本發(fā)明涉及用于生產直接還原金屬的方法和裝置，諸如直接還原鐵(也稱為海綿鐵)。本發(fā)明特別涉及在受控的氫氣氣氛中直接還原金屬氧化物或金屬礦石，以生產這種直接還原金屬。

背景技術：

1、使用氫氣作為還原劑生產直接還原金屬本身是眾所周知的。例如，在se7406174-8和se7406175-5中描述了一些方法，其中將金屬氧化物或金屬礦石裝料經受流過金屬材料裝料的氫氣氣氛，結果其被還原形成直接還原的純金屬。

2、此外，在瑞典申請se1950403-4、se1951070-0和se2050771-1中，公開了在封閉的氫氣氣氛下直接還原金屬材料，并進一步使這種直接還原的金屬材料滲碳的工藝。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明特別適用于分批裝載和處理待還原材料的情況。

2、現(xiàn)有技術存在幾個問題，包括關于熱損失以及氫氣使用的效率。

3、相對于現(xiàn)有技術的方案，還希望提高簡單性和程序/時間效率。

4、因此，希望獲得用于直接還原金屬材料的熱和能量高效的方法，該方法不會導致一氧化碳或二氧化碳釋放到大氣中。該技術方案應可以擴展到大的生產量，并且能夠處理不同結構的金屬材料。

5、本發(fā)明解決了上述問題。

6、因此，本發(fā)明涉及生產直接還原金屬材料的方法，包括以下步驟：a)將待還原的金屬材料裝載入封閉的爐空間；b)提供熱量和惰性氣體至爐空間，由此加熱的惰性氣體填充爐空間，并將裝載的金屬材料加熱至第一溫度；c)提供還原性氣體至爐空間；d)提供熱量至爐空間以保持裝載的金屬材料中的第二溫度足夠高，使得存在于裝載的金屬材料中的金屬氧化物被還原，進而導致水蒸氣形成；e)在冷凝器中冷凝并收集步驟d中形成的水蒸汽；和f)在裝載的金屬材料被還原后，從爐空間中排出剩余的還原氣體，所述方法的特征為，在相同壓力下，還原氣體具有比惰性氣體更低的密度，并且在步驟c)中，當惰性氣體仍然存在于爐空間中時，提供還原氣體，由此所提供的還原氣體因此向下推動惰性氣體，直到裝載的金屬材料完全包含在還原氣體中。

7、本發(fā)明還涉及用于生產直接還原金屬材料的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：爐空間，所述爐空間布置成接收和容納待還原的金屬材料；加熱和氣體供應裝置，所述加熱和氣體供應裝置布置成向爐空間提供熱量、惰性氣體和還原氣體；控制裝置，所述控制裝置布置成控制加熱和氣體供應裝置以向爐空間提供熱量和惰性氣體，使得加熱的惰性氣體填充爐空間，并將裝載的金屬材料加熱到第一溫度；向爐空間提供還原氣體；向爐空間提供熱量，以保持裝載的金屬材料中的第二溫度足夠高，使得裝載的金屬材料中的金屬氧化物被還原，進而導致水蒸氣形成；和在裝載的金屬材料已經被還原之后，從爐空間中排出剩余的還原氣體，其中，系統(tǒng)包括冷凝器，所述冷凝器布置成冷凝和收集水蒸氣，所述系統(tǒng)的特征為，在相同壓力下，還原氣體具有比惰性氣體更低的密度，并且控制裝置布置成控制加熱和氣體供應裝置以在惰性氣體仍然存在于爐空間中時，提供還原氣體，由此所提供的還原氣體因此向下推動惰性氣體，直到裝載的金屬材料完全包含在還原氣體中。

技術特征：

1.用于生產直接還原金屬材料(142)的方法，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟b)中，所述惰性氣體在經過裝載的金屬材料(142)的閉合回路中循環(huán)。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟b)中，所述惰性氣體以預定的過壓提供，并且在步驟c)之前，所述惰性氣體被排空至低于所述過壓的壓力。

