专利名称：一种用含碳铁矿球团生产直接还原铁的方法
技术领域：
本发明属于冶金生产领域，涉及一种直接还原铁又称海绵铁或金属化球团的生产方法。
生产直接还原铁的核心设备是还原焙烧炉，在其中，铁矿中的氧被还原剂夺走后转变成金属铁。生产直接还原铁的方法，依还原剂的物态分为气基直接还原法一用天然煤气做还原剂和煤基直接还原法—用煤做还原剂。
气基直接还原法以竖炉法为主，它需要用天然煤气为原料制备还原气，因此受到资源的限制。
煤基直接还原法的还原剂来源广泛，其主要方法有回转窑法、隧道窑法和转底炉法。
回转窑法的典型代表是SL/RN法，它的特点是铁矿块或非内配碳球团与固体还原剂一起，在回转窑内滚动的过程中进行还原焙烧。由于炉料不断滚动，因此，要求矿块具有较高的强度。此方法的加热时间长，生产率低，而且容易产生“结圈”事故。
隧道窑法的典型代表是Hoganas法，它是将矿粉和还原剂一起装入罐中，间接加热进行还原。此方法虽能防氧化，但加热时间很长。
转底炉法的典型代表是美国的Fastmet法和Inmetco法以及北京科技大学的COF-R法。美国的Fastmet法和Inmetco法使用薄的内配碳球团料层并用高温敞焰加热，因此还原速度快，焙烧时间短。但料层表面易受炉气的氧化，因此难以获得很高的金属化率。要获得一定程度的高金属化率，需严格控制操作参数。
COF-R法是在被加热的料层表面上覆盖一定厚度的碳粒层，防止炉气对炉料的氧化，因此，可以在较大的操作参数范围内获得很高的金属化率。但是，盖碳的结果延长了焙烧时间，降低了生产率。
转底炉法比回转窑法有明显的优点，目前，在国外和国内都有强劲的发展势头。但是，转底炉炉底上的料层是单面加热，传热速度慢，生产率低。在通常的炉温(1350-1400℃)情况下，单位炉底面积的生产率仅为30-50kg/(m2.h)。为了提高单位炉底面积的生产率，有人将焙烧温度提高到1500-1600℃。即使这样，单位炉底面积的生产率仅提高到约100kg/(m2.h)。单位炉底面积的生产率低就意味着炉底面积大，难以满足大规模生产的需要。
为提高直接还原铁的生产率，有人曾试图用烧结机来生产直接还原铁，但由于烧结生产是一个氧化反应过程，采用的是逆流式焙烧过程，逆流式焙烧过程是从上表面点火，由上向下抽风进行焙烧。逆流焙烧含碳铁矿球团也可实现还原，但不可能获得高金属化率的产品。因为，焙烧过程形成的料层结构是上部为还原后的高温产品层，中间是高温焙烧层，下面是生料层。逆流焙烧过程中空气从上向下流动，所经过的料层顺序是高温产品层→高温焙烧层→生料层。空气首先经过高温产品层时，会将还原出的金属铁再氧化成氧化铁。
本发明涉及一种用含碳铁矿球团生产直接还原铁的方法，其特征在于生产工艺方式采用了顺流焙烧方法，经过干燥、预热后的含碳铁矿球团料层，从上面点火在上表面形成高温还原焙烧层，同时从下向上鼓热风，使还原焙烧层从上往下扩展，达到整个料层实现顺流式还原焙烧，预热后的料层温度为300-700℃，鼓入热风温度为300-700℃。在焙烧层中，还原反应生成的CO在球团周围就地燃烧放热以加热球团自身，这样就最大限度地缩短了传热距离，提高了生产率。采用本发明的方法生产直接还原铁的单位炉底面积生产率可达到200kg/(m2.h)以上。
顺流焙烧过程形成的料层结构是上部为还原后的高温产品层，中间是高温焙烧层，下面是生料层。空气的流动方向是从下向上，所经过的料层顺序是生料层→高温焙烧层→高温产品层。空气中的氧在高温焙烧层中已用于燃烧，进入高温产品层的气体是低氧化性的燃烧产物，因此还原出的金属铁的再氧化现象很弱。可见，只有顺流焙烧才能得到较高金属化率的产品。
顺流焙烧时，球团的受热条件不如逆流焙烧。特别是含碳球团的还原是强吸热反应，更增加了还原焙烧层向下扩展的难度。如果用冷球团和鼓入冷空气，在上表面点火形成的高温焙烧层很难向下扩展。只有将球团料层预热，鼓入的空气也预热后，才可实现高温焙烧层顺利向下扩展。如果将鼓入的空气富氧，则可提高焙烧层的温度，更有利于高温焙烧层向下扩展。空气的富氧浓度为氧含量30-60％。
本发明方法用类似烧结球团的生产方法生产直接还原铁，克服了焙烧过程高温产品的再氧化问题，提高了直接还原铁的生产率，燃料消耗低，设备简单。
图1为本发明方法的设备工艺图。
使用本发明的直接还原方法所需要的配套设备有造球系统和直接还原产品处理系统。前面的造球系统包括还原剂粉碎、配料、混合、造球、筛分等。后面的成品处理系统包括冷却(圆筒冷却机冷却或喷水冷却)、筛分、压块等。
权利要求
1.本发明涉及一种用含碳铁矿球团生产直接还原铁的方法，其特征在于生产工艺方式采用了顺流焙烧方法，经过干燥、预热后的含碳铁矿球团料层，从上面点火在上表面形成高温还原焙烧层，同时从下向上鼓热风，使还原焙烧层从上往下扩展，达到整个料层实现顺流式还原焙烧，预热后的料层温度为300-700℃，鼓入热风温度为300-700℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于从下向上鼓入的空气中富氧至氧含量为30-60％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于连续输送球团料层，其厚度为50-300mm；球团内配有煤粉，制备成含碳铁矿球团，配比是煤粉中的固定碳与矿粉中的氧的原子比为0.7-1.3；球团料层先用600-900℃的烟气干燥、预热到300-700℃；然后，在球团料层上方，用燃料燃烧形成的1300-1400℃的高温炉气点火；同时，从下部向上鼓入温度为300-700℃的热风，实现顺流焙烧；在料层上方补充供入热风将炉气中的可燃气体烧烬，得到的高温烟气先用于预热助燃空气，然后用于干燥和预热球团。
全文摘要
本发明涉及一种直接还原铁又称海绵铁或金属化球团的生产方法。其特征在于利用机械连续输送含碳铁矿球团料层,先经过干燥、预热后,在上表面点火形成高温还原焙烧层,从下向上鼓入热风,使还原焙烧层从上往下扩展,达到整个料层实现顺流式还原焙烧。在焙烧层中,还原反应生成的CO在球团周围就地燃烧放热以加热球团自身,这样就最大限度地缩短了传热距离,提高了生产率。为了提高还原焙烧层的温度,可用富氧鼓风。用这种方法生产直接还原铁,设备简单、生产率高和燃料消耗低。此方法可用于生产炼铁用金属化炉料,炼钢用海绵铁,也可用于处理冶金含铁废料。
文档编号C21B13/00GK1389574SQ0212074
公开日2003年1月8日 申请日期2002年5月31日 优先权日2002年5月31日
发明者王尚槐, 冯俊小 申请人:北京科技大学