熔融还原炼铁方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种炼铁方法，具体涉及一种熔融还原炼铁方法，属于非高炉炼铁领域。
【背景技术】
[0002]20世纪以来，高炉生产空前发展，高炉容积也在不断地扩大。高炉炼铁发展到今天，消耗下降，成本降低，生产率几乎达到顶峰，为人类文明和经济发展做出巨大贡献，现在仍然是钢铁生产的主力军。在世界钢铁工业中，炼钢生铁的60%左右来自高炉，而我国几乎100%来自高炉炼铁。然而，在现代工业生产中，高炉炼铁生产却遇到了新的挑战，而且这些挑战大多来自高炉自身的发展，主要表现在以下几个方面。
[0003](I)高炉有效高度很高，对炉料的冶金性能要求很高高。从铁前的原料场到烧结(或球团)厂、焦化厂，再到高炉炼铁系统，生产流程很长，而且总投资十分庞大。
[0004](2)高炉炼铁必须使用焦炭，然而焦煤的资源却越来越少，且不可再生。从长远的角度看，这种状况必然会给高炉的后续发展带来危机。烧结矿、球团矿和焦炭的生产及这些原燃料在满足高炉生产的过程中会给大气、水和环境造成污染。越来越高的环保要求使高炉炼铁技术的发展越来越难以满足需要。
[0005](3)传统高炉过分地依赖间接还原，间接还原度约67%左右，即矿石中约2/3的氧是靠间接还原去除的，因此铁氧化物在高炉内还原和熔炼一般要停留很长时间，即从炉料投入到高炉出铁需要6.5-7小时。尽管高炉采用了各种强化冶炼技术，但这种依赖气固反应为主的熔炼工艺要想继续提高生产率已非常困难。
[0006]高炉炼铁生产流程遇到空前挑战，各种新的熔融还原流程和方法不断涌现。熔融还原是指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态热铁水的工艺过程。熔融还原以非焦煤为主要能源，进行铁氧化物还原，在高温熔融状态下实现渣铁完全分离，得到类似高炉铁水的含碳铁水。发展熔融还原的目的主要有以下几点:(1)熔融还原生产时环境友好，对环境的不良影响远低于高炉冶炼；(2)改变钢铁生产的能源结构，有助于摆脱焦煤资源对钢铁生产发展的羁绊；(3)使高炉摆脱软熔带的限制和其透气性的束缚；(4)解决直接还原时脉石与还原铁分离的问题；(5)利用全氧操作以及终还原过程能量密度高等有利因素，进一步提高生产率。
[0007]一步法熔融还原炉衬侵蚀严重，大量热煤气的能量难以回收利用，能耗成本居高不下。70年代以来国外研宄开发的熔融还原大多数是二步法，所谓二步法就是将还原过程分解为固体状态的预还原和熔融状态的终还原两个阶段，并分别在两个反应器中进行。二步法对高炉法的这一变革，不仅摆脱了对优质焦碳的依赖，开辟了以非焦煤炼铁的途径，而且摆脱了高炉软熔带的限制，加之使用全氧气操作以及终还原过程能量密度高等有利因素，为进一步提尚生广率创造了有利的条件。
[0008]本发明开发设计了一种新型隔焰加热式煤基竖炉+熔化气化炉的两步法熔融还原炼铁工艺，可用于生产优质铁水。
【发明内容】
[0009]本发明要解决的关键问题是:针对现在的炼铁生产现状提出一种新型的熔融还原炼铁工艺，该工艺为隔焰加热式煤基竖炉+熔化气化炉两步法熔融还原工艺，使用含碳球团作为原料，使用煤粉作为还原剂，摆脱了传统炼铁流程对焦炭的依赖，节能环保；煤基竖炉的还原区与燃烧区分开，还原室内的还原气氛可控，可防止还原后的海绵铁二次氧化，生产高质量海绵铁；熔化气化炉为还原性气氛，可避免还原产物的二次氧化，金属收得率高；熔化气化炉产生的煤气经除尘后引入煤基竖炉的燃烧室内燃烧，为煤基竖炉内的反应提供热量；煤基竖炉生产的金属化球团热装进入熔化气化炉，减少了能量损失；煤基竖炉通过调节下料速度可以控制还原速度，和熔化气化炉的生产周期能够灵活匹配。
