專利名稱：一種以生物質(zhì)含碳球團(tuán)為原料的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于黑色冶金領(lǐng)域。適用于煤基轉(zhuǎn)底爐煉鐵流程，涉及一種使用生物質(zhì)作為煉鐵燃料和還原劑的轉(zhuǎn)底爐煉鐵工藝。
背景技術(shù)：
高爐煉鐵是目前鋼鐵生產(chǎn)的主導(dǎo)流程，工藝技術(shù)十分完善。然而，該流程必須依靠污染嚴(yán)重的焦化和燒結(jié)等工序提供原料保障。轉(zhuǎn)底爐(RHF)煉鐵作為一種非高爐煉鐵新工藝具有原料適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，可以以各種級(jí)別的煤粉等為燃料和還原劑，以鐵精礦粉等各種含鐵粉料為原料，通過(guò)將原燃料及適量粘結(jié)劑按比例混合并壓制成含碳球團(tuán)，進(jìn)而在高溫下生產(chǎn)出符合要求的金屬鐵。因此，轉(zhuǎn)底爐煉鐵工藝擺脫了焦化和燒結(jié)的限制，工藝流程較簡(jiǎn)單，建造成本較低，環(huán)境污染較小，具有較好的應(yīng)用前景。但是，盡管轉(zhuǎn)底爐煉鐵不需要焦炭，該工藝仍消耗大量的煤炭等不可再生化石能源，進(jìn)而導(dǎo)致C02、SO2等污染物的排放，并帶來(lái)諸如產(chǎn)品硫含量較高等問(wèn)題。因此，提高煤炭的利用率或者利用其它新型燃料從根本上替代煤炭，是降低煉鐵工藝碳素消耗、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排及改善產(chǎn)品質(zhì)量的重要途徑。生物質(zhì)資源(廢木料、秸桿等)是唯一的一種可再生碳源，具有分布廣、產(chǎn)量大、可再生、碳中性等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)化石能源相比具有巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保優(yōu)勢(shì)和社會(huì)效益。一些發(fā)達(dá)國(guó)家已將生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)和利用作為解決能源危機(jī)的重要手段，如目前瑞典的生物質(zhì)能已經(jīng)占其國(guó)內(nèi)能量消耗的近40%。生物質(zhì)經(jīng)一定溫度(400-700°C )碳化后可得到生物質(zhì)焦， 它與煤炭相比具有低硫、低氮、低灰分、高反應(yīng)性和良好可磨性等優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)質(zhì)的燃料和還原劑。將生物質(zhì)焦應(yīng)用于轉(zhuǎn)底爐煉鐵工藝具有較多優(yōu)勢(shì)可從根本上降低煉鐵的煤炭消耗，降低對(duì)化石能源的依賴；可大大降低C02、SO2, NOr等污染物的排放，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)綠色清潔生產(chǎn)；可改善工藝熱效率及生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。此外，生物質(zhì)資源成本較低，處理簡(jiǎn)單，綜合利用價(jià)值較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用生物質(zhì)代替煤炭應(yīng)用于煤基轉(zhuǎn)底爐煉鐵工藝中，解決轉(zhuǎn)底爐煉鐵生產(chǎn)工藝的煤炭等化石能源消耗量較大，CO2、SO2、NOx等排放量較大，產(chǎn)品硫含量較高， 工藝熱效率及生產(chǎn)率較低等問(wèn)題。