗等现有气 基坚炉直接还原工艺中的几大主要问题。
[0006] 根据本发明的一个方面，本发明提出了一种气基坚炉制备海绵铁的方法，包括：
[0007] (1)向所述气基坚炉内加入氧化球团，其中，所述气基坚炉具有还原段和冷却段， 所述还原段位于所述冷却段的上方；
[0008] (2)将第一还原气体进行提氢处理，以便得到氢气和富一氧化碳气体；
[0009] (3)将第二还原气体和所述氢气混合并进行加热处理，以便得到热态还原气；
[0010] (4)将所述热态还原气从所述还原段送至所述气基坚炉内，使所述热态还原气与 所述氧化球团发生还原反应，以便得到海绵铁和炉顶气；以及
[0011] (5)将所述富一氧化碳气体从所述冷却段的邻近底端输送至所述气基坚炉内，以 便使所述富一氧化碳气体与所述冷却段内的所述海绵铁进行热交换和渗碳反应后向上进 入所述还原段并进行所述还原反应。
[0012] 因此，利用本发明上述实施例气基坚炉制备海绵铁的方法可以有效降低气基坚炉 直接还原工艺的能耗，使还原气气流分布和温度分布均匀，减轻坚炉炉顶气脱硫设备的负 担，增加海绵铁的渗碳量，降低熔分工艺的能耗等现有气基坚炉直接还原工艺中的几大主 要问题。
[0013] 另外，根据本发明上述实施例的气基坚炉制备海绵铁的方法还可以具有如下附加 的技术特征：
[0014] 在本发明的一些实施例中，上述气基坚炉制备海绵铁的方法进一步包括：
[0015] (6)将步骤（4)中得到的所述炉顶气依次分别进行洗涤冷却处理、压缩处理和脱 硫脱碳处理，以便得到未反应的还原气。
[0016] 在本发明的一些实施例中，上述气基坚炉制备海绵铁的方法进一步包括：
[0017] (7)在进行步骤（3)之前，将步骤（6)中得到的所述未反应的还原气的与所述第二 还原气体混合。由此对炉顶气进行充分利用，避免浪费未反应的还原性气体。
[0018] 在本发明的一些实施例中，上述气基坚炉制备海绵铁的方法进一步包括：
[0019] (8)在进行步骤（2)之前，将步骤（6)中得到的所述未反应的还原气的与所述第一 还原气体混合。由此对炉顶气进行充分利用，避免浪费未反应的还原性气体。
[0020] 在本发明的一些实施例中，上述气基坚炉制备海绵铁的方法进一步包括：
[0021] (9)将步骤（6)中得到的所述未反应的还原气作为步骤（2)中的所述第一还原气 体进行所述提氢处理。
[0022] 在本发明的一些实施例中，上述气基坚炉制备海绵铁的方法进一步包括：
[0023] (10)将所述未反应的还原气的一部分作为步骤（2)中的所述第一还原气体进行 所述提氢处理；
[0024] (11)在进行步骤（3)之前，将所述未反应的还原气的另一部分与所述第二还原气 体混合。
[0025] 在本发明的一些实施例中，上述气基坚炉制备海绵铁的方法进一步包括：
[0026] (12)在进行步骤（2)之前，将所述未反应的还原气的一部分与所述第一还原气体 混合；
[0027] (13)在进行步骤（3)之前，将所述未反应的还原气的另一部分与所述第二还原气 体混合。
[0028] 在本发明的一些实施例中，步骤（2)中得到的所述富一氧化碳气体中一氧化碳含 量不小于70体积％。
[0029] 在本发明的一些实施例中，步骤（5)中进入所述还原段的所述富一氧化碳气体的 温度为850?900摄氏度。由此可以直接进入还原段进行还原反应，还可以提高还原段内 的温度和气流分布均匀度，提高产品质量。
[0030] 在本发明的一些实施例中，步骤（3)中得到的所述热态还原气的温度为900? 1000摄氏度。由此较传统的需要将还原气加热至1050?1200摄氏度更加节省能耗。
[0031] 根据本发明的另一方面，本发明提出一种气基坚炉制备海绵铁的系统，包括：
[0032] 气基坚炉，所述气基坚炉具有进料口、排料口和炉顶气出口，所述气基坚炉具有还 原腔室和位于所述还原腔室下方的冷却腔室，其中，所述还原腔室具有还原气进口、所述冷 却腔室具有冷却气进口；
[0033] 提氢装置，所述提氢装置具有进气口、氢气出口和富一氧化碳气体出口，所述富一 氧化碳气体出口与所述冷却腔室的冷却气进口相连；以及
[0034] 加热炉，所述加热炉设置在所述提氢装置与所述气基坚炉之间，且分别与所述氢 气出口和所述还原腔室的还原气进口相连。
[0035] 因此，利用本发明上述实施例气基坚炉制备海绵铁的系统可以有效降低气基坚炉 直接还原工艺的能耗，使还原气气流分布和温度分布均匀，减轻坚炉炉顶气脱硫设备的负 担，增加海绵铁的渗碳量，降低熔分工艺的能耗等现有气基坚炉直接还原工艺中的几大主 要问题。
