專利名稱：一種直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直接還原鐵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
中國是世界第一大粗鋼產(chǎn)量國，2011年鋼產(chǎn)量突破7億噸，年需要廢鋼9000多萬噸，還原鐵需求量為500萬噸。我國年進(jìn)口還原鐵300萬噸，而還原鐵(海綿鐵)年產(chǎn)量僅為60萬噸。我國又是一個(gè)貧鐵礦資源豐富的國家，低貧呆礦占鐵礦資源97%以上，但每年還需要從國外進(jìn)口 6億噸的鐵礦石。另外，我國每年還有上億噸的硫酸渣、銅渣、除塵灰等含鐵廢料產(chǎn)生?，F(xiàn)在，我國是一個(gè)非焦煤儲(chǔ)量豐富的國家，焦煤資源日益頻發(fā)，因此國家出臺(tái)相關(guān)政策，鼓勵(lì)發(fā)展直接還原鐵和非焦煉鐵工藝技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用。提高還原鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量以及開發(fā)我國大量的低貧呆礦及含鐵廢料使其資源是一件化迫在眉睫的事業(yè)。煤基隧道窯罐式法在我國走過30年歷史，煤基隧道窯罐式法工藝比較穩(wěn)定、成熟，項(xiàng)目分布相對(duì)比較普遍。目前，我國年60萬噸直接還原鐵(海綿鐵)，大都是煤基隧道窯罐式法生產(chǎn)的。傳統(tǒng)的煤基隧道窯罐式法生產(chǎn)直接還原鐵(海綿鐵)，必須采用昂貴的耐火罐(噸還原鐵消耗耐火罐一般在230-280元/噸)，工藝落后造成能耗高、還原時(shí)間長，勞動(dòng)力消耗高、產(chǎn)品質(zhì)量差等原因，造成生產(chǎn)運(yùn)行成本高、銷路不暢等實(shí)際問題。使中國盡管是世界上鋼產(chǎn)量第一大國，可直接還原鐵的年產(chǎn)量不及印度半個(gè)月的產(chǎn)量，造成鋼鐵公司的直接還原鐵有大量的缺口，不得不化高價(jià)大量進(jìn)口國外的直接還原鐵。煤基隧道窯罐式法生產(chǎn)還原鐵的目前工藝，只能采用TFe ^ 66%的鐵精礦粉或鐵鱗直接還原還原鐵。傳統(tǒng)的煤基隧道窯罐式法也無法利用低品位礦石及含鐵廢料直接還原分離出高品位的還原鐵產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備和方法，在綜合降低成本的同時(shí)，通過對(duì)低品位礦石及含鐵廢料的還原，分離出高品位的還原鐵廣品。本發(fā)明的直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備，采用上述的還原窯爐設(shè)備，包括窯頂、助燃風(fēng)管道、燃?xì)夤艿?、燒嘴、料盤，支撐座、曲封、窯車、燃燒室、料池和蓄熱輻射室，其中窯頂與料池之間為燃燒室，燃燒室側(cè)壁設(shè)有燒嘴，助燃風(fēng)管道、燃?xì)夤艿琅c燒嘴相連，窯車上端設(shè)置的支撐座支撐著料盤，料盤、支撐座與窯車之間的空間為蓄熱輻射室，窯車通過曲封與窯爐連接。所述的料盤采用碳化硅材質(zhì)。本發(fā)明的直接還原鐵的方法，按如下步驟進(jìn)行
(1)預(yù)熱窯爐設(shè)備，使其溫度達(dá)到1110 1200°C；
(2)將被還原物料制成直徑為08 16mm球團(tuán)后與還原劑按質(zhì)量比為3:1混合，并將、混合物料裝入窯車的料盤中，所述的還原劑為煤粉，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳為66. 94%、灰份為21. 43%、揮發(fā)份7. 96%，水份為3. 0%、S為0. 67% ； (3)通過布料機(jī)將覆蓋劑平鋪到混合物料上方，平鋪厚度為10 25mm，將窯車推入窯爐，所述覆蓋劑其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳35 45%，揮發(fā)份2. 5 6. 5%，灰分50 55%，水份3. 0 5. 0%，堿度R為0. 15 0. 2，粒度為0. I 3mm ;
(4)使被還原物料在還原氣體氣氛下還原得到還原鐵產(chǎn)品，還原溫度為1180 1320°C，還原時(shí)間為4 10小時(shí)，所述還原氣體為H2或⑶。
