專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬氧化物高溫高料層直接還原工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬氧化物高溫高料層直接還原工藝，是對(duì)于各種金屬氧化物特別是鐵系氧化物(如高品位鐵精礦及鮞狀赤鐵礦、赤鐵礦、羚羊石礦、鏡鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦等低品位復(fù)雜難處理礦以及紅土鎳礦、釩鈦磁鐵礦、硫酸渣、銅渣、鉛鋅尾礦等多金屬氧化物尾礦及爐渣)高溫高料層直接還原的工藝，屬于金屬冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著高爐煉鐵的迅猛發(fā)展，其面臨的問(wèn)題也日趨嚴(yán)峻，主要體現(xiàn)在1)高爐煉鐵需要塊礦和一定粒級(jí)的爐料，但隨著鋼鐵工業(yè)規(guī)模的快速發(fā)展，品位高的鐵礦石逐年減少，貧礦則只能磨細(xì)精選，再對(duì)細(xì)料進(jìn)行燒結(jié)造塊，煉鐵成本高居不下；2)高爐生產(chǎn)需要消耗大量?jī)r(jià)格昂貴的焦炭，焦炭需求快速增長(zhǎng)，但焦炭?jī)?chǔ)量有限，資源日趨貧乏，價(jià)格也逐漸增高，促使煉鐵成本增加；3)煉焦，燒結(jié)，球團(tuán)及高爐生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的“三廢”污染嚴(yán)重。另外，我國(guó)鐵礦資源雖然豐富，但鐵礦石的主要特點(diǎn)是“貧”、“細(xì)”、“雜”，平均鐵品位 32%，比世界平均品位低11個(gè)百分點(diǎn)。其中97%的鐵礦石需要選礦處理，并且復(fù)雜難選的鐵礦(如鮞狀赤鐵礦、赤鐵礦、鏡鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦等復(fù)雜難選礦)所占比例大(約占鐵礦石儲(chǔ)量的20. 8%)。由于鐵品位低且復(fù)雜難選，采用常規(guī)選礦技術(shù)無(wú)法或只能部分選取金屬物。目前國(guó)內(nèi)外有不少用直接還原技術(shù)將高品位鐵精礦及復(fù)雜難選礦制成還原鐵的工藝， 但所有這些工藝均存在生產(chǎn)效率低、投資大、能耗高、污染環(huán)境等缺點(diǎn)。因此，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，開(kāi)發(fā)不依賴于焦炭的且能耗水平低、生產(chǎn)效率高以及不但能處理高品位鐵精礦也能處理各種復(fù)雜難選礦和含鐵尾渣的非高爐煉鐵工藝非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種金屬氧化物高溫高料層直接還原工藝，提高生產(chǎn)效率、 能源利用率、產(chǎn)品的金屬化率及直接還原鐵的強(qiáng)度與密度，解決背景技術(shù)存在的上述問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案是
金屬氧化物高溫高料層直接還原工藝，包含如下工藝過(guò)程金屬氧化物與還原劑、脫硫劑、粘結(jié)劑充分混合制成球團(tuán)，球團(tuán)直徑在5mnT30mm之間，制備好的球團(tuán)進(jìn)入還原設(shè)備中進(jìn)行高溫高料層直接還原；直接還原后的熱態(tài)產(chǎn)品直接入電爐或轉(zhuǎn)爐煉鋼或水淬磨選后制成冷壓塊作為煉鋼原料；所說(shuō)的高溫，即讓還原劑完全燃燒，提高燃料利用率同時(shí)有利于熱量傳遞，還原溫度為1350 1550°C ；所說(shuō)的高料層，即球團(tuán)總高度為60 200mm。所說(shuō)的金屬氧化物是鐵系氧化物，包含如高品位鐵精礦及鮞狀赤鐵礦、赤鐵礦、羚羊石礦、鏡鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦等低品位復(fù)雜難處理礦以及紅土鎳礦、釩鈦磁鐵礦、硫酸渣、銅渣、鉛鋅尾礦等多金屬氧化物尾礦及爐渣。所說(shuō)的還原劑是碳C、脫硫劑是石灰石、粘結(jié)劑是水玻璃和膨潤(rùn)土。金屬氧化物 還原劑石灰石粘結(jié)劑=1 0. 1 0. 3 0. 02 0. 06 :0. 