[0036] 在本发明的一些实施例中，上述气基坚炉制备海绵铁的系统进一步包括：与所述 炉顶气出口顺次相连且分别用于对炉顶气进行洗涤冷却处理、压缩处理和脱硫脱碳处理， 得到未反应的还原气的洗涤冷却装置、压缩装置和脱硫脱碳装置。由此可以将炉顶气中的 未反应的还原气提取出来以便进行回收利用，降低制备海绵铁的成本。
[0037] 在本发明的一些实施例中，所述脱硫脱碳装置与所述加热炉相连。在本发明的一 些实施例中，所述脱硫脱碳装置与所述提氢装置相连。在本发明的一些实施例中，所述脱硫 脱碳装置分别与所述加热炉和所述提氢装置相连。由此可以对炉顶气进行充分利用，减少 还原气体的使用，降低能耗。
[0038] 在本发明的一些实施例中，所述冷却气进口邻近所述冷却腔室的底端。由此可以 充分对海绵铁进行冷却。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 图1是根据本发明一个实施例的气基坚炉制备海绵铁方法的流程图。
[0040] 图2是根据本发明另一个实施例的气基坚炉制备海绵铁方法的流程图。
[0041] 图3是根据本发明再一个实施例的气基坚炉制备海绵铁方法的流程图。
[0042] 图4是根据本发明再一个实施例的气基坚炉制备海绵铁方法的流程图。
[0043] 图5是根据本发明再一个实施例的气基坚炉制备海绵铁方法的流程图。
[0044] 图6是根据本发明一个实施例的气基坚炉制备海绵铁系统的结构示意图。
[0045] 图7是根据本发明另一个实施例的气基坚炉制备海绵铁系统的结构示意图。
[0046] 图8是根据本发明再一个实施例的气基坚炉制备海绵铁系统的结构示意图。
[0047] 图9是根据本发明再一个实施例的气基坚炉制备海绵铁系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0048] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0049] 下面参考图1描述本发明实施例的气基坚炉制备海绵铁的方法。根据本发明的实 施例的气基坚炉制备海绵铁的方法包括：
[0050] (1)向所述气基坚炉内加入氧化球团，其中，气基坚炉具有还原段和冷却段，还原 段位于冷却段的上方；
[0051] (2)将第一还原气体进行提氢处理，以便得到氢气和富一氧化碳气体；
[0052] (3)将第二还原气体和氢气混合并进行加热处理，以便得到热态还原气；
[0053] (4)将热态还原气从还原段送至气基坚炉内，使热态还原气与氧化球团发生还原 反应，以便得到海绵铁和炉顶气；以及
[0054] (5)将富一氧化碳气体从冷却段的邻近底端输送至气基坚炉内，以便使富一氧化 碳气体与冷却段内的海绵铁进行热交换和渗碳反应后向上进入还原段并进行还原反应。
[0055] 首先，本发明将对还原气体进行提氢处理得到的富一氧化碳气体作为冷却气体从 冷却段的邻近底端输送至气基坚炉内，同时被预热的富一氧化碳气体进入还原段内用于还 原反应。由于富一氧化碳气体中的一氧化碳含量较高，根据本发明的具体实施例，富一氧 化碳气体中一氧化碳含量不小于70体积％，而一氧化碳的比热容是H 2的十分之一，因此冷 却效果更好，一氧化碳气体更容易被预热。另一方面，富一氧化碳气体在冷却段内进一步 与海绵铁发生渗碳反应，一氧化碳的渗碳反应为放热反应，更加利于冷却气体的预热。因 此，冷却气体在坚炉冷却段经热海绵铁预热后，温度可达850?900°C，充分利用了热态海 绵铁的显热，为整个工艺流程节省能耗。由于冷却气体预热后的温度高，富氢还原气只需加 热到900?1000°C，就可以在坚炉还原段形成氧化球团还原要求的温度场，进一步减少了 整个工艺流程的能耗。再一方面，由于经过海绵铁预热的富一氧化碳气体的温度可以达到 850?900°C，因此进入还原段后可直接进行还原反应。并且富一氧化碳气体是从直径小的 冷却段进入还原段，可以到达热态还原气不易到达的还原段中心区域，由此可以使还原段 内温度分布均匀，气流分布均匀，更加利于产品质量的控制。
[0056] 其次，由于采用富一氧化碳气体作为冷却段的冷却气体，更加利于冷却段内海绵 铁发生渗碳反应，因此可以显著提高海绵铁的碳含量，使其能够满足更高的含碳要求，从而 降低后续的熔分处理负担，降低能耗。