本發(fā)明利用生物質(zhì)含碳球團(tuán)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)轉(zhuǎn)底爐煉鐵工藝中的煤粉含碳球團(tuán)，從根本上降低煤炭消耗，降低污染物排放，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善熱效率及生產(chǎn)率，降低工藝綜合成本。一種以生物質(zhì)含碳球團(tuán)為原料的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法(RHF-B)，主要工藝過(guò)程如下 (O生物質(zhì)焦的生產(chǎn)將空氣干燥的生物質(zhì)(廢木料、秸桿、工農(nóng)業(yè)殘余等)裝入碳化裝
置，在40(T90(TC條件下無(wú)氧炭化3(T90min，要求脫除其大部分揮發(fā)分，冷卻后得到生物質(zhì)焦(產(chǎn)率大于20%，碳含量大于70%，揮發(fā)分含量小于20%，其余為少量水分和灰分；產(chǎn)率是生物質(zhì)原料經(jīng)碳化后獲得生物質(zhì)焦的比率)，碳化過(guò)程可由生物質(zhì)提供能量，排出的熱解氣體可經(jīng)處理后作為供熱燃料；
(2)生物質(zhì)含碳球團(tuán)的制備將生物質(zhì)焦破碎、篩分至小于150 μ m后與礦粉按C/ 0=1. Γ1. 4進(jìn)行配合，加入合適粘結(jié)劑混勻(總水分控制為61%)并用壓球機(jī)壓制成含碳球團(tuán)后烘干備用，粘結(jié)劑可用膨潤(rùn)土等，配比為廣4%。(3)生物質(zhì)含碳球團(tuán)的還原在轉(zhuǎn)底爐底部耐材上鋪一層厚約5 IOmm的生物質(zhì)焦粉，而后在上面鋪上單層配加生物質(zhì)焦的含碳球團(tuán)，轉(zhuǎn)底爐可用生物質(zhì)熱解氣體或煤氣作為燃料進(jìn)行加熱，內(nèi)部溫度為125(Tl450°C，球團(tuán)還原時(shí)間為l(T40min，而后得到金屬化率大于80%的金屬化球團(tuán)。以生物質(zhì)含碳球團(tuán)為原料的轉(zhuǎn)底爐煉鐵工藝與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)底爐煉鐵工藝相差不大，僅需增加一套簡(jiǎn)單的碳化裝置以生產(chǎn)生物質(zhì)焦；RHF-B工藝的能源主要來(lái)自于生物質(zhì)和生物質(zhì)焦，它們可提供噸鐵能耗的85-100%。RHF-B工藝的主要設(shè)備包括生物質(zhì)碳化爐、熱解氣體收集處理設(shè)備、混料機(jī)、壓球機(jī)、轉(zhuǎn)底爐等。生物質(zhì)焦與煤粉的各種差別使得利用生物質(zhì)含碳球團(tuán)與煤粉含碳球團(tuán)相比具有較大的優(yōu)勢(shì)。首先，在碳素的物理結(jié)構(gòu)上，生物質(zhì)焦的孔隙率較高，比表面積遠(yuǎn)大于煤粉，這有助于反應(yīng)物之間的充分良好接觸，從而可促進(jìn)反應(yīng)。其次，生物質(zhì)焦灰分遠(yuǎn)低于普通煤粉 (通常為O. 5(Tl. 50%)，硫含量遠(yuǎn)低于煤粉(通常小于O. 10%)，這使得因還原劑帶入產(chǎn)品中的灰分很少，產(chǎn)品的雜質(zhì)元素含量很低，尤其是解決了煤粉還原時(shí)產(chǎn)品硫含量高的問(wèn)題。再次，生物質(zhì)焦具有碳中性和氮含量低(約O. 10%)等特點(diǎn)，用其取代含碳球團(tuán)中的煤粉碳素可以大大降低化石能源消耗，降低大氣中的碳排放及其他污染物排放。此外，生物質(zhì)含碳球團(tuán)的轉(zhuǎn)底爐還原最終反應(yīng)與煤粉含碳球團(tuán)的基本相同，反應(yīng)式均為
C(s)+C02(g)=2C0(g)(I)
FeO (s)+CO (g) =Fe (s)+CO2 (g)(2)
