技术特征：
1.一种铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：首先将铁氧化物通过预还原装置进行预还原，得到预还原产物；然后将预还原产物经过深度还原装置进行深度还原，得到铁水。2.根据权利要求1所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：在深度还原装置内，预还原产物与碳发生反应，得到铁水和高温煤气；将高温煤气输送至预还原装置中作为燃烧热源与还原气体，在预还原装置内高温煤气与铁氧化物发生还原反应；作为优选，所述高温煤气经过煤气重整工序后输送至预还原装置。3.根据权利要求1或2所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：铁氧化物在预还原装置中发生的反应为：xfe2o
3(s)
+(3x-2)co
(g)
＝2fe
x
o
(s)
+(3x-2)co
2(g)
，xfe2o
3(s)
+(3x-2)h
2(g)
＝2fe
x
o
(s)
+(3x-2)h2o
(g)
，fe2o
3(s)
+3co
(g)
＝2fe
(s)
+3co
2(g)
，fe2o
3(s)
+3h
2(g)
＝2fe
(s)
+3h2o
(g)
；控制铁氧化物在预还原装置中的还原度为η，η为40-80％，优选为50-70％，更优选为60-65％；其中：x∈[2/3，+∞)。4.根据权利要求3所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：通过实时检测预还原装置内物料的电导率，通过电导率分析预还原装置内物料的状态，从而监测铁氧化物在预还原装置内的还原情况；作为优选，控制铁氧化物经过预还原装置还原得到预还原产物的电导率为1*10
5-1*107ω-1
·
m-1
，优选为3*10
5-7*106ω-1
·
m-1
，更优选为5*10
5-5*1*106ω-1
·
m-1
。5.根据权利要求3或4所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：通过控制铁氧化物内的配碳量、铁氧化物在预还原装置内的保温还原时间、预还原装置内的还原温度中的一项或多项，从而控制铁氧化物在预还原装置中的还原度；而且，铁氧化物在预还原装置中的还原度与铁氧化物内的配碳量、铁氧化物在预还原装置内的保温还原时间、预还原装置内的还原温度均成正比；作为优选，控制铁氧化物内的配碳量为10-40wt％，优选为15-30wt％，更优选为20-25wt％；该配碳量为进入预还原装置的铁氧化物中煤炭量占整个铁氧化物的重量比；和/或控制铁氧化物在预还原装置内的保温还原时间60-180min，优选为70-140min，更优选为90-120min；铁氧化物在预还原装置内的保温还原时间是指铁氧化物在回转窑内温度最高区段停留的时间；和/或控制预还原装置内的还原温度800-1400℃，优选为850-1300℃，更优选为900-1200℃；预还原装置内的还原温度是指预还原装置内的最高温度区段。6.根据权利要求5所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：实时检测预还原装置内物料的实时电导率σ
时
得出铁氧化物在预还原装置中的实时还原度η
实
，其具体为：建立电导率与预还原装置内物料的状态、物料还原度的关系：若σ
时
≤0.1ω-1
·
m-1
，表明预还原装置内物料主要fe2o3的形式存在，铁氧化物在预还原装置中的实时还原度为[0，1％]；若0.1＜σ
时
≤1000ω-1
·
m-1
，表明预还原装置内物料主要fe3o4的形式存在，铁氧化物在预还原装置中的实时还原度为(1％，11.1％]；
若1000＜σ
时
≤1*105ω-1
·
m-1
，表明预还原装置内物料主要feo的形式存在，铁氧化物在预还原装置中的实时还原度为(11.1％，33.3％]；若1*105＜σ
时
≤1*107ω-1
·
m-1
，表明预还原装置内物料主要feo和fe的形式存在，铁氧化物在预还原装置中的实时还原度为(33.3％，80％]；若σ
时
＞1*107ω-1
·
m-1
