一种两段式电加热生产还原铁的方法及竖炉装置与流程

1.本发明涉及竖炉气基直接还原铁领域，尤其涉及一种降低还原气体用量且提高能效的方法和竖炉装置。


背景技术：

2.竖炉气基直接还原铁技术是一种非高炉炼铁工艺，具有不使用焦煤、能耗低、碳排放少、环境友好等优势，对于节能减排及提升钢铁产品质量具有重要的作用。
3.在现有工艺技术中，无论是hyl法还是midrex法等其它方法，都是将甲烷或焦炉煤气等还原气体加热到一定的温度后通入竖炉中，用炽热的还原气体把竖炉中的矿加热到反应所需的温度后进行反应，并给反应体系提供维持反应所需的热量。这就使得用于给矿物加热而携带热量的还原气体的量远远大于参与还原反应的还原气体的量；虽然在各种现有的工艺中都有各种各样的炉顶气回收装置，但是都无法完全回收，目前炉顶气的利用率只有38％左右，这一方面增高了成本，另一方面也增加了还原气体的排放，同时还增加了安全隐患。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足之处，本发明提出了一种两段式电加热生产还原铁的方法，包括：将矿石通过发热和传热方式不同的两个电加热段进行加热并进行还原反应，其中，预还原段中装有电热元件，所产生的热量通过辐射、传导和对流的传热方式传递给从炉顶进入的矿石；在还原段装有感应加热装置，使得经过预还原的且具有一定金属化率的矿石在还原段中通过电磁感应自身发热而产生比预还原段更高且更均匀的温度从而可以快速与还原气体发生深度反应而达到更高的金属化率。
5.为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：
6.本发明提出一种两段式电加热生产还原铁的竖炉装置，包括：在竖炉的还原区里有两个电加热段，即预还原段和还原段。在竖炉的预还原段中装有电热元件，所产生的热量通过辐射、传导和对流的传热方式将从炉顶进入的矿石加热，在预还原段中热的矿石与还原气体进行反应并产生10％～50％的金属化率；在竖炉的预还原段之下的还原段装有感应加热装置，使得经过预还原的且具有10％～50％的金属化率的矿石在还原段中通过电磁感应自身发热而产生比预还原段更高且更均匀的温度从而可以快速与还原气体发生深度反应而达到85％以上的金属化率。
7.进一步的，还包括：所述电热元件可以是电热丝、硅碳棒、硅钼棒等间接电阻加热的发热元件或装有金属芯的感应发热装置。
8.进一步的，还包括：所述感应加热装置可以是使用工频、中频或高频交流电的感应加热装置。
9.进一步的，还包括：所述矿石为块矿、球团矿以及它们的混合物。
10.本发明的有益效果至少包括：
11.1)本发明用电加热装置来给竖炉中的还原反应提供所需的热量，省去了用于携带热量的那部分还原气体，从而大大降低了竖炉直接还原铁工艺中还原气体的用量，降低了成本和排放；
12.2)两段式电加热极大地提升了竖炉的热效率，节能的效果明显；
13.3)由于还原段采用了感应加热，所以可以使得矿石能够被均匀加热到较预还原段更高的温度，从而加快还原反应的速度提高设备效率。
附图说明
14.附图1为本发明的结构示意图
具体实施方式
15.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
16.实施例1：在竖炉内的还原区上半部分的预还原段横向紧贴炉壁安装若干根穿有电热丝或电热带的钢管，其中，电热丝或电热带与钢管之间用耐高温的绝缘材料(如云母片等)隔开，钢管之间间隔一定的距离，通电后即可使预还原段的温度上升，所产生的热量通过辐射、传导和对流的方式使矿石的温度升高从而与通入的还原气体反应产生10％～50％的金属化率；在还原区下半部分的还原段紧贴炉壁安装紫铜感应线圈，感应线圈的表面用炉衬材料覆盖，通电后可以使得还原区内部分金属化的矿石感应发热。
17.实施例2：在竖炉内的还原区上半部分的预还原段安装一圈钢板，钢板和炉壁之间安装紫铜的感应线圈，通电后钢板发热使得预还原段的温度上升，所产生的热量通过辐射、传导和对流的方式使矿石的温度升高从而与通入的还原气体反应产生10％～50％的金属化率；在还原区下半部分的还原段紧贴炉壁安装紫铜感应线圈，感应线圈的表面用中频炉的炉衬材料覆盖，通电后可以使得还原区内部分金属化的矿石感应发热。
18.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，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。


技术特征：
1.一种两段式电加热生产还原铁的方法，其特征在于：先使用电热元件方式发热并通过辐射、传导和对流的热传递方式将矿石加热并使矿石与还原气体反应可以使矿石中的部分铁矿转化为金属铁而获得10％～50％的金属化率；然后，这种部分金属化的矿石被感应加热至1000℃以上的高温并与还原气体进一步反应得到85％以上的金属化率。2.根据权利要求1的方法设计的竖炉装置，其特征在于：在竖炉的还原区分为发热和传热方式不同的两段，即：预还原段和还原段，其中预还原段以电热元件方式发热并以辐射、传导和对流的传热方式将矿石加热，还原段以感应发热方式使经过预还原且具有10％～50％的金属化率的矿石直接发热。3.根据权利要求1，电热元件包括电热丝、电热带、硅碳棒、硅钼棒等利用电流流过导体的焦耳效应产生热能的元件以及装有金属芯的感应线圈。4.根据权利要求1，所述感应发热可以是使用工频、中频或高频交流电的感应发热。5.根据权利要求1，所述矿石包括块矿和球团矿。

技术总结
本发明涉及一种两段式电加热生产还原铁的方法及竖炉装置，属于气基直接还原铁领域，包括：在竖炉的还原区装有发热和传热方式不同的两个电加热还原段，即，预还原段和还原段；本发明能够有效地降低直接还原铁生产中的还原气体的用量，并能有效地提高热效率，节能减排效果明显。效果明显。效果明显。


技术研发人员：张伟
受保护的技术使用者：四川辉伟融达科技有限责任公司
技术研发日：2022.05.18
技术公布日：2022/8/30