專利名稱:一種生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的制備方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于冶金行業(yè)中鐵產(chǎn)品的制備方法領(lǐng)域。特別適用于生產(chǎn)鐵粉或海綿鐵的制備方法。
背景技術(shù):
在現(xiàn)有技術(shù)中采用高爐煉鐵工藝的主要煉鐵流程,包括有焦化、燒結(jié)(球團(tuán))、高爐本體、熱風(fēng)、噴煤等部分所組成。雖然高爐煉鐵的工藝復(fù)雜、能耗高、污染大,投資大,但該煉鐵工藝仍然還是當(dāng)今世界煉鐵領(lǐng)域中的主流程。就目前所開發(fā)出來的,采用各種直接還原煉鐵工藝也還存在著不少的缺陷。例如采用煤基回轉(zhuǎn)窯工藝雖然不使用焦煤,但因其還原速度慢(料溫1000℃,約10h)和生產(chǎn)效率低(0.4t/m3·day),以及能耗高(13.4GJ/t)等缺陷而很少被使用。另外還有采用外熱式的煤基豎爐能耗為14.6GJ,而高爐煉鐵的總能耗約為13.8GJ,若考慮將海綿鐵轉(zhuǎn)換成鐵水,各種煤基直接還原的能耗都將超過高爐煉鐵工藝,何況高爐煉鐵的生產(chǎn)效率又明顯高于各種煤基直接還原。再有氣基直接還原煉鐵工藝需要天然氣約300m3/t,而天然氣以CH4等碳?xì)浠衔餅橹?,需要轉(zhuǎn)化成以CO和H2為主的還原性氣體,本身價(jià)格和轉(zhuǎn)化成本都較高,我國天然氣儲藏量又較少,所以就目前我國還很難將昂貴的天然氣用于生產(chǎn)海綿鐵中。
發(fā)明目的與內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)流程簡單、固定投資少、生產(chǎn)成本低、利于環(huán)保和降低能耗的生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的制備方法。
根據(jù)本發(fā)明的目的,我們所提出生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的制備方法主要是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足而設(shè)計(jì)的,例如采用天然氣直接煉鐵的生產(chǎn)技術(shù),到目前為止還不適合我國的基本國情。還有采用在高爐煉鐵的生產(chǎn)方法中,克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的工藝流程復(fù)雜、能耗高、污染大、投資大和還原反應(yīng)溫度偏高等缺陷。同時(shí)還要解決采用煤基直接還原法時(shí)的反應(yīng)速度慢,提高其能量利用效率,降低過程能耗和環(huán)保等問題。根據(jù)以上基本內(nèi)容,本發(fā)明所提出生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的制備方法是以機(jī)械冶金學(xué)的理論為基礎(chǔ),利用機(jī)械動能的力以達(dá)到提高冶金礦粉內(nèi)在的能量。由于在機(jī)械力的作用下,鐵礦粉與碳粉的還原反應(yīng)出現(xiàn)了速度加快的現(xiàn)象,通過我們的試驗(yàn)表明碳粉還原鐵礦粉的起始反應(yīng)溫度比理論溫度要降低200-300℃,這是由于在機(jī)械攪拌力的快速強(qiáng)勁作用下,被破碎磨細(xì)的鐵礦粉與碳粉也同時(shí)被加速擠壓、碰撞和磨擦,因此使得還原粉料內(nèi)產(chǎn)生溫度的提升和內(nèi)能的增高,同時(shí)還有在機(jī)械攪拌力的不斷推動作用下,使鐵礦粉與碳粉的反應(yīng)界面增多,還原機(jī)率且明顯提高;再有由于還原粉料不斷變細(xì),還原粉料的表面積也在迅速的增加,因此必然會加快鐵礦粉還原反應(yīng)的進(jìn)行;同時(shí)還由于在機(jī)械力的作用下,使鐵粉體內(nèi)部的部分晶格在被破壞的同時(shí)會生成許多內(nèi)在活化能,該能量則會替補(bǔ)到還原粉料在反應(yīng)動力學(xué)所需的活化能中,使還原反應(yīng)更容易進(jìn)行。