一种基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置与方法

本发明属于非高炉炼铁，尤其涉及一种基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置与方法。

背景技术：

1、目前我国主要钢铁生产流程为高炉-转炉长流程，其中的炼铁工序依赖于高品位的块矿或烧结矿。但是高品位铁矿资源日渐枯竭，我国的国产铁矿和进口铁矿都以粉矿为主，需要进行造球或烧结造块，才能进入高炉冶炼，且随着焦煤资源的日益匮乏，冶金焦的价格也越来越高，因此高炉炼铁成本长期处于高位。同时高炉炼铁的热源和还原媒介主要来自煤粉和焦炭，造成的碳排放、污染也相当严重。

2、相对于传统钢铁冶炼流程需要焦化、烧结、球团等一系列的高物耗、高能耗、高污染工序，粉矿冶炼则具有直接使用矿粉、无需焦化、流程短、低能耗的优势，而且有望实现一步炼钢的目标。闪速还原炼钢是其中代表之一，但是如果仍旧使用煤作为热源，同样摆脱不了碳排放高的缺点，使用天然气作为热源虽然可一定程度上减少碳排放，但仍受到我国天然气资源匮乏，价格高昂的制约。因此，亟需一种资源友好型，能够提高闪速炼钢效率的装置与方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置与方法，以解决上述问题，达到提高环保能力、提高炼钢效率的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置，包括：装置主体、固定连接在所述装置主体顶端的绝缘材料壳体；

4、所述绝缘材料壳体顶端固定连通有第一冷却水入口、第一冷却水出口、还原气入口，所述绝缘材料壳体内侧底端设有等离子电弧还原结构；

5、所述装置主体顶端周侧固定连通有矿粉喷枪，矿粉喷枪的出料端位于所述等离子电弧还原结构下方，所述装置主体中部固定连通有尾气排出口，所述装置主体内侧底端设有熔池区，所述装置主体底端周侧固定连通有出铁口、出渣口。

6、优选的，所述等离子电弧还原结构包括阴极，所述阴极与所述绝缘材料壳体顶端固定连接，所述阴极周侧套设有阳极，所述阳极周侧与所述绝缘材料壳体内侧侧壁固定连接，所述阳极、所述绝缘材料壳体之间设有冷却腔，所述阴极、阳极之间设有间隙，所述第一冷却水入口、第一冷却水出口与所述冷却腔顶端固定连通，所述还原气入口与所述间隙顶端固定连通。

7、优选的，所述矿粉喷枪周侧设有冷却套管，所述冷却套管位于所述装置主体外侧的一端固定连通有第二冷却水入口、第二冷却水出口。

8、优选的，所述还原气入口顶端通过还原气连通管固定连通有制氢装置，所述还原气连通管上设有鼓风机。

9、优选的，所述尾气排出口通过废气排出管固定连通有尾气净化回收装置。

10、优选的，所述装置主体顶端的直径小于底端的直径，所述出渣口位于所述出铁口上方。

11、一种基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置的使用方法，包括：

12、s1、向所述第一冷却水入口内充入冷却水；

13、s2、通入高压电；

14、s3、向所述等离子电弧还原结构通入还原气体；

15、s4、通过所述矿粉喷枪喷入矿粉，与还原气体进行反应；

16、s5、反应后的矿粉经由所述出铁口排出。

17、优选的，反应后的废气经由所述尾气排出口排入处理结构，并回收废气中的氢气，并将回收的氢气通过所述还原气入口回收利用。

18、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

19、通过设置等离子电弧还原结构，利用等离子电弧还原结构与还原气体共同作用，即利用等离子电弧还原结构中的高压电电解还原气体氢气，使得氢分子分解形成游离态的氢原子，进而在等离子电弧还原结构下方形成一个可以对矿物粉末进行还原的电弧区，进而实现对矿物粉末的有效加热与熔炼，升温效率快，热源稳定，对粉末状矿物反应能力强，大大提高了熔炼效率。利用这些结构，实现了一种温度高、热源稳定、反应充分、能够显著提高炼铁效率与出铁还原度，并且清洁环保的基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置与方法。

技术特征：

1.一种基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置，其特征在于，包括：装置主体、固定连接在所述装置主体顶端的绝缘材料壳体(7)；

2.根据权利要求1所述的一种基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置，其特征在于，所述等离子电弧还原结构包括阴极(5)，所述阴极(5)与所述绝缘材料壳体(7)顶端固定连接，所述阴极(5)周侧套设有阳极(6)，所述阳极(6)周侧与所述绝缘材料壳体(7)内侧侧壁固定连接，所述阳极(6)、所述绝缘材料壳体(7)之间设有冷却腔，所述阴极(5)、阳极(6)之间设有间隙，所述第一冷却水入口(8)、第一冷却水出口(9)与所述冷却腔顶端固定连通，所述还原气入口(10)与所述间隙顶端固定连通。

3.根据权利要求1所述的一种基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置，其特征在于，所述矿粉喷枪(12)周侧设有冷却套管，所述冷却套管位于所述装置主体外侧的一端固定连通有第二冷却水入口(13)、第二冷却水出口(14)。

4.根据权利要求1所述的一种基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置，其特征在于，所述还原气入口(10)顶端通过还原气连通管固定连通有制氢装置(1)，所述还原气连通管上设有鼓风机(2)。

5.根据权利要求1所述的一种基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置，其特征在于，所述尾气排出口(17)通过废气排出管固定连通有尾气净化回收装置(3)。

6.根据权利要求1所述的一种基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置，其特征在于，所述装置主体顶端的直径小于底端的直径，所述出渣口(16)位于所述出铁口(15)上方。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置的使用方法，包括：

8.根据权利要求7所述的一种基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置的使用方法，其特征在于，反应后的废气经由所述尾气排出口(17)排入处理结构，并回收废气中的氢气，并将回收的氢气通过所述还原气入口(10)回收利用。

技术总结
本发明属于非高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置与方法，包括：绝缘材料壳体，绝缘材料壳体内侧顶端设有等离子电弧还原结构，等离子电弧还原结构顶端固定连通有第一冷却水入口、第一冷却水出口、还原气入口，绝缘材料壳体中部上方固定连通有矿粉喷枪，矿粉喷枪的出料端位于等离子电弧还原结构下方，绝缘材料壳体中部下方固定连通有尾气排出口，绝缘材料壳体内侧底端设有熔池区，绝缘材料壳体底端周侧固定连通有出铁口、出渣口。利用这些结构，实现了一种温度高、热源稳定、反应充分、能够显著提高炼铁效率与出铁还原度，并且清洁环保的基于等离子体电弧的闪速一步炼钢装置与方法。

技术研发人员：郭磊,郭占成,刘枫,徐磊
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14