[0057] 第三，由于采用富一氧化碳气体作为冷却段的冷却气体，在提高海绵铁碳含量的 同时，消耗了更多冷却气中的一氧化碳，进而可以降低整个气基坚炉内的还原气体的一氧 化碳含量，同时还可以利用冷却段内金属铁的催化作用，催化裂解冷却气中的甲烷气体，进 而对气体进行重整，进一步提高了还原段内的还原气体的H 2/co比值，最终提高还原反应效 率。
[0058] 因此，利用本发明上述实施例气基坚炉制备海绵铁的方法可以有效降低气基坚炉 直接还原工艺的能耗，使还原气气流分布和温度分布均匀，减轻坚炉炉顶气脱硫设备的负 担，增加海绵铁的渗碳量，降低熔分工艺的能耗等现有气基坚炉直接还原工艺中的几大主 要问题。
[0059] 根据本发明的具体实施例，上述步骤（2)和步骤（3)中的第一和第二还原气体可 以为天然气、焦炉煤气或者煤层气的重整气以及煤制气，其中的托和一氧化碳的总含量不 低于90体积％。由此利用该还原气体可以进一步还原反应效率，以便进一步提高制备海绵 体的效率和产率。根据本发明的具体实施例，进入还原段内首先进行还原反应的为加热后 的含有第二还原气体和氢气的混合热态还原气，其中的氢气与一氧化碳比值较高，由此可 以进一步提高还原反应效率。同时经过提氢处理得到的富一氧化碳气体首先进入冷却段 后，与海绵铁发生渗碳反应会消耗部分一氧化碳，发生渗碳反应和预热后的高温一氧化碳 会向上进入还原段内进而与含有第二还原气体和氢气的混合热态还原气再次混合并进行 还原反应，由于渗碳反应消耗了一部分的一氧化碳，进而使得最终进入还原段内的总还原 气中H 2和一氧化碳的总含量在不低于90体积％的前提下，使得H2/CO比值也得到了提高， 进而更加有助于提1?还原反应效率。
[0060] 根据本发明的具体实施例，在步骤（3)中，只需将第二还原气体和氢气混合并进 行加热至900?1000摄氏度得到热态还原气，而传统的用于气基坚炉还原反应的还原气 的温度需要达到1050?1200摄氏度甚至更高，因此本发明上述实施例的气基坚炉制备海 绵铁的方法更加节省能耗。这是由于经过海绵铁预热的富一氧化碳气体的温度可以达到 850?900°C，不仅进入还原段后可直接进行还原反应，并且富一氧化碳气体是从直径小的 冷却段进入还原段，可以到达热态还原气不易到达的还原段中心区域，由此可以使还原段 内温度分布均匀，气流分布均匀，还原反应更容易进行，因此还原段的热态还原气的温度无 需过高，进而显著节省能耗。而传统的还原气是从气基坚炉还原段进入很难到达还原段的 中心区域，容易导致反应不完全，产品质量不易控制，因此需要加热至1000摄氏度以上来 提高还原反应程度。
[0061] 如图2所示，根据本发明的具体实施例，上述气基坚炉制备海绵铁的方法进一步 包括：
[0062] (6)将步骤（4)中得到的炉顶气依次分别进行洗涤冷却处理、压缩处理和脱硫脱 碳处理，以便得到未反应的还原气。
[0063] (7)在进行步骤（3)之前，将步骤（6)中得到的未反应的还原气的与第二还原气体 混合。
[0064] 由此对炉顶气进行充分利用，避免浪费未反应的还原性气体。此外，通过对炉顶气 脱碳环节的控制，使二氧化碳脱除率为85 %?95 %，可以避免坚炉冷却段大量析碳而导致 的球团粉化问题，并且降低气体压力和吸收塔内填料的高度，降低了生产成本。
[0065] 根据本发明的具体实施例，为了压缩机正常工作，炉顶气经洗涤冷却处理后的温 度为50摄氏度以下。通常第一和第二还原气体温度也为50摄氏度以下。因此，进入冷却段 的富一氧化碳气体温度也是50摄氏度以下，进而可以对冷却段内的高温海绵铁进行冷却。 [0066] 根据本发明的具体实施例，还可以将上述炉顶气中得到的未反应的还原气用于气 基坚炉制备海绵铁。具体地，可以将未反应的还原气补入还原段内或者冷却段内或者分别 补入还原段和冷却段内。
[0067] 由此，根据本发明上述实施例的气基坚炉制备海绵铁的方法可以进一步包括：
[0068] (8)在进行步骤⑵之前，将步骤（6)中得到的未反应的还原气的与第一还原气体 混合。进而将未反应的还原气补入进入还原段内的还原气中，由此可以节省部分第二还原 气体，节省能耗。
[0069] 如图3-4所示，根据本发明的具体实施例，上述实施例的气基坚炉制备海绵铁的 方法可以进一步包括：
[0070] (9)将步骤（6)中得到的未反应的还原气作为步骤（2)中的第一还原气体进行提 氢处理。
