專利名稱：生產(chǎn)直接還原鐵的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以含碳球團為原料，直接還原鐵的方法，特別是以煤作還原劑，制成含碳球團為爐料，在爐料和爐氣相向運動的豎爐中生產(chǎn)直接還原鐵的方法。
按使用一次能源種類的不同，直接還原鐵的方法分為兩種類型一種是以天然氣為一次能源;另一種是以煤為一次能源。以天然氣為一次能源的直接還原鐵方法，由于受到天然氣資源分布集中，貯量少的限制，難于大規(guī)模推廣和發(fā)展。因此，用貯量豐富，分布面廣的煤作為一次能源直接還原鐵的方法已成為人們關注的問題。
現(xiàn)有的煤基直接還原鐵的方法主要有回轉窯法和外熱式豎爐法?；剞D爐設備龐大、效率低、易結圈等技術問題至今沒有顯著改善，所以推廣緩慢。外熱式豎爐法生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)能力也不高。還有一種把煤氣化，間接使用煤的直接還原鐵方法，由于裝置投資高，目前無法實施。
美國伊爾薩公司1992年1月1日公開了一件名為“用于熱態(tài)直接還原鐵的生產(chǎn)方法和裝置”的專利申請，申請?zhí)枮?1103958.9。該申請以鐵礦石為原料，在豎直移動床反應器中，由一氧化碳和氫氣組成的熱還原氣體將礦石顆粒還原。該申請使用的原料、反應器外部設備、內部氣體運動狀態(tài)及熱源和冷卻氣體與本發(fā)明截然不同，并且要用天然氣為能源，存在前面所述的缺點。因此可以認為不對本發(fā)明構成影響。
本發(fā)明的目的在于提供一種以煤作還原劑制成含碳球團為爐料，用低熱值煤氣作熱源和冷卻氣體，在簡單的豎爐中生產(chǎn)直接還原鐵的方法，使生產(chǎn)設備簡單、操作靈活方便、可靠性強、熱效率高，并且顯著減少投資降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的目的靠以下方案實現(xiàn)。
一種在一座移動床豎直反應器中，用煤作還原劑制成的含碳球團為爐料，用高爐煤氣或發(fā)生爐煤氣作熱源和冷卻氣體，生產(chǎn)直接還原鐵的直接還原方法，該方法包括以下內容上述反應器是一座上部有還原區(qū)，中間有過渡區(qū)，下部有冷卻區(qū)及燃燒室的豎爐，待還原的含炭球團裝入豎爐頂部，形成移動床，在還原區(qū)內，沉降的含碳球團與逆流向上流動的燃燒產(chǎn)生的熱氣體接觸，獲得加熱還原的熱量，生成還原鐵，從還原區(qū)排出的還原鐵，繼續(xù)沉降經(jīng)過過渡區(qū)，進入冷卻區(qū)后，與逆流向上流動的冷卻煤氣接觸，被冷卻，得到最終還原鐵產(chǎn)品;冷卻煤氣由冷煤氣入口通入，從冷煤氣出口排出進入燃燒室，燃燒室內，通入的燃燒煤氣和冷卻區(qū)進入的煤氣與助燃空氣燃燒，生成高溫氣體，從噴火口進入還原區(qū)的下部，還原產(chǎn)生的廢氣從豎爐頂部排出。
本發(fā)明實現(xiàn)了用煤作一次能源，在豎爐反應器中，在爐料與氣流相向運動條件下生產(chǎn)直接還原鐵。打破了用豎爐作為直接還原裝置，必須要用天然氣作為一次能源和用煤作一次能源必須采用外加熱方式的傳統(tǒng)做法。
本發(fā)明與氣基豎爐直接還原法比較，取消了還原氣體的轉化制取、加熱，使工藝過程大為簡化，與外熱式豎爐比較，將傳導傳熱改為對流傳熱，傳熱速度加快、熱效率提高、生產(chǎn)周期縮短、生產(chǎn)率得到提高。與回轉窯工藝比較，豎爐的設備簡單、投資少、操作靈活方便、生產(chǎn)安全可靠。工藝能耗和實際能耗分別比回轉窯工藝降低15.88%和27.08%，達到了氣基豎爐直接還原實際能耗10×106KJ/tFe的水平。
附圖
為生產(chǎn)直接還原鐵的工藝流程圖。
下面結合附圖用實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。
含碳球團的制取采用冷壓-冷固方法。其配煤比按煤中碳的摩爾數(shù)nc與含鐵礦物中與鐵氧化物結合的氧原子的摩爾數(shù)no之比及生產(chǎn)還原鐵對金屬化率的要求確定。如金屬比率為90～95%，由nc/no＝0.8～0.9。
制成的含碳球團21通過裝料管2進入豎爐1。在還原區(qū)3內，含碳球團吸收逆流向上流動的熱氣體22的熱量，被加熱還原，轉化為還原鐵。還原鐵沉降，經(jīng)過過渡區(qū)5至冷卻區(qū)7后，被冷卻煤氣6冷卻后，經(jīng)排料器8排出爐外。
