采用含碳球团生产直接还原铁的方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用含碳球团生产直接还原铁的方法，其包括步骤：（1）将铁精矿粉和煤粉按照5∶1～6∶1的比例配置后，经粘结剂粘结造球，制得含碳球团，然后干燥；（2）对含碳球团进行加热，使含碳球团中的碳将含碳球团中的氧化铁还原成金属铁。本发明所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法提升了原料利用率和设备使用率，提高了生产效能，降低了生产成本。
【专利说明】采用含碳球团生产直接还原铁的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铁的冶炼方法，尤其涉及一种生产还原铁的方法。
【背景技术】
[0002]目前，DRI (DirectReduct1nIron,直接还原铁)的生产方法在世界范围内已有数十种之多，大体可分为气基法和煤基法两大类。前者以天然气为还原剂是当今生产DRI的主流，但是由于天然气资源缺乏，因此并未在我国得到广泛推广，后者以迴转窑和隧道窑为代表，其生产效率较低，能耗较高，不过我国煤炭资源量丰富，因而煤基法仍是我国目前直接还原铁的主要生产方法。
[0003]煤基法的另一种工艺是采用转底炉加热含碳球团来实现直接还原铁的目的。首先将含碳球团平铺在转底炉的炉膛上，然后用烧嘴加热到高温后，大约保持10?15分钟即可完成还原反应。但是转底炉主要依靠辐射传热，平铺在炉膛上的含碳球团料层只有15?30mm，否则热量就不能传到含碳球团料层底部，所以转底炉利用率很低，一般10m2的转底炉年产量只有7万吨还原铁，其仅仅相当于相同面积烧结机能力的1/15，这样就不能做到规模化量产；同时又由于含碳球团料层厚度薄，排烟温度很高，气体热能利用率也较低。所属领域的企业希望在现有煤基法的基础上获得一种生产效能高且能源消耗低的方法来实现产量较高的直接还原铁。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种采用含碳球团生产直接还原铁的方法，其产品用于高炉时可以提升炼铁的产量，降低焦比，提高生产效能，减少吨铁所需成本。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了一种采用含碳球团生产直接还原铁的方法，其包括步骤:
[0006](I)将铁精矿粉和煤粉按照5:1?6:1的比例配置后，经粘结剂粘结造球，制得含碳球团，然后干燥；
[0007](2)对含碳球团进行加热，使含碳球团中的碳将含碳球团中的氧化铁还原成金属铁。
[0008]将煤粉和铁精矿粉按照一定比例配制充分混匀，外加粘结剂粘结后制成含碳球团，这种含碳球团在加热情况下，其内部含有的碳以及由煤中挥发出来的还原气体会与其内部的氧化铁发生氧化还原反应，把高价氧化铁逐级还原成金属铁，在此过程中所涉及的化学反应方程式包括为:
[0009]3Fe203+C=2Fe304+C0 个
[0010]Fe304+C=3Fe0+C0 ?
[0011]Fe0+C=Fe+C0 ?
[0012]C+C02=2C0
[0013]3Fe203+C0=2Fe304+C02
[0014]Fe304+C0=3Fe0+C02
[0015]Fe0+C0=Fe+C02
[0016]由于上述化学反应基本上都在含碳球团内发生，而化学反应后所产生的气体由内向外排出，C被铁的氧化物一级氧化后所形成的CO仍具有还原性，因此，其仍可以在含碳球团内再次与铁的氧化物发生进一步的还原反应，直至其被氧化成CO2,且CO2还可以被C还原成CO继续参加化学反应。在上述过程中，含碳球团中的C的利用率较高，其被不断地消耗，氧化铁则充分地被还原成金属铁，其还原率较高。同时，由于上述化学反应均在含碳球团内部进行，其与外部气氛关系不大，因而，相应地降低了还原后的金属铁与外界空气接触后被再次氧化的可能性。
[0017]优选地，本发明所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法还包括步骤(3):对经过步骤(2)的球团进行冷却出炉。
[0018]这种实施方案可以防止已经被还原的金属铁再次被氧化。
[0019]更进一步地,在上述步骤(3)中，将球团冷却到150°C以下。
[0020]更进一步地，在上述步骤(3)中，采用氮气对球团进行冷却。
[0021]采用氮气对球团进行冷却完全不同于现有技术中采用空气对球团进行冷却，其可以避免球团中已经还原的金属铁再次被空气中的氧气氧化。
[0022]更进一步地，在本发明所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法中，将步骤(3)中冷却用的氮气加热后用于含碳球团的干燥。冷却用的氮气经过还原球团后气体温度较高，将其引回用于含碳球团的干燥，不仅能够避免直接排放到大气中而加剧恶化工厂周边环境，还能有效地利用热能从而降低了生产投入成本。
[0023]进一步地，在本发明所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法的步骤(I)中，采用粒度为-200目的煤粉的体积分数> 85%。该煤粉粒度除了能使煤粉与铁精矿粉具有更多的表面接触外，还能进一步地保证含碳球团的生球强度。
[0024]可选地，在本发明所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法中，采用膨润土作为粘结剂。
[0025]优选地，在本发明所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法的步骤(I)中，制得的含碳球团的直径为8?16mm。
[0026]有利地，在本发明所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法中，在上述步骤(2)中，将含碳球团在1200?1300°C范围内进行加热。
[0027]上述温度范围可以保证含碳球团内的还原过程迅速进行，避免造成球团表面的熔结。
[0028]需要说明的是，在本发明所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法的步骤(I)中，如果铁精矿粉含Fe品位较高，其Fe含量超过65%，则通过本发明技术方案获得的直接还原铁可以代替废钢作为电炉炼钢原料；如果铁精矿粉含Fe品位较低，其Fe含量不到62%，由本发明而得到的直接还原铁则可代替氧化球团作为高炉炼铁原料。
