專利名稱：以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵的冶金方法，具體地講是一種以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法有許多種具體的實(shí)施方式，例如冷卻結(jié)球團(tuán)--回轉(zhuǎn)窯一步法、普通球團(tuán)鏈箅機(jī)預(yù)熱焙燒--回轉(zhuǎn)窯一步法等，其基本工藝路線都是先將含鐵原料制成球團(tuán)，制備球團(tuán)時(shí)可以依照一定比例適當(dāng)添加熱粘接劑或粘接劑和還原劑，以便成球，并同時(shí)提供工藝所需的還原劑，然后將球團(tuán)送入窯內(nèi)進(jìn)行高溫還原反應(yīng)，根據(jù)工藝需要，可以將一定比例的還原劑和脫硫劑與球團(tuán)一同送入加熱窯內(nèi)，或者將球團(tuán)同其他物料先放入反應(yīng)罐內(nèi)，再將反應(yīng)罐放入窯內(nèi)，在窯內(nèi)高溫作用下，還原劑與氧反應(yīng)產(chǎn)生一氧化碳，利用一氧化碳的還原性將球團(tuán)中鐵的氧化物還原成鐵，成為直接還原鐵。這種生產(chǎn)方法的設(shè)備產(chǎn)能受窯內(nèi)溫度的影響很大，當(dāng)溫度較低時(shí)，一氧化碳含量少，還原所需的時(shí)間長(zhǎng)，金屬化率低，生產(chǎn)效率低，因此通常應(yīng)當(dāng)有較高的窯內(nèi)溫度，但在現(xiàn)有技術(shù)下，當(dāng)窯內(nèi)溫度較高時(shí)，球團(tuán)就會(huì)相互粘連，形成大塊物料，嚴(yán)重影響卸料的通暢，甚至?xí)垢G內(nèi)完全堵塞，不得不停爐處理，脫落的細(xì)粒礦粉等也會(huì)形成低共聚物，粘在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部的耐火磚上，形成所述結(jié)圈，同樣堵塞窯內(nèi)物料通道，如將球團(tuán)放入反應(yīng)罐內(nèi)時(shí)，球團(tuán)會(huì)粘接在罐體內(nèi)壁，反應(yīng)后難以取出。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法，采用方法生產(chǎn)直接還原鐵，其球團(tuán)在窯內(nèi)不相互粘接，不粘連反應(yīng)罐，也不會(huì)在窯內(nèi)產(chǎn)生結(jié)圈。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法，其先將含鐵原料制成球團(tuán)，再在球團(tuán)外包上主要由無機(jī)惰性物質(zhì)組成的保護(hù)層，形成包衣球，然后再將包衣球送入窯內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)，使球團(tuán)中鐵的氧化物還原為直接還原鐵。
由于本發(fā)明在含鐵原料制成的球團(tuán)外包上了一層無機(jī)惰性物質(zhì)，形成具有一定濕強(qiáng)度和干燥強(qiáng)度的保護(hù)層，將這種包衣球送入窯內(nèi)后，所述保護(hù)層不破碎，不與含鐵原料或煤灰形成低共聚物，避免了球團(tuán)之間的相互粘接，避免了球團(tuán)與反應(yīng)罐或窯壁之間的相互粘接，也避免了球團(tuán)內(nèi)物料的外泄，不會(huì)在窯內(nèi)產(chǎn)生結(jié)圈，可以使窯內(nèi)還原溫度由現(xiàn)有的低于1050度提高到1100-1250度，極大地提高了還原反應(yīng)速度和金屬化率，極大地提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式