然而與煤粉相比，生物質(zhì)焦與CO2開(kāi)始反應(yīng)的溫度較低(約低50°C )，反應(yīng)過(guò)程較快，即反應(yīng)式(I)的進(jìn)行得到了強(qiáng)化，進(jìn)而可以促進(jìn)整個(gè)還原過(guò)程，提高反應(yīng)效率。另外，生物質(zhì)能源可再生、成本較低；轉(zhuǎn)底爐還原生物質(zhì)含碳球團(tuán)一定程度上可以提高生產(chǎn)率和熱效率; 生物質(zhì)碳化過(guò)程收集的氣體可以提供生產(chǎn)所需的部分能量。使用生物質(zhì)含碳球團(tuán)的轉(zhuǎn)底爐煉鐵工藝(RHF-B)主要有以下特點(diǎn)
(O以廢木料、秸桿等工農(nóng)業(yè)殘余為原料和主要能量來(lái)源，儲(chǔ)量較大，可更新，可實(shí)現(xiàn)資源合理利用，基本不消耗煤炭，生產(chǎn)成本低；
(2)生物質(zhì)焦可磨性好，處理過(guò)程類似于煤炭，但是成分組成優(yōu)于煤粉(低灰分、低硫、 低氮等)，可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排(減排C02、SO2> NOx),并獲得高質(zhì)量(低硫、低雜質(zhì)) 的最終廣品；
(3)生物質(zhì)碳化所得氣體成分主要為CO、C02、H2、CH4，它經(jīng)簡(jiǎn)單處理之后可以作為炭化爐或轉(zhuǎn)底爐的燃料用氣，也可用來(lái)燃燒發(fā)電等；
(4)轉(zhuǎn)底爐的生產(chǎn)率可以得到提高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到改善，冶煉過(guò)程得到全面優(yōu)化， 冶煉效率提高，工藝熱效率得到改善，還原反應(yīng)得到促進(jìn)；
(5)解決了煤基轉(zhuǎn)底爐煉鐵產(chǎn)品硫含量過(guò)高、化石能源消耗較大等問(wèn)題。


圖I為使用生物質(zhì)含碳球團(tuán)的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法(RHF-B)流程示意圖。圖2為使用生物質(zhì)含碳球團(tuán)的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法(RHF-B)的碳循環(huán)示意圖。圖中I一生物質(zhì)的光合作用過(guò)程；2—生物質(zhì)的熱解碳化過(guò)程；3—生物質(zhì)焦的氧化和燃燒過(guò)程；過(guò)程I吸收的CO2量等于過(guò)程2、3排放CO2量之和。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
將干燥后的廢木料在500°C炭化爐中碳化40min后得到生物質(zhì)焦(M=L 20%, A=O. 75%， V=16. 50%, FC=81. 55%)，破碎篩分至150 μ m以下。按C/0=1. 15將一定量的品位為65%的磁鐵礦粉與生物質(zhì)焦粉混合，加入3%的膨潤(rùn)土粘結(jié)劑及總質(zhì)量6%的水，混勻后制成含碳球團(tuán)，烘干后鋪入轉(zhuǎn)底爐內(nèi)進(jìn)行還原，還原溫度為1280°C，還原時(shí)間為25min，得到金屬化率為80%，硫含量O. 007%的金屬化球團(tuán)。實(shí)施例2
將干燥后的廢木料在600°C炭化爐中碳化50min后得到生物質(zhì)焦(M=O. 80%, A=O. 85%， V=12. 50%，F(xiàn)C=85. 85%)，破碎篩分至150 μ m以下。按C/0=1. 25將一定量的品位為60%的赤鐵礦粉與生物質(zhì)焦粉混合，加入2. 5%的膨潤(rùn)土粘結(jié)劑及總質(zhì)量7%的水，混勻后制成含碳球團(tuán)，烘干后鋪入轉(zhuǎn)底爐內(nèi)進(jìn)行還原，還原溫度為1350°C，還原時(shí)間為35min，得到金屬化率為85%，硫含量O. 009%的金屬化球團(tuán)。實(shí)施例3
