專利名稱：氫冶金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氫冶金和氫能源生產(chǎn)，特別涉及煉鐵生產(chǎn)與節(jié)能、減排。
背景技術：
巨型高爐煉鐵仍是當前主流冶金技術，這種技術已非常成熟、產(chǎn)量巨大、生產(chǎn)成本
頗具競爭力。但流程復雜、投資額巨大、焦煤資源匱乏、能耗高、噸鐵2噸以上的碳排放嚴重
破壞大氣環(huán)境，隨著地球變暖問題日益突出，高爐煉鐵勢必成為眾矢之的。 C0REX煤熔融還原，是當前新興冶金技術的代表，不用焦碳也能煉出好鐵，但其總
能耗、碳排放、生產(chǎn)成本三大指標均超過巨型高爐煉鐵。 Itmk3轉底爐高溫快速還原煉鐵，不用焦炭效率也很高、10分鐘內(nèi)就能生產(chǎn)出粒 鐵、有世界第三代煉鐵技術之稱。但大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化有一定困難，年產(chǎn)500萬噸鐵水，須要建 造直徑60米的巨型轉底爐10余座，每座都只能處理一二寸厚的礦料層、還要維持不同區(qū)段 130CTC以上高溫，散熱面積過大，熱效率過低，維持正常運轉有一定難度，且碳排放問題依 然存在。 鐵精礦超細粉體低溫快速還原，是目前最新冶金技術，不用焦炭、效率也高、能耗、
硫氧化物、氮氧化物排放也將是上述冶金技術中最低的。但碳排放仍是問題。 為此本發(fā)明人，曾提出了 200610106689. 1號專利申請，該專利申請在世界冶金技
術中率先明確提出了"一種天然氣裂解氫冶金方法及設備"的氫冶金技術。指明了當代冶
金工業(yè)的發(fā)展方向。是一項可以行得通的技術。但我們的科學探索并未停止，本發(fā)明就代
表了我們新的研究成果，但并未否定前一專利，也未使之過時，而是重大方向上的實用創(chuàng)新發(fā)展。 本發(fā)明之中心目的仍在于力爭解決全球鋼鐵工業(yè)的碳排放問題、節(jié)能問題、和能
源解決方向問題。這三大問題將是未來io年之內(nèi)，全球冶金工業(yè)必須解決，而且不得不去
解決的，事關冶金企業(yè)生死存亡的關鍵問題。冶金工業(yè)，汽車運用，石化燃料發(fā)電，每年排入 大氣中的二氧化碳達數(shù)十億噸之多，如果在50年內(nèi)地球平均氣溫上升3 5°C ，那將給人類 帶來有史以來的最大災難。要解決這一問題只有氫能源、氫冶金、節(jié)能、減排這條出路，別無 他途。 本發(fā)明綜合吸收上述所有各項冶金技術原理的優(yōu)點，將其融會于本發(fā)明"氫冶金" 所述各項方法中，并力爭有所發(fā)展來克服其缺點，解決其所無法解決的新問題，使之形成實 實在在行之有效的成套新冶金方法來達到本發(fā)明之目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之"氫冶金"，其原理是建筑在如下4項客觀科學原理之上 1，CH4 — 2H2+C :即天然氣、煤層氣、煤地下氣化氣、可燃冰氣化氣，等烴類燃氣的電
弧等離子裂解制氫，同時可以獲得高附加值的納米碳黑，而二氧化碳排放趨近于零； 2， Fe203+3H2 — 2Fe+3H20，即用氫還原鐵的氧化物獲得金屬鐵和水蒸氣，而二氧化碳排放趨近于零。 以上兩條，就從根本上，使得兩步法氫冶金技術，能全過程實現(xiàn)二氧化碳排放均趨 近于零；從而使得鋼鐵工業(yè)擺脫碳排放，這個困擾當今世界的世紀性難題，成為可能。
本發(fā)明人的200610106689. 1號專利申請，也的確提出了一套能實現(xiàn)超大規(guī)模產(chǎn) 業(yè)化的，具體而切實可行的技術方案和能保證該方案能夠真正執(zhí)行的設備結構設計。但是 我們近20年的科研實踐經(jīng)驗深知這還是不夠的。因為，在可燃冰獲得工業(yè)化開發(fā)之前， 天然氣也是一項緊俏而寶貴的能源。要大量用于煉鐵，大家都有些感到為難。因而本發(fā)明 人，通過本發(fā)明，再加上了以下兩條原理和方向，來加強解決其來源問題，這就是；
3，氫冶金高溫電解水蒸氣制氫 艮卩2H20 — 2H2+02，或2H20 — 4H++4e+02， 4H++4e — 2H2， 經(jīng)氫冶金的大量實驗研究，發(fā)現(xiàn)在烴等離子體裂解制氫和氫高溫快速還原過程
中，要產(chǎn)生大量120(TC以上超高溫尾氣。由于冶金工業(yè)的巨大集中規(guī)模，這種超高溫尾氣的
能量足以與核反應堆所能提供的熱能相匹敵。若按當前冶金企業(yè)傳統(tǒng)方法，通過尾氣鍋爐
產(chǎn)生蒸汽用于推動汽輪機再由汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，再將電力用于冶金，則其最終熱效
率僅為25%左右。若用其產(chǎn)生的高溫蒸汽，設施電解高溫水蒸氣制氫，最終熱效率則可提高
到50%以上。在氫冶金工程中，若將其所制得的氫，作為氫冶金的補充氫源，則可以把天然
氣的用量由200立方米/噸鐵，減少到80立方米/噸鐵；若在水能風能等可在生資源非常
豐富的地方，這更具有非常重要的意義。因為它還有可能利用洪水高峰期和季風旺盛期，當
前無法利用的國家計劃外風能和水能發(fā)電能力，用于超大規(guī)模電解制氫儲存起來，全年均
衡利用。為發(fā)展氫冶金和氫能源汽車提供廉價氫源。從而可以把全球的這兩種(水能和
風能)可再生資源挖潛，提高一倍。這是更一項了不起的潛力。高溫水蒸氣電解制氫，每立
方米耗電僅2 3kw. h，也比當前堿性電解槽水電解制氫，每立方米氫耗電4. 5 5. 5kw. h，
要節(jié)能50%以上。這項技術發(fā)明于70年代，至今未得到發(fā)展，是因為沒有足夠大量的低成
本高溫蒸氣來源。大家還在等待受控熱核時代的到來。今天氫冶金和中國世界首屈一指的
