本发明属于矿物加工、液晶技术领域，具体涉及一种铁精矿碳氢联合直接还原工艺。
背景技术：
现代高炉炼铁生产技术经过长期发展，已趋成熟，各项技术经济指标以及大型化、机械化、自动化和连续化程度都已达到很高水平，同时，以高炉为核心的传统“铁、烧、焦”炼铁工艺固有的缺点也越来越突出，主要有：一是碳素消耗高，同时对焦炭的质量要求高，而焦煤资源却日益紧缺；二是环境污染，高炉不仅自身产生的污染严重，与之匹配的炼焦和烧结更是巨大的难治理污染源。制造金属化炉料并将其用于高炉生产，目前被认为是可用以改进现有炼铁工业最有发展前途的技术之一。利用金属化炉料替代氧化球团矿，在提高高炉生产率和降低还原剂使用量方面非常有效，其目标是在铁水生产过程中节约能源，可实现高炉原料结构的根本性变革。将现有高炉中100％的还原过程减少到一定值，可大大减轻高炉的负荷，从而使高炉利用系数升高，焦比显著降低，由于炉料中feo减少，使硅酸铁的生成难度加大，从而改善造渣过程并使软熔带减薄并下降，对高炉顺行有利。同样，炼钢转炉使用金属化炉料后，可部分替代废钢降低炼钢成本。
直接还原工艺为选择性的还原过程，只还原铁而不还原其它元素，生产的金属化炉料配套干磨干选技术，可将其它元素及固有的氧化物大幅度抛除，能为制备超纯金属化铁粉或电炉生产纯净钢提供优质原料。
回转窑是冶金煤基直接还原工艺的一种典型装置，国内外也有不少回转窑直接还原生产金属化球团的产线，但直接还原时间长（8-12h）、产能低（15-25万t/年）、料温偏高（1100-1200℃），回转窑结圈问题也普遍突出。以上诸多因素最终体现到能耗高，生产成本居高不下，不能很好与高炉、转炉友好衔接，更不能为电炉生产纯净钢提供优质原料。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种铁精矿碳氢联合直接还原工艺，以解决回转窑直接还原工艺时间长、产能低、料温偏高和结圈的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种铁精矿碳氢联合直接还原工艺，包括以下步骤：
步骤一、配料制粒：
将铁精矿、残炭、膨润土、添加剂按质量比100：50-60：2：1-3配料混匀后进行制粒；
步骤二、焙烧还原：
将制粒后的铁精矿球团和部分残炭粒通过带式输送机加入回转窑入料端，物料在回转窑内随着窑的转动向出料端移动，同时与窑内烟气、窑壁进行热交换，温度逐步升高，行进过程中进行预热、干燥后进入焙烧前段，将物料温度控制在830-870℃，在焙烧中、后段将物料温度提高至950-1000℃，采用碳氢联合还原技术、自热平衡技术和碳循环技术还原铁精矿球团；
步骤三、物料冷却：
在回转窑内完成直接还原的物料在950-1000℃下从出料端排出，将物料在隔绝空气的情况下采用间接冷却的方法将物料冷却至温度≯150℃；
步骤四、成品处理：
冷却后的物料被送至干选室进行残炭分离，分离出的残炭进入残炭仓循环使用，分离出的金属化球团进入成品库；
步骤五、烟气处理：
回转窑窑尾处580-620℃的烟气进入重力沉降室降温除尘，温度降至430-470℃后进入u形管冷却器继续冷却至160-180℃，经布袋除尘器除尘后排出。
步骤一中所述添加剂为na2co3。
步骤一中所述铁精矿为磁铁精矿、赤铁精矿或混合铁精矿。
步骤一中所述残炭粒度为0-15mm。
本发明采用的原理包括：
碳氢联合还原技术为焙烧物料行进到回转窑焙烧中、后段时，通过回转窑出料端窑头罩的粒煤喷枪抛入挥发份较高的调质粒煤做还原剂，抛入的粒煤在经历煤的干馏过程中，其受热释放出的气态干馏物中h2一部分将直接做还原剂，还原反应后生成的h2o与co2继续做含碳物料中碳气化反应的气化剂，实现碳氢联合还原，其余h2及ch4、焦油、苯、萘等气态干馏物将从混合物料中排出到回转窑窑内做加热燃料，产出的固体干馏物，即残炭在混合物料中继续做碳基还原剂。
自热平衡技术为回转窑焙烧还原时，在窑内的含碳物料在热加工过程中，在煤的干馏、氢还原和以碳气化为核心的系列冶金还原反应产生了大量的冶金煤气，并从物料内排出到窑内燃烧空间，该冶金煤气的热值高、温度高，通过窑背风机往窑内配入适量的空气助燃，冶金煤气所放出的热量就足以满足回转窑自身的热需求，不用外供气体燃料即能达到自热平衡。
