专利名称：一种生产直接还原铁和生铁的方法
技术领域：
本发明涉及一种冶炼方法，尤其涉及一种生产直接还原铁和生铁的方法，属于冶金领域。
背景技术：
近年来，我国钢铁工业得到了飞速发展，成为世界第一产钢大国，但我国钢铁产品的结构还有待调整，钢铁产品的质量还有待提高，高品质的洁净钢和优质钢还远远不能满足经济发展的需要，钢铁工业的持续发展，遭遇到不少困难，高炉炼铁原料、燃料、铁矿石、焦煤及焦炭供应紧张，价格不断上涨，造成原燃料的质量提高受到了限制，生产成本上涨，废钢短缺，尤其是优质废钢短缺，限制了钢铁生产能耗的下降和高品质钢材的发展，粗钢能耗仍比世界先进水平高30％-40％，钢铁生产对环境的污染仍没有得到有效的控制，主要表现在能耗高单位产品排放的CO2量大，废水、废气排放总量大幅度增加等一系列问题，改善钢铁工业的能耗结构，摆脱钢铁生产对焦煤的依赖，降低能耗减少和消除对环境的不良影响，成为钢铁生产实现可持续发展的重要限制环节之一。寻求新的以非结焦煤为能源的钢铁生产流程，成为人们关注的课题。在这种情况下，人们寻求新的冶炼方法，纷纷开展直接还原与熔融还原技术的和研究与开发。
目前直接还原与熔融技术多种多样，按还原剂种类来划分，分为气基直接还原和煤基直接还原两种；按还原反应器的种类来划分，分为气基竖炉法、气基固定床法、气基流化床法及煤基回转窑法，煤基固定床法(隧道窑法或罐式法)、煤基竖炉法、转底炉法等。
气基竖炉法、气基固定床法、气基罐式法、气基流化床法的能源是天然气或焦炉煤气或煤制气等高热值气体，这些工艺必须使用价格昂贵的燃料。
回转窑法虽然使用的燃料是高反应性非结焦煤，价格比气基的低廉，但是还原的球团需隔绝空气，防止再氧化，才能得到直接还原铁，工艺复杂。另外冷固结球团的回转窑法生产繁琐，需先制成冷固结球团再进入妲转窑还原，由于冷固结球团的耐磨强度问题，生产难以稳定，并且基建投资较大，总能耗高。煤基固定床法(隧道窑法或罐式法)是最古老的直接还原法，它存在的问题是能耗高、污染严重、产品质量不稳定、投资大、产量低并且在生产中消耗大量的还原罐，最终使投资和成本大幅度增高，目前的转底炉法产量低。另外，传统的高炉冶炼存在氧化物还原为铁的同时，有相当量的硅、锰的氧化物被还原，并与大量的碳一起进入生铁中，炼钢对铁水进行氧化精炼，一方面脱除这些杂质，又不得不在脱除过剩的氧，造成能源原材料的额外消耗，再就是高炉炼铁必须使用焦炭，而生产焦炭的主焦煤资源仅占煤炭总储量的5％，焦煤资源短缺，供应紧张。此外，炼焦生产对环境的污染极大。
传统的炼铁的生产是大焦炉-大烧结机-大高炉的炼铁流程，同时也暴露了一系列的问题基建投资费用大、烧结和炼焦工艺投资大、环境污染严重、世界范围内的焦煤短缺，价格昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种新的生产还原铁和纯净生铁的方法，该生产方法不需要焦炭、具有工艺简捷、生产成本低、降低环境污染等优点。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术途径来实现的一种生产直接还原铁和纯净生铁的方法，包括以下步骤将铁精矿粉、固体含碳原料粉和脱硫剂加粘结剂挤压形成壳层结构，将壳层结构的外层用耐火材料包裹形成厚度大于1.0mm的耐火壳层，干燥后进人炉窑加热，最后去掉耐火壳层，即得直接还原铁或纯净生铁。
上述方法中，所述壳层结构的形状可根据生产实际情况任意选定，这都不违背本发明的实质，例如可以为球型、方型、圆柱型、棱型等，优选为球型或方型；所述的耐火材料可为任意的一种耐火材料或一种以上的耐火材料以任意比例所组成的混合物。例如，可以选用粘土质、高铝质、氧化铝质、硅质或镁质的耐火材料，也可选用镁铝质或钙质耐火材料，或者是用镁铝尖晶石、铝酸钙水泥作为外包的耐火壳层。优选为氧化铝质耐火材料、硅质和耐火粘土或铝酸钙水泥。
所述壳层结构的层数可为一层或一层以上，该壳层结构的层数可根据生产的实际情况或需求来确定。例如，可将高品位的铁精矿粉与固体含碳原料粉和脱硫剂混合并加入粘结剂后形成一层壳层结构；或者将铁精矿粉直接与粘结剂混合挤压形成芯层，经低温干燥，外表面再包裹上一层由固体含碳原料粉、粘结剂和脱硫剂所组成的粉状混合物，制成芯层是精矿粉压的块或球状物，芯层外层包裹有固体含碳原料粉、粘结剂和脱硫剂的二层壳层结构。至于每一壳层采用何种原料来制备，各种原料之间的重量配比，这也视生产的实际情况或需求来确定，是本领域的技术人员所熟知，都应包括在本发明范围之内。