4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟c)中，將所述還原氣體提供至所述爐空間(120)的頂部(125)，在裝載的金屬材料(142)上方。

5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟c)中，所述還原氣體以至少主要部分是層流的流的形式提供。

6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟c)-步驟e)中，所述還原氣體被提供至所述爐空間(120)，而沒有所述還原氣體或所述惰性氣體的任何再循環(huán)。

7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟d)中，向所述爐空間(120)提供額外的還原氣體，以便在其中實現(xiàn)和/或保持預定的過壓。

8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括從所述爐空間(120)的下部或爐空間(120)下方的一點，在裝載的金屬材料(142)下方，從所述爐空間(120)中排出所述惰性氣體。

9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟(f)中，剩余的還原氣體從裝載的金屬材料(142)上方的爐空間(120)的頂部(125)從爐空間(120)中排出。

10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟f)導致爐空間(120)填充有惰性氣體，并且所述方法還包括隨后的步驟，其中所述惰性氣體在閉合回路中循環(huán)，以便冷卻還原的金屬材料(142)。

11.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括從爐空間(120)中排出現(xiàn)有的氣氛的初始步驟，以便在爐空間(120)內實現(xiàn)小于1巴的氣體壓力，諸如至多0.5巴的氣體壓力。

12.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括向爐空間(120)提供含碳氣體，諸如氣態(tài)烴，使得加熱和還原的金屬材料(142)被所述含碳氣體滲碳。

13.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述還原氣體是氫氣和/或一氧化碳。

14.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述惰性氣體是氮氣。

15.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述還原氣體在熱交換器(160)中預熱，所述熱交換器(160)布置為將從裝載的金屬材料(142)蒸發(fā)的水的熱能傳遞給所述還原氣體。

16.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，執(zhí)行步驟d)和步驟e)，直到不再需要額外的還原氣體來維持所述爐空間(120)中的預定過壓，和/或直到預定量的液態(tài)水已經收集在所述冷凝器(160)中，和/或直到不再需要額外的熱量來維持所述爐空間(120)中的第二溫度。

17.根據(jù)權利要求3、7或13所述的方法，其特征在于，所述預定過壓是至少2.3巴的絕對壓力，諸如至少2.5巴，諸如至少3巴。

18.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，對于高達5噸的量的金屬材料(142)，步驟d)和步驟e)在至少2分鐘內執(zhí)行，諸如至少3分鐘；并且對于高達10噸的量的金屬材料(142)，步驟d)和步驟e)在至少5分鐘內執(zhí)行，諸如至少10分鐘。

19.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，對于高達5噸的量的金屬材料(142)，步驟d)和步驟e)在至多30分鐘內執(zhí)行，諸如至多15分鐘，諸如至多10分鐘；并且對于高達10噸的量的金屬材料(142)，步驟d)和步驟e)在至多60分鐘內執(zhí)行，諸如至多30分鐘，諸如至多15分鐘。

20.用于生產直接還原金屬材料(142)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

技術總結
用于生產直接還原金屬材料(142)的方法，所述方法包括以下步驟：a)將材料裝載入封閉的爐空間(120)中；b)使用加熱的惰性氣體填充爐空間，加熱材料；c)提供還原氣體；d)提供熱量，使得存在于材料中的金屬氧化物被還原，進而導致水蒸氣形成；e)將水蒸氣冷凝并收集在冷凝器(160)中；和f)從爐空間中排出剩余的還原氣體。所述方法的特征為，在相同壓力下，還原氣體具有比惰性氣體更低的密度，并且在步驟c)中，當惰性氣體仍然存在于爐空間中時，提供還原氣體，由此所提供的還原氣體因此向下推動惰性氣體，直到材料完全包含在還原氣體中。本發(fā)明還涉及系統(tǒng)。

技術研發(fā)人員：H·默里
受保護的技術使用者：格林艾恩H2公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6