001 0. 006。所說(shuō)的還原設(shè)備，包含并行直底爐、往復(fù)式車(chē)底爐、轉(zhuǎn)底爐、隧道窯、輥道窯、抽屜窯、多層爐。在還原反應(yīng)中，由于下層球團(tuán)還原產(chǎn)生的自下而上CO氣流對(duì)上層已還原的直接還原鐵(簡(jiǎn)稱(chēng)DRI)具有保護(hù)作用，因此防止了 DRI被(X)2再氧化甚至熔化問(wèn)題的發(fā)生。只有到還原后期時(shí)，若希望底層球團(tuán)充分收縮，具有足夠的密度和強(qiáng)度，頂層球團(tuán)才可能被部分氧化，使頂層球團(tuán)金屬化率略有降低(約1 洲)。因此，整個(gè)過(guò)程中，可使C完全轉(zhuǎn)化為 CO2，產(chǎn)生的熱量可用于加熱空氣和含碳球團(tuán)，有效提高了燃料利用率，降低燃耗。還原后的產(chǎn)物出爐后可直接作為煉鋼原料，也可進(jìn)行磨礦磁選，對(duì)磁選后的物料進(jìn)行壓塊作為煉鋼的優(yōu)質(zhì)原料。本發(fā)明其特別之處是在還原過(guò)程中采用高溫高料層工藝，研究表明，熱量傳輸是整個(gè)工藝過(guò)程(包括質(zhì)量傳輸和熱量傳輸)的限制性環(huán)節(jié)。還原初期，熱量的傳遞方式是輻射傳熱，第一層球團(tuán)經(jīng)還原體積收縮后，料層空隙度增大，有利于對(duì)第二層球團(tuán)的輻射傳熱，依次類(lèi)推……。但還原后期底層球團(tuán)所需要的熱量來(lái)自輻射和傳導(dǎo)傳熱的共同作用(此時(shí)上層球團(tuán)的良好還原和收縮使DRI具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能)。由于高料層的存在，下層球團(tuán)產(chǎn)生的還原性氣氛可以保護(hù)上層已經(jīng)被還原的球團(tuán)，防止其被再氧化，上層球團(tuán)可以長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)下，使得DRI金屬化率高，強(qiáng)度高，且工藝生產(chǎn)率高，能源利用率高。本發(fā)明另一特別之處是在該高溫高料層直接還原工藝過(guò)程中采用的還原設(shè)備為并行直底爐或往復(fù)式車(chē)底爐，也可采用隧道窯、轉(zhuǎn)底爐、輥道窯、抽屜窯、多層爐等還原設(shè)備。本發(fā)明的有益效果是一方面通過(guò)采用高溫高料層直接還原工藝，能夠最大限度的提高燃料利用率，降低能耗，并且能夠提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品的高生產(chǎn)效率、高能源利用率、高金屬化率、高強(qiáng)度和高密度。另一方面本工藝所使用的還原設(shè)備并行直底爐和往復(fù)式車(chē)底爐均為針對(duì)該工藝量身定做的還原設(shè)備，并行直底爐或往復(fù)車(chē)底爐特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)高溫高料層直接還原工藝。對(duì)以臺(tái)車(chē)、窯車(chē)、托盤(pán)、轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)盤(pán)等形式裝載物料的還原設(shè)備(如隧道窯、轉(zhuǎn)底爐、抽屜窯、輥道窯、多層爐等)也能夠?qū)崿F(xiàn)高溫高料層直接還原工藝。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例一
原料配料鐵系氧化物為紅土鎳礦粉(IFe=17. 52%，Ni=L 52%),煙煤作為還原劑 (碳C)，石灰石為脫硫劑，加入粘結(jié)劑按照一定配比(紅土鎳礦粉碳C:石灰石粘結(jié)劑 =1 0. 15 0.015 0. 0015)充分混合造球，球團(tuán)直徑16 19mm，料層高度120mm，鋪在臺(tái)車(chē)面上進(jìn)入還原設(shè)備(往復(fù)車(chē)底爐)，加料時(shí)爐溫120(TC，IOmin后迅速將火焰溫度升高至 155(Tl580°C，保溫時(shí)間為60min，還原磨選后得到的DRI金屬化率在94%以上。實(shí)施例二
