一種高還原氣氛的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煉鐵方法，具體涉及一種高還原氣氛的新型轉(zhuǎn)底爐直接還原煉鐵方法，屬于非高爐煉鐵技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]直接還原鐵(DRI)又叫海綿鐵，以天然氣或非焦煤作為還原劑還原鐵礦石、鐵精粉或含鐵原料后形成。還原劑不同，所生產(chǎn)的DRI的化學(xué)成分也不同。隨著冶煉鋼種對殘余元素要求越來越嚴(yán)，特別是核電、加氫、電站等產(chǎn)品鋼，使用普通返回廢鋼和外購廢鋼冶煉時(shí)，已滿足不了產(chǎn)品對殘余元素的要求。直接還原鐵因其雜質(zhì)元素含量非常低，在煉鋼中常用來代替部分廢鋼來解決煉鋼過程中的殘余元素問題，生產(chǎn)高品質(zhì)純凈鋼或特殊鋼。
[0003]近年來全球直接還原鐵產(chǎn)量持續(xù)增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年世界直接還原鐵的產(chǎn)量已達(dá)7037萬t，約為我國高爐生鐵產(chǎn)量的6.7%。受資源的制約，我國直接還原鐵的生產(chǎn)發(fā)展緩慢，產(chǎn)量不到全球直接還原鐵產(chǎn)量的1.0%。
[0004]傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)底爐工藝已在處理鋼鐵廠含F(xiàn)e、Zn、Cr、Ni粉塵方面實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，其不足之處在于海綿鐵脈石和硫含量高，導(dǎo)致電爐煉鋼渣量增加，電極消耗，難以直接用于生產(chǎn)煉鋼用直接還原鐵。其次轉(zhuǎn)底爐采用敞焰加熱方式加熱爐料，由于燃料燃燒為氧化性氣氛，而鐵氧化物的還原需要還原性氣氛，因此敞焰加熱方式通常存在爐內(nèi)氣氛難以控制，還原產(chǎn)物易被二次氧化的問題，影響海綿鐵最終質(zhì)量。
[0005]為解決以上問題，本發(fā)明開發(fā)設(shè)計(jì)了一種高還原氣氛的轉(zhuǎn)底爐工藝，使得還原爐內(nèi)氣氛可控，可用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的海綿鐵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的關(guān)鍵問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)提出一種高還原氣氛的轉(zhuǎn)底爐直接還原煉鐵工藝。該工藝使用煤作為唯一的還原劑，擺脫了對焦炭的依賴，節(jié)能環(huán)保；還原區(qū)與燃燒區(qū)分開，使得還原爐內(nèi)氣氛可控，防止還原后的海綿鐵二次氧化，可生產(chǎn)高金屬化率的海綿鐵；通過調(diào)節(jié)爐體轉(zhuǎn)動速度可以控制還原速度，生產(chǎn)周期靈活可控，產(chǎn)品還原度可控，處理能力強(qiáng)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
采用鐵礦粉與煤粉混合造球，所得的含碳球團(tuán)通過布料器連續(xù)地布到還原爐膛中，在外部加熱的條件下含碳球團(tuán)中的鐵氧化物與碳發(fā)生還原反應(yīng)生產(chǎn)海綿鐵。燃燒室位于還原室的上部，與還原室之間使用高導(dǎo)熱性的Si3N4結(jié)合SiC耐火材料隔開，使用天然氣、焦?fàn)t煤氣或者煤粉作為燃燒室的燃料，為還原室內(nèi)的還原反應(yīng)提供熱量。還原室產(chǎn)生的還原煤氣從還原室引出后，可視其熱值高低酌量作為燃料通入燃燒室燃燒。燃燒室產(chǎn)生的高溫廢氣可用來預(yù)熱助燃空氣。
[0008]具體實(shí)施步驟為:
步驟一、原料制備:鐵礦粉與煤粉混勻后在圓盤造球機(jī)上造球，所得含碳球團(tuán)直徑為10~30mm，最佳為20mm，碳氧比為1.0~1.5 ；
步驟二、還原:將含碳球團(tuán)通過布料器連續(xù)地均勻布于還原室內(nèi)，布料厚度為3~5層含碳球團(tuán)。與此同時(shí)，將天然氣、焦?fàn)t煤氣或煤粉等燃料噴入燃燒室內(nèi)和助燃空氣混合燃燒，產(chǎn)生的熱量通過高導(dǎo)熱的耐火材料隔板傳遞到還原室內(nèi)，對還原室內(nèi)的含碳球團(tuán)進(jìn)行加熱，含碳球團(tuán)在高溫下發(fā)生自還原反應(yīng)，從而生產(chǎn)海綿鐵。還原反應(yīng)產(chǎn)生的還原氣體引入燃燒室內(nèi)和助燃空氣混合燃燒；