在現(xiàn)有技術(shù)背景下，所述無機(jī)惰性物質(zhì)通?？梢允呛X粘土礦物，例如高嶺石、葉臘石、地開石、鋁英石、蒙脫石、伊利石、蟶石、皂石、一水軟鋁石、一水硬鋁石、三水鋁石、累托石、白云母、絹云母、金云母和珍珠云母等，也可以是含有上述含鋁粘土礦物的混合礦物，例如高嶺土、膨潤(rùn)土、耐火粘土、漂白土、陶瓷粘土、紅粘土、皂土、矸土、鋁土礦和煤矸石等，這些礦物可以單獨(dú)使用，也可以混合使用，當(dāng)保護(hù)層中添加還原劑時(shí)，這些礦物還可以同時(shí)起粘接作用。這種包衣球進(jìn)入窯內(nèi)后，組成保護(hù)層的無機(jī)惰性物質(zhì)發(fā)生脫水、重結(jié)晶等自身反應(yīng)，不與煤灰、含鐵原料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且可以在高溫下保持足夠的強(qiáng)度，使球團(tuán)(包衣球)不會(huì)破碎，包衣球上脫落的細(xì)粒粉末不含鐵，與煤灰形成混合物后不會(huì)出現(xiàn)熔融現(xiàn)象。
本發(fā)明通?？梢圆捎孟铝芯唧w步驟實(shí)施(1)原料預(yù)處理通過干燥和粉碎等方式，將各種原料加工成所需的細(xì)度和含水率，使之分別符合球團(tuán)和保護(hù)層的制備要求以及送入窯內(nèi)的要求，用于制備球團(tuán)的各種原料的比表面積通常應(yīng)為1500-1900平方厘米/克。
所述干燥和粉碎等預(yù)處理方法均可以采用現(xiàn)有技術(shù)，所述粉碎包括通常所說的破碎、粉碎、球磨等各種減小固體物粒度的加工方式。
所需原料通常包括含鐵原料、粘接劑、還原劑、脫硫劑和無機(jī)惰性物質(zhì)。其中粘接劑常用有兩大類一類是無機(jī)物粘接劑，例如膨潤(rùn)土、皂土和石灰等，另一類是有機(jī)粘接劑，例如淀粉、糊精、腐殖酸鹽和甲基纖維素等。
還原劑可以是各種類型的煤或焦炭，通常需要進(jìn)行干燥并粉碎到所需的粒度。
脫硫劑通?？梢允鞘沂虬自剖?br> (2)球團(tuán)配料與混勻?qū)⒂糜谥苽淝驁F(tuán)的各種原料按照配比準(zhǔn)確稱量，并進(jìn)行混合，形成混合物。
所述用于制備球團(tuán)的原料包括含鐵原料和粘接劑，其中粘接劑用量為含鐵原料重量的0-2％(其中0％對(duì)應(yīng)于不施加粘接劑的情況)。
(3)球團(tuán)制備
將混合后的球團(tuán)原料制成球團(tuán)，球團(tuán)直徑通常可以為5-230毫米。
可以使用制球機(jī)制備球團(tuán)，所述制球機(jī)可以采用圓盤制粒機(jī)或圓筒制粒機(jī)。
(4)包衣球制備將無機(jī)惰性物質(zhì)包在制成的球團(tuán)外層，形成包衣球。保護(hù)層的厚度可以是0.5-10毫米厚，當(dāng)保護(hù)層中只有無機(jī)惰性物質(zhì)時(shí)，其厚度可以較薄，例如0.5毫米，當(dāng)保護(hù)層中添加還原劑時(shí)，其厚度可以較厚，例如10毫米，實(shí)踐中可以根據(jù)實(shí)際需要采取各種適宜的厚度，例如5毫米等等。
可以球團(tuán)和適量的無機(jī)惰性物質(zhì)混合，將這些混合物料裝入包衣機(jī)，通過包衣機(jī)制造出包衣球。
所述包衣機(jī)可以采用圓盤制粒機(jī)或圓筒制粒機(jī)。
(5)窯內(nèi)還原將包衣球送入窯內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)。當(dāng)采用外配還原劑時(shí)，應(yīng)將包衣球同還原劑混合送入窯內(nèi)。
根據(jù)窯的工藝要求，可以將包衣球直接送入窯內(nèi)，也可以先將包衣球放入反應(yīng)罐，再將反應(yīng)罐放入窯內(nèi)。
所述窯可以是豎爐、立窯、回轉(zhuǎn)窯和隧道窯等。窯內(nèi)可以是還原性氣氛，也可以是中型氣氛。
窯內(nèi)還原溫度通?？梢允?100-1250度，例如1100度、1150度、1200度、1250度。
(6)快速冷卻將還原反應(yīng)后的包衣球快速冷卻，其方式為將窯中卸出的還原后包衣球馬上送入冷卻快速設(shè)備，所述快速冷卻設(shè)備通?？梢圆捎美鋮s筒。快速冷卻有利于避免直接還原鐵在高溫氧化氣氛下重新氧化為鐵的氧化物。
通常可以將還原后的包衣球快速冷卻到100度以下。
(7)直接還原鐵的分離將冷卻后的包衣球破碎或球磨，使其保護(hù)層變?yōu)樗閴K或粉末，并從還原后的球團(tuán)上脫落，再采用篩分方式將還原后的球團(tuán)分離出來，分離出的這些球團(tuán)就是直接還原鐵球團(tuán)。