在現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)中，高爐冶煉過程由于受到化學平衡的限制，煤氣的CO利用率為45%～52%，發(fā)熱值為3000KJ/m3。因此用高爐煤氣作為該方法的熱源和冷卻氣體。
將用作燃燒的高爐煤氣24從燃燒煤氣入口12通入燃燒室10，與從冷卻煤氣出口6通入的，已被預熱的煤氣25一起，在燃燒室內與從助燃空氣入口13通入的空氣燃燒，生成成份為CO2+N2，溫度為1200～1250℃的燃燒氣體22，從噴火口4進入豎爐內的還原區(qū)的下部。在還原區(qū)內，爐料與爐氣相向運動，進行熱交換，使含碳球團在高溫的氧化性氣氛中金屬化。向上流動的熱氣體從爐頂廢氣出口管14排出爐外。
爐料在爐內的順行是保證豎爐正常生產(chǎn)的必要條件。由于含碳球團的固有特性，在高溫1200～1500℃下，不會發(fā)生粘結。因此，不僅保證了生產(chǎn)的可靠性和高效率，而且高溫下的還原，對處理多金屬共生的復合礦極為有利。
由Fe-O-C平衡狀態(tài)圖可見，用高爐煤氣作冷卻氣體，還原鐵會被氧化。但這種氧化過程很快就因球團表面生成氧化物層而停滯。這不僅保證了還原鐵的冷卻，而且使其表成“純化”，防止產(chǎn)品的再氧化，有利于運輸和貯存。
按上述的實施方案，生產(chǎn)一噸還原鐵的熱平衡及經(jīng)濟指標見表1和表2。由表可見，從爐頂排出的廢氣仍具有2500～3000KJ/m3的熱值。因此本方案是將爐頂排出的廢氣經(jīng)脫水冷卻器15進入除塵器16再經(jīng)加壓泵17進入冷卻煤氣入口9，作為冷卻煤氣的補充循環(huán)使用。
本實施例中的冷卻煤氣23，是從煤氣發(fā)生爐18中產(chǎn)生的，經(jīng)脫水器19進入除塵器20，再進入冷卻煤氣入口9。對于現(xiàn)有的鋼鐵企業(yè)，可以用高爐煤氣直接作為冷卻煤氣。圖中還有一個標記11是燃燒室的排灰口。

權利要求
1.一種在一座移動床豎直反應器中，用煤作還原劑制成的含碳球團為爐料，用高爐煤氣或發(fā)生爐煤氣作熱源和冷卻氣體，生產(chǎn)直接還原鐵的直接還原方法，該方法包括以下內容上述反應器是一座上部有還原區(qū)，中間有過渡區(qū)，下部有冷卻區(qū)及燃燒室的豎爐，待還原的含炭球團裝入豎爐頂部，形成移動床，在還原區(qū)內，沉降的含碳球團與逆流向上流動的燃燒產(chǎn)生的熱氣體接觸，獲得加熱還原的熱量，生成還原鐵，從還原區(qū)排出的還原鐵，繼續(xù)沉降經(jīng)過過渡區(qū)，進入冷卻區(qū)后，與逆流向上流動的冷卻煤氣接觸，被冷卻，得到最終還原鐵產(chǎn)品；冷卻煤氣由冷煤氣入口通入，從冷煤氣出口排出進入燃燒室，燃燒室內，通入的燃燒煤氣和冷卻區(qū)進入的煤氣與助燃空氣燃燒，生成高溫氣體，從噴火口進入還原區(qū)的下部，還原產(chǎn)生的廢氣從豎爐頂部排出。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于其中豎爐內的過渡區(qū)、還原區(qū)和冷卻區(qū)的氣體被爐料隔離，并有序分流。
3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于其中的冷卻煤氣在冷卻區(qū)被預熱后進入燃燒室。
4.按照權利要求3所述的方法，其特征在于其中的含碳球團的還原和金屬化球團的冷卻都是在氧化性氣氛中進行的。
5.按照權利要求1至4中任何一個權利要求所述的方法，其特征在于從豎爐頂部排出的廢氣經(jīng)脫水凈化后，既可在本方法的操作系統(tǒng)內作為煤氣循環(huán)使用，又可作為其他部門的燃料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生產(chǎn)直接還原鐵的方法。其特點是用煤作還原劑制成的含碳球團為爐料，用高爐煤氣或空氣發(fā)生爐煤氣作熱源和冷卻氣體，在一座爐料與爐氣相向運動的豎爐中，直接還原含碳球團。整個還原過程都是在氧化氣氛中完成的。本發(fā)明打破了用豎爐作為直接還原裝置，必須要用天然氣作一次能源和用煤作一次能源，必須采用外加熱式的傳統(tǒng)做法。本發(fā)明設備簡單、投資少、操作靈活方便、顯著降低能耗。
文檔編號C21B13/02GK1102215SQ9311587
公開日1995年5月3日 申請日期1993年10月29日 優(yōu)先權日1993年10月29日
發(fā)明者汪琦, 田濟民, 李文忠, 楊迪光, 宋陽生 申請人:鞍山鋼鐵學院