一种天然气裂解氢冶金方法及设备

摘要

本发明涉及天然气裂解氢冶金方法及设备，尤其是涉及一种冶金炼铁的方法及实现该方法的冶炼设备。本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效降低冶金工业二氧化碳排放的冶金方法，本发明所采用的技术方案中的冶金方法是一种天然气裂解氢冶金方法，以高压空心电极电弧炉或高压空心电极矿热炉作为冶炼裂解炉，其基本工艺步骤为：通过冶炼裂解炉一方面裂解天然气制取氢气，另一方面利用天然气裂解产生的碳黑直接进入熔融高温铁液，制造饱和含碳铁液顺利实施海绵铁的熔融还原，生产出铁水，然后再利用氢气预还原铁精矿粉制得海绵铁。同时也提供适用于该冶金方法的设备。本发明的优点是，二氧化碳排放趋于零，能耗小，成本低，产品质量好。

主权项

一种高压空心电极直流电弧炉，其特征在于：这种电炉在天然气裂解和熔融还原高温、高压条件下高可靠密封，其铁口和渣口在冶炼过程中严密封闭，在出铁水和出渣时停止加入天然气降压，再用氩气驱出其中氢气，再用开堵眼机打开铁口或渣口，并在出铁出渣后，在保持炉内正压空气不能侵入的状态下及时封闭；电弧炉与除尘器之间用准出不准进的单向阀，将冶炼裂解炉与本系统的其他设备隔开，以便分别调压、出渣、出铁；其炉体与水冷炉盖之间用薄钢板夹柔性石墨板密封垫密封；一种直接设置在水冷炉盖上的电极水冷绝缘定位集电密封装置，和电极升降装置，它们和空心电极之间，全部同心，精确定位，是一套相互间只有一定配合间隙，及热胀冷缩间隙，这些间隙也用柔性石墨密封环加以补偿的圆柱偶合副；在电极水冷绝缘定位集电密封装置的上端，设非磁性不锈钢制造的电弧炉电极环形油缸升降装置，这是一种直接安置于炉盖之上的短行程液压油缸与上下抱闸联合组成的升降装置，其工作介质均为抗燃液压液；空心电极采用抗压强度≥60Mpa的高强石墨制造，外表喷涂高电导率耐高温抗金属熔体侵蚀的陶瓷层并加工出中心通孔，当开发初期高强石墨价高时用超高功率抗氧化涂层空心石墨电极代用，但系统压力应设定在0.1～5MPa的较低端；空心电极中心通孔的两端，电极接头之内均装有一只同方向的，对电弧炉来说是准进不准出的电极单向阀；所述电极水冷绝缘定位集电密封装置由高性能陶瓷石墨电极绝缘定位环这是一个带有上法兰盘边和下内圈边的无底盆形体并用抗折强度＞200MPa,最高使用温度≥2100K,电阻率≥1014/Ω.cm的高性能陶瓷制造，及铜质固定式强制水冷集电环这是一个安装在高性能陶瓷石墨电极绝缘定位环内紧贴电弧炉石墨电极具有强制冷却水循环通道的纯铜质电极冷却水套、以及在高性能陶瓷石墨电极绝缘定位环与水冷炉盖之间，在高性能陶瓷石墨电极绝缘定位环与铜质固定式强制水冷集电环之间，在铜质固定式强制水冷集电环与电弧炉石墨电极之间的三串柔性石墨密封环构成，这些柔性石墨密封环承担密封、导热、导电、热膨胀缓冲多重功能，陶瓷石墨电极绝缘定位环、纯铜质电极冷却水套、及柔性石墨密封环它们之间，全部同心，精确定位，是一套相互间只有一定配合间隙，及热胀冷缩间隙，这些间隙也用柔性石墨密封环加以补偿的圆柱偶合副，其柔性石墨密封环的数量根据电炉大小及密封压力高低电流大小参数来确定，设计时应确保其接触导电面积足够并有大于20%的预压缩率，同时每隔3～5个柔性石墨密封环之间加入一纯铜质均压环，使各柔性石墨密封环均匀压缩；在这种结构中电弧炉所需直流电力是通过对铜质固定式强制水冷集电环固定敷设和接牢水冷电缆负极进电进水接头，并从铜质固定式强制水冷集电环的出水接头引出足够长的绝缘橡胶冷却水排出管，利用管内冷却水的电阻来阻止电流随冷却水流出，而铜质固定式强制水冷集电环集收到的电流则通过该集电环与空心石墨电极之间的柔性石墨密封环串传输给空心石墨电极。