碳循环技术为将步骤四中分离出的残炭配入步骤一中循环使用，由于步骤一中使用的残炭粒度为0-15mm，粒度较大的部分残炭未配入球团内部，随铁精矿球团一并进入下一工艺环节直至步骤四中被分离出，由于在工艺过程中循环使用的残炭会继续发生破碎，因此粒度较大的残炭会逐渐成为粒度较小的残炭，直至粒度达到0-15mm即在步骤一进入球团为止。
本发明相较于现有技术的有益效果为：
1、在铁精矿球团中配入添加剂na2co3，采用碳氢联合还原，可将回转窑焙烧还原时间缩短至60-70min，产能提高到100万t/年以上，球团还原金属化率达到95%以上。
2、在铁精矿球团中配入添加剂na2co3，可提高金属化球团强度，满足高炉或转炉用料标准；在球团还原焙烧过程中，添加剂对铁晶粒产生金属聚集的作用，金属化球团磨选后铁粉品位可提高5-8百分点，金属回收率达到95%以上，可为制备超纯金属化铁粉或电炉生产纯净钢提供优质原料。
3、在回转窑焙烧中、后段抛入高挥发份调质煤，采用较高比例的h2参与球团还原过程，可将料温降低至950-1000℃，有效降低了系统能耗，且h2还原铁氧化物后产生h2o，可降低碳排放，利于环保。
4、采用950-1000℃的低料温还原技术，达不到feo形成低熔点化合物的温度点，避免了回转窑窑壁粘结feo形成的低熔点化合物液相，有效防止了回转窑结圈，提高了回转窑生产作业率。
5、采用碳循环和自热平衡技术，可不用外供气体燃料就能满足回转窑自身热量需要，进一步降低了系统能耗。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种铁精矿碳氢联合直接还原工艺，包括以下步骤：
步骤一、配料制粒：
将铁精矿、粒度为0-15mm残炭、膨润土、添加剂na2co3按质量比100：50-60：2：1-3配料混匀后进行制粒；
步骤二、焙烧还原：
将制粒后的铁精矿球团和部分残炭粒通过带式输送机加入回转窑入料端，物料在回转窑内随着窑的转动向出料端移动，同时与窑内烟气、窑壁进行热交换，温度逐步升高，行进过程中进行预热、干燥后进入焙烧前段，将物料温度控制在830-870℃，在焙烧中、后段将物料温度提高至950-1000℃，采用碳氢联合还原技术、自热平衡技术和碳循环技术还原铁精矿球团；
步骤三、物料冷却：
在回转窑内完成直接还原的物料在950-1000℃下从出料端排出，将物料在隔绝空气的情况下采用间接冷却的方法将物料冷却至温度≯150℃；
步骤四、成品处理：
冷却后的物料被送至干选室进行残炭分离，分离出的残炭进入残炭仓循环使用，分离出的金属化球团进入成品库干磨干选，得到铁粉；
步骤五、烟气处理：
回转窑窑尾处580-620℃的烟气进入重力沉降室降温除尘，温度降至430-470℃后进入u形管冷却器继续冷却至160-180℃，经布袋除尘器除尘后排出。
步骤一中所述添加剂为na2co3。
步骤一中所述铁精矿为磁铁精矿、赤铁精矿或混合铁精矿。
步骤一中所述残炭粒度为0-15mm。
实施例1：
一种铁精矿碳氢联合直接还原工艺，包括以下工艺环节：
原料的选择：
混合铁精矿：tfe53%、feo18.85%、sio28.5%
高挥发份调质煤：ad10.04%、vdaf35.21%、fcad56.62%、st.d0.6%mt9.9
qnet.var22910j/g
步骤一、配料制粒：
将铁精矿、粒度为0-15mm的残炭、膨润土、添加剂na2co3按质量比100：60：2：3配料混匀后进行制粒。
步骤二、焙烧还原：
将制粒后的铁精矿球团和部分残炭粒通过带式输送机加入回转窑入料端，物料在回转窑内随着窑的转动向出料端移动，同时与窑内烟气、窑壁进行热交换，温度逐步升高，行进过程中进行预热、干燥后进入焙烧前段，调整窑背风机助燃风将物料温度控制在830℃，在焙烧中、后段调整窑背风机助燃风将物料温度提高至950℃，总焙烧时间控制在60min，窑头粒煤喷枪按残炭配入量的0.65倍连续抛入高挥发份调质煤，采用碳氢联合还原技术、自热平衡技术和碳循环技术还原铁精矿球团。
步骤三、物料冷却：
在回转窑内完成直接还原的金属化物料在950℃下从出料端排出，将金属物料在隔绝空气的情况下进入夹套滚筒冷矿机采用间接冷却的方法将物料冷却至温度≯150℃。
步骤四、成品处理：
冷却后的金属化物料从滚筒冷矿机通过锁气卸灰阀卸到成品带式输送机送往干选室，通过永磁粉矿干式磁选机进行残炭分离，分离出的残炭通过溜槽送往残炭仓，再转运到残炭受料仓配料循环使用；分离出的金属化球团直接落入干选室下部的成品库。
步骤五、烟气处理：
回转窑窑尾处580℃的烟气进入重力沉降室降温除尘，温度降至430℃后进入u形管冷却器继续冷却至160℃，经布袋除尘器除尘后排出。
