自燃還原法煉鐵工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金與能源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種煉鐵工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼鐵是工業(yè)的糧食，是國民經(jīng)濟的命脈，因此煉鐵工藝的發(fā)展進步對整個國家的科技與經(jīng)濟都具有重要的影響。
[0003]目前最為成熟的煉鐵工藝為高爐煉鐵，其優(yōu)點在于高爐的爐齡長、產(chǎn)能大、能耗低、操作簡易。但高爐煉鐵對爐料的要求十分苛刻，必須進行燒結(jié)和煉焦，這兩個步驟生產(chǎn)線的建設(shè)投資巨大，要消耗大量的熱量，且環(huán)境污染嚴(yán)重。為擺脫對燒結(jié)和煉焦這兩個步驟的依賴，煉鐵工業(yè)的研究者進行了艱苦卓絕的努力，希望能找到可以取代高爐煉鐵工藝。
[0004]目前國內(nèi)外已有的非高爐煉鐵工藝，可分為“直接還原法”和“熔融還原法”兩大類，但直接還原法只能生產(chǎn)半成品的海綿鐵，熔融還原法則是將直接還原法獲得的不同金屬化率的海綿鐵進一步熔煉成金屬鐵，是直接還原法的繼續(xù)。因此，這兩類方法都不是獨立、完整的煉鐵工藝，并且具有產(chǎn)能較低、能耗較大、爐齡短、對原料的含鐵品位要求高等一系列的缺點。除COREX爐實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)外，其他的非高爐煉鐵工藝都還沒有獲得規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種自燃還原法煉鐵工藝，使煉鐵工業(yè)不再需要燒結(jié)和煉焦，實現(xiàn)節(jié)能減排、降耗增效。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的自燃還原法煉鐵工藝，包含以下步驟:
[0007](I)爐料制備:將爐料的各組分:鐵精粉、煤炭、助熔劑和粘結(jié)劑，研磨成粉狀，混合均勻，得到粉狀爐料；根據(jù)工藝要求，將各組分粉狀物料進行稱量，按比例一次性完成配料；再將配好的爐料加水?dāng)嚢?、擠壓成條、切坯，得到爐料塊，將爐料塊碼放到隧道窯的窯車上，自然風(fēng)干等待進窯；
[0008](2)干燥、預(yù)熱和焙燒:上述窯車裝載爐料塊進入隧道窯，由窯頭向窯尾運動；溫度為1250?1350°C的爐氣從窯尾向窯頭流動，以對流傳熱的方式對爐料塊進行干燥、預(yù)熱和焙燒，爐料塊升溫至500°C?550°C時點火自燃，出窯時爐料塊的溫度達(dá)到1000°C?1200°C ;爐料塊不經(jīng)冷卻，由設(shè)置在隧道窯窯尾的高溫卸料裝置將其傾斜到輻射爐。
[0009](3)熔煉:焙燒后的爐料塊經(jīng)隧道窯窯尾的高溫卸料裝置卸入輻射熔煉爐的下料煙道，爐料塊在下料煙道中被高溫爐氣繼續(xù)加熱至1250?1350°C，開始軟化熔化；爐料塊進入輻射熔煉爐內(nèi)形成料堆，炙熱的爐氣和爐壁輻射熔體和料堆，在高溫高碳缺氧條件下持續(xù)燃燒完成鐵的氧化物的還原和熔煉過程；生鐵溶液和熔渣在輻射爐爐頭的沉淀區(qū)進行分離，分別從輻射熔煉爐的放鐵口和排渣口排出。
[0010]以下對各個步驟及其效果作具體闡述:
[0011]步驟(I)爐料制備:
[0012]本發(fā)明所使用的鐵精粉為含鐵品位大于55% (質(zhì)量百分比)的鐵的氧化物。鐵精粉的有害雜質(zhì)(硫、磷等)含量執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)，對粉狀鐵精粉的顆粒大小不作限制，進入生產(chǎn)線的鐵精粉的水分(包括重力水、毛細(xì)水和結(jié)晶水)要少于鐵精粉質(zhì)量的10%。
[0013]在本發(fā)明中所使用的煤炭中的固定碳既是還原劑又是燃料。對于煤炭的品種沒有嚴(yán)格的要求，焦炭、煙煤、無煙煤均可。所用煤炭的有害雜質(zhì)的含量(硫、磷等)執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)。所用煤炭的發(fā)熱量最好大于5800大卡/kg煤，不要低于5300大卡/kg煤。此外，對所使用的煤炭的揮發(fā)份和灰分沒有嚴(yán)格要求。所使用的煤炭必須經(jīng)過破碎研磨成粉狀，篩除顆粒直徑大于5mm的粗顆粒，返回研磨機重新加工?？刂泼禾康乃趾可儆?0%。上述鐵精粉與煤炭的投料量使鐵元素與碳元素的質(zhì)量比范圍為1:0.26?1:0.4。