高峰低谷洪期國家計劃外水能資源，提供了這種能量和機遇。 4，煤的氫等離子裂解制氫 煤一揮發(fā)份+C 揮發(fā)份一H2+CH4+C2H2+C2H4+CO+. CH4 — C+2H2 C2H2 —2C+H2 C2H4 — 2C+2H2 這就是，用氫等離子體高溫裂解褐煤等高含氫煤制氫的原理。這就為煤進入氫冶 金領域開辟了一條蹊徑。 其實，上述原理2，早已由世界各地的天然氣重整制氫生產(chǎn)海綿鐵，的百萬噸級大 工業(yè)生產(chǎn)和碳化鐵的工業(yè)化試驗所證實。但可惜這些方法，沒有同時實施原理l，也沒有利 用原理3，和原理4，而實施了天然氣水蒸氣重整制氫CH4+2H20 — 3H2+C02，以致雖然實現(xiàn)了 天然氣冶金，甚至氫冶金，而且規(guī)模至今很大，且每噸海綿鐵消耗天然氣350 450立方米 之多，比本發(fā)明每噸海綿鐵消耗天然氣60 200立方米，高出50%以上，但其大量二氧化碳排放，在今天更成了這些方法的致命缺點。
有鑒于此，本分明的具體內(nèi)容則是 l，一種氫高溫快速還原冶金法，其特征在于 l，一種氫高溫快速還原冶金法，其特征在于 (1)用烴、或氫作直流等離子體的工作氣體，用"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極 電弧爐"，作為等離子裂解爐兼熔融還原爐，既完成裂解天然氣、或煤層氣、地下煤制氣、可 燃冰氣化氣、以及褐煤等高含氫煤制氫的任務；又完成海綿鐵熔融終還原生產(chǎn)鐵水的任務； 同時產(chǎn)生超高溫富氫尾氣，直接輸送給"氫回轉窯"作還原劑； 即用80 250m3/噸鐵水的比例的天然氣、或相應含氫量的煤層氣、地下煤制氣、 可燃冰氣化氣、以及100 200Kg褐煤等干燥高含氫煤微粉(《200目)，通過"帶前爐的 氫冷高壓直流空心電極電弧爐"空心電極的中心孔加入其直流等離子弧弧心，實現(xiàn)等離子 弧高溫裂解制氫，供給"氫回轉窯"；同時通過閉鎖料斗系統(tǒng)及"氫冶煉裂解爐"的加料孔將 海綿鐵加入其熔融飽和含碳鐵液中，實現(xiàn)海綿鐵熔融終還原，生產(chǎn)出鐵水；反應壓力控制為 1 5Mpa ; 在這里，氫冶金已不再單純依靠天然氣了。既推出了天然氣及可燃冰裂解氫冶金 技術，也推出了煤層氣裂解氫冶金技術、地下煤制氣裂解氫冶金技術，還推出了褐煤裂解氫 冶金技術。應該說氫冶金的能源問題，已經(jīng)得到較全面的解決。 (2)用"氫回轉窯"作高溫快速還原爐，對鐵精礦粒料進行1200 140(TC的富氫 高溫高壓快速還原生產(chǎn)海綿鐵，作為"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"熔融還原生 產(chǎn)鐵水的原料；即用"氫回轉窯"對粒徑為2 10mm的鐵精礦粒料，包括用粒徑< lmm的鐵 精礦粉制粒得到的2 10mm的鐵精礦粒料，進行1200 1400°C，0. 5 3Mpa的高溫高壓 還原，在60分鐘內(nèi)生產(chǎn)出還原度^ 70%海綿鐵，反饋給"氫冶煉裂解爐"，形成氫冶金工藝 循環(huán)連續(xù)生產(chǎn)； 在這里，按照本項發(fā)明，原料入爐，IO 20分鐘內(nèi)，就能生產(chǎn)出高還原度的海綿 鐵。氫冶金的效率問題，也已經(jīng)在技術上取得了突破。之所以能快，一是用氫還原，又于氫 具有極高的擴散系數(shù)，即使在818°C以下，氫還原氧化鐵的速度仍高于一氧化碳5倍左右， 在818°C以上則又是更為明顯，這是因為溫度高于325°C時，F(xiàn)e203，和Fe304，可以直接還原 成Fe，而不必經(jīng)過FeO階段；二，是在本發(fā)明的氫還原爐中，由于密封性好，還原壓力通常在 1 3Mpa范圍，其還原速度遠比常壓下高得多；三，是采用小于lmm以下的鐵精礦粉，而大 多數(shù)情況下是采用200目占90%的鐵精礦微粉；四是采用1200°C以上高溫；這4項條件就 保證了本發(fā)明具有極高的超乎尋常的高還原速度。 (3)通過尾氣處理系統(tǒng)，對"氫回轉窯"尾氣進行換熱降溫、重力除塵、袋濾、回收碳 黑；再經(jīng)洗滌、脫硫、CO轉換、分離回收氫、氬和C02 ;同時盡可能利用"氫還原爐"尾氣換熱 降溫時產(chǎn)生的高溫蒸氣，進行高溫水蒸氣電解制氫，作為氫還原海綿的補充氫源，以盡可能 減少天然氣、或煤層氣、地下煤制氣、可燃冰氣化氣、以及褐煤等高含氫煤的用量；若用褐煤 等高含氫煤制氫實現(xiàn)氫冶金時，則必進行高溫水蒸氣電解制氫，或以煤層氣、煤熱解氣(焦 爐煤氣類)等作為等離子工作氣體； 這里，已把水能、風能制氫，作為氫冶金，的重要氫源。這樣，除可以將還原系統(tǒng)，天 然氣等石化燃料消耗減少到80 100立方米/噸鐵的超低水平外。還可產(chǎn)生大量富余氫，以能源氫的形式供應市場作為氫能汽車能源。使冶金企業(yè)由單純能源消耗大戶，轉變成為 氫能源供應大戶。但須要明確的是，歸根結底這種能源是來自水力和風力電站較為廉價的 電力，通過本系統(tǒng)的功能轉化成了能源氫。在實施中請一定要加以注意，及時調(diào)整工藝運行 參數(shù)，比如適當增加海綿鐵產(chǎn)量或增加氫的循環(huán)量以增加高溫蒸汽電解量等，否則達不到 此目的。同時，實施本發(fā)明，選址是極為重要的決策； (4)將上述回收和電解制氫所得工業(yè)純氫，饋入"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極
電弧爐"的氫冷卻系統(tǒng)，進行氫冷卻和熱回收，氫被預熱后回饋"氫回轉窯"。 這也是一項冶金工業(yè)上從未實施過的節(jié)能冶金技術。它可以在保證"空心電極直