，表明预还原装置内物料主要fe的形式存在，铁氧化物在预还原装置中的实时还原度为(80％，1]。7.根据权利要求6所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：根据铁氧化物在预还原装置中的实时还原度η
实
，调整铁氧化物在预还原装置内进行还原的工艺条件；其具体为：如果η
实
＝(1
±
10％)η，保持现有的铁氧化物内的配碳量、铁氧化物在预还原装置内的保温还原时间、预还原装置内的还原温度继续运行；如果η
实
＞(1+10％)η，通过以下任意一种或多种手段进行调解：减少铁氧化物内的配碳量、降低预还原装置内的还原温度、缩短铁氧化物在预还原装置内的保温还原时间，控制铁氧化物在预还原装置中的实时还原度η
实
＝(1
±
10％)η；如果η
实
＜(1-10％)η，通过以下任意一种或多种手段进行调解：提高铁氧化物内的配碳量、升高预还原装置内的还原温度、延长铁氧化物在预还原装置内的保温还原时间，控制铁氧化物在预还原装置中的实时还原度η
实
＝(1
±
10％)η。8.根据权利要求1-7中任一项所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：所述预还原装置为回转窑、转底炉、隧道窑、流化床或竖炉；优选预还原装置为回转窑；和/或所述深度还原装置(2)为熔融还原炉、转炉、电炉或高炉。9.根据权利要求8所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：所述降低预还原装置内的还原温度通过以下手段实现：降低回转窑内的喷煤量和/或减少回转窑的二次进风量；所述升高预还原装置内的还原温度通过以下手段实现：增加回转窑内的喷煤量和/或增加回转窑的二次进风量；和/或所述缩短铁氧化物在预还原装置内的保温还原时间通过增加回转窑的转速实现；所述延长铁氧化物在预还原装置内的保温还原时间通过减小回转窑的转速实现。10.根据权利要求9所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：所述减少铁氧化物内的配碳量具体为：配碳量的每次减少量
△
m＝10％m1，其中m1为铁氧化物内的原始配碳量；即如果η
实
＞(1+10％)η，控制下一批次铁氧化物内的配碳量m
i
＝m
i-1
‑△
m；然后继续通过实时检测预还原装置内物料的实时电导率σ
时
得出铁氧化物在预还原装置中的实时还原度η
实
；如果该实时状态的η
实
依然大于(1+10％)η，则再一次减少下一批次铁氧化物内的配碳量
△
m，直至铁氧化物在预还原装置中的实时还原度η
实
＝(1
±
10％)η；所述提高铁氧化物内的配碳量具体为：配碳量的每次增加量
△
m0＝10％m1，其中m1为铁氧化物内的原始配碳量；即如果η
实
＜(1+10％)η，控制下一批次铁氧化物内的配碳量m
i
＝m
i-1
+
△
m；然后继续通过实时检测预还原装置内物料的实时电导率σ
时
得出铁氧化物在预还原装置中的实时还原度η
实
；如果该实时状态的η
实
依然小于(1+10％)η，则再一次增加下一批次铁氧化物内的配碳量
△
m，直至铁氧化物在预还原装置中的实时还原度η
实
＝(1
±
10％)η。11.根据权利要求9所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：所述降低回转窑内的喷煤量具体为：喷煤量的每次减少量
△
p＝10％p1，其中p1为回转窑内的原始喷煤量；即如果η
实
＞(1+10％)η，控制回转窑内的喷煤量p
j
＝p
j-1
‑△
p；然后继续通过实时检测回转窑内
物料的实时电导率σ
时
得出铁氧化物在回转窑中的实时还原度η
实
；如果该实时状态的η
实
依然大于(1+10％)η，则再一次减少喷煤量
△
p，直至铁氧化物在回转窑中的实时还原度η
实
＝(1
±
10％)η；所述增加回转窑内的喷煤量具体为：喷煤量的每次增加量
△
p＝10％p1，其中p1为回转窑内的原始喷煤量；即如果η
实
＜(1+10％)η，回转窑内的喷煤量p
j
＝p
j-1
+
△
p；然后继续通过实时检测回转窑内物料的实时电导率σ
时
得出铁氧化物在回转窑中的实时还原度η
实
；如果该实时状态的η
实
依然小于(1+10％)η，则再一次增加喷煤量
△
p，直至铁氧化物在回转窑中的实时还原度η
实
＝(1
±
