专利名称：一种铁矿石熔融还原方法
技术领域：
本发明涉及一种铁矿石熔融还原方法，属于炼铁的技术领域。
背景技术：
高炉炼铁经过长时期的发展，其技术已经非常成熟。但它对冶金焦的强烈依赖，使那些缺乏焦煤资源的地区的高炉炼铁受到了极大影响，随着焦煤资源的日渐贫乏，冶金焦的价格越来越高。与此相反，蕴藏丰富的廉价非焦煤资源在炼铁生产中则得不到充分的利用。为了降低炼铁成本，人们一直在寻求以其他燃料代替冶金焦的途径，其中煤粉喷吹、重油喷吹、天然气喷吹等都是较为有效的措施。但这些措施的效果是有限度的，不可能从根本上解决问题。
为使炼铁生产彻底摆脱对冶金焦的依赖，20世纪20年代已经开始进行熔融还原法的研究开发工作。根据工艺模式可将现有熔融还原划分为4大类三段式、二段式、一段式和电热法。三段式和二段式包括还原部分和熔炼造气部分，统称二步法。二步法熔融还原工艺可减轻终还原过程必须的能量输入，减少炉衬被侵蚀的程度，同时终还原产生的煤气用作预还原的还原剂和燃料，可有效减少能耗，因此二步法被广泛采用，但二步法工艺设备复杂，对原料还有一定的限制条件，一段式只有熔炼段，没有还原段，工艺设备简单，但炉衬侵蚀严重，能耗较高；而电热法则是大量使用电能提供还原和熔炼所需热源，以减少还原剂消耗，但因煤气量大且利用效率低，使用电能弥补其损失热量并不经济。
这些熔融还原技术都喷吹助燃气体加快燃烧，以提供还原和熔炼所需还原气体及热量，但因其铁矿和还原剂分别加入，反应速度取决于还原剂气化速度，因而对还原剂的要求较高，适用于现有煤基熔融还原工艺的煤数量并不多。而且，喷吹助燃气体大幅增加了还原气体数量，不仅热损失大幅增加，其他能源介质消耗也随之剧增，因而能耗居高不下。
发明内容
本发明针对现有熔融还原工艺对煤质要求较高，煤气量较大且不能有效利用的弊端，提供了一种铁矿石熔融还原方法。利用本发明可以扩充用于熔融还原的碳源。
本发明通过下述技术方案予以实现一种铁矿石熔融还原方法，将碳质还原剂和铁矿石粉混合后加入到温度场中全部熔融，其中碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是140kg/tFe-350kg/tFe；碳质还原剂直径小于0.5mm，铁矿粉直径小于6mm；温度场的温度为1300℃-1500℃。
优选地，所述碳质还原剂为焦炭、煤炭或木炭。
本发明具有以下优点1)本发明对碳质还原剂燃烧性能无特殊要求，扩充了可用于熔融还原的碳源。
2)本发明的碳质还原剂绝大部分参与还原，因此热损失较小，能耗降低。
3)本发明简化了熔融还原工艺，取消了喷吹助燃气体，减少了熔融还原工艺过程中的能耗。
4)本发明降低了炉渣氧化亚铁含量，减少了熔融还原工艺过程中的能耗及氧化亚铁造成的炉衬侵蚀，因此利于推广应用。
具体实施例方式
实施例1本发明是一种铁矿石熔融还原方法，它将碳质还原剂和铁矿石粉混合后加入到上部有投料口的温度场后，温度快速上升，由于铁矿粉与碳接触良好，反应速度很快，同时碳在高温下气化及还原生成的气体再次参与还原，使反应动力学条件更加充分，反应速度进一步加快，可保证铁矿石较快还原。由于外部有补充热源，碳可直接参与还原反应，因而即便碳的气化速度减缓，也不影响矿石还原与熔融，故对参与还原的碳质还原剂可不作性能的要求，这样就极大程度上扩充了可用的碳资源。同时碳主要用于还原，减少了提供热量的要求，因而还原剂消耗减少。而还原剂消耗的减少及取消的助燃气体进一步降低了热量损失。虽然需外部补充热源，但总体上能耗减少。
本发明中的碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是140kg/tFe-350kg/tFe，碳质还原剂直径小于0.5mm。
铁矿粉直径小于6mm，铁品位、外形及强度不限。
反映装置上有投料口，要求提供温度场的温度为1300℃-1500℃。
通过以上措施，扩充了可用于熔融还原的碳源，并且加大了铁矿石的还原率。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于，所述碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是141kg/tFe-190kg/tFe，所述温度场的温度是1301℃-1353℃。
实施例3本实施例与实施例1的区别仅在于，所述碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是191kg/tFe-246kg/tFe，所述温度场的温度是1354℃-1427℃。
实施例4本实施例与实施例1的区别仅在于，所述碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是247kg/tFe-313kg/tFe，所述温度场的温度是1427℃-1464℃。
实施例5本实施例与实施例1的区别仅在于，所述碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是314kg/tFe-349kg/tFe，所述温度场的温度是1465℃-1499℃。
实施例6本实施例与实施例1的区别仅在于，所述原料的具体成分为鄂西赤铁矿铁品位49.05％，SiO2含量16.33％；煤粉直径小于0.5mm，固定碳含量69.52％；实施过程碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是180kg/tFe，称量各炉料混合，加入温度为1300℃的反应容器中，观察炉料熔融状况，直至炉料全部熔融，分离渣铁，化验成分。
