本发明涉及富氢冶炼高炉，具体为一种改良型富氢冶炼高炉降碳方法及高炉本体结构。
背景技术：
1、全球钢铁生产碳排放占比约8％，而我国钢铁行业碳排放占比国内碳排放总额18％，高炉工序碳排放又占整个钢铁流程的70％，因此为实现碳达峰碳中和，降低高炉工序碳排放量尤为重要。
2、高炉富氢喷吹气体一般指天然气、焦炉煤气、氢气的一种，三种气源降碳理论值依次为：4％、6％、25％，以传统炼铁工艺吨铁碳排放1600kg计算，纯氢作为还原剂，最大程度可降至吨铁排放1200kg。
3、当前国内高炉纯氢气源作为还原剂的工况为吨铁降碳约5％，因过量氢气没有在高炉内充分利用，直接逃逸至炉顶煤气，造成安全隐患，实际降碳效果仅为理论值的1/5，因此有必要对传统富氢高炉结构进行改良升级，缩小工况与理论降碳能力的差距。综上，亟需一种改良型富氢冶炼高炉降碳方法及高炉本体结构来解决这个问题。
技术实现思路
1、高炉炼铁工艺经过多年的发展完善，是当前乃至未来一段时间业界公认的效率最高能耗最少的炼铁设备；长期以来，受国内能源结构影响，高炉富氢气体喷吹成本较固态煤粉喷吹高，造成各科研机构及生产企业纷纷放弃该项技术的深度研发及应用。
2、高炉富氢喷吹气体一般指天然气、焦炉煤气、氢气的一种，天然气在我国属于紧俏能源，居民生活用气尚且不足，焦炉煤气几乎所有钢铁联合企业都用于焦化工序和轧钢工序加热炉窑自用，有可能用于高炉富氢喷吹的介质目前只能是化工废气或者自产煤气化工分离或者合成的氢气或者甲烷，国内钢铁企业富氢气源普遍不足；
3、伴随着我国光伏发电和风电等绿电装机规模增加，以及电解制氢、储氢等技术的成熟与发展，必将带来能源结构的变化，氢气及富氢气体的成本将逐年下降，为高炉工艺发展富氢气体喷吹技术提供了广阔的市场，挖潜高炉富氢气体极致固态碳替代率，最大程度降低吨铁碳排放，助力国家双碳政策，显得尤为重要。
4、综合运用高炉冶炼原理得到氢还原对传统固态碳替代率可达25％，但实际生产过程中分别受热力学和动力学两方面影响，当前国内高炉实际仅能达到5％，挖潜空间较大。本发明的目的在于提供一种改良型富氢冶炼高炉降碳方法及高炉本体结构，以解决实际降碳效果与理论差距较大的问题。
5、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种改良型富氢冶炼高炉降碳方法，高炉自下而上依次分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五个部分，含铁炉料、焦炭自炉喉装入，依次经过料面、块状区、软熔区、滴落区、堆积区经出铁口排出炉外，高炉热风、煤粉经风口回旋区燃烧后依次经过滴落区、软熔区、块状区经炉喉排出炉外，过程中含铁料与燃烧后高温煤气经过充分换热同时伴随还原反应；一部分富氢气体从炉缸风口位置圆周均匀喷吹送入高炉滴落区，喷吹速高量低，控制富氢气体反应完全，避免逃逸至顶煤气中；另一部分富氢气体从炉腹区多点分散喷吹送入软熔带根部区，喷吹速低量大，尽可能令富氢气体在此区域均匀分布，与物料充分接触；两部分富氢气体喷吹用于在不增加能耗的前提下降碳最高达25％。
6、优选的，炉缸风口喷吹的富氢气体，若采用纯氢，单枪流量控制在25m3/min以内；若采用焦炉煤气，单枪流量控制在15m3/min以内；若采用天然气，单枪流量控制在10m3/min以内。
7、优选的，滴落区碳基替代率不高于10％。
8、优选的，炉腹区喷吹的富氢气体流速不高于风口喷枪的1/2，喷吹口数量为炉缸风口喷枪的3倍以上且均匀布置。
9、一种用于实现上述方法的高炉本体结构，高炉的炉腹区冷却壁固设有多个喷枪一，喷枪一与冷却壁镶砖或喷涂料平齐且伸入高炉内的枪口斜向下以防堵塞，多个喷枪一沿高炉外周阵列分布；炉缸区每个风口对应设置有一个喷枪二，喷枪一的喷吹口数量为喷枪二喷吹口数量的3倍以上；各喷枪一和喷枪二分别设置有在线流量压力调节阀，喷枪一的流速调节为不高于喷枪二的1/2。
10、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
11、该改良型富氢冶炼高炉降碳方法及高炉本体结构，通过对高炉炼铁机理研究，探究氢基还原剂替代碳基还原剂的操作空间，提出高炉炼铁工序可通过富氢气体喷吹技术在不增加能耗的前提下极致降碳25％；并在高炉本体结构中结合生产规律，确定了富氢喷吹位置和关键控制参数，普适性较强，具有一定的推广价值；随着绿电装机规模的增加及电解氢成本不断降低，高炉富氢喷吹技术的经济效益将会逐年体现，因此，本发明有一定的前瞻性和指导意义。
1.一种改良型富氢冶炼高炉降碳方法，高炉自下而上依次分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五个部分，含铁炉料、焦炭自炉喉装入，依次经过料面(8)、块状区(7)、软熔区(6)、滴落区(5)、堆积区(1)经出铁口排出炉外，高炉热风、煤粉经风口回旋区(2)燃烧后依次经过滴落区(5)、软熔区(6)、块状区(7)经炉喉排出炉外，过程中含铁料与燃烧后高温煤气经过充分换热同时伴随还原反应，其特征在于：一部分富氢气体从炉缸风口位置圆周均匀喷吹送入高炉滴落区(5)，喷吹速高量低，控制富氢气体反应完全，避免逃逸至顶煤气中；另一部分富氢气体从炉腹区(4)多点分散喷吹送入软熔带根部区(3)，喷吹速低量大，尽可能令富氢气体在此区域均匀分布，与物料充分接触；两部分富氢气体喷吹用于在不增加能耗的前提下降碳最高达25％。
2.根据权利要求1所述的一种改良型富氢冶炼高炉降碳方法，其特征在于：所述炉缸风口喷吹的富氢气体，若采用纯氢，单枪流量控制在25m3/min以内；若采用焦炉煤气，单枪流量控制在15m3/min以内；若采用天然气，单枪流量控制在10m3/min以内。
3.根据权利要求2所述的一种改良型富氢冶炼高炉降碳方法，其特征在于：所述滴落区(5)碳基替代率不高于10％。
4.根据权利要求2所述的一种改良型富氢冶炼高炉降碳方法，其特征在于：所述炉腹区(4)喷吹的富氢气体流速不高于风口喷枪的1/2，喷吹口数量为炉缸风口喷枪的3倍以上且均匀布置。
5.一种用于实现权利要求1至4任意一项所述的方法的高炉本体结构，其特征在于：所述高炉的炉腹区(4)冷却壁固设有多个喷枪一，喷枪一与冷却壁镶砖或喷涂料平齐且伸入高炉内的枪口斜向下以防堵塞，多个喷枪一沿高炉外周阵列分布；炉缸区每个风口对应设置有一个喷枪二，喷枪一的喷吹口数量为喷枪二喷吹口数量的3倍以上；各喷枪一和喷枪二分别设置有在线流量压力调节阀，喷枪一的流速调节为不高于喷枪二的1/2。