10％)η。12.根据权利要求9所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：所述减少回转窑的二次进风量具体为：二次进风量的每次减少量
△
f＝10％f1，其中f1为回转窑的原始二次进风量；即如果η
实
＞(1+10％)η，控制回转窑的二次进风量f
k
＝f
k-1
‑△
f；然后继续通过实时检测回转窑内物料的实时电导率σ
时
得出铁氧化物在回转窑中的实时还原度η
实
；如果该实时状态的η
实
依然大于(1+10％)η，则再一次减少二次进风量
△
f，直至铁氧化物在回转窑中的实时还原度η
实
＝(1
±
10％)η；所述增加回转窑的二次进风量具体为：二次进风量的每次增加量
△
f＝10％f1，其中f1为回转窑的原始二次进风量；即如果η
实
＜(1+10％)η，控制回转窑的二次进风量f
k
＝f
k-1
+
△
f；然后继续通过实时检测回转窑内物料的实时电导率σ
时
得出铁氧化物在回转窑中的实时还原度η
实
；如果该实时状态的η
实
依然小于(1+10％)η，则再一次增加二次进风量
△
f，直至铁氧化物在回转窑中的实时还原度η
实
＝(1
±
10％)η。13.根据权利要求9所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：所述增加回转窑的转速具体为：转速的每次增加量
△
s＝10％s1，其中s1为回转窑的原始转速；即如果η
实
＞(1+10％)η，控制回转窑的转速s
r
＝s
r-1
+
△
s；然后继续通过实时检测回转窑内物料的实时电导率σ
时
得出铁氧化物在回转窑中的实时还原度η
实
；如果该实时状态的η
实
依然大于(1+10％)η，则再一次增加转速
△
s，直至铁氧化物在回转窑中的实时还原度η
实
＝(1
±
10％)η；所述减小回转窑的转速具体为：转速的每次减小量
△
s＝10％s1，其中s1为回转窑的原始转速；即如果η
实
＜(1+10％)η，控制回转窑的转速s
r
＝s
r-1
‑△
s；然后继续通过实时检测回转窑内物料的实时电导率σ
时
得出铁氧化物在回转窑中的实时还原度η
实
；如果该实时状态的η
实
依然小于(1+10％)η，则再一次减小转速
△
s，直至铁氧化物在回转窑中的实时还原度η
实
＝(1
±
10％)η。14.根据权利要求1-13中任一项所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：所述高温煤气经过煤气重整工序后输送至预还原装置具体为：经过预还原装置预还原得到的预还原产物进入重整竖井，物料在重整竖井中自上向下流动，从重整竖井的底部排出进入深度还原装置；深度还原装置中产生的高温煤气从重整竖井的下部或底部进入，在深度还原装置中高温煤气与预还原产物接触，发生布多尔反应和水煤气反应，实现重整，重整后的高温煤气输送至预还原装置中作为还原气体；作为优选，深度还原装置中产生的高温煤气经过除尘后输送至重整竖井。15.根据权利要求14所述的铁氧化物直接还原的方法，其特征在于：从深度还原装置排出高温煤气的温度大于1400℃，优选为大于1500℃，更优选为大于1600℃；和/或经过重整竖井后得到的重整后的高温煤气中，co的含量高于30vol％，优选co的含量高
于35vol％，更优选co的含量高于35vol％；h2的含量高于2vol％，优选h2的含量高于3vol％，更优选h2的含量高于5vol％。16.一种铁氧化物直接还原系统或者用于权利要求1-15中任一项所述方法的系统，该系统包括预还原装置(1)和深度还原装置(2)；其中，预还原装置(1)的出料口与深度还原装置(2)的进料口连通，深度还原装置(2)的出气口连通至预还原装置(1)的进气口。17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：该系统还包括重整竖井(3)；重整竖井(3)包括进料口(301)、出料口(302)、进气口(303)和出气口(304)；预还原装置(1)的出料口连通至重整竖井(3)的进料口(301)；重整竖井(3)的出料口(302)连通至深度还原装置(2)的进料口；深度还原装置(2)的出气口连通至重整竖井(3)的进气口(303)；重整竖井(3)的出气口(304)连通至预还原装置(1)的进气口。