[0071] 根据本发明的具体实施例，上述实施例的气基坚炉制备海绵铁的方法还可以进一 步包括：
[0072] (10)将未反应的还原气的一部分作为步骤（2)中的第一还原气体进行所述提氢 处理；
[0073] (11)在进行步骤（3)之前，将未反应的还原气的另一部分与第二还原气体混合。
[0074] 由此可以将未反应的还原气不全部或者部分作为第一还原气体进行提氢处理，进 而省去了额外提供第一还原气体，进而将气基坚炉内产生的炉顶气进行充分利用，节省能 耗。
[0075] 根据本发明的具体实施例，通过将炉顶气经过提氢处理后的一氧化碳作为冷却气 体，可以利用冷却段内的海绵铁脱除气体中的硫元素，减轻了工艺中气体脱硫装置的负担， 不但降低了工艺的生产成本，而且提高了设备的生产效率。
[0076] 如图5所示，根据本发明的具体实施例，上述实施例的气基坚炉制备海绵铁的方 法还可以进一步包括：
[0077] (12)在进行步骤（2)之前，将未反应的还原气的一部分与第一还原气体混合；
[0078] (13)在进行步骤（3)之前，将未反应的还原气的另一部分与第二还原气体混合。
[0079] 由此将未反应的还原气分别补入第一还原气体和第二还原气体中，节省能耗。
[0080] 根据本发明的另一方面，本发明提出了一种气基坚炉制备海绵铁的系统，下面参 考图6描述本发明实施例的气基坚炉制备海绵铁的系统包括：气基坚炉100、提氢装置200 和加热炉300。
[0081] 根据本发明的具体实施例，气基坚炉100具有进料口 101、排料口 102和炉顶气出 口 103,气基坚炉100具有还原腔室110和位于还原腔室110下方的冷却腔室120,其中，还 原腔室110具有还原气进口 104、冷却腔室具有冷却气进口 105 ;提氢装置200具有进气口 201、氢气出口 202和富一氧化碳气体出口 203,富一氧化碳气体出口 203与冷却腔室的冷却 气进口 105相连；以及加热炉300设置在提氢装置200与气基坚炉100之间，且分别与氢气 出口 202和还原腔室的还原气进口 104相连。
[0082] 首先，根据本发明的上述实施例的气基坚炉制备海绵铁的系统，可以首先利用提 氢装置200将还原气体进行提氢处理得到的富一氧化碳气体和氢气，并将富一氧化碳气体 作为冷却气体从气基坚炉冷却段的邻近底端输送至气基坚炉内，在冷却段内被预热的富一 氧化碳气体进入还原段内继续用于还原反应。而提氢处理得到氢气则与还原气一同被加热 后用于还原段内的还原反应。由于一氧化碳的比热容是H 2的十分之一，因此采用提氢装置 处理得到的富一氧化碳气体作为冷却气体的冷却效果更好，同时一氧化碳气体更容易被预 热。另一方面，富一氧化碳气体在冷却段内还会进一步与海绵铁发生渗碳反应，一氧化碳的 渗碳反应为放热反应，更加利于冷却气体的预热。因此，冷却气体在坚炉冷却段经热海绵铁 预热后，温度可达850?900°C，充分利用了热态海绵铁的显热，为整个工艺流程节省能耗。 由于冷却气体预热后的温度高，富氢还原气只需加热到900?1000°C，就可以在坚炉还原 段形成氧化球团还原要求的温度场，进一步减少了整个工艺流程的能耗。再一方面，由于经 过海绵铁预热的富一氧化碳气体的温度可以达到850?900°C，因此进入还原段后可直接 进行还原反应。并且富一氧化碳气体是从直径小的冷却段进入还原段，可以到达热态还原 气不易到达的还原段中心区域，由此可以使还原段内温度分布均匀，气流分布均匀，更加利 于产品质量的控制。
[0083] 其次，采用提氢装置处理得到的富一氧化碳气体作为冷却段的冷却气体，更加利 于冷却段内海绵铁发生渗碳反应，因此可以显著提高海绵铁的碳含量，使其能够满足更高 的含碳要求，从而降低后续的熔分处理负担，降低能耗。
[0084] 第三，采用提氢装置处理得到的采用富一氧化碳气体作为冷却段的冷却气体，在 提高海绵铁碳含量的同时，会消耗了更多冷却气中的一氧化碳，进而可以降低整个气基坚 炉内的还原气体的一氧化碳含量，同时还可以利用冷却段内金属铁的催化作用，催化裂解 冷却气中的甲烷气体，进而对气体进行重整，进一步提高了还原段内的还原气体的H 2/co比 值，最终提高还原反应效率。
[0085] 因此，利用本发明上述实施例气基坚炉制备海绵铁的系统可以有效降低气基坚炉 直接还原工艺的能耗，使还原气气流分布和温度分布均匀，减轻坚炉炉顶气脱硫设备的负 担，增加海绵铁的渗碳量，降低熔分工艺的能耗等现有气基坚炉直接还原工艺中的几大主 要问题。