流等離子電弧爐"長時間高可靠安全運轉的同時，使其大量散發(fā)出來的熱能，得以回收利用。 2，一種純氫低溫快速還原冶金法，其特征在于 (1)用烴、或氫作直流等離子體的工作氣體，用"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極 電弧爐"，作為等離子裂解爐兼熔融還原爐，既完成裂解天然氣、或煤層氣、地下煤制氣、可 燃冰氣化氣、以及褐煤等高含氫煤制氫的任務；又完成海綿鐵熔融終還原生產(chǎn)鐵水的任務； 同時產(chǎn)生超高溫富氫尾氣，饋送尾氣處理系統(tǒng)； (2)用"氫回轉窯"作低溫快速還原爐，對粒度< 0. lmm的鐵精礦微粉，或用該鐵精 礦微粉制造的粒徑為2 10mm的鐵精礦粒料，實施700 1200°C ，的純氫低溫快速還原，在 1小時內(nèi)生產(chǎn)出還原度> 90%海綿鐵，返饋氫"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"， 形成氫冶金工藝循環(huán)連續(xù)生產(chǎn)； (3)利用"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"和"氫回轉窯"的高溫尾氣換熱 降溫生產(chǎn)的高溫蒸氣，進行高溫水蒸氣電解制氫；再進一步對其尾氣進行重力除塵、袋濾、 洗滌、脫硫、CO轉換、回收工業(yè)純氫、氬、碳黑和二氧化碳； (4)將上述電解制氫所得工業(yè)純氫和回收，饋入"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極
電弧爐"的氫冷卻系統(tǒng)，進行氫冷卻和熱回收，氫被預熱后回饋"氫回轉窯"。 3，一種"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"，其特征在于 (1)"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"，是一種用烴或氫作等離子工作
氣體，帶有前爐及高保溫液壓陶瓷滑閥式水口 、和或渣口的高壓空心電極直流等離子電弧
爐； (2)"爐體、爐蓋為雙層氫冷卻結構，用優(yōu)質低碳結構鋼或低碳奧氏體不銹鋼制造， 其氫冷強度以最里層耐火磚溫度保持IIO(TC以下為準，以熱電偶進行監(jiān)控和閉環(huán)自動控 制；爐體、爐蓋間及所有外連接口，均用銅皮夾柔性石墨板密封，爐整體工作耐壓10Mpa以 上，不漏氫； (3)"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"的空心電極，是用高密高強等靜壓 石墨材料、或Ti3SiC2層狀陶瓷材料制造、或以優(yōu)質超高功率石墨電極加工制造，每截兩端 裝有準進不準出的同向"單向閥"； (4)以"氫冷電極絕緣定位集電密封裝置"取代普通電弧爐的耐火磚電極孔、導電 橫臂、電極挾持器；以直接安裝在爐蓋上的"氫冷環(huán)形油缸升降裝置"取代普通電弧爐爐體 側置升降油缸裝置； (5)設前爐；及高保溫液壓陶瓷滑閥式水口、和或渣口 ；
4， 一種"氫回轉窯"，其特征在于 (1)"氫回轉窯"是一種既可以實施鐵精礦粒料1200 150(TC高溫，0. 5 3Mpa 高壓快速還原的"氫高溫高壓快速還原爐"；又是一種可以實施鐵精礦微粉與鐵精礦微粉粒 料600 1200低溫快速還原的的"氫低溫高壓快速還原爐"； (2)"氫回轉窯"由窯頭、窯身、窯尾三大部件組成，相互間以圓柱面精密配合，其外 殼均由抗氫脆的低碳奧氏體不銹鋼制造；窯頭與窯身鋼殼，窯身與窯尾鋼殼，除以徑向和軸 向耐高溫軸承相互支承定位外，還以碳化硅陶瓷纖維密封環(huán)、柔性石墨密封環(huán)、聚四氟乙烯 密封環(huán)進行低溫組合密封，并在內(nèi)外低溫密封環(huán)組之間，以高于爐內(nèi)壓力的氬氣進行氣壓 密封，并用氫漏監(jiān)測儀表進行監(jiān)控和閉環(huán)自動控制和報警；窯身兩端頭，窯頭與窯身、窯身 與窯尾，相互間為氮化硅或氮化硼纖維增韌氮化硅圓柱精密偶合運動副，并以碳化硅陶瓷 纖維密封環(huán)和柔性石墨密封環(huán)組合，進行高溫密封；窯頭、窯尾采用煉鋼轉爐轉軸結構，使 整個爐窯的傾角可以在5度范圍內(nèi)調(diào)整； (3)"氫回轉窯"是用碳纖維作發(fā)熱體的電阻加熱窯；筒身鋼殼內(nèi)保溫層與最里耐 火層之間，為一用用碳纖維作發(fā)熱體，用氮化硅或氮化硼纖維增韌氮化硅陶瓷整體包覆碳 纖維發(fā)熱體燒結制成筒形電加熱元件，用絕緣鉬導體作引出線，引出筒體外表，與銅滑環(huán)相 連接，銅滑環(huán)與鋼外殼絕緣，接受外輸入電源；整個爐身筒形電加熱元件分三段構成，相互 連接，而又可單獨加電，可分別控制加熱溫度，最高加熱溫度1600°C 。
(4)用氮化硅結合碳化硅耐火材料，或氮化硼纖維增強氮化硅復合材料制作窯頭、
窯身、窯尾最里層防粘結內(nèi)襯，爐身中部和尾部設揚料筋；緊貼窯頭、窯身、窯尾鋼殼內(nèi)表，
設粒狀陶瓷纖維澆注料，或氮氣吹制的陶瓷空心球澆注料制作的隔熱保溫層。 5，根據(jù)權利要求3所述的一種"電極絕緣定位導向集電密封裝置"，其特征在于 (1)用氮化硅或氮化硼纖維增強氮化硅制作絕緣定位環(huán)體，用純銅制作集電冷卻
環(huán)體、兩者精密配合組成基本構架并用氫進行冷卻； (2)用陶瓷纖維密封環(huán)和柔性石墨密封環(huán)組成的組合密封環(huán)串，構成該裝置與石 墨電極，該裝置與爐蓋之間的內(nèi)外密封； (3)用高品質的柔性石墨密封環(huán)串，作為純銅質集電環(huán)與石墨電極之間的導電、導 熱、密封介質。 6，如權利要求2所述的一種"環(huán)形油缸升降裝置"其結構特征如下 (1)上下抱閘其結構與作用原理與現(xiàn)有礦熱爐上下抱閘相同，特點是用抗燃液
壓液驅動動的擺動油馬達進行抱閘和松閘； (2)用抗燃液壓液驅動動的環(huán)形液壓油缸取代普通升降液壓油缸。并用氫冷卻油 缸內(nèi)環(huán)； 7，如權利要求2所述的一種"氫冶煉裂解爐"的"空心電極單向閥"，其特征是