18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述预还原装置为回转窑、转底炉、隧道窑、流化床或竖炉；优选预还原装置为回转窑；和/或所述深度还原装置(2)为熔融还原炉、转炉、电炉或高炉。19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于：所述回转窑(a)包括干燥段(101)、预热段(102)、还原焙烧段(103)、缓冷段(104)；重整竖井(3)的出气口(304)连通至回转窑(a)的还原焙烧段(103)和/或预热段(102)。20.根据权利要求18或19所述的系统，其特征在于：回转窑(a)还包括有窑身风道机构(4)、环形旋转滑轨(5)以及旋转滑动机构(6)；所述环形旋转滑轨(5)套设在回转窑(a)的外部，并通过支架(501)进行支撑；旋转滑动机构(6)的轮端与环形旋转滑轨(5)相连接，其另一端与窑身风道机构(4)的外端相连接，而窑身风道机构(4)的内端则连接在窑壁上；即回转窑(a)和窑身风道机构(4)可同时通过旋转滑动机构(6)在环形旋转滑轨(5)上进行回转；作为优选，所述回转窑(a)的外部设置有多个环形旋转滑轨(5)；任意一个环形旋转滑轨(5)通过多个旋转滑动机构(6)和多个窑身风道机构(4)与回转窑(a)相连接。21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于：所述窑身风道机构(4)包括进风连接件(401)、挡阀(402)、拉杆(403)以及进风口(404)；所述回转窑(a)的窑身上开设有进风通道(405)；挡阀(402)的一端伸入至进风通道(405)内，其另一端与进风连接件(401)相连通；进风口(404)开设在进风连接件(401)上；进风连接件(401)远离回转窑(a)的一端与拉杆(403)的一端相连接，拉杆(403)的另一端与旋转滑动机构(6)相连接；和/或所述旋转滑动机构(6)包括旋转轮座(601)、侧向旋转轮(602)以及竖向旋转轮(603)；所述旋转轮座(601)为“凹”槽型结构并咬合在环形旋转滑轨(5)的两侧缘部；在位于环形旋转滑轨(5)侧面的旋转轮座(601)上均设置有侧向旋转轮(602)；在位于环形旋转滑轨(5)外底面的旋转轮座(601)上均设置有竖向旋转轮(603)；旋转轮座(601)通过侧向旋转轮(602)和竖向旋转轮(603)可在环形旋转滑轨(5)上旋转滑动。22.根据权利要求21所述的系统，其特征在于：回转窑(a)还包括有水平滑动机构(7)；所述水平滑动机构(7)包括水平轮座(701)、水平滑轮(702)以及水平轨道(703)；所述水平轨道(703)为设置在支架(501)上端的槽型轨道；水平轮座(701)的底端通过水平滑轮(702)安装在水平轨道(703)内；水平轮座(701)的顶端则与环形旋转滑轨(5)相连接；和/或该系统还包括回转机构(8)；所述回转机构(8)包括回转电机(801)和大齿圈(802)；所述大齿圈(802)的内圈固定在回转窑(a)的外壁上，大齿圈(802)的外圈与回转电机(801)的
传动齿轮啮合连接。23.根据权利要求21或22所述的系统，其特征在于：该系统还包括电导率检测装置(9)；电导率检测装置(9)包括检测线圈(901)和导磁芯(902)；检测线圈(901)与导磁芯(902)连接，导磁芯(902)设置在回转窑(a)的窑身上；作为优选，导磁芯(902)设置在回转窑(a)的窑身侧壁内，且导磁芯(902)的末端与回转窑(a)内壁的距离为0.5-20mm，优选为1-15mm，更优选为2-10mm。24.一种铁氧化物直接还原系统的用途，将权利要求16-23中任一项所述的系统用于铁氧化物的直接还原；所述铁氧化物为赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿、针铁矿中的一种或多种。
技术总结
本发明提出一种铁氧化物直接还原的方法及还原系统，采用预还原装置进行预还原-深度还原装置进行深度还原的方法，将铁氧化物还原为金属铁过程中易发生的Fe2O3→
技术研发人员：叶恒棣 胡兵 魏进超 郑富强 刘臣 储太山 王兆才 师本敬
受保护的技术使用者：中冶长天国际工程有限责任公司
技术研发日：2022.01.06
技术公布日：2022/10/20