[0086] 如图7-9所示，根据本发明上述实施例的气基坚炉制备海绵铁的系统进一步包 括：与炉顶气出口顺次相连且分别用于对炉顶气进行洗涤冷却处理、压缩处理和脱硫脱碳 处理，得到未反应的还原气的洗涤冷却装置400、压缩装置500和脱硫脱碳装置600。由此 通过上述装置可以对从还原段110内排出的炉顶气进行净化和脱硫脱碳处理，进而得到未 反应的还原气。根据本发明的具体实施例，还可以将脱硫脱碳装置排出的未反应的还原气 用于气基坚炉制备海绵铁。
[0087] 例如，根据本发明的具体实施例，脱硫脱碳装置600与加热炉300相连。进而可以 将未反应的还原气输送至加热炉300内被加热后用于还原段内的还原反应。由此充分利用 炉顶气中未反应的还原气可以节省部分还原气体，节省能耗，降低成本。
[0088] 根据本发明的具体实施例，脱硫脱碳装置600还可以与提氢装置200相连。进而 可以将未反应的还原气补入提氢装置200,经过提氢处理后得到的氢气和一氧化碳分别用 于还原段110内的还原反应和冷却段120内的海绵铁的冷却和渗碳反应。由此通过充分利 用炉顶气中未反应的还原气可以节省部分还原气体，节省能耗，降低成本。
[0089] 根据本发明的具体实施例，脱硫脱碳装置600还可以分别与加热炉300和提氢装 置200相连。进而可以将未反应的还原气分别补入加热炉300和提氢装置200,由此充分利 用炉顶气中未反应的还原气可以节省部分还原气体，节省能耗，降低成本。
[0090] 根据本发明的具体实施例，当脱硫脱碳装置600与提氢装置200相连时，并且炉顶 气经过处理后未反应还原气足够多时，可以将未反应还原气输送至提氢装置200内进行提 氢处理，无需再向提氢装置200内额外补充还原气，进而可以显著节省能耗。
[0091] 根据本发明的具体实施例，冷却气进口 105邻近冷却腔室120的底端。由此可以 将富一氧化碳气体作为冷却气从冷却腔室120的邻近底端进入，由此可以使得海绵铁能够 充分地与一氧化碳接触，提高冷却效果和渗碳效果。
[0092] 实施例1
[0093] 如图2和图7所示，将新鲜还原气体分为两部分，一部分经过气体提氢装置，将这 部分气体分为氢气和富一氧化碳气体，将其中的氢气与新鲜还原气体的另一部分一同通入 气体加热炉进行加热至900?1000摄氏度，然后从坚炉还原段底部的围管进入坚炉还原段 内与从坚炉上部进入的氧化球团进行还原反应。富一氧化碳气体从通入坚炉冷却段底部， 与热态海绵铁进行热交换，并且在坚炉冷却段内将海绵铁冷却到50°C以下，同时进行渗碳 反应消耗一部分一氧化碳。这部分富一氧化碳气体在坚炉的冷却段内被加热至850?900 摄氏度，并继续向上流动进入还原段，并在还原段内与围管进入的富氢热还原气混合，共同 还原氧化球团，从冷却段进入还原段的富一氧化碳气体可以到达还原段的中心区域，进而 可以使得还原段内的温度和气流分布均匀，还原反应容易进行。
[0094] 还原段内产生的炉顶气从坚炉炉顶气出口排出。将排出的炉顶气进行洗涤冷却处 理、压缩处理和脱硫脱碳处理后得到未反应的还原气，将未反应的还原气通入加热炉内，用 于还原段内的还原反应。节省了部分新鲜还原气体。
[0095] 实施例2
[0096] 如图3和图8所示，将新鲜还原气体通入气体加热炉进行加热至900?1000摄氏 度，然后从坚炉还原段底部的围管进入坚炉还原段内与从坚炉上部进入的氧化球团进行还 原反应，得到海棉铁并产生了炉顶气，海绵铁进入冷却段，产生的炉顶气从坚炉炉顶气出口 排出。
[0097] 将排出的炉顶气进行洗涤冷却处理、压缩处理和脱硫脱碳处理后得到未反应的还 原气，将未反应的还原气进行提氢处理，分别得到氢气和富一氧化碳气体，将其中的氢气与 新鲜还原气体一同通入气体加热炉进行加热。富一氧化碳气体从通入坚炉冷却段底部，与 热态海绵铁进行热交换，并且在坚炉冷却段内将海绵铁冷却到50°C以下，进行渗碳反应消 耗一部分一氧化碳，同时海绵铁还可以脱除富一氧化碳气体中的硫元素。这部分富一氧化 碳气体在坚炉的冷却段内被加热至850?900摄氏度，并继续向上流动进入还原段，并在还 原段内与围管进入的富氢热还原气混合，共同还原氧化球团，从冷却段进入还原段的富一 氧化碳气体可以到达还原段的中心区域，进而可以使得还原段内的温度和气流分布均匀， 还原反应容易进行。
[0098] 实施例3