綜合上述對本發(fā)明生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的制備方法原理的詳細(xì)敘述,因此本發(fā)明方法的具體流程是,采用由鐵礦粉、煤粉和所添加的催化劑、脫硫劑所組成的還原粉料,該還原粉料在放置磨粉機(jī)中進(jìn)行破碎磨粉的同時(shí)還進(jìn)行還原反應(yīng)的處理,然后再進(jìn)行磁選分離,其特征是由鐵礦粉、煤粉和催化劑、脫硫劑所組成的還原粉料的平均粒度為0.02-0.3mm,在還原粉料中的鐵礦粉、煤粉(重量%)為92-98%;催化劑為0.1-5%;脫硫劑≤3%,然后將還原粉料在磨粉機(jī)中同時(shí)進(jìn)行還原與磨粉,磨粉機(jī)在對還原粉料進(jìn)行破碎磨粉時(shí)還要對還原粉料進(jìn)行加熱,加熱溫度范圍在300-600℃,加熱磨粉的時(shí)間在90-180分鐘,待還原粉料還原磨粉后的鐵粉冷卻至室溫再進(jìn)行磁選和去除雜質(zhì)。在本發(fā)明方法中的其他特征還有在還原粉料中的鐵礦粉與煤粉混料比為1∶0.15-0.4。在本發(fā)明方法中所用催化劑包含有堿金屬離子Li+、Na+、K+和堿土金屬離子Ca2+、Sr2+、Ba2+、Mg2+中的任意一種或兩種和兩種以上的組合。在本發(fā)明方法中所用脫硫劑是白云石、生石灰、石灰中的任意一種。
本發(fā)明方法是采用還原與磨粉同時(shí)進(jìn)行,由于還原粉料在機(jī)械力的作用下,鐵礦粉和煤粉的粒度會越變越細(xì),它們的活性也逐漸提高,當(dāng)還原粉料的粒度小于0.04mm后,粉料的表面能和局部晶格能增加顯著,此時(shí)鐵礦粉被碳還原成鐵的起始反應(yīng)溫度降低到600℃以下,還原粉料的粒度越細(xì),起始反應(yīng)溫度則會越低。另一方面,由于還原粉料變細(xì),還原粉料反應(yīng)的表面積則增大若干倍,明顯加快了還原反應(yīng)的進(jìn)行;同時(shí)由于在機(jī)械力的作用下,有部分粉料的晶格受破壞,晶體內(nèi)部的能量有所增加,因此會產(chǎn)生更多的活化能量,所以會有降低反應(yīng)動力學(xué)所需要的活化能,使還原反應(yīng)更容易進(jìn)行。
本發(fā)明方法是先將所需原材料按設(shè)定要求進(jìn)行破碎磨料,當(dāng)還原粉料中各原料粒度均達(dá)到要求后,再將設(shè)定量的鐵礦粉、煤粉、催化劑和脫硫劑一起放入能有加熱功能的磨粉機(jī)中進(jìn)行加熱磨粉,磨粉機(jī)中的還原粉料在被破碎加熱溫升至300-600℃時(shí),在高效磨粉機(jī)提供的機(jī)械力作用下,鐵礦粉在180分鐘內(nèi)能得到金屬化率為90%左右的鐵粉。待鐵粉冷卻后在于磁選設(shè)備中除去脈石、煤渣等雜質(zhì),最終得到脈石含量為2-10%的鐵粉,經(jīng)純化處理后得海綿鐵。該工藝的煤耗約為300kg-600kg/t海綿鐵。另外在本發(fā)明方法中所采用的催化劑為堿金屬離子和/或堿土金屬離子,其加入量小于還原粉料總重量的5%。再有本發(fā)明方法在磨粉過程中是對還原粉料加熱到300-600℃的溫度下,其鐵礦中的磷還是以磷酸鈣的形式存在,碳不能將它還原出來而固溶在鐵粉中。這為物理脫磷提供了可能性。在原料中配加脫硫劑(白云石、石灰等)可將煤粉和鐵礦粉中的硫固定成硫化鈣和硫化鎂等。