本发明方法具有以下几方面的主要优点(1)生产工艺简单，成本低，投资少。(2)能耗低，可以以煤代焦，产量高，高效节能。(3)有效降低了对周围环境的污染。(4)适应性强无论什么形式炉窑都适用。本发明方法与现有的炼铁工艺比较可以节约大量焦碳，减少污染，直接生产出炼钢用生铁，加热用的煤或煤气可以在较高的氧化性环境中还原生产出合格的直接还原铁和纯净生铁。另外与隧道窑生产直接还原铁比较，可以降低能耗省却了消耗较高的还原罐，减轻了繁重的体力劳动，并且经还原后剥离下的耐火材料可以反复的粉粹使用，与转底炉和竖炉、回转窑比较可以大幅度提高产量。
以下通过实施例来进一步描述本发明的有益效果，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的保护范围。
具体实施例方式选取品位68.61％的铁精矿10kg(含水份11％，控制精矿水份为7％一8％)，加入0.18kg羧甲基纤维素(C·M·C)经辊式压球机压球共373个，球直径20mm，每个球平均重26g，进行烘干，烘干后平均球重24.2g，含水1.0％以下，干球落下强度为4次/个。
然后投入用固定碳含量＞80％的无烟煤和固定碳含量＞60％烟煤混合后的固体燃料粉中，在固体燃料粉中加入石灰石，石灰石含CaO＞50％，(无烟煤和烟煤配比为7∶3，粒度＜1.0mm)进行造球，在造球同时喷入C·M·C的溶液造球，当球面沾上煤粉平均达到2.6mm厚时，停止造球，取出在200-280℃的热风中干燥0.5h。抗压强度达到11N/个。
最后将包裹上固体燃料的球状物体，再送入造球盘中，在外面包裹上硅质和耐火粘土，并同时喷入C·M·C的溶液造球。当外包耐火材料厚度平均达到3mm时，停止造球，在约100℃的热风中烘干0.5h。
将该批球状物体20个放到已升温到1150℃的马弗炉中，焙烧30min后，自然冷却到室温粉碎去掉外层耐火材料。所得产品的检验结果如表1表1检验结果(单位Wt％)
结果说明，本实施例所制备的产品完全符合质量要求。
制球方法同实例1取20个用粒度＜0.005mm占85％的α-Al2O3含量大于99％的工业氧化铝粉包裹好的球状物放人已升温到1500℃±20℃的ZrO2电炉中，烧成20min后，拿出自然冷却，破碎掉外层耐火壳层及外表挂的渣粉。所得产品的检验结果如表2表2
结果说明，本实施例所制备的产品完全符合质量要求。
取实施例l同样处理的铁精矿粉10kg与3.5kg无烟煤粉混合压块外形尺寸50×50×20mm，同实施例1一样在外面包裹上铝酸钙水泥后，干燥。放入1250℃的马弗炉中焙烧20min，取出风冷至室温，粉碎外壳。所得产品的检验结果如表3表3
结果说明，本实施例所制备的产品完全符合质量要求。
权利要求
1.一种生产直接还原铁和纯净生铁的方法，包括以下步骤将铁精矿粉、固体含碳原料粉和脱硫剂加粘结剂形成壳层结构，将壳层结构的外层用耐火材料包裹形成厚度大于1.0mm的耐火壳层，干燥后进人炉窑加热，最后去掉耐火壳层，即得直接还原铁或纯净生铁。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于所述的耐火材料为任意的一种耐火材料或一种以上的耐火材料所组成的混合物。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于所述的耐火材料选自氧化铝质耐火材料、硅质和耐火粘土或铝酸钙水泥。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于所述壳层结构的层数为一层或一层以上。
5.一种直接还原铁或纯净生铁，其特征是由权利要求1-4任意一项方法制备得到的产品。
全文摘要
本发明公开了一种新的生产直接还原铁和纯净生铁的方法，该方法包括以下步骤将铁精矿粉、固体含碳原料粉和脱硫剂加粘结剂挤压形成壳层结构，将壳层结构的外层用耐火材料包裹形成厚度大于1.0mm的耐火壳层，干燥后进人炉窑加热，最后去掉耐火壳层，即得直接还原铁或纯净生铁。本发明方法不需要焦炭、具有工艺简捷、生产成本低、降低环境污染等优点，与现有的炼铁工艺比较可以节约大量焦碳，减少污染，直接生产出炼钢用生铁，加热用的煤或煤气可以在较高的氧化性环境中还原生产出合格的直接还原铁和纯净生铁。
文档编号C22B5/10GK1766131SQ20051012346
公开日2006年5月3日 申请日期2005年11月21日 优先权日2005年11月21日
发明者方兴, 马再男 申请人:方兴, 马再男