步驟三、排料:隨著爐體的旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)底爐的出口處，將金屬化球團(tuán)通過螺旋排料器排出并收集。
[0009]本發(fā)明中，碳氧比指配碳比，是碳與鐵氧化物中的氧的物質(zhì)的量(mol)之比。
[0010]本發(fā)明的原理是:(I)含碳球團(tuán)自還原技術(shù):含碳球團(tuán)在無外界還原氣氛條件下加熱，自身發(fā)生的還原現(xiàn)象稱為自還原。含碳球團(tuán)的自還原有一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，是包括碳的氣化、直接還原、間接還原、傳熱、傳質(zhì)等的綜合過程。在惰性氣氛中，當(dāng)溫度大于900°C時(shí)，含碳球團(tuán)內(nèi)部會發(fā)生自還原反應(yīng)，并且有抗CO2氧化的能力。由于鐵礦和還原劑混合成球，含碳球團(tuán)中鐵氧化物的還原速度明顯高于其它球團(tuán)和礦石。(2)還原室與燃燒室分離，以輻射傳熱與熱傳導(dǎo)的方式為爐料提供還原所需熱量，還原室內(nèi)還原氣氛可控，同時(shí)便于控制爐內(nèi)溫度。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:(I)該工藝為隔焰加熱直接還原，還原區(qū)與燃燒區(qū)分離，還原爐內(nèi)為高還原氣氛，可以防止生產(chǎn)的海綿鐵二次氧化，能獲得較高金屬化率的海綿鐵產(chǎn)品；
(2)使用煤粉作為還原劑，擺脫了常規(guī)煉鐵工藝對焦炭的依賴，節(jié)能環(huán)保；(3)通過控制爐體的旋轉(zhuǎn)速度控制生產(chǎn)速度，生產(chǎn)周期靈活可控，處理能力強(qiáng)。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的爐型結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0015]首先，如附圖2所示，本發(fā)明采用的轉(zhuǎn)底爐內(nèi)部具有和常規(guī)的轉(zhuǎn)底爐所不同的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的轉(zhuǎn)底爐，上部為燃燒室，下部為還原室，燃燒室與還原室之間使用高導(dǎo)熱性的耐火材料，如Si3N4結(jié)合SiC耐火材料隔開。
[0016]燃燒室用于燃燒產(chǎn)生熱量，對還原室供熱，有燃料入口和廢氣出口。還原室內(nèi)含碳球團(tuán)在高溫作用下發(fā)生自還原反應(yīng)，生成金屬化球團(tuán)，而且自還原反應(yīng)產(chǎn)生的還原氣體可以從還原室引出，通過燃料入口送入到燃燒室。
[0017]如附圖1所示，一種高還原氣氛的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法，包括如下步驟:
步驟一、原料準(zhǔn)備:將鐵礦粉、煤粉混勻后在造球機(jī)上造球形成含碳球團(tuán)，球團(tuán)配碳比為1: 1，配加5%的水，球團(tuán)直徑為20mm ；
步驟二、還原:將含碳球團(tuán)通過布料器連續(xù)地均勻布于還原室內(nèi)，布料厚度為3~5層含碳球團(tuán)。與此同時(shí)，將天然氣、焦?fàn)t煤氣或煤粉等燃料噴入燃燒室內(nèi)和助燃空氣混合燃燒，產(chǎn)生的熱量通過高導(dǎo)熱的耐火材料隔板傳遞到還原室內(nèi)，對還原室內(nèi)的含碳球團(tuán)進(jìn)行加熱，還原室內(nèi)的爐溫穩(wěn)定控制在1000~1150°C，最優(yōu)為1100°C，含碳球團(tuán)在高溫下發(fā)生自還原反應(yīng)，從而生產(chǎn)海綿鐵。還原反應(yīng)產(chǎn)生的還原氣體引入燃燒室內(nèi)和助燃空氣混合燃燒；步驟三、排料:隨著爐體的旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)底爐的出口處，將金屬化球團(tuán)通過螺旋排料器排出并收集。