上述的被還原物料為羚羊石礦、鮞狀赤礦、赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、紅土鎳礦、錳鐵礦、鉻鐵礦、硼鐵礦、釩鈦磁鐵礦、富鈦渣及含鐵的硫酸渣、鉛鋅渣、銅渣、除塵灰或除塵污泥。上述還原劑尾粉中80%的煤焦循環(huán)再利用。與現(xiàn)用技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)及其有益效果是
本發(fā)明窯爐料盤為碳化硅材質(zhì)，其導(dǎo)熱系數(shù)很高，傳導(dǎo)和輻射熱量效果較好。由于料池上面的覆蓋劑受熱熔融后，會(huì)迅速形成10 25mm的熔融隔層，其向料池中的混合物料傳導(dǎo)熱量的同時(shí)起到了蓄熱體的作用，使能量得到更好的利用，節(jié)省了能源。在窯爐高溫還原階段，覆蓋劑形成的熔融隔層使混合物料料池處于半密封狀態(tài)，還原劑在1200 1320°C溫度下形成了主要成分為4和CO的還原氣體，還原氣體氣壓高于標(biāo)注氣壓300 llOOPa，其只能從熔融隔層的縫隙揮發(fā)，燃燒室內(nèi)氧氣無法接觸混合物料，使被還原物料在還原氣體氣氛下還原，當(dāng)窯車運(yùn)行到冷卻段時(shí)，熔融隔層隨溫度的降低，逐漸凝固成一體，有效防止了氧氣進(jìn)入料池內(nèi)，防止還原鐵二次氧化，從而使被還原物料金屬化率最高達(dá)到99% ;本發(fā)明窯爐料盤的U型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使料盤在還原窯爐的高溫段中形成一個(gè)大的蓄熱體，料池中的被還原物料處一直處于馬弗狀態(tài)；窯車料盤下部四角處設(shè)置的支撐座，使料盤下部形成了蓄熱輻射室，有利于被還原物料的溫度相對(duì)均勻，減少了還原時(shí)間；窯車的料盤下設(shè)有的曲封，防止火熱上竄并防止料池中的還原氣體下行，同時(shí)起到料池底板的作用。傳統(tǒng)隧道窯罐式法生產(chǎn)還原鐵的還原時(shí)間一般為粘土罐28 31小時(shí)、碳化硅罐38 42小時(shí)，本發(fā)明無需昂貴的耐火罐，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本200多元/噸，并且還原時(shí)間大大的縮短，還原時(shí)間為4 10小時(shí)；本發(fā)明無需考慮球團(tuán)成球的水份含量、粉礦率、常溫和高溫強(qiáng)度、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)等苛刻條件，只要球團(tuán)能裝入料池內(nèi)即可；本發(fā)明工藝回收還原劑中80%以上的尾粉煤焦，用于覆蓋劑的原料，此一項(xiàng)就比傳統(tǒng)煤基隧道窯罐式法降低50%以上的還原煤消耗。本發(fā)明適用于各種高、低品位礦，尤其適合難選礦、復(fù)合礦和工業(yè)含鐵廢渣，生產(chǎn)出高質(zhì)量礫鐵和直接還原鐵產(chǎn)品。


圖I為本發(fā)明的直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，其中窯頂I、助燃風(fēng)管道2、燃?xì)夤艿?、燒嘴4、料盤6，支撐座7、曲封8、窯車9、燃燒室10、料池11、蓄熱輻射室12。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下述的實(shí)施例。下述實(shí)施例采用中試直接還原鐵窯爐設(shè)備，長22. 5米，高2. 5米，寬I. 8米，包括窯頂I、助燃風(fēng)管道2、燃?xì)夤艿?、燒嘴4、料盤6，支撐座7、曲封8、窯車9、燃燒室10、料池11和蓄熱輻射室12，其中窯頂I與料池11之間為燃燒室10，燃燒室10側(cè)壁設(shè)有燒嘴4，助燃風(fēng)管道2、燃?xì)夤艿?與燒嘴4相連，窯車9上端設(shè)置的支撐座7支撐著料盤6，料盤6、支撐座7與窯車9之間的空間為蓄熱輻射室12，窯車9通過曲封8與窯爐連接。所述的料盤6采用碳化硅材質(zhì)。實(shí)施例I
采用上述直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備直接還原鐵，按如下步驟進(jìn)行