"電極單向閥"由閥體、閥芯、彈簧、彈簧座等4個零件構成，除彈簧用非磁性耐熱不 銹鋼制造外，其余零件該用與石墨電極相同材料制造，其備選材料為鎳白銅，"電極單向閥" 與石墨電極之間用錐管螺紋進行連接和密封。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點 (1)整個冶金和能源生產(chǎn)過程，可以做到二氧化碳排放趨近于零。
(2)本發(fā)明是一項氫冶金兼氫能源生產(chǎn)新技術，還可以使冶金企業(yè)由單純能源消耗大戶，轉變成為氫能源供應大戶。 (3)效率高，原料入爐不出1小時就能冶煉出優(yōu)質鐵水，而現(xiàn)有的焦炭高爐和煤熔 融還原煉鐵，都在8小時以上，這就為高效節(jié)能打下了基礎； (4)節(jié)能，本發(fā)明煉鐵噸鐵能耗，在沒有高溫水蒸氣電解制氫條件下，純粹用天然 氣裂解制氫，則天然氣消耗量為200立方米/噸鐵，電力< 1200kw. h，總能耗低于12GJ，但 總能耗仍比當前高爐和煤熔融還原噸鐵總能耗18GJ，節(jié)能30X以上。當實施水蒸氣電解制 氫時，隨著補氫量的增加，天然氣用量相應可減少，直到到80立方米，此時電力總消耗可能 高達1800kw.h，但總能耗仍在10GJ以內(nèi)，比高爐煉鐵節(jié)能40%以上，實際上比單純用天然 氣和電力更節(jié)能。 (5)產(chǎn)品品質好，氫冶金是現(xiàn)有冶金技術中根本不用煤，或用煤最少，因此在用相 同品質礦石的情況下，氫冶金不用采取特別的脫硫脫磷措施，其產(chǎn)品的硫磷砷鉛含量，都是 現(xiàn)有各種煉鐵流程中最低的。這將大大提高后續(xù)煉鋼流程的效率、減少材料消耗、提高終產(chǎn) 品質量，降低終產(chǎn)品成本。 (6)由于氫冶金在解決事關人類命運的碳排放問題上處于世界領先位置，一旦實 現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，必將迅速普及，由于其流程短、效率高、產(chǎn)品質量好、成本低，肯定在全世界具有 良好的發(fā)展前景。


圖1氫高溫快速還原冶金法工藝流程示意圖 圖2純氫低溫快速還原冶金法工藝流程示意圖 圖3 "帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"結構示意圖 圖4 "氫回轉窯"結構示意圖。 圖5 "帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"的"電極絕緣定位集電密封裝置" 結構示意圖。 圖6 "帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"的"電極環(huán)形油缸升降裝置"結構 示意圖。 圖7 "帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"的"空心電極單向閥"結構示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結合附圖和實施例作本發(fā)明具體實施方式
的進一步的說明
圖1是氫高溫快速原冶金法流程示意圖， (1)據(jù)圖可以看出，"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"(為敘述方便，以 下簡稱冶煉裂解爐)，既作為海綿鐵快速熔融終還原生產(chǎn)鐵水的設備，也是等離子裂解天然 氣等以制氫的設備，其產(chǎn)生的氫氣以尾氣形式直接輸送給氫回轉窯(為敘述方便，以下簡 稱冶煉裂解爐)，對鐵精礦粒料進行氫預還原；這是將氫冶煉裂解爐的尾氣管與氫還原爐 的進氣管直接連通實現(xiàn)的；同理，可將氫冶金還原爐的排料管與氫冶煉裂解爐的進料管直 接連通；將氫還原爐的尾氣處理系統(tǒng)中的氫輸出管與氫冶煉裂解爐的氫冷卻系統(tǒng)進氣管連 通；而將氫冶煉裂解爐的氫冷卻系統(tǒng)出氣管與氫還原爐的進氣管連通，構成工藝循環(huán)，實現(xiàn) 氫冶金的連續(xù)生產(chǎn)；
(2)按每噸鐵精礦粒料配50 130立方米天然氣或含有等量氫的煤層氣，煤地下 氣化氣、可燃冰氣化氣等烴類燃氣，或70 130kg褐煤等高含氫干煤粉的配比，將鐵精礦粒 料通過閉鎖料斗系統(tǒng)加入氫還原爐，而天然氣等則通過氫冶煉裂解爐的空心電極，以10 60分鐘輸完的平均速度輸入氫冶金還原爐和氫冶煉裂解爐。而氫冶金還原爐的爐溫控制在 1200 140(TC范圍，60分鐘時間之內(nèi)，即可從冶煉裂解爐的前爐，輸出優(yōu)質鐵水；當輸入高 含氫煤粉時，必須以氫為等離子載氣，其輸入量為每公斤碳粉1 4立方米，其來源就是本 系統(tǒng)尾氣鍋爐高溫蒸汽低能耗電解制氫。 本發(fā)明是真正的氫冶金，應盡可能利用水力、風力資源豐富的地區(qū)高峰低谷富余 廉價電力，挖掘本冶金系統(tǒng)潛力，大規(guī)模電解高溫水蒸氣制氫，作為氫冶金補充氫源，就可 把天然氣加入量，由150 200立方米/噸鐵，減至80 100立方米/噸鐵。過程的二氧 化碳排放總量，也可以做到噸鐵低于50kg的趨近于零的超低水平；或者加大循環(huán)氫的循環(huán) 量，并保持其溫度控制參數(shù)不變，則可大大增加水蒸氣電解氫的產(chǎn)量，成為氫能源生產(chǎn)供應 大戶。用這種可再生資源，是達到本發(fā)明之目的，減少冶金工業(yè)碳排放的最佳手段。