采用本發(fā)明所提出生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)流程簡單、成本低、利于環(huán)保和降低能耗等特點(diǎn),其對比結(jié)果有幾下幾點(diǎn)(1)、反應(yīng)溫度低,還原粉料的物理熱、廢氣的物理熱、散熱等能耗下降。另一方面由于生產(chǎn)效率高,提高了熱能利用效率,因此能耗低于高爐煉鐵和其它非高爐煉鐵工藝,總能耗低于7GJ/t海綿鐵,煤耗約300-600kg/t海綿鐵。
(2)、生產(chǎn)效率高,還原速度可比傳統(tǒng)海綿鐵生產(chǎn)工藝的還原速度提高3-5倍左右,高于高爐煉鐵和其它非高爐煉鐵工藝的還原速度。
(3)、本發(fā)明方法屬于環(huán)保型的煉鐵工藝,該方法是采用煙煤或無煙煤作主要還原劑,而不需要焦化工藝,從而使大氣污染大幅度下降;由于能耗低,直接表現(xiàn)在煤的用量少,所產(chǎn)生的CO2量也要相應(yīng)低于其它煉鐵工藝。SO2、NOx產(chǎn)生的數(shù)量也遠(yuǎn)低于其它煉鐵工藝;水的用量大幅度下降;噸鋼渣量也低于傳統(tǒng)煉鐵技術(shù)。因此,本發(fā)明提出生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的制備方法是屬于“環(huán)保型工藝”。
(4)、可生產(chǎn)潔凈海綿鐵,本發(fā)明提出的生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的制備方法能夠有效去除脈石等雜質(zhì),并同時(shí)還可去除部分硫、磷等有害元素,得到脈石、硫、磷含量低的海綿鐵,減輕后序工藝負(fù)擔(dān)。
(5)、生產(chǎn)流程簡單、固定投資少、生產(chǎn)成本低,由于采用低溫還原技術(shù),生產(chǎn)流程大為簡化,高爐煉鐵工藝需要燒結(jié)、焦化、熱風(fēng)、高爐本體等大型設(shè)備。而本方法所使用的磨粉機(jī)、分離設(shè)備和鈍化處理等均屬簡單設(shè)備。本發(fā)明方法由于不需要冷卻系統(tǒng),從而使裝置簡化、減輕對耐火材料的要求等。由于生產(chǎn)效率高、環(huán)保、煤耗低、不使用焦炭、設(shè)備簡化、流程少,耐火材料消耗少等特點(diǎn),使得噸鐵固定投資和生產(chǎn)成本要明顯低于高爐煉鐵和其它煉鐵工藝。
具體實(shí)施方案本發(fā)明方法的實(shí)施是先將設(shè)定量的還原粉料加入在攪拌式加熱磨粉機(jī)中進(jìn)行,實(shí)施所采用的還原粉料是由鐵礦粉、煤粉和催化劑、脫硫劑組成。鐵礦粉中全鐵含量為65%;煤粉為無煙煤(固定碳含量80%)和煙煤(固定碳含量50%)兩種中的任意一種;催化劑是采用CaO、CaCO3、Na2CO3和白云石;脫硫劑是采用白云石、生石灰、石灰中的任意一種。加熱溫度在300℃-600℃之間;反應(yīng)時(shí)間控制在80-180分鐘;試驗(yàn)條件和試驗(yàn)結(jié)果均列入表1。
研究表明,鐵礦粉和煤粉的原料粒度對金屬化率影響不大,當(dāng)原料粒度較大時(shí),只要延長磨粉和還原反應(yīng)時(shí)間是可以得到很好的金屬化收得率,但考慮到能耗問題,還原粉料的平均粒度應(yīng)控制在≤0.3mm較好,當(dāng)然原料粒度更細(xì)時(shí),效果更好。
催化劑選用含Na+、Ca2+等堿金屬或堿土金屬離子的原料(如CaCO3、Na2CO3等),會使反應(yīng)速度加快,考慮成本問題,催化劑的加入量可控制在5%之內(nèi)。脫硫劑是選擇生石灰、石灰、白云石中的任意一種,其原因是它們均有良好的脫硫效果,但加入量應(yīng)控制在3%以下。反應(yīng)溫度在300℃以上均能取得較好的金屬化率,當(dāng)然溫度更高時(shí),還原速度會更快,但對設(shè)備的壽命影響很大,因此反應(yīng)溫度應(yīng)控制在300℃-600℃之間。在本發(fā)明實(shí)施例方案中,表1為實(shí)施例方案中各件條件下煤粉還原鐵礦粉的試驗(yàn)過程與結(jié)果;表2為本發(fā)明實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的對比結(jié)果。