根據(jù)不同的工藝路線，所述還原劑的施加可以分采用下列幾種方式(a)將適量的還原劑添加到球團(tuán)中，具體方式是將其同制備球團(tuán)的其他原料一同混合，并制成球團(tuán)；(b)將適量的還原劑添加到保護(hù)層中，具體方式是將其同無機(jī)惰性物質(zhì)混合，并一同制成球團(tuán)的保護(hù)層，其中無機(jī)惰性物質(zhì)的含量應(yīng)大于還原劑重量的20％，這樣可以保證粘接效果；(c)將適量的還原劑直接送入窯內(nèi)，具體方式是將其同包衣球混合，并一同送入窯內(nèi)。
還可以根據(jù)工藝的需要，采用上述方法的任意組合，將適量的還原劑按一定比例分配，分別添加到球團(tuán)中、添加到保護(hù)層中和/或直接送入爐內(nèi)。
還原劑的用量通?？梢詾槔碚撚昧康?.1-1.5倍。
脫硫劑的使用可以采用與還原劑相同(或相似)的方式。
脫硫劑的用量根據(jù)各種原料中的硫含量設(shè)定，通?？梢允呛F原料的2.0-5.0％。
權(quán)利要求
1.一種以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法，其特征在于先將含鐵原料制成球團(tuán)，再在球團(tuán)外包上主要含有無機(jī)惰性物質(zhì)的保護(hù)層，形成包衣球，然后再將包衣球送入窯內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)，將球團(tuán)中的鐵的氧化物還原成直接還原鐵。
2.如權(quán)利要求1所述的以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法，其特征在于所述無機(jī)惰性物質(zhì)是含鋁粘土礦物，或包含含鋁粘土礦物的混合礦物。
3.如權(quán)利要求2所述的以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法，其特征在于所述含鋁粘土礦物為高嶺石、葉臘石、地開石、鋁英石、蒙脫石、伊利石、蟶石、皂石、一水軟鋁石、一水硬鋁石、三水鋁石、累托石、白云母、絹云母、金云母或珍珠云母，所述包含含鋁粘土礦物的混合礦物為高嶺土、膨潤(rùn)土、耐火粘土、漂白土、陶瓷粘土、紅粘土、皂土、矸土、鋁土礦或煤矸石。
4.如權(quán)利要求3所述的以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法，其特征在于所述保護(hù)層的厚度為0.5-10毫米。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法，其特征在于包括下列具體實(shí)施步驟(1)原料預(yù)處理將各種原料加工成所需的細(xì)度和含水率，使之分別符合球團(tuán)和保護(hù)層的制備要求以及送入窯內(nèi)的要求，所述原料包括含鐵原料、粘接劑、還原劑、脫硫劑和無機(jī)惰性物質(zhì)；(2)球團(tuán)配料與混勻?qū)⒂糜谥苽淝驁F(tuán)的各種原料按照一定的配比準(zhǔn)確稱量，并進(jìn)行混合，形成混合物；(3)球團(tuán)制備將混合后的球團(tuán)原料制成球團(tuán)；(4)包衣球制備將無機(jī)惰性物質(zhì)包在制成的球團(tuán)外層，形成包衣球；(5)窯內(nèi)還原將包衣球送入窯內(nèi)，進(jìn)行還原反應(yīng)；(6)快速冷卻將還原反應(yīng)后的包衣球快速冷卻。(7)直接還原鐵的分離將冷卻后的包衣球破碎或球磨，使其保護(hù)層變?yōu)樗閴K或粉末并從還原后的球團(tuán)上脫落，再采用篩分方式將還原后的球團(tuán)分離出來。
6.如權(quán)利要求5所述的以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法，其特征在于所述粘接劑包括兩大類一類是無機(jī)物粘接劑，為膨潤(rùn)土、皂土或石灰，另一類是有機(jī)粘接劑，為淀粉、糊精、腐殖酸鹽或甲基纖維素，所述還原劑是煤或焦炭，所述脫硫劑是石灰石或白云石。