此時裂解產(chǎn)生的碳黑，有可能全部進入熔融高溫鐵液，成為鐵液中的溶解碳，制造 飽和含碳鐵液，為海綿鐵的快速熔融終還原，生產(chǎn)鐵水創(chuàng)造非常良好的反應條件，而不會成 為碳黑。氫冶煉裂解爐有了飽和含碳鐵液，氧化鐵在這種飽和含碳鐵液中的熔融還原速度 要比在高爐中和豎爐中的氣固還原快近百倍，這是本發(fā)明高效節(jié)能成本低的主要原因之 在沒有條件實施高峰低谷廉價電力電解水制氫的地方應用本發(fā)明，就只能將天 然氣加入量提高到150 200立方米/噸鐵，此時必然有大量納米碳黑產(chǎn)生，就必須在尾氣 處理系統(tǒng)中設置納米碳黑回收裝置，回收這些納米碳黑。不過這種納米碳黑在市場上用途 廣泛，當前貴若黃金，大有可為，不是包袱，而是效益。這又是本發(fā)明主產(chǎn)品生鐵成本低的又 一重要原因。 在沒有天然氣的地方應用本發(fā)明，就只能實施高含氫煤裂解制氫，即用含氫量大 于5%的煤，主要是褐煤，洗精選揮發(fā)分在50%以上，且灰分硫分特別低的煤粉，并應充分 干燥精磨至10 100微米級，加入冶煉裂解爐。但煤熱裂解，產(chǎn)生的熱解碳，絕大部分不 是納米碳黑，而是焦和普通碳黑。因此，加入量必須受到限制。本發(fā)明中把干煤粉的加入量 限制為100 200kg/噸鐵，而且要以氫或煤層氣作等離子載氣，當然也可增設干褐煤熱解 爐，將其尾氣作為等離子載氣，這些載氣的氫含量加上裂解煤粉的含氫量，應足以保證入爐 鐵礦實現(xiàn)氫預還原。還要控制入爐海綿鐵的還原度不能過高，才能以氧化鐵礦在爐內(nèi)鐵水 中的碳熔融終還原，是消化進入鐵水中的焦和碳黑。根據(jù)褐煤的灰分，也有可能要加一些熔 劑。當然這樣一來，二氧化碳排放必然增加，但即使如此，煤裂解氫冶金的二氧化碳排放，也 比現(xiàn)有一切煉鐵技術低得多。 氫等離子體溫度比烴等離子體溫度高得多，煤粉在這種等離子體中熱解生成的主 要產(chǎn)物不是氫和碳黑，而是乙炔和少量碳黑加焦，由于乙炔在高溫中不穩(wěn)定，在容積很大溫 度很高的氫冶煉裂解爐內(nèi)將進一步分解為碳黑和氫，但乙炔分解是體積再擴大的反應，氫 冶金內(nèi)體積有限，過高的壓力又對裂解和分解不利，因此乙炔分解在爐內(nèi)難以全部實現(xiàn)，必 須轉移到體積更大的氫還原爐中去完成，用氫等離子體，把離解碳轉化為乙炔再轉化為納 米碳黑和氫，這是本發(fā)明推出高溫高壓氫冶煉裂解爐和高溫高壓氫還原爐聯(lián)合完成氫冶金流程的重要原因。因此在要實施煤裂解制氫時，氫冶煉裂解爐的尾氣管必須與氫還原爐的 進氣管直接保溫連接，并應有足夠的流通截面和耐壓程度。煤正常裂解產(chǎn)生的碳黑和焦中 的一部分，將直接進入熔融高溫鐵液，成為鐵液中的溶解碳，形成飽和含碳鐵液，這對海綿 鐵的快速熔融終還原極為有利。 為了節(jié)能和提高效率，氫還原爐的排料口應和氫冶煉裂解爐的進料管直接保溫連 接。這樣就可充分回收高溫海綿鐵中的焓，顯著降低其電耗。 由加料閉鎖系統(tǒng)流送到氫還原爐進料口，由推料螺旋再推入爐內(nèi)的鐵精礦粒料， 受到高溫爐氣和氫還原爐電熱系統(tǒng)的雙重加熱將很快達到并保持1200 135(TC的高溫， 與爐內(nèi)高溫高壓氫接觸，加以氫還原爐的轉動，反應的熱力學條件和動力學條件都很良好， 加以在如此高的溫度下氫還原氧化鐵的速度，是煤還原速度的5倍以上，因此，通常10分鐘 左右鐵礦粉的還原度就能達到95%以上。 回轉窯類還原設備的通病是容易結圈而造成無法正常工作。本發(fā)明充分考慮了這 一因素，首先采用氮化硼纖維增強氮化硅復合材料制作防粘結內(nèi)襯，這兩種耐材，對鋼、鐵、 不銹鋼、硅、碳等絕大多數(shù)金屬與非金屬熔體和高溫體既不濕潤又不發(fā)生反應，并具有很 好的潤滑性和很低的摩擦系數(shù)；其次本發(fā)明中，氫還原爐自身的電加熱溫度可達160(TC以 上，即使發(fā)生了結圈，只需暫停供料，并快速升溫，就能很快將其熔化排除。當然，還可采用 粒度< 0. lmm的鐵精礦粒料和800 IOO(TC的低溫還原來防止結圈。 氫的熱導率很高，本發(fā)明利用這一原理，以系統(tǒng)中回收的純氫作為氫冶煉裂解爐 的外殼和爐襯的冷卻劑，并回收氫冶煉裂解爐散發(fā)的熱量，升溫后，以熱氫形式進入氫還原 爐參與鐵精礦粒料還原過程。這一措施不但提高了整個冶金過程的熱效率，而且保證了氫 冶金冶煉裂解爐爐襯的良好冷卻和長壽，也比用水冷卻更安全(冷卻水漏入爐內(nèi)常常發(fā)生 重大事故)、更環(huán)保(沒有廢水當然更環(huán)保)；同時作為熱載體可以大量生產(chǎn)高溫水蒸氣，額 外增加尾氣系統(tǒng)中高溫水蒸氣電解制氫的產(chǎn)量。 在本發(fā)明中，尾氣回收系統(tǒng)，包括常用的除塵、洗滌、脫硫、co轉換、氣體分離裝置。 不過在本系統(tǒng)中，如果水蒸氣高溫電解制氫沒有實施，其它外部氫源也沒有，則必須在重力 除塵裝置之后，設精細碳黑回收裝置，常用設備是精細袋濾器。 本系統(tǒng)中的氬氣，主要作為氫冶煉裂爐前爐出鐵、出渣、維修時驅趕氫和空氣，防
止爐內(nèi)氫和空氣混合產(chǎn)生爆炸，是保證氫冶金冶煉裂解爐一年四季連續(xù)安全運行的必要條
件。當然氫冶煉裂解爐及整個冶金系統(tǒng)維修也要用到氬，氫還原爐的密封系統(tǒng)也要用到。但
主要屬于循環(huán)利用，消耗量不大，回收費用也不高。當然用氬而不用氮，其著眼點仍是環(huán)保，
是嚴格控制高溫下產(chǎn)生氮的氧化物。這是等離子高溫條件下必須注意的。 圖1中的虛線則是表明為備選措施。比如增加冷卻磁選設備和壓塊設備，就可以
大量生產(chǎn)粒鐵，或海綿鐵塊供應市場。 圖2，純氫高溫快速還原冶金流程示意圖 純氫高溫快速還原冶金流程特點是 (1)氫冶金冶煉裂解爐和氫還原爐的高溫尾氣，首先在尾氣鍋爐中換熱降溫，生產(chǎn) 高溫水蒸氣，然后再進入尾氣處理系統(tǒng)分離出工業(yè)純氫； (2)將尾氣鍋爐中換熱降溫，生產(chǎn)的高溫水蒸汽進行高溫水蒸氣電解制氫，作為補 充氫源以盡可能減少天然氣的用量；
(3)以10 100微米級的鐵精礦微粉，或以這種微粉制造2 10mm，優(yōu)選3 7mm 的鐵精礦微粉粒料，以便在較低的還原溫度條件下，在氫還原爐中，進行鐵精礦微粉或鐵精 礦微粉粒料的純氫快速還原，其還原溫度控制為800 1200°C ;
實施例一，氫高溫快速還原冶金法實施例 原料遼寧磁選鐵精礦粉，成分TFe 66%，Si02 6. %，S 0.02%，P 0.017%。粒 度200目占90% ;山西煤層氣，成分CH4 96. 52%， C02 0. 45%， N2 3. 03%。