表1各種條件下煤粉還原鐵礦粉的試驗(yàn)條件與結(jié)果
A無煙煤作還原劑B煙煤作還原劑;原料含硫量和脫硫率分別為3A 0.23%、85%;5A0.17%、89%;7A 0.25%、92%
表2為本發(fā)明方法實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的比較結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的制備方法,該方法的具體流程是,采用由鐵礦粉、煤炭和所添加的催化劑、脫硫劑所組成的還原粉料,該還原粉料在放置磨粉機(jī)中進(jìn)行破碎磨粉的同時(shí)還進(jìn)行還原反應(yīng)的處理,然后再進(jìn)行磁選分離,其特征是由鐵礦粉、煤粉和催化劑、脫硫劑所組成的還原粉料的平均粒度為0.02-0.3mm在還原粉料中的鐵礦粉、煤粉(重量%)為92-98%;催化劑為0.1-5%;脫硫劑≤3%,然后將還原粉料在磨粉機(jī)中同時(shí)進(jìn)行還原與磨粉,磨粉機(jī)在對還原粉料進(jìn)行破碎磨粉時(shí)還要對還原粉料進(jìn)行加熱,加熱溫度范圍在300-600℃,加熱磨粉的時(shí)間在90-180分鐘,待還原粉料還原磨粉后的鐵粉冷卻至室溫再進(jìn)行磁選和去除雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法,其特征在于還原粉料中的鐵礦粉與煤粉混料比為1∶0.15-0.4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法,其特征在于該方法中所用催化劑包是堿金屬離子Li+、Na+、K+和堿土金屬離子Ca2+、Sr2+、Ba2+、Mg2+中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述方法中用催化劑,其特征在于該方法中所用催化劑包含有堿金屬離子Li+、Na+、K+和堿土金屬離子Ca2+、Sr2+、Ba2+、Mg2+中的任意兩種和兩種以上的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法,其特征在于該方法中所用脫硫劑是白云石、生石灰、石灰中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金行業(yè)中鐵產(chǎn)品的制備方法領(lǐng)域。特別適用于生產(chǎn)鐵粉或海綿鐵的制備方法。該方法的具體流程是將還原粉料在放置磨粉機(jī)中進(jìn)行破碎磨粉時(shí)還進(jìn)行還原反應(yīng)的處理后再進(jìn)行磁選分離,特征是所組成還原粉料的平均粒度為0.02-0.3mm,在還原粉料中的鐵礦粉、煤粉為92-98%;催化劑0.1-5%;脫硫劑≤3%,還原粉料在磨粉時(shí)要進(jìn)行加熱,溫度在300-600℃,加熱磨粉時(shí)間在90-180分鐘,然后再磁選。該方法與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)流程簡單、成本低、利于環(huán)保和降低能耗等特點(diǎn)。
文檔編號C21B13/00GK1557974SQ20041003926
公開日2004年12月29日 申請日期2004年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月11日
發(fā)明者趙沛, 郭培民, 趙 沛 申請人:鋼鐵研究總院