[0014]本發(fā)明采用生石灰作為助熔劑。生石灰的用量根據(jù)爐料中酸性物質(zhì)的質(zhì)量和渣的酸堿度來確定，酸堿度一般為1.1?1.2 ;其中，生石灰的有害雜質(zhì)含量執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)。生石灰的水分少于5%，生石灰必須經(jīng)過破碎研磨成粉狀。
[0015]本發(fā)明采用膨潤土作為粘結(jié)劑。膨潤土的用量一般為爐料總質(zhì)量的2%?3%;由于膨潤土的吸水能力強，對水分不作硬性規(guī)定。膨潤土的蒙脫石成分含量要求大于90%。
[0016]本發(fā)明中，爐料制備方法區(qū)別于現(xiàn)有煉鐵工藝的配料方法，具體來說，本發(fā)明根據(jù)物料平衡和熱量平衡計算成果，將全部爐料(鐵精粉、煤炭、助熔劑和粘結(jié)劑)一次稱量，混合配料，均勻地固化在爐料塊中。爐料塊將各個組分的物料直接帶入熔煉爐，用不著附加噴(加)煤和噴入天然氣或?qū)ｉT的滲碳作業(yè)，也不再添加助熔劑等。其次，各種組分的物料均勻混合，不存在還原劑與氧化劑的接觸機會問題，在爐料沒有熔化之前，他們始終在一起，用不著在熔煉過程中進行強烈攪動，避免了高強度的攪拌作業(yè)以及由于強烈攪拌對爐襯的沖刷。
[0017]步驟⑵干燥、預(yù)熱和焙燒:
[0018]本發(fā)明在爐料制備步驟之后，依次進行干燥、預(yù)熱和焙燒步驟，這是非常重要和很好的的熱工過程。
[0019]第一，爐料塊從常溫狀態(tài)被加熱至約1200°C，不經(jīng)冷卻直接進入熔煉爐，最大限度地減少了熔煉爐的熱負(fù)荷，直接提高了熔煉爐的冶煉強度；
[0020]第二，炙熱的爐料塊直接進入熔煉爐，沒有被冷卻，也就沒有發(fā)生熱損失，系統(tǒng)的熱量得到了有效利用；
[0021]第三，干燥、預(yù)熱和焙燒主要是利用熔煉爐產(chǎn)生的爐氣的余熱，利用預(yù)熱直接加熱爐料，屬于自產(chǎn)自銷，不再需要附加其他余熱利用系統(tǒng)和設(shè)備；
[0022]第四，爐料塊在干燥、預(yù)熱和焙燒過程中，完全不產(chǎn)生粉塵，環(huán)境非常友好；
[0023]第五，隧道窯排放的廢氣溫度為35°C?40°C，可見系統(tǒng)的熱損失很小，且，對環(huán)境基本上不產(chǎn)生熱污染；
[0024]第六，在焙燒過程中，爐料塊雖然處于氧化氣氛，但是，爐料塊內(nèi)部卻始終保持強烈的還原氣氛，使得爐料中的鐵的氧化物價位降低和少量的金屬鐵被還原出來(被固定在爐料塊中)，為熔煉爐的還原冶煉當(dāng)了先行。
[0025]本發(fā)明中的干燥、預(yù)熱和焙燒步驟，使用隧道窯來完成。窯車裝載爐料塊進入隧道窯，在隧道窯內(nèi)完成干燥、預(yù)熱和焙燒后，將爐料塊卸到輻射熔煉爐。具體來說:
[0026]干燥:
[0027]干燥的目的是去除爐料塊中的重力水，溫度范圍為低于100°C。在這個溫度值下，還不能脫去物料的毛細(xì)水和結(jié)晶水。
[0028]預(yù)熱:
[0029]預(yù)熱的目的是提高爐料塊的溫度，并去除物料中的毛細(xì)水和結(jié)晶水。溫度范圍為100°C?600°C。通過干燥，爐料塊已經(jīng)形成表面強度，預(yù)熱步驟的操作比較容易。
[0030]焙燒:
[0031]焙燒的目的是更進一步提高爐料塊的溫度，焙燒的溫度范圍為600°C?1200°C。焙燒過程是爐料塊自燃和爐料塊被炙熱爐氣加熱的過程，隨著溫度越來越高，燃燒的趨勢越來越強；隨著自燃的時間越來越長，燃燒也越來越旺。
[0032]爐料塊的自燃，為本發(fā)明中爐料的一次燃燒，一次燃燒產(chǎn)生一定的熱量，同時會有少量的鐵的氧化物被還原。這個還原可能是使鐵的價位降低，或是少量的金屬鐵被還原出來，但是被固化在爐料塊中。焙燒是在氧化氣氛中進行的，能夠脫去大量的硫。
[0033]焙燒是在高溫條件下進行，爐料塊中儲備大量的碳，無論是氧氣還是二氧化碳?xì)怏w擴散進入爐料塊，都將發(fā)生燃燒和產(chǎn)生一氧化碳還原氣體來還原鐵的氧化物。
[0034]上述在隧道窯中完成的干燥、預(yù)熱和焙燒步驟中，爐料塊不會發(fā)生爆裂，幾乎不產(chǎn)生粉塵，從而減少了廢氣(排出的爐氣)處理的負(fù)荷，環(huán)境友好。此外，炙熱的爐料塊被卸入輻射爐，大大地減少了輻射爐的熱負(fù)荷，使輻射爐的熔煉變得輕松，從而提高了輻射爐的產(chǎn)能。
[0035]步驟(3)熔煉:
[0036]熔煉步驟是在輻射熔煉爐中進行的。經(jīng)隧道窯焙燒，爐料塊的溫度達(dá)到1000°C?1200°C，被卸入輻射熔煉爐的下料煙道后，被高溫爐氣繼續(xù)加熱至1250?1350°C，開始軟化熔化。
[0037]為描述熔煉爐中的熱工過程，可將輻射爐分為五個功能區(qū):下料煙道，在保證高溫爐氣順利通過的前提下，加熱爐料塊。爐缸的前部(放鐵和排渣口的一端