將氫還原爐窯頭出料管用內(nèi)襯保溫陶瓷的輸料管與氫氫冶煉裂解爐爐蓋上的加 料孔直接連接在一起，按每噸鐵礦粉配煤層氣230立方米的比例，從氫冶金電弧爐的電極 中心孔加入山西煤層氣；將其115(TC以上高溫的尾氣直接導入氫還原爐；并開通氫還原爐 電源進行補充加熱，保持爐溫1300士5(TC，壓力1Mpa士lKpa，將遼寧磁選鐵精礦粉加2%的 皂土作粘結劑制成粒徑為3 6mm的已干燥的鐵精礦粒料，通過閉鎖料斗系統(tǒng)，加入氫還原 爐進行預還原，海綿鐵的還原度控制在95%以上，直接流入氫冶煉裂解爐進行熔融還原生 產(chǎn)鐵水，一個小時之內(nèi)，即可打開氫冶煉裂解爐與前爐之間的液壓鐵口滑閥放出鐵水。無需 特別脫硫脫磷措施，硫磷均在O. 025%以下。將氫還原爐的尾氣進行換熱降溫除塵洗滌脫硫 處理，再進行CO變換，用變壓吸附的方法分離H2， Aiv及C02。 H2用于繼續(xù)生產(chǎn)，Ar2存儲起 來用于應急處理，每噸鐵水的C02不超過150公斤，可作商品出售。
實施例二，純氫低溫快速還原冶金法實施例
原料仍然采用遼寧磁選鐵精礦粉和山西煤層氣。 由于遼寧磁選鐵精礦，在精選富集過程中，已經(jīng)將鐵礦磨細至200目占90%以上， 已經(jīng)是一種10 100微米占90X以上的超細鐵精礦微粉，由于氫的滲透能力，遠大于C0的 滲透力。據(jù)實驗，在100(TC的高溫管式爐中，200目占90%的類似磁鐵精礦粉，只需30分 鐘，還原度就能達到90%以上，故該礦粉，已經(jīng)適于實施氫冶金低溫快速還原。將遼寧鐵精 礦粉配加3%的膨潤土制成3 6mm的粒料干燥后備用。 先將遼寧鐵精礦粒料通過閉鎖料斗系統(tǒng)，加入正在運行的氫還原爐進行純氫預還 原爐，從水蒸氣電解純氫儲存設施中，按每噸鐵精礦粒料補氫28kg的比例輸入氫冶煉裂解 爐氫冷卻系統(tǒng)自動轉輸給氫預還原爐，按爐溫IOO(TC 士5(TC，爐壓lMpa士O. 1Mpa，進行控 制，30分鐘后，對正在運行的氫冶煉裂解爐，按噸鐵配入100立方米煤層氣的比例，按每分 鐘3. 5立方米的速度從電極中心孔將煤層氣輸入電弧爐進行裂解，半小時之內(nèi)從氫冶金電 弧爐前爐放出鐵水，經(jīng)化驗， 一種含硅量較高的鐵水已經(jīng)冶煉出來，與原有含硅量較低的鐵 水有較大的區(qū)別，因為遼寧鐵精礦含硅量較高。 實施例三， 一個年產(chǎn)500萬噸鐵水的帶前爐的氫冶煉裂解爐(圖3)。爐膛直徑 10m，爐膛高度9m，整流器功率200Mw，爐體11及爐蓋12的外殼用優(yōu)質超低碳鋼焊接或鑄 造，保證整個爐體耐壓強度> 10Mpa，雙層結構，層間分段(爐底段、爐缸段、爐身段、爐蓋) 設螺旋形冷卻氫通道，從每段螺旋的起端和終端分別焊出管道113U15等等，與防暴電磁 閥114聯(lián)用，分別與氫冷卻進氣總管lll和出氣總管112連通，并與各段埋設的熱電偶相 互配合，可以分段用氫冷對其爐襯進行冷卻強度控制，特別是要保證爐底、爐缸里層耐火磚 116，117工作溫度要低于110(TC。鋼制爐殼內(nèi)墻設有保持耐火材料及加強爐壁的凸筋126。 爐殼內(nèi)壁與耐火磚爐襯之間用高熱導率高絕緣氮化硅澆注料澆注118。爐蓋內(nèi)層126用碳 化硅纖維增強氮化硅結合碳化硅澆注料整體澆注。爐缸、爐身接觸鐵水與爐渣的內(nèi)襯117，用模壓氮化硅結合碳化硅陶瓷杯磚砌筑。導電爐底銅板電極120之上為3 4層模壓超微 孔碳磚119，最上層為立砌模壓超微孔鎂碳磚116，磚縫應小于lmm。導電爐底銅板電極120 之下也為氮化硅澆注料澆注。銅板電極用帶法蘭盤的銅棒15精細焊接引出，也澆注氮化硅 澆注料絕緣導熱，并隨爐底殼一道用氫進行冷卻。爐體11與爐蓋12之間用不銹鋼薄板夾 柔性石墨板13進行密封。爐蓋設進料孔19和尾氣排出口 20，其內(nèi)襯與爐蓋內(nèi)襯用相同耐 火材料澆注，并與進料管尾氣排出管之間用陶瓷纖維環(huán)與柔性石墨環(huán)組合密封。爐蓋中心 設精密加工的電極孔，孔內(nèi)安裝"電極絕緣定位集電密封裝置"17。 122,123為該裝置專用 冷卻氫通道。電極絕緣定位集電密封裝置之上為"電極環(huán)形油缸升降裝置"16。 124， 125為 該裝置專用冷卻氫通道。14即是高強高密等靜壓石墨電極，其整個內(nèi)外表面都進行過高精 度機械加工。它是由多節(jié)3m左右的短電極組裝而成，每一節(jié)的內(nèi)孔兩端均安裝有一個同向 "電極單向閥"18，保證電爐運行中進行接長時爐內(nèi)高壓氫不至外泄。安裝或接長時，應利用 單向閥的初始壓力，用氬氣驅出孔中空氣。 前爐2，由"高保溫液壓陶瓷滑閥式水口 " 21，爐體22，保溫感應線圈23，爐蓋24， 密封墊25，爐氣成分檢測儀表26，出氣接口 27，氬氣接口 28，鐵口 29等所組成。前爐的作 用在于保證氫冶金電弧爐出鐵出渣期間不停爐，而像高爐一樣能長時間連續(xù)運轉。因為氫 冶金電弧爐內(nèi)充滿了易燃易爆的高壓氫，如果沒有前爐，出鐵時必須停爐用氬或氮氣驅出 其中氫氣才能出鐵或出渣，經(jīng)常停爐效率就會大大降低。有了前爐，主爐就可長時間連續(xù)運 轉，前爐出鐵出渣用氬驅出其中氫氣，就不但簡便，而且不會影響主爐運行，但關鍵是要可 靠關閉主爐的鐵口，氫冶金電弧爐壓力高，高出高爐IO倍以上。不停爐減壓，常規(guī)方法很難 將鐵口渣口關閉，但又的確不可回避。因此本發(fā)明設計了一種"高保溫液壓陶瓷滑閥式水 口"21。它是由閥芯管211，保溫套212，閥芯桿213，液壓缸214，等4大部件所組成的強制 性開閉水口兼渣口，當然也可分別設鐵口和渣口，甚至設多個鐵口和渣口。閥芯管211和 閥芯桿213，用氮化硼纖維補強反應燒結氮化硅陶瓷制造，并精密磨削加工。厚厚的保溫套 212是用低熱導率的碳化硅粒狀耐火纖維或氮氣吹制氧化鋁空心球結合氮化硅結合碳化硅 陶瓷澆注料制造，以保證閥芯管內(nèi)鐵水不會凝固。 實施例四， 一座年產(chǎn)500萬噸鐵水的氫還原爐(圖-4)。爐膛直徑8m，爐身長50m。