原料配料鐵系氧化物為高品位鐵精礦(IFe=68. 5%)煙煤作為還原劑(碳C)，石灰石為脫硫劑，加入粘結(jié)劑按照一定配比(鐵精礦碳C 石灰石粘結(jié)劑=1 0. 3 0. 03 0. 003) 充分混合造球，球團(tuán)直徑2(T30mm，料層高度120mm，鋪在臺(tái)車(chē)面上進(jìn)入還原設(shè)備(并行直底爐)，加料時(shí)爐溫1200°C，IOmin后迅速將火焰溫度升高至150(Tl550°C，保溫時(shí)間為50min， 海綿鐵產(chǎn)品經(jīng)化驗(yàn)金屬化率達(dá)到97%以上。
實(shí)例三
原料配料鐵系氧化物為鮞狀赤鐵礦(ITe=34%)，煙煤作為還原劑(碳C)，石灰石為脫硫劑，加入粘結(jié)劑按照一定配比(鮞狀赤鐵礦碳C:石灰石粘結(jié)劑=1 0. 18 0. 02 0. 0022)充分混合造球，球團(tuán)直徑15 25mm，料層高度120mm，鋪在臺(tái)車(chē)面上進(jìn)入還原設(shè)備 (往復(fù)車(chē)底爐)，升溫至135(Tl380°C，保溫時(shí)間為60min，還原磨選后的產(chǎn)品經(jīng)化驗(yàn)IFe達(dá)到 94%以上，金屬化率達(dá)到95%以上。
權(quán)利要求
1.一種金屬氧化物高溫高料層直接還原工藝，其特征在于包含如下工藝過(guò)程金屬氧化物與還原劑、脫硫劑、粘結(jié)劑充分混合制成球團(tuán)，球團(tuán)直徑在5mnT30mm之間，制備好的球團(tuán)進(jìn)入還原設(shè)備中進(jìn)行高溫高料層直接還原；直接還原后的熱態(tài)產(chǎn)品直接入電爐或轉(zhuǎn)爐煉鋼或水淬磨選后制成冷壓塊作為煉鋼原料；所說(shuō)的高溫，即還原溫度為1350 1550°C ；所說(shuō)的高料層，即球團(tuán)總高度為60 200mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之金屬氧化物高溫高料層直接還原工藝，其特征在于所說(shuō)的金屬氧化物是鐵系氧化物，包含如高品位鐵精礦及鮞狀赤鐵礦、赤鐵礦、羚羊石礦、鏡鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦等低品位復(fù)雜難處理礦以及紅土鎳礦、釩鈦磁鐵礦、硫酸渣、銅渣、鉛鋅尾礦等多金屬氧化物尾礦及爐渣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之金屬氧化物高溫高料層直接還原工藝，其特征在于所說(shuō)的還原設(shè)備，包含并行直底爐、往復(fù)式車(chē)底爐以及以臺(tái)車(chē)、窯車(chē)、托盤(pán)、轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)盤(pán)等形式裝載物料的還原設(shè)備如轉(zhuǎn)底爐、隧道窯、輥道窯、抽屜窯、多層爐。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬氧化物高溫高料層直接還原工藝，屬于金屬冶金技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是金屬氧化物與還原劑、脫硫劑、粘結(jié)劑充分混合制成球團(tuán)，球團(tuán)直徑在5mm~30mm之間，制備好的球團(tuán)進(jìn)入還原設(shè)備中進(jìn)行高溫高料層直接還原；直接還原后的熱態(tài)產(chǎn)品直接入電爐或轉(zhuǎn)爐煉鋼或水淬磨選后制成冷壓塊作為煉鋼原料；所說(shuō)的高料層，即球團(tuán)總高度為60～200mm；所說(shuō)的高溫，即讓還原劑完全燃燒，提高燃料利用率同時(shí)有利于熱量傳遞，還原溫度為1350～1550℃。本發(fā)明的有益效果是能夠最大限度的能夠提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品的高生產(chǎn)效率、高能源利用率、高金屬化率、高強(qiáng)度和高密度。
文檔編號(hào)C21B13/00GK102409127SQ20111037252
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者劉榮幸, 盧維高, 姜鑫, 汪翔宇, 沈峰滿, 王傳杰, 王建春 申請(qǐng)人:東北大學(xué), 唐山奧特斯科技有限公司