將干燥后的廢木料在700°C炭化爐中碳化30min后得到生物質(zhì)焦(M=O. 75%，A=O. 95%， V=12. 30%，F(xiàn)C=86. 00%)，破碎篩分至150 μ m以下。按C/0=1. 20將一定量的品位為55%的含鐵粉料與生物質(zhì)焦粉混合，加入3. 5%的膨潤(rùn)土粘結(jié)劑及總質(zhì)量6. 5%的水，混勻后制成含碳球團(tuán)，烘干后鋪入轉(zhuǎn)底爐內(nèi)進(jìn)行還原，還原溫度為1300°C，還原時(shí)間為30min，得到金屬化率為82%，硫含量O. 008%的金屬化球團(tuán)。
權(quán)利要求
1.一種以生物質(zhì)含碳球團(tuán)為原料的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法，其特征在于步驟一、生物質(zhì)焦的生產(chǎn)將空氣干燥的生物質(zhì)原料在40(T900°C條件下無(wú)氧炭化 3(T90min，冷卻后得到生物質(zhì)焦，生物質(zhì)焦碳含量大于70%、揮發(fā)分含量小于20%，其余為水分和灰分；步驟二、生物質(zhì)含碳球團(tuán)的制備將生物質(zhì)焦破碎、篩分至粒度小于150 μ m生物質(zhì)焦粉，將篩分后的生物質(zhì)焦粉與礦粉按C/0=1. Γ1. 4進(jìn)行配合，加入粘結(jié)劑混勻制成混合物， 粘結(jié)劑的加入量為混合物總質(zhì)量的2 4%，將混合物用壓球機(jī)壓制成含碳球團(tuán)后烘干備用；步驟三、生物質(zhì)含碳球團(tuán)的還原在轉(zhuǎn)底爐底部耐材上鋪一層厚為5 10mm的生物質(zhì)焦粉，在上面鋪上單層配加生物質(zhì)焦的含碳球團(tuán)，轉(zhuǎn)底爐用生物質(zhì)熱解氣體或煤氣作為燃料進(jìn)行加熱，內(nèi)部溫度為125(Tl450°C，球團(tuán)還原時(shí)間為l(T40min，而后得到金屬化球團(tuán)。
2.如權(quán)利要求I所述的以生物質(zhì)含碳球團(tuán)為原料的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法，其特征在于所述的生物質(zhì)原料為廢木料、鋸末、秸桿或稻殼中的一種或多種的混合。
3.如權(quán)利要求I所述的以生物質(zhì)含碳球團(tuán)為原料的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法，其特征在于所述的粘結(jié)劑為膨潤(rùn)土。
全文摘要
一種以生物質(zhì)含碳球團(tuán)為原料的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法，屬于黑色冶金領(lǐng)域；涉及一種使用生物質(zhì)作為煉鐵燃料和還原劑的轉(zhuǎn)底爐煉鐵工藝，該工藝?yán)每稍偕奶贾行陨镔|(zhì)焦粉代替煤粉，將生物質(zhì)焦粉與鐵礦粉按C/O=1.1~1.4進(jìn)行配合，并加入合適粘結(jié)劑混勻造球，進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行加熱、還原得到金屬化球團(tuán)。生物質(zhì)焦具有碳中性，可從根本上降低煤炭消耗帶來(lái)的CO2等污染物排放；生物質(zhì)焦雜質(zhì)含量少，可解決使用煤炭導(dǎo)致的產(chǎn)品硫含量過(guò)高的問(wèn)題，并改善產(chǎn)品綜合質(zhì)量；生物質(zhì)焦制備過(guò)程的能量可由生物質(zhì)本身提供，基本實(shí)現(xiàn)綠色循環(huán)生產(chǎn)。本發(fā)明拓寬了轉(zhuǎn)底爐煉鐵的能量來(lái)源、降低了生產(chǎn)成本、提高了產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，降低了環(huán)境污染。
文檔編號(hào)C21B13/00GK102586529SQ20121008075
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者左海濱, 張建良, 楊天鈞, 胡正文 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)