筒身31，由鋼制外殼311，碳化硅粒狀耐火纖維氮化硅結合碳化硅陶瓷澆注料澆 注的保溫隔熱層312，"筒形氮化硅電熱元件"313，"筒形氮化硅電熱元件"的碳纖維發(fā)熱體 314，正極導電滑環(huán)315，負極導電滑環(huán)316，耐火材料工作內(nèi)襯317，筒身端頭隔熱襯318，高 溫密封環(huán)319，耐火材料工作內(nèi)襯揚料筋320等構成。 窯頭32，由鋼制外殼321，保溫隔熱層322，耐火材料工作內(nèi)襯323(材質與317相 同)，進氣口 324，排料口 325，前、后低溫密封環(huán)326，雙向推力陶瓷球軸承327，徑向陶瓷滾 動軸承組328，高壓氣密封氬氣輸入管及壓力調(diào)整閥329，窯頭端蓋330等構成。窯頭支承 軸(類似于煉鋼轉爐轉軸結構)，窯尾支承軸，兩軸配合使氫冶金回轉窯可以大范圍調(diào)整工 作傾角， 傳動裝置33，由自帶減速器的多速電機331，主動齒輪332，大齒輪333等所組成。
窯尾34與窯頭結構基本相同，但沒有進氣口而有尾氣輸出口 341 ，沒有排料口而 有進料口 342，以及進料螺旋輸送器343。 實施例五，一種氫冶煉裂解爐"電極絕緣定位集電密封裝置"(圖5):
氫冶煉裂解爐"電極絕緣定位集電密封裝置"，由絕緣定位密封陶瓷環(huán)45，高溫內(nèi)密封環(huán)組46，端面密封環(huán)47，高溫外密封環(huán)組48，密封墊49，純銅集電環(huán)41，氫冷電纜接頭42，冷卻氫輸出接頭43，柔性石墨導電環(huán)44等所構成。純銅集電環(huán)與柔性石墨導電環(huán)組合，又兼有用氫冷卻石墨電極及進一步密封密封石墨電極之功能。
實施例六，一種氫冶煉裂解爐"環(huán)形油缸升降裝置"(圖6): 氫冶煉裂解爐"環(huán)形油缸升降裝置"，由下抱閘51，環(huán)形升降油缸52，上抱閘53等
三大部件構成；其動作原理與普通礦熱爐上下抱閘和升降油缸的動作原理相同。 其上下抱閘結構基本相同，由抱閘體511，控制抱閘抱緊和松閘的擺動油馬達(用
抗燃液壓液驅動)512，傳遞油馬達動力的螺桿513，閘瓦塊514等構成； 環(huán)形升降油缸52，也用抗燃液壓液驅動，并用氫對包圍石墨電極的環(huán)形油缸內(nèi)環(huán)
進行冷卻，以保證環(huán)形油缸的可靠工作。由油缸內(nèi)壁521，冷卻氫進氣接頭522，冷卻氫出氣
接頭523，油缸液壓液下管接頭524，活塞及活塞桿增件525，油缸外環(huán)526，油缸液壓液上管
接頭527，等構成。 實施例七，一種氫冶煉裂解爐"電極單向閥"(圖6)氫冶煉裂解爐"電極單向閥"的作用是防止氫冶煉裂解爐內(nèi)的高壓高溫氫在停爐和接長電極時通過空心電極倒流、外泄，造成重大事故。由閥體61、閥芯62、彈簧63、彈簧座等64個零件構成，除彈簧用非磁性耐熱不銹鋼制造外，其余零件該用抗壓強度大于90Mpa的高密等靜壓石墨制造。對裝入冶煉裂解爐的每節(jié)電極兩端均各旋入1只，從上端來看是準進不準出的電極單向閥，并用氬氣從上端驅出電極孔內(nèi)空氣，并用氫檢測儀檢驗。
1權利要求
1. ，一種氫高溫快速還原冶金法，其特征在于(1) 用烴、或氫作直流等離子體的工作氣體，用"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"，作為等離子裂解爐兼熔融還原爐，既完成裂解天然氣、或煤層氣、地下煤制氣、可燃冰氣化氣、以及褐煤等高含氫煤制氫的任務；又完成海綿鐵熔融終還原生產(chǎn)鐵水的任務；同時產(chǎn)生超高溫富氫尾氣，直接輸送給"氫回轉窯"作還原劑；(2) 用"氫回轉窯"作高溫快速還原爐，對鐵精礦粒料進行1200 140(TC的富氫高溫高壓快速還原生產(chǎn)海綿鐵，作為"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"熔融還原生產(chǎn)鐵水的原料；(3) 通過尾氣處理系統(tǒng)，對"氫回轉窯"尾氣進行換熱降溫、重力除塵、袋濾、回收碳黑；再經(jīng)洗滌、脫硫、CO轉換、分離回收氫、氬和C02 ;同時盡可能利用"氫還原爐"尾氣換熱降溫時產(chǎn)生的高溫蒸氣，進行高溫水蒸氣電解制氫，作為氫還原海綿的補充氫源，以盡可能減少天然氣、或煤層氣、地下煤制氣、可燃冰氣化氣、以及褐煤等高含氫煤的用量；(4) 將上述回收和電解制氫所得工業(yè)純氫，饋入"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"的氫冷卻系統(tǒng)，進行氫冷卻和熱回收，氫被預熱后回饋"氫回轉窯"。
2. ，一種純氫低溫快速還原冶金法，其特征在于(1) 用烴、或氫作直流等離子體的工作氣體，用"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"，作為等離子裂解爐兼熔融還原爐，既完成裂解天然氣、或煤層氣、地下煤制氣、可燃冰氣化氣、以及褐煤等高含氫煤制氫的任務；又完成海綿鐵熔融終還原生產(chǎn)鐵水的任務；同時產(chǎn)生超高溫富氫尾氣，饋送尾氣處理系統(tǒng)；(2) 用"氫回轉窯"作低溫快速還原爐，對粒度< 0. lmm的鐵精礦微粉，或用該鐵精礦微粉制造的粒徑為2 10mm的鐵精礦粒料，實施700 1200°C ，的純氫低溫快速還原，在1小時內(nèi)生產(chǎn)出還原度>90%海綿鐵，返饋氫"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"，形成氫冶金工藝循環(huán)連續(xù)生產(chǎn)；(3) 利用"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"和"氫回轉窯"的高溫尾氣換熱降溫生產(chǎn)的高溫蒸氣，進行高溫水蒸氣電解制氫；再進一步對其尾氣進行重力除塵、袋濾、洗滌、脫硫、CO轉換、回收工業(yè)純氫、氬、碳黑和二氧化碳；(4) 將上述電解制氫所得工業(yè)純氫和回收，饋入"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"的氫冷卻系統(tǒng)，進行氫冷卻和熱回收，氫被預熱后回饋"氫回轉窯"。