[0099] 如图5和图9所示，将新鲜还原气体分为两部分，一部分经过气体提氢装置，将这 部分气体分为氢气和富一氧化碳气体，将其中的氢气与新鲜还原气体的另一部分一同通入 气体加热炉进行加热至900?1000摄氏度，然后从坚炉还原段底部的围管进入坚炉还原段 内与从坚炉上部进入的氧化球团进行还原反应。富一氧化碳气体从通入坚炉冷却段底部， 与热态海绵铁进行热交换，并且在坚炉冷却段内将海绵铁冷却到50°C以下，同时进行渗碳 反应消耗一部分一氧化碳。这部分富一氧化碳气体在坚炉的冷却段内被加热至850?900 摄氏度，并继续向上流动进入还原段，并在还原段内与围管进入的富氢热还原气混合，共同 还原氧化球团，从冷却段进入还原段的富一氧化碳气体可以到达还原段的中心区域，进而 可以使得还原段内的温度和气流分布均匀，还原反应容易进行。
[0100] 还原段内产生的炉顶气从坚炉炉顶气出口排出。将排出的炉顶气进行洗涤冷却处 理、压缩处理和脱硫脱碳处理后得到未反应的还原气，将未反应的还原气分别通入加热炉 和提氢装置内，以便分别用于还原段内的还原反应和对冷却段内的海绵铁进行冷却处理。 节省了部分新鲜还原气体。
[0101] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、 "厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底" "内"、"外"、"顺时 针"、"逆时针"、"轴向"、"径向"、"周向"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或 位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0102] 此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或 者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以 上，除非另有明确具体的限定。
[0103] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"、"固定"等 术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连 接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情 况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0104] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征"上"或"下"可以 是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在 第二特征"之上"、"上方"和"上面"可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"可以是 第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0105] 在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一 个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术 人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合 和组合。
[〇1〇6] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例 性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述 实施例进行变化、修改、替换和变型。
【权利要求】