[0010]为实现上述目的，本发明的技术方案是:使用铁矿粉与煤粉混合造球，含碳球团经干燥后装入煤基竖炉还原室内，在还原室内含碳球团受热发生自还原，铁氧化物被球团中的碳还原，生产的金属化球团热装送入熔化气化炉熔炼生产铁水。金属化球团、块煤、造渣所需的石灰等从熔化气化炉上部加入，通过吹氧使煤燃烧产生高温，炉料在熔化气化炉内经历进一步的还原、熔化、渗碳等过程，产生铁水和炉渣定期从铁口和渣口放出。熔化气化炉内生成的高温还原气体经除尘后引入煤基竖炉燃烧室内和助燃空气混合燃烧，为还原室内的还原反应提供热量。
[0011]具体实施步骤为:
一种熔融还原炼铁方法，包括如下步骤:
步骤一、原料准备:将铁精矿粉与煤粉混匀，配加占混合物重量5%的水，后在圆盘造球机上造球，煤粉添加量按生球碳氧比1:1确定，含碳球团直径为10至30mm ；
步骤二、球团干燥:将含碳球团均匀散布在慢速运行的链篦机上进行干燥至水分含量在1%以下；
步骤三、预还原:将干燥后的含碳球团连续地加入煤基竖炉，燃料通入竖炉燃烧室内和助燃空气混合燃烧，通过燃烧室与还原室之间的耐火材料炉墙向还原室供热，还原室内的炉温稳定控制在1000至1150°C ；
步骤四、终还原:在煤基竖炉中经预还原的高温金属化球团通过螺旋排料器、下料管加入到熔化气化炉内，同时向炉内加入块煤、石灰，并向炉内吹氧，煤氧燃烧产生的高温高热值煤气经旋风除尘器除尘后引入煤基竖炉的燃烧室内作为燃料；原料在高温高还原气氛下发生还原与熔分，生成的铁水和炉渣定期从铁口与渣口放出。
[0012]更进一步的方案是:所述含碳球团直径为20_。
[0013]更进一步的方案是:所述还原室内的炉温为1100°C。
[0014]本发明中，碳氧比指配碳比，是碳与铁氧化物中的氧的物质的量(mol)之比。
[0015]本发明的原理是:(1)含碳球团自还原技术:含碳球团在无外界还原气氛条件下加热，自身发生的还原现象称为自还原。含碳球团的自还原有一系列复杂的化学反应，是包括碳的气化、直接还原、间接还原、传热、传质等的综合过程。在惰性气氛中，当温度大于900°C时，含碳球团内部会发生自还原反应，并且有抗CO2氧化的能力。由于铁矿和还原剂混合成球，含碳球团中铁氧化物的还原速度明显高于其它球团和矿石。(2)还原室与燃烧室分离，以辐射传热与热传导的方式为炉料提供还原所需热量，还原室内还原气氛可控，同时便于控制炉内温度。(3)两步法熔融还原技术:还原与熔分过程分离，摆脱了高炉炼铁工艺软熔带的限制，能量利用率高。
[0016]本发明的优点是:(1)创新的生产方式:该工艺将还原过程分解为固体状态的预还原和熔融状态的终还原两个阶段，并在两个反应器中分别进行。预还原阶段在隔焰加热式煤基竖炉中完成，利用熔化气化炉产生的高温还原性气体做燃料，将含碳球团还原到一定的金属化率，再由终还原阶段完成熔化、最终的还原和生产出铁水的任务。(2)熔化气化炉不需要焦炭，通过煤氧燃烧供热，反应强度大，反应速度快，容积利用系数高。(3)采用含碳球团自还原技术，使用铁矿粉和煤粉作为造球原料，反应动力学条件优越，反应速度快，金属化率较高。(4)工艺设备紧凑，预还原段和终还原段之间的物料输送使用热装热送技术。煤基竖炉生产的高温金属化球团通过螺旋排料器热装入熔化气化炉，熔化气化炉熔炼产生的高温还原性气体通入煤基竖炉燃烧室作为供热燃料，热量得到充分利用。(5)本工艺中煤基竖炉的还原区与燃烧区分开，使得还原炉内气氛可控，防止还原后的海绵铁二次氧化，可生产高质量海绵铁。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明，但需要说明的是，具体实施例不应理解为对本发明的限制。