3. ，一種"帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"，其特征在于(1) "帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"，是一種用烴或氫作等離子工作氣體，帶有前爐及高保溫液壓陶瓷滑閥式水口、和或渣口的高壓空心電極直流等離子電弧爐；(2) "爐體、爐蓋為雙層氫冷卻結構，用優(yōu)質低碳結構鋼或低碳奧氏體不銹鋼制造，其氫冷強度以最里層耐火磚溫度保持110(TC以下為準，以熱電偶進行監(jiān)控和閉環(huán)自動控制；爐體、爐蓋間及所有外連接口，均用銅皮夾柔性石墨板密封，爐整體工作耐壓10Mpa以上，不漏氫；(3) "帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐"的空心電極，是用高密高強等靜壓石墨材料、或Ti3SiC2層狀陶瓷材料制造、或以優(yōu)質超高功率石墨電極加工制造，每截兩端裝有準進不準出的同向"單向閥"；(4) 以"氫冷電極絕緣定位集電密封裝置"取代普通電弧爐的耐火磚電極孔、導電橫臂、電極挾持器；以直接安裝在爐蓋上的"氫冷環(huán)形油缸升降裝置"取代普通電弧爐爐體側置升 降油缸裝置；(5)設前爐；及高保溫液壓陶瓷滑閥式水口、和或渣口。
4. ，一種"氫回轉窯"，其特征在于(1) "氫回轉窯"是一種既可以實施鐵精礦粒料1200 150(TC高溫，0. 5 3Mpa高壓 快速還原的"氫高溫高壓快速還原爐"；又是一種可以實施鐵精礦微粉與鐵精礦微粉粒料 600 1200低溫快速還原的的"氫低溫高壓快速還原爐"；(2) "氫回轉窯"由窯頭、窯身、窯尾三大部件組成，相互間以圓柱面精密配合，其外殼 均由抗氫脆的低碳奧氏體不銹鋼制造；窯頭與窯身鋼殼，窯身與窯尾鋼殼，除以徑向和軸向 耐高溫軸承相互支承定位外，還以碳化硅陶瓷纖維密封環(huán)、柔性石墨密封環(huán)、聚四氟乙烯密 封環(huán)進行低溫組合密封，并在內(nèi)外低溫密封環(huán)組之間，以高于爐內(nèi)壓力的氬氣進行氣壓密 封，并用氫漏監(jiān)測儀表進行監(jiān)控和閉環(huán)自動控制和報警；窯身兩端頭，窯頭與窯身、窯身與 窯尾，相互間為氮化硅或氮化硼纖維增韌氮化硅圓柱精密偶合運動副，并以碳化硅陶瓷纖 維密封環(huán)和柔性石墨密封環(huán)組合，進行高溫密封；窯頭、窯尾采用煉鋼轉爐轉軸結構，使整 個爐窯的傾角可以在5度范圍內(nèi)調(diào)整；(3) "氫回轉窯"是用碳纖維作發(fā)熱體的電阻加熱窯；筒身鋼殼內(nèi)保溫層與最里耐火 層之間，為一用用碳纖維作發(fā)熱體，用氮化硅或氮化硼纖維增韌氮化硅陶瓷整體包覆碳纖 維發(fā)熱體燒結制成筒形電加熱元件，用絕緣鉬導體作引出線，引出筒體外表，與銅滑環(huán)相連 接，銅滑環(huán)與鋼外殼絕緣，接受外輸入電源；整個爐身筒形電加熱元件分三段構成，相互連 接，而又可單獨加電，可分別控制加熱溫度，最高加熱溫度1600°C ;(4) 用氮化硅結合碳化硅耐火材料，或氮化硼纖維增強氮化硅復合材料制作窯頭、窯 身、窯尾最里層防粘結內(nèi)襯，爐身中部和尾部設揚料筋；緊貼窯頭、窯身、窯尾鋼殼內(nèi)表，設 粒狀陶瓷纖維澆注料，或氮氣吹制的陶瓷空心球澆注料制作的隔熱保溫層。
5. ，根據(jù)權利要求3所述的一種"電極絕緣定位導向集電密封裝置"，其特征在于(1) 用氮化硅或氮化硼纖維增強氮化硅制作絕緣定位環(huán)體，用純銅制作集電冷卻環(huán)體、 兩者精密配合組成基本構架并用氫進行冷卻；(2) 用陶瓷纖維密封環(huán)和柔性石墨密封環(huán)組成的組合密封環(huán)串，構成該裝置與石墨電 極，該裝置與爐蓋之間的內(nèi)外密封；(3) 用高品質的柔性石墨密封環(huán)串，作為純銅質集電環(huán)與石墨電極之間的導電、導熱、 密封介質。
6. ，如權利要求2所述的一種"環(huán)形油缸升降裝置"其結構特征如下(1) 上下抱閘其結構與作用原理與現(xiàn)有礦熱爐上下抱閘相同，特點是用抗燃液壓液 驅動動的擺動油馬達進行抱閘和松閘；(2) 用抗燃液壓液驅動動的環(huán)形液壓油缸取代普通升降液壓油缸。并用氫冷卻油缸內(nèi)環(huán)；
7. ，如權利要求2所述的一種"氫冶煉裂解爐"的"空心電極單向閥"，其特征是"電極單向閥"由閥體、閥芯、彈簧、彈簧座等4個零件構成，除彈簧用非磁性耐熱不銹鋼 制造外，其余零件該用與石墨電極相同材料制造，其備選材料為鎳白銅，"電極單向閥"與石 墨電極之間用錐管螺紋進行連接和密封。
全文摘要
“帶前爐的氫冷高壓直流空心電極電弧爐”進行烴、氫等離子體裂解天然氣、或煤層氣、可燃冰氣化氣、以及褐煤等高含氫煤制氫，兼海綿鐵熔融終還原生產(chǎn)出鐵水；“氫冶金回轉窯”對鐵精礦粒料實施氫高溫或低溫快速還原，生產(chǎn)海綿鐵反饋氫冶金冶煉裂解爐，實現(xiàn)氫冶金工藝循環(huán)連續(xù)生產(chǎn)。氫冶金尾氣高溫水蒸氣電解制氫，作為氫冶金補充氫源，和汽車氫能源化氫源；高效、低耗、節(jié)能、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物排放均趨近于零。
文檔編號C01B3/24GK101701274SQ20081004432
公開日2010年5月5日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權日2008年4月30日
發(fā)明者周綠漪, 曾磊, 樊華, 樊顯理, 雷·凡 申請人:樊顯理