对得到的金属化球团进行tfe、mfe成分和抗压强度指标的检测（其中tfe表示金属化球团中铁的百分含量，mfe表示金属化球团中金属铁的百分含量，抗压强度是指金属化球团在外力施压时的强度极限）；然后对金属化球团磨选后的铁粉进行tfe检测。检测结果见表一：
表一铁精矿金属化球团检测结果
实施例2：
一种铁精矿碳氢联合直接还原工艺，包括以下工艺环节：
原料的选择：
磁铁精矿：tfe61.2%、feo26.49%、sio27.5%
高挥发份调质煤：ad10.04%、vdaf35.21%、fcad56.62%、st.d0.6%mt9.9
qnet.var22910j/g
步骤一、配料制粒：
将铁精矿、粒度为0-15mm的残炭、膨润土、添加剂na2co3按质量比100：50：2：1配料混匀后进行制粒。
步骤二、焙烧还原：
将制粒后的铁精矿球团和部分残炭粒通过带式输送机加入回转窑入料端，物料在回转窑内随着窑的转动向出料端移动，同时与窑内烟气、窑壁进行热交换，温度逐步升高，行进过程中进行预热、干燥后进入焙烧前段，调整窑背风机助燃风将物料温度控制在870℃，在焙烧中、后段调整窑背风机助燃风将物料温度提高至1000℃，总焙烧时间控制在62min，窑头粒煤喷枪按残炭配入量的0.65倍连续抛入高挥发份调质煤，采用碳氢联合还原技术、自热平衡技术和碳循环技术还原铁精矿球团；
步骤三、物料冷却：
在回转窑内完成直接还原的金属化物料在1000℃下从出料端排出，将金属物料在隔绝空气的情况下进入夹套滚筒冷矿机采用间接冷却的方法将物料冷却至温度≯150℃。
步骤四、成品处理：
冷却后的金属化物料从滚筒冷矿机通过锁气卸灰阀卸到成品带式输送机送往干选室，通过永磁粉矿干式磁选机进行残炭分离，分离出的残炭通过溜槽送往残炭仓，再转运到残炭受料仓配料循环使用；分离出的金属化球团直接落入干选室下部的成品库。
步骤五、烟气处理：
回转窑窑尾处620℃的烟气进入重力沉降室降温除尘，温度降至470℃后进入u形管冷却器继续冷却至180℃，经布袋除尘器除尘后排出。
对得到的金属化球团进行tfe、mfe成分和抗压强度指标的检测（其中tfe表示金属化球团中铁的百分含量，mfe表示金属化球团中金属铁的百分含量，抗压强度是指金属化球团在外力施压时的强度极限）；然后对金属化球团磨选后的铁粉进行tfe检测。检测结果见表二：
表二铁精矿金属化球团检测结果
实施例3：
一种铁精矿碳氢联合直接还原工艺，包括以下工艺环节：
原料的选择：
赤铁精矿：tfe45.24%、feo11.20%、sio210.58%
高挥发份调质煤：ad10.04%、vdaf35.21%、fcad56.62%、st.d0.6%mt9.9
qnet.var22910j/g
步骤一、配料制粒：
将铁精矿、粒度为0-15mm的残炭、膨润土、添加剂na2co3按质量比100：55：2：2配料混匀后进行制粒。
步骤二、焙烧还原：
将制粒后的铁精矿球团和部分残炭粒通过带式输送机加入回转窑入料端，物料在回转窑内随着窑的转动向出料端移动，同时与窑内烟气、窑壁进行热交换，温度逐步升高，行进过程中进行预热、干燥后进入焙烧前段，调整窑背风机助燃风将物料温度控制在850℃，在焙烧中、后段调整窑背风机助燃风将物料温度提高至980℃，总焙烧时间控制在62min，窑头粒煤喷枪按残炭配入量的0.65倍连续抛入高挥发份调质煤，采用碳氢联合还原技术、自热平衡技术和碳循环技术还原铁精矿球团；
步骤三、物料冷却：
在回转窑内完成直接还原的金属化物料在980℃下从出料端排出，将金属物料在隔绝空气的情况下进入夹套滚筒冷矿机采用间接冷却的方法将物料冷却至温度≯150℃。
步骤四、成品处理：
冷却后的金属化物料从滚筒冷矿机通过锁气卸灰阀卸到成品带式输送机送往干选室，通过永磁粉矿干式磁选机进行残炭分离，分离出的残炭通过溜槽送往残炭仓，再转运到残炭受料仓配料循环使用；分离出的金属化球团直接落入干选室下部的成品库。
步骤五、烟气处理：
回转窑窑尾处600℃的烟气进入重力沉降室降温除尘，温度降至450℃后进入u形管冷却器继续冷却至170℃，经布袋除尘器除尘后排出。
对得到的金属化球团进行tfe、mfe成分和抗压强度指标的检测（其中tfe表示金属化球团中铁的百分含量，mfe表示金属化球团中金属铁的百分含量，抗压强度是指金属化球团在外力施压时的强度极限）；然后对金属化球团磨选后的铁粉进行tfe检测。检测结果见表三：
表三铁精矿金属化球团检测结果