7.如權(quán)利要求6所述的以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法，其特征在于在步驟(1)中，采用干燥和粉碎方式進(jìn)行原料的預(yù)處理，其中制備球團(tuán)的各種原料粉碎至比表面積為1500-1900平方厘米/克；在步驟(2)中，所述用于制備球團(tuán)的原料包括含鐵原料和粘接劑，其中粘接劑用量為含鐵原料重量的0-2％；在步驟(3)中，使用制球機(jī)制備球團(tuán)，制成的球團(tuán)直徑為5-230毫米，所述制球機(jī)為圓盤制粒機(jī)或圓筒制粒機(jī)；在步驟(4)中，制備包衣球的方式為先將球團(tuán)和適量的無機(jī)惰性物質(zhì)混合，將這些混合物料裝入包衣機(jī)，通過包衣機(jī)制成包衣球，所述包衣機(jī)為圓盤制粒機(jī)或圓筒制粒機(jī)；在步驟(5)中，將包衣球直接送入窯內(nèi)，或者先將包衣球放入反應(yīng)罐，再將反應(yīng)罐放入窯內(nèi)，所述窯是豎爐、立窯、回轉(zhuǎn)窯或隧道窯，窯內(nèi)氣氛為還原性氣氛或?yàn)橹行蜌夥?，窯內(nèi)還原溫度為1100-1250度；在步驟(6)中，具體冷卻方式為將窯中卸出的還原后包衣球馬上送入冷卻快速設(shè)備，冷卻到100度以下，所述快速冷卻設(shè)備為冷卻筒。
8.如權(quán)利要求7所述的以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法，其特征在于所述還原劑的用量為理論用量的1.1-1.5倍，其施加方式為下列幾種方式中的任意一種或幾種的任意組合(a)將適量的還原劑添加到球團(tuán)中，具體方式是將其同用于制備球團(tuán)的其他原料一同混合，并制成球團(tuán)；(b)將適量的還原劑添加到保護(hù)層中，具體方式是將其同無機(jī)惰性物質(zhì)混合，并一同制成球團(tuán)的保護(hù)層，其中無機(jī)惰性物質(zhì)的含量應(yīng)大于還原劑重量的20％；(c)將適量的還原劑直接送入窯內(nèi)，具體方式是將其同包衣球混合，并一同送入窯內(nèi)，在采用回轉(zhuǎn)窯的情況下，所述還原劑的粒度為5-20毫米。
9.如權(quán)利要求8所述的以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法，其特征在于所述脫硫劑的使用方式與所述還原劑的使用方式相同。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)方法，其在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，在將含鐵原料制成球團(tuán)之后，通過圓盤制粒機(jī)或圓筒制粒機(jī)在球團(tuán)外包上一層由無機(jī)惰性物質(zhì)組成的保護(hù)層，形成包衣球，再將包衣球送入窯內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)，還原后將包衣球送入冷卻筒快速冷卻，冷卻后進(jìn)行粉碎或球磨處理，使包衣球外層的無機(jī)惰性物質(zhì)脫離球團(tuán)，篩分后就可以得到直接還原鐵球團(tuán)。采用這種方法生產(chǎn)直接還原鐵，球團(tuán)在窯內(nèi)不相互粘接，不粘連反應(yīng)罐，也不會(huì)在窯內(nèi)產(chǎn)生結(jié)圈，可以將窯內(nèi)溫度提高到1100－1250度，由此極大地提高了還原反應(yīng)速度和金屬化率，極大地提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本，可以適應(yīng)現(xiàn)有以煤為還原劑生產(chǎn)直接還原鐵的各種生產(chǎn)工藝。
文檔編號(hào)C21B13/00GK1690227SQ20041003760
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
發(fā)明者郭民, 孫小衛(wèi), 邱長(zhǎng)青 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院