(1)預(yù)熱直接還原鐵的窯爐設(shè)備，使其溫度達(dá)到1110°C；
(2)將TFe=67.4%的羚羊石制成直徑為08 16mm球團(tuán)后與還原劑按質(zhì)量比為3:1混合，并將混合物料裝入窯車的料盤中，所述的還原劑為煤粉，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳為66. 94%、灰份為21. 43%、揮發(fā)份7. 96%，水份為3. 0%、S為0. 67% ；
(3)通過布料機(jī)將覆蓋劑平鋪到混合物料上方，平鋪厚度為10 25mm，將窯車推入窯爐，所述覆蓋劑其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳38. 9wt%，揮發(fā)份4. 5wt%,灰分53. 60wt%,水份 3. 0wt%,堿度 R 為 0. 15，粒度為 0. I 3mm ;
(4)使被還原物料在還原氣體氣氛下還原得到還原鐵產(chǎn)品，還原溫度為1230°C,還原時(shí)間為10小時(shí)，所述還原氣體為H2。羚羊石球團(tuán)被還原處理后的礫鐵產(chǎn)品的全鐵為92. 20%,金屬化率為96. 84% ;礫鐵率為89. 29%，礫鐵密度7. 74t/m3，尾礦含鐵量為I. 12%，還原后的回收煤焦的指標(biāo)為固定碳為61. 84%、灰份為34. 16%、揮發(fā)份3. 6%，水份為0%、S為0. 4%。實(shí)施例2
采用上述直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備直接還原鐵，按如下步驟進(jìn)行
(1)預(yù)熱的直接還原鐵的窯爐設(shè)備，使其溫度達(dá)到1200°C；
(2)將TFe=40.46%的羚羊石制成直徑為08 16mm球團(tuán)后與還原劑按質(zhì)量比為3:1混合，并將混合物料裝入窯車的料盤中，所述的還原劑為煤粉，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳為66. 94%、灰份為21. 43%、揮發(fā)份7. 96%，水份為3. 0%、S為0. 67% ；
(3)通過布料機(jī)將覆蓋劑平鋪到混合物料上方，平鋪厚度為10 25mm，將窯車推入窯爐，所述覆蓋劑其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳35wt%，揮發(fā)份6. 5wt%，灰分53. 50wt%,水份5. 0wt%,堿度R為0. 15，粒度為0. I 3mm ;
(4)使被還原物料在還原氣體氣氛下還原得到還原鐵產(chǎn)品，還原溫度為1320°C,還原時(shí)間為6小時(shí)，所述還原氣體為CO。羚羊石球團(tuán)被還原處理后的礫鐵產(chǎn)品的全鐵為96. 23%，金屬化率為96. 97% ;礫鐵率為89. 86%，礫鐵密度7. 74t/m3，尾礦含鐵量為I. 12%，鐵的回收率為98. 67%。實(shí)施例3
采用上述直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備直接還原鐵，按如下步驟進(jìn)行
(1)預(yù)熱的直接還原鐵的窯爐設(shè)備，使其溫度達(dá)到1200°C；
(2)將TFe=45.76%的鮞狀赤鐵礦制成直徑為08 16mm球團(tuán)后與還原劑按質(zhì)量比為3:1混合，并將混合物料裝入窯車的料盤中，所述的還原劑為煤粉，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為66. 94%、灰份為21. 43%、揮發(fā)份7. 96%，水份為3. 0%、S為0. 67% ；
(3)通過布料機(jī)將覆蓋劑平鋪到混合物料上方，平鋪厚度為10 25mm，將窯車推入窯爐，所述覆蓋劑其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳38. 9wt%,揮發(fā)份4. 5wt%,灰分53. 60wt%,水份 3. 0wt%,堿度 R 為 0. 15，粒度為 0. I 3mm ;