[0029]本发明所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法操作方便、步骤简单，适用范围较广，相对于【背景技术】中提及的传统煤基法或是采用转底炉加热含碳球实现直接还原铁的技术方案，其克服了煤基法的生产效能低、能耗高、适用范围窄的缺点以及转底炉的设备利用率低，排烟温度高，气体热能利用率差的不足。
[0030]由此可见，本发明所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法，通过合理的配比使得含碳球团内的碳和氧化铁充分反应后获得具有金属化率90%以上的直接还原铁，从而提升了原料利用率和设备使用率，提高了生产效能，降低了生产成本。在优选的方案中，还进一步利用了冷却氮气经过加热后的热能，降低了排气温度，提升了热能使用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法在一种实施方式中的实施过程示意图。
【具体实施方式】
[0032]以下将根据具体实施例及说明书附图对本发明所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法做进一步说明，但是该说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
[0033]图1显示了本发明所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法的实施过程。
[0034]如图1所示，竖炉10从上至下依次包括:布料器2，干燥床3，皮带机1，导风墙4，燃烧室5及喷嘴51，冷却管道6及入口 61，齿辊式卸料机7，振动卸料器8以及运输机9 ;此夕卜，还包括具有原料仓、配料机及计量装置的配料室、混料机、造球机(未在图1中显示)。
[0035]在如图1所示的竖炉10中采用含碳球团生产直接还原铁的方法，其步骤包括:
[0036]I)在配料室内将铁精矿粉和煤粉(粒度-200目的煤粉超过整个煤粉体积分数的85%)按照5:1?6:1的比例配置后，并添加入膨润土 (粘结剂)，配置好的混合物料在配料室内进行充分混勻，膨润土粘结造球，制得直径为8?16_的含碳球团；
[0037]2)含碳球团由皮带机I送到竖炉10炉顶，经布料器2均匀地分布在干燥床3上，由导风墙4导出的上升热风将含碳球团烘干干燥并落入竖炉炉身，竖炉10两侧设有两排燃烧室5，燃烧后的高温烟气由二排喷嘴51送入炉内对含碳球团在1200?1300°C范围内进行加热，在此加热过程中，含碳球团内的碳和氧化铁发生还原反应，氧化铁被逐级还原成金属铁，所涉及的化学反应式包括如下:
[0038]3Fe203+C=2Fe304+C0 个
[0039]Fe304+C=3Fe0+C0 ?
[0040]Fe0+C=Fe+C0 ?
[0041]C+C02=2C0
[0042]3Fe203+C0=2Fe304+C02
[0043]Fe304+C0=3Fe0+C02
[0044]Fe0+C0=Fe+C02
[0045]3)还原后的球团落下至炉身下半部分，其被设于竖炉两边的冷却管道6的管道入口 61鼓入的氮气冷却降温至150°C以下，冷却用的氮气被加热后被导到步骤2)中的导风墙4处形成上升热风，对平铺于干燥床3上的含碳球团进行干燥；
[0046]4)冷却后的球团经过齿辊式卸料机7后通过振动卸料机8排出竖炉外，并经由运输机9传输至高炉矿槽或成品仓库等下料点。
[0047]经过上述处理后的还原铁产品其金属化率可达90%以上。
[0048]需要说明的是，虽然上述实施例中采用了竖炉实施本技术方案所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法，但是本发明所述技术方案的实施并不局限于该种类型的竖炉，也不以该种竖炉作为实施本技术方案的必要条件。
[0049]需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种采用含碳球团生产直接还原铁的方法，其特征在于，包括步骤: (1)将铁精矿粉和煤粉按照5:1?6:1的比例配置后，经粘结剂粘结造球，制得含碳球团，然后干燥； (2)对含碳球团进行加热，使含碳球团中的碳将含碳球团中的氧化铁还原成金属铁。
2.如权利要求1所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法，其特征在于，还包括步骤(3):对经过步骤(2)的球团进行冷却出炉。
3.如权利要求1所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤(O中，粒度为-200目的煤粉的体积分数> 85%。
4.如权利要求1所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤(I)中，采用膨润土作为粘结剂。
5.如权利要求1所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，制得的含碳球团的直径为8?16mm。
6.如权利要求1所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将含碳球团在1200?1300°C范围内进行加热。
7.如权利要求2所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，将球团冷却到150°C以下。
8.如权利要求2所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，采用氮气进行冷却。
9.如权利要求8所述的采用含碳球团生产直接还原铁的方法，其特征在于，将冷却用的氮气加热后用于球团的干燥。
【文档编号】C21B13/00GK104278147SQ201310277648
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】胡嘉龙, 阎军 申请人:中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院