铁C4.98％Si＜0.01％渣FeO3.01％。
实施例7本实施例与实施例1的区别仅在于，所述原料的具体成分为大冶铁矿粉铁品位64.50％，SiO2含量3.81％；煤粉直径小于0.5mm，固定碳含量69.52％；实施过程碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是140kg/tFe，称量各炉料混合，加入温度为1400℃的反应容器中，观察炉料熔融状况，直至炉料全部熔融，分离渣铁，化验成分。
铁C5.02％ Si＜0.01％渣FeO1.71％。
实施例8本实施例与实施例1的区别仅在于，所述原料的具体成分为巴西铁矿粉铁品位66.84％，SiO2含量2.49％；煤粉直径小于0.5mm，固定碳含量69.52％；实施过程碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是140kg/tFe，称量各炉料混合，加入温度为1500℃的反应容器，观察炉料熔融状况，直至炉料全部熔融，分离渣铁，化验成分。
铁C5.09％ Si＜0.01％
渣FeO1.88％。
实施例9本实施例与实施例1的区别仅在于，所述原料的具体成分为鄂西赤铁矿铁品位49.05％，SiO2含量16.33％；煤粉直径小于0.5mm，固定碳含量69.52％；实施过程碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是350kg/tFe，称量各炉料混合，加入温度为1350℃的反应容器中，观察炉料熔融状况，直至炉料全部熔融，分离渣铁，化验成分。
铁C5.08％ Si＜0.01％渣FeO2.07％。
实施例10本实施例与实施例1的区别仅在于，所述原料的具体成分为巴西铁矿粉铁品位66.84％，SiO2含量2.49％；煤粉直径小于0.5mm，固定碳含量69.52％；实施过程碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是245kg/tFe，称量各炉料混合，加入温度为1500℃的反应容器，观察炉料熔融状况，直至炉料全部熔融，分离渣铁，化验成分。
铁C5.12％ Si＜0.01％渣FeO1.79％。
实施例11
本实施例与实施例1的区别仅在于，所述原料的具体成分为大冶铁矿粉铁品位64.50％，SiO2含量3.81％；煤粉直径小于0.5mm，固定碳含量69.52％；实施过程碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是201kg/tFe，称量各炉料混合，加入温度为1420℃的反应容器中，观察炉料熔融状况，直至炉料全部熔融，分离渣铁，化验成分。
铁C5.06％ Si＜0.01％渣FeO1.71％。
权利要求
1.一种铁矿石熔融还原方法，其特征在于将碳质还原剂和铁矿石粉混合后加入到温度场中全部熔融，其中碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是140kg/tFe-350kg/tFe；碳质还原剂直径小于0.5mm，铁矿粉直径小于6mm；温度场的温度为1300℃-1500℃。
2.根据权利要求1所述的一种铁矿石熔融还原方法，其特征在于所述碳质还原剂按铁矿石品位计算， 碳与铁的比例范围是141kg/tFe-190kg/tFe。
3.根据权利要求1所述的一种铁矿石熔融还原方法，其特征在于所述碳质还原剂按铁矿石品位计算， 碳与铁的比例范围是191kg/tFe-246kg/tFe。
4.根据权利要求1所述的一种铁矿石熔融还原方法，其特征在于所述碳质还原剂按铁矿石品位计算， 碳与铁的比例范围是247kg/tFe-313kg/tFe。
5.根据权利要求1所述的一种铁矿石熔融还原方法，其特征在于所述碳质还原剂按铁矿石品位计算，碳与铁的比例范围是314kg/tFe-349kg/tFe。
6.根据权利要求1所述的一种铁矿石熔融还原方法，其特征在于所述温度场的温度是1301℃-1353℃。
7.根据权利要求1所述的一种铁矿石熔融还原方法，其特征在于所述温度场的温度是1354℃-1427℃。
8.根据权利要求1所述的一种铁矿石熔融还原方法，其特征在于所述温度场的温度是1427℃-1464℃。
9.根据权利要求1所述的一种铁矿石熔融还原方法，其特征在于所述温度场的温度是1465℃-1499℃。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种铁矿石熔融还原方法，其特征在于所述碳质还原剂为焦炭、煤炭或木炭。
全文摘要
一种铁矿石熔融还原方法，属于炼铁的技术领域。现有熔融还原工艺对煤质要求较高，煤气量较大且不能有效利用。本发明提供了一种铁矿石熔融还原方法，将碳质还原剂和铁矿石粉混合后加入到温度场中全部熔融，碳与铁的比例范围是140kg/tFe－350kg/tFe；温度场的温度为1300℃－1500℃。本发明对碳质还原剂燃烧性能无特殊要求，扩充了可用于熔融还原的碳源；碳质还原剂绝大部分参与还原，热损失较小，能耗降低；简化了熔融还原工艺，取消了喷吹助燃气体，减少了熔融还原工艺过程中的能耗；降低了炉渣氧化亚铁含量，减少了熔融还原工艺过程中的能耗及氧化亚铁造成的炉衬侵蚀，因此利于推广应用。
文档编号C21B11/00GK101092655SQ20071005274
公开日2007年12月26日 申请日期2007年7月16日 优先权日2007年7月16日
发明者岑明进, 文志军, 吴杰, 李勇波, 李德发 申请人:武汉钢铁(集团)公司