(4)使被還原物料在還原氣體氣氛下還原得到還原鐵產(chǎn)品，還原溫度為1180°C,還原時(shí)間為6小時(shí)，所述還原氣體為CO。鮞狀赤鐵礦球團(tuán)被還原處理后的礫鐵產(chǎn)品的全鐵為94. 12%，金屬化率為96. 16% ；礫鐵率為85. 06%，礫鐵密度I. 13t/m3，尾礦含鐵量為I. 20%，鐵的回收率為97. 12%。實(shí)施例4 采用上述直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備直接還原鐵，按如下步驟進(jìn)行
(1)預(yù)熱的直接還原鐵的窯爐設(shè)備，使其溫度達(dá)到1200°C；
(2)將TFe=53.20%的釩鈦磁鐵礦制成直徑為08 16mm球團(tuán)后與還原劑按質(zhì)量比為3:1混合，并將混合物料裝入窯車的料盤中，所述的還原劑為煤粉，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳為66. 94%、灰份為21. 43%、揮發(fā)份7. 96%，水份為3. 0%、S為0. 67% ；
(3)通過布料機(jī)將覆蓋劑平鋪到混合物料上方，平鋪厚度為10 25mm，將窯車推入窯爐，所述覆蓋劑其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳38. 9wt%,揮發(fā)份4. 5wt%,灰分53. 60wt%,水份 3. 0wt%,堿度 R 為 0. 15，粒度為 0. I 3mm ;
(4)使被還原物料在還原氣體氣氛下還原得到還原鐵產(chǎn)品，還原溫度為1250°C，還原時(shí)間為4小時(shí)，所述還原氣體為H2。釩鈦磁鐵礦球團(tuán)被還原處理后的金屬鐵粉為91. 98%，金屬化率為93. 56% ;尾礦含鐵量為2. 02%，鐵的回收率為96. 29%。實(shí)施例5
采用上述直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備直接還原鐵，按如下步驟進(jìn)行
(1)預(yù)熱的直接還原鐵的窯爐設(shè)備，使其溫度達(dá)到1200°C；
(2)將TFe=38.46%的銅渣制成直徑為08 16mm球團(tuán)后與還原劑按質(zhì)量比為3:1混合，并將混合物料裝入窯車的料盤中，所述的還原劑為煤粉，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳為66. 94%、灰份為21. 43%、揮發(fā)份7. 96%，水份為3. 0%、S為0. 67% ；
(3)通過布料機(jī)將覆蓋劑平鋪到混合物料上方，平鋪厚度為10 25mm，將窯車推入窯爐，所述覆蓋劑其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳38. 9wt%，揮發(fā)份4. 5wt%，灰分53. 60wt%,水份 3. 0wt%,堿度 R 為 0. 15，粒度為 0. I 3mm ;
(4)使被還原物料在還原氣體氣氛下還原得到還原鐵產(chǎn)品，還原溫度為1200°C，還原時(shí)間為6小時(shí)，所述還原氣體為CO。銅渣壓球被還原處理后的礫鐵為93. 89%，金屬化率為95. 46% ;尾礦含鐵量為
I.22%，鐵的回收率為97. 29%。實(shí)施例5
采用上述直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備直接還原鐵，按如下步驟進(jìn)行
(1)預(yù)熱的直接還原鐵的窯爐設(shè)備，使其溫度達(dá)到1180°C；
(2)將TFe=56.16%的硫酸渣制成直徑為08 16mm球團(tuán)后與還原劑按質(zhì)量比為3:1混合，并將混合物料裝入窯車的料盤中，所述的還原劑為煤粉，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳為66. 94%、灰份為21. 43%、揮發(fā)份7. 96%，水份為3. 0%、S為0. 67% ；
(3)通過布料機(jī)將覆蓋劑平鋪到混合物料上方，平鋪厚度為10 25mm，將窯車推入窯爐，所述覆蓋劑其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳38. 9wt%，揮發(fā)份4. 5wt%，灰分53. 60wt%,水份 3. 0wt%,堿度 R 為 0. 15，粒度為 0. I 3mm ;