得到的金屬化球團(tuán)或壓塊后貯存與運(yùn)輸，或直接熱送到轉(zhuǎn)爐、電爐等后續(xù)工序進(jìn)行冶煉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高還原氣氛的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一、原料準(zhǔn)備:將鐵礦粉、煤粉混勻，配加占混合物重量5%的水，在造球機(jī)上造球形成含碳球團(tuán)，球團(tuán)的碳氧比為1.0-1.5，球團(tuán)直徑為10~30mm ； 步驟二、還原:將含碳球團(tuán)通過布料器連續(xù)地均勻布于還原室內(nèi)，布料厚度為3~5層含碳球團(tuán)；然后，將燃料噴入燃燒室內(nèi)和助燃空氣混合燃燒，產(chǎn)生的熱量通過高導(dǎo)熱的耐火材料隔板傳遞到還原室內(nèi)，對還原室內(nèi)的球團(tuán)進(jìn)行加熱，還原室內(nèi)的爐溫穩(wěn)定控制在1000~1150°C，球團(tuán)在高溫下發(fā)生自還原反應(yīng)，從而生產(chǎn)海綿鐵；還原反應(yīng)產(chǎn)生的還原氣體引入燃燒室內(nèi)和助燃空氣混合燃燒； 步驟三、排料:隨著轉(zhuǎn)底爐爐體的旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)底爐的出口處，將金屬化球團(tuán)通過螺旋排料器排出并收集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高還原氣氛的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法，其特征在于所述的含碳球團(tuán)直徑為20_。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高還原氣氛的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法，其特征在于所述的燃料為天然氣、焦?fàn)t煤氣或煤粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高還原氣氛的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法，其特征在于所述還原室內(nèi)的爐溫為1100°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高還原氣氛的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法，其特征在于所述的燃燒室位于還原室的上部，與還原室之間使用高導(dǎo)熱性的耐火材料隔開。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高還原氣氛的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法，其特征在于所述的高導(dǎo)熱性的耐火材料為Si3N4結(jié)合SiC耐火材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高還原氣氛的轉(zhuǎn)底爐煉鐵方法，包括如下步驟：步驟一、原料準(zhǔn)備：將鐵礦粉、煤粉混勻，造球形成含碳球團(tuán)；步驟二、還原：將含碳球團(tuán)通過布料器連續(xù)地均勻布于還原室內(nèi)，布料厚度為3~5層含碳球團(tuán)；然后，將燃料噴入燃燒室內(nèi)和助燃空氣混合燃燒，產(chǎn)生的熱量通過高導(dǎo)熱的耐火材料隔板傳遞到還原室內(nèi)，對還原室內(nèi)的球團(tuán)進(jìn)行加熱，還原室內(nèi)的爐溫穩(wěn)定控制在1000~1150℃，球團(tuán)在高溫下發(fā)生自還原反應(yīng)，從而生產(chǎn)海綿鐵；步驟三、排料。本發(fā)明為隔焰加熱直接還原，還原區(qū)與燃燒區(qū)分離，還原爐內(nèi)為高還原氣氛，可以防止生產(chǎn)的海綿鐵二次氧化，能獲得較高金屬化率的海綿鐵產(chǎn)品；使用煤粉作為還原劑，節(jié)能環(huán)保。
【IPC分類】C21B13-00
【公開號】CN104878148
【申請?zhí)枴緾N201510302579
【發(fā)明人】唐恩, 王君
【申請人】中冶南方工程技術(shù)有限公司
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月4日