1. 一种气基坚炉制备海绵铁的方法，其特征在于，包括： (1) 向所述气基坚炉内加入氧化球团，其中，所述气基坚炉具有还原段和冷却段，所述 还原段位于所述冷却段的上方； (2) 将第一还原气体进行提氢处理，以便得到氢气和富一氧化碳气体； (3) 将第二还原气体和所述氢气混合并进行加热处理，以便得到热态还原气； (4) 将所述热态还原气从所述还原段送至所述气基坚炉内，使所述热态还原气与所述 氧化球团发生还原反应，以便得到海绵铁和炉顶气；以及 (5) 将所述富一氧化碳气体从所述冷却段的邻近底端输送至所述气基坚炉内，以便使 所述富一氧化碳气体与所述冷却段内的所述海绵铁进行热交换和渗碳反应后向上进入所 述还原段并进行所述还原反应。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括： (6) 将步骤（4)中得到的所述炉顶气依次分别进行洗涤冷却处理、压缩处理和脱硫脱 碳处理，以便得到未反应的还原气。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括： (7) 在进行步骤（3)之前，将步骤（6)中得到的所述未反应的还原气的与所述第二还原 气体混合。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括： (8) 在进行步骤（2)之前，将步骤（6)中得到的所述未反应的还原气的与所述第一还原 气体混合。
5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括： (9) 将步骤（6)中得到的所述未反应的还原气作为步骤（2)中的所述第一还原气体进 行所述提氢处理。
6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括： (10) 将所述未反应的还原气的一部分作为步骤（2)中的所述第一还原气体进行所述 提氢处理； (11) 在进行步骤（3)之前，将所述未反应的还原气的另一部分与所述第二还原气体混 合。
7. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括： (12) 在进行步骤（2)之前，将所述未反应的还原气的一部分与所述第一还原气体混 合； (13) 在进行步骤（3)之前，将所述未反应的还原气的另一部分与所述第二还原气体混 合。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2)中得到的所述富一氧化碳气体中 一氧化碳含量不小于70体积％。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5)中进入所述还原段的所述富一氧 化碳气体的温度为850?900摄氏度。
10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3)中得到的所述热态还原气的温 度为900?1000摄氏度。
11. 一种气基坚炉制备海绵铁的系统，其特征在于，包括： 气基坚炉，所述气基坚炉具有进料口、排料口和炉顶气出口，所述气基坚炉具有还原腔 室和位于所述还原腔室下方的冷却腔室，其中，所述还原腔室具有还原气进口、所述冷却腔 室具有冷却气进口； 提氢装置，所述提氢装置具有进气口、氢气出口和富一氧化碳气体出口，所述富一氧化 碳气体出口与所述冷却腔室的冷却气进口相连；以及 加热炉，所述加热炉设置在所述提氢装置与所述气基坚炉之间，且分别与所述氢气出 口和所述还原腔室的还原气进口相连。
12. 根据权利要求11所述的系统，其特征在于，进一步包括：与所述炉顶气出口顺次相 连且分别用于对炉顶气进行洗涤冷却处理、压缩处理和脱硫脱碳处理，得到未反应的还原 气的洗涤冷却装置、压缩装置和脱硫脱碳装置。
13. 根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述脱硫脱碳装置与所述加热炉相连。
14. 根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述脱硫脱碳装置与所述提氢装置相 连。
15. 根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述脱硫脱碳装置分别与所述加热炉 和所述提氢装置相连。
16. 根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述冷却气进口邻近所述冷却腔室的 底端。
【文档编号】C21B13/02GK104087699SQ201410345159
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】吴道洪, 张奔, 李志远 申请人:北京神雾环境能源科技集团股份有限公司