(4)使被還原物料在還原氣體氣氛下還原得到還原鐵產(chǎn)品，還原溫度為1210°C,還原時(shí)間為6小時(shí)，所述還原氣體為CO。 硫酸洛造球被還原處理后的碌鐵為94. 18%,金屬化率為96. 02% ;尾礦含鐵量為
0.98%，鐵的回收率為98. 29%。權(quán)利要求
1.一種直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備，其特征在于包括窯頂(I)、助燃風(fēng)管道(2)、燃?xì)夤艿?3)、燒嘴(4)、料盤(6)，支撐座(7)、曲封(8)、窯車(9)、燃燒室(10)、料池(11)和蓄熱輻射室(12)，其中窯頂(I)與料池(11)之間為燃燒室(10)，燃燒室(10)側(cè)壁設(shè)有燒嘴(4)，助燃風(fēng)管道(2)、燃?xì)夤艿?3)與燒嘴(4)相連，窯車(9)上端設(shè)置的支撐座(7)支撐著料盤(6)，料盤(6)、支撐座(7)與窯車(9)之間的空間為蓄熱輻射室(12)，窯車(9)通過曲封(8)與窯爐連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備，其特征在于所述的料盤(6 )采用碳化娃材質(zhì)。
3.一種直接還原鐵的方法，采用權(quán)利要求I所述的還原窯爐設(shè)備，其特征在于按如下步驟進(jìn)行 (1)預(yù)熱窯爐設(shè)備，使其溫度達(dá)到1110 1200°C； (2)將被還原物料制成直徑為08 16mm球團(tuán)后與還原劑按質(zhì)量比為3:1混合，并將混合物料裝入窯車的料盤中，所述的還原劑為煤粉，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳為66. 94%、灰份為21. 43%、揮發(fā)份7. 96%，水份為3. 0%、S為0. 67% ； (3)通過布料機(jī)將覆蓋劑平鋪到混合物料上方，平鋪厚度為10 25mm，將窯車推入窯爐，所述覆蓋劑其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為固定碳35 45%，揮發(fā)份2. 5 6. 5%，灰分50 55%，水份3. 0 5. 0%，堿度R為0. 15 0. 2，粒度為0. I 3mm ; (4)使被還原物料在還原氣體氣氛下還原得到還原鐵產(chǎn)品，還原溫度為1180 .1320°C，還原時(shí)間為4 10小時(shí)，所述還原氣體為H2或⑶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種直接還原鐵的方法，其特征在于所述的被還原物料為玲羊石礦、麵狀赤礦、赤鐵礦、揭鐵礦、菱鐵礦、紅土鎮(zhèn)礦、猛鐵礦、絡(luò)鐵礦、砸鐵礦、鑰；欽磁鐵礦、富鈦渣及含鐵的硫酸渣、鉛鋅渣、銅渣、除塵灰或除塵污泥。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種直接還原鐵的方法，其特征在于回收還原劑尾粉中80%的煤焦循環(huán)再利用。
全文摘要
一種直接還原鐵的還原窯爐設(shè)備和方法，屬直接還原鐵技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的直接還原鐵的窯爐設(shè)備，包括窯頂、助燃風(fēng)管道、燃?xì)夤艿?、燒嘴、料盤，支撐座、曲封、窯車、燃燒室、料池和蓄熱輻射室，其中窯頂與料池之間為燃燒室，燃燒室側(cè)壁設(shè)有燒嘴，助燃風(fēng)管道、燃?xì)夤艿琅c燒嘴相連，窯車上端設(shè)置的支撐座支撐著料盤，料盤、支撐座與窯車之間的空間為蓄熱輻射室，窯車通過曲封與窯爐連接。本發(fā)明的直接還原鐵的方法，按如下步驟進(jìn)行預(yù)熱上述窯爐設(shè)備，將被還原物料還原劑按混合裝入窯車的料盤中，通過布料機(jī)將覆蓋劑平鋪到混合物料上方，將窯車推入窯爐使還原得到還原鐵產(chǎn)品。本發(fā)明節(jié)省了能源，減少了還原時(shí)間，還原鐵的回收率高。
文檔編號(hào)C21B13/00GK102643942SQ20121011148
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者唐竹勝, 陶立群 申請(qǐng)人:沈陽博聯(lián)特熔融還原科技有限公司