[0019]如附图1所示，一种熔融还原炼铁方法，包括如下步骤:
步骤一、原料准备:将铁精矿粉与煤粉混匀后在圆盘造球机上造球，煤粉添加量按生球碳氧比1:1确定，另配加5%的水，含碳球团直径为20mm ；
步骤二、球团干燥:将含碳球团均匀散布在慢速运行的链篦机上进行干燥至水分含量在1%以下；
步骤三、预还原:将含碳球团连续地加入煤基竖炉，燃料通入竖炉燃烧室内和助燃空气混合燃烧，通过燃烧室与还原室之间的耐火材料炉墙向还原室供热，还原室内的炉温稳定控制在 1000~1150°C，最优为 IlOO0C ；
步骤四、终还原:在煤基竖炉中经预还原的高温金属化球团通过螺旋排料器、下料管加入到熔化气化炉内，同时向炉内加入块煤、石灰，并向炉内吹氧，煤氧燃烧产生的高温高热值煤气经旋风除尘器除尘后引入煤基竖炉的燃烧室内作为燃料。原料在高温高还原气氛下发生还原与熔分，生成的铁水和炉渣定期从铁口与渣口放出。
【主权项】
1.一种熔融还原炼铁方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤一、原料准备:将铁精矿粉与煤粉混匀，配加占混合物重量5%的水，后在圆盘造球机上造球，煤粉添加量按生球碳氧比1:1确定，含碳球团直径为10至30mm ； 步骤二、球团干燥:将含碳球团均匀散布在慢速运行的链篦机上进行干燥至水分含量在1%以下； 步骤三、预还原:将含碳球团连续地加入煤基竖炉，燃料通入竖炉燃烧室内和助燃空气混合燃烧，通过燃烧室与还原室之间的耐火材料炉墙向还原室供热，还原室内的炉温稳定控制在1000至1150。。； 步骤四、终还原:在煤基竖炉中经预还原的高温金属化球团通过螺旋排料器、下料管加入到熔化气化炉内，同时向炉内加入块煤、石灰，并向炉内吹氧，煤氧燃烧产生的高温高热值煤气经旋风除尘器除尘后引入煤基竖炉的燃烧室内作为燃料；原料在高温高还原气氛下发生还原与熔分，生成的铁水和炉渣定期从铁口与渣口放出。
2.根据权利要求1所述的熔融还原炼铁方法，其特征在于所述含碳球团直径为20_。
3.根据权利要求1所述的熔融还原炼铁方法，其特征在于所述还原室内的炉温为1100。。。
【专利摘要】本发明公开了一种熔融还原炼铁方法，包括如下步骤：步骤一、原料准备；步骤二、球团干燥；步骤三、预还原：将含碳球团连续地加入煤基竖炉，燃料通入竖炉燃烧室内和助燃空气混合燃烧，通过燃烧室与还原室之间的耐火材料炉墙向还原室供热，还原室内的炉温稳定控制在1000至1150℃；步骤四、终还原：在煤基竖炉中经预还原的高温金属化球团通过螺旋排料器、下料管加入到熔化气化炉内，同时向炉内加入块煤、石灰，并向炉内吹氧，原料在高温高还原气氛下发生还原与熔分，生成的铁水和炉渣定期从铁口与渣口放出。本发明熔化气化炉不需要焦炭，通过煤氧燃烧供热，反应强度大，反应速度快，容积利用系数高。
【IPC分类】C21B11-02, C21B11-00
【公开号】CN104878147
【申请号】CN201510302657
【发明人】唐恩, 王君
【申请人】中冶南方工程技术有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月4日