一种采用辅助还原的煤基直接还原工艺的制作方法

本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种采用辅助还原的煤基直接还原工艺。

背景技术：

直接还原技术，主要分为气基和煤基两种工艺。气基直接还原具有还原速度快、单机产能大等突出特点。目前，世界上气基直接还原dri产量约占总产量的80％，在直接还原工艺中处于主导地位。

在我国，由于天然气资源匮乏，煤炭资源丰富，煤基直接还原技术受到越来越多的关注。煤基直接还原是指直接以固体煤作还原剂对金属氧化物进行还原的方法，煤基直接还原可使用廉价的非焦煤作为还原剂。

我国煤基直接还原技术主要有：回转窑、隧道窑、转底炉、竖炉等工艺方法，虽然这些工艺都以煤作为还原剂，但在设备运行方式、燃烧加热、料床移动方、直接还原条件等方面有很大的差异。其中，煤基竖炉直接还原气氛条件较好，燃烧加热效率较高，而采用外加热方式效果尤其好。

煤基直接还原工艺的还原条件主要是还原温度条件和还原气氛条件。煤基直接还原以煤作为还原剂，在高温条件下，直接还原过程发生的主要反应如下：

fenom+mc→nfe+mco

mco+fenom→nfe+mco2

mco2+mc→2mco

还原气氛条件主要指co气氛，直接还原的还原速率与co浓度及co扩散有关。还原段的还原反应开始于c的直接还原，然后产生co。煤基直接还原速率受铁氧化物与c接触的限制，和co向铁氧化物中扩散的限制。

通常对于外配碳球团的直接还原，由于铁氧化物与c接触有限，co量少且产生慢，co向铁氧化物中扩散慢，导致煤基直接还原时间长、生产效率低。

技术实现要素：

本发明实施例涉及一种采用辅助还原的煤基直接还原工艺及一种短流程炼钢工艺，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种采用辅助还原的煤基直接还原工艺，将铁氧化物球团和煤基还原料投入至煤基竖炉还原室内，采用燃烧室对所述还原室进行加热以促使还原室内的炉料进行还原反应，向所述还原室内通入辅助气，所述辅助气为含co2且co与co2浓度比大于1的煤气，使co2与炉料中的c反应产生co，增加煤基竖炉还原室内co浓度，加快co向铁氧化物球团中扩散，以改善还原条件。

作为实施例之一，所述辅助气为所述还原室顶部排出的煤气。

作为实施例之一，还原温度控制在1000～1200℃。

作为实施例之一，所述煤基竖炉还原室包括自上而下依次连接的预热段、还原段和冷却段，所述辅助气从所述冷却段通入。

作为实施例之一，所述冷却段位于所述燃烧室外，采用水冷套的方式冷却，通入的辅助气与炉料换热以便进行辅助冷却。

作为实施例之一，所述煤基竖炉还原室包括自上而下依次连接的预热段、还原段和冷却段，所述冷却段位于所述燃烧室外，所述冷却段墙体内设有辅助气流道且所述辅助气流道延伸至所述还原段内，所述辅助气从所述还原段通入。

作为实施例之一，所述辅助气通过透气砖喷入所述还原段内。

作为实施例之一，所述炉料中的配碳量为350～500kg/tdri。

本发明实施例至少具有如下有益效果：

本发明提供的煤基直接还原工艺，通过向煤基竖炉还原室内通入适量的辅助气，利用辅助气中的co2与炉料中的c反应产生co以及辅助气中含有的co等，增加还原区co的浓度，提高co传质、扩散的速度，促进co还原炉料中的铁氧化物，降低直接还原度，从而提高还原速度和生产效率，降低能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的煤基直接还原竖炉的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种采用辅助还原的煤基直接还原工艺，将铁氧化物球团和煤基还原料投入至还原室1内，采用燃烧室2对所述还原室1进行加热以促使还原室1内的炉料6进行还原反应，向所述还原室1内通入辅助气5，所述辅助气5为含co2且co与co2浓度比大于1的煤气，使co2与炉料6中的c反应产生co，增加煤基竖炉还原室内co浓度，加快co向铁氧化物球团中扩散，以改善还原条件。

上述直接还原过程在煤基直接还原竖炉中进行，如图1，该煤基直接还原竖炉为外加热式竖炉，或者说为隔焰加热的竖炉，在还原室1内，铁氧化物球团与煤基还原料可以在隔绝空气的情况下进行还原反应。上述煤基直接还原竖炉可采用申请号为201510550196.6或申请号为201711234876.2的中国专利申请中提供的竖炉等外加热式竖炉，其具体结构此处不作赘述。

本实施例提供的煤基直接还原工艺，通过向还原室1内通入适量的辅助气5，利用辅助气5中的co2与炉料6中的c反应产生co，以及辅助气5中含有的co等增加还原区co的浓度，提高co传质、扩散的速度，促进co还原炉料6中的铁氧化物，从而提高还原速度和生产效率，降低能耗。

在上述煤基直接还原工艺中，铁氧化物球团可以为不配煤的不含碳球团原料，也可为与煤原料混合制备的含碳球团，优选为采用含碳的铁氧化物球团，其再与煤基还原料一起投入至还原室1内，球团内及球团外均可进行直接还原及间接还原反应，提高还原反应速度。上述的煤基还原料可以为焦炭粉、烟煤、无烟煤等煤基直接还原剂，其可与铁氧化物球团混合后再投入至还原室1内，也可与铁氧化物球团隔层布置，即按煤基还原料层、铁氧化物球团层、煤基还原料层、铁氧化物球团层的顺序铺料。作为优选，所述炉料6中的配碳量为350～500kg/tdri，即进行富余配碳，一方面保证与直接还原过程中产生的co2以及辅助气5中的co2进行反应，另一方面，可以防止炉料6在高温条件下粘结。

上述的辅助气5优选为是含co2且co/co2>1的煤气；由于co2与c生成co的反应吸热，且过多的co2会导致fe的再氧化，因此，通入的辅助气应该适量，尤其地，能够消耗一部分残c。辅助气的供气量与辅助气中co2的含量、co含量、h2含量以及铁矿石的成分、煤的成分、球团的大小、密度等因素有关，可以通过实验测定。

当采用含co2的煤气时，煤气中本身含有的co、h2等能进一步改善还原条件，例如，可以是该煤基直接还原竖炉本身的产物，就地取材，可进一步降低能耗，而且减少排放，即所述辅助气5为所述还原室1顶部排出的煤气；当然也可以是煤制气或转炉煤气等煤气。

进一步优化上述煤基直接还原工艺，如图1，所述还原室1包括自上而下依次连接的预热段、还原段和冷却段，所述辅助气5从所述冷却段通入，进一步优选为从冷却段上部喷入，此处的炉料6刚开始冷却，温度仍然较高，可以对辅助气5进行预热以及保证co2与炉料6中的c反应的优越环境，而且，将辅助气5从冷却段通入，其能够与下行炉料6中的未反应的残余c进行反应，为还原段提供co。而且此处的炉料6压力相对不大，辅助气5易于渗透上行。

本实施例中，如图1，所述冷却段位于所述燃烧室2外，通常采用水冷套的方式冷却，而下行炉料6在与辅助气5换热过程中也产生了一定的温降，提高缓冷效率。

如图1，可以直接在还原室1上设置喷头3，向还原室1内喷入辅助气5。在另外的优选实施方式中，在还原室1的墙体内设置辅助气流道，辅助气喷头3与该辅助气流道连通，而辅助气流道的靠近还原室1内腔的一侧墙体(也即还原室1内壁)采用透气砖，该结构不需要很大的喷吹速度及喷吹压力即可实现辅助气5向炉料6中渗透的目的，而且可以避免喷嘴被粉体炉料6堵塞的情况出现，以及，可以较好地冷却保护还原室1墙体，提高使用寿命。进一步优选地，上述辅助气流道自冷却段延伸至还原段内，使得辅助气5从还原段通入还原室1内，可以避免辅助气5污染冷却段内已形成的直接还原铁。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。