专利名称：直接还原铁的生产工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及直接还原法炼铁的技术领域，具体涉及一种将含铁原料在固态下直接还原为金属铁的工艺及装置。
现有技术中，直接还原铁由于成分稳定，有害杂质碳、磷、硫含量少，可作为炼钢的优质原料，也可替代废钢用作电炉冶炼优质钢、特殊钢的原料。因此，世界各国都对此进行了研究开发，但是已有的直接还原铁工艺，设备投资大，技术要求严，能量消耗高，尤其对原料及辅料的质量要求苛刻，这些不足之处严重地妨碍了生产的发展。
本发明的目的是提供一种投资小、能耗低、适合连续生产，而且选料范围宽，能直接将铁矿石、铁精矿、含铁尾矿、铁屑、废铁皮等在固态下还原为金属铁的生产工艺及设备。
下面结合附图及附图所示的实施例，对本发明的内容作详细描述，但本发明的内容不限于附图所示。
图1是本发明的工艺流程示意图；图2是本发明生产工艺的温度—时间曲线示意图；图3是组合式粘土质耐火匣钵B的结构示意图；图4是粉状物料在反应罐中形成的料柱主视图；图5是粉状物料在反应罐中形成的料柱俯视图；图6是图1中的A-A剖视图。
隧道窑(1)，窑车(2)，顶推车(3)，拖车(4)，卷扬机(5)，装车平台(6)，外输送轨道(7)、加热段(8)，还原段(9)，冷却段(10)，钵底(B1)，钵体(B2)，钵盖(B3)，混合料柱(C1)，铁矿料柱(C2)，外加热室(A1)，已装料的反应罐(A2)，内轨道(A3)。
本发明的目的可以通过以下生产工艺来实现1、选料加工①以铁原矿或铁精矿或有色选矿的含铁尾矿或轧钢氧化铁皮等铁的氧化物料或上述物料的两种以上混合物为原料，原料粒度≤40目，含水量＜5％；②以烟煤或无烟煤或次烟煤或褐煤为还原剂，其固定碳≥50％，挥发成分20-30％，灰份＜15％，颗粒直径≤4毫米；③以石灰或石灰石或白云石为固硫剂，其粒度≤20目；④以煤为燃料，其发热值≥5000大卡；⑤以果壳为添加剂，并将其加工成直径≤4毫米的颗粒；2、配料装罐(1)根据原料、还原剂、固硫剂的化学成分按下列化学反应方程式计算反应当量①还原剂的反应当量由下列化学方程式确定
②固硫剂的反应当量由下列化学方程式确定注化学方程式中的S是还原剂中的含硫量。
原料、还原剂、固硫剂按化学反应当量确定配料比，还原剂过量30-40％，其中1-3％是添加剂的含碳量；固硫剂过量10-20％。
(2)还原剂、固硫剂、添加剂按配料比均匀混合好，先在反应罐B的底部加入2厘米厚的混合料，然后在混合料的上部加盖一圆形的纸质材料。分别将粉状的铁矿料和混合料加入反应罐中并使之成为相间的柱状C1、C2，且铁矿料与反应罐内壁不接触，将反应罐的顶部再用混合料加满，盖上钵盖(B3)，并将钵底(B1)、钵体(B2)及钵盖(B3)的接触处用耐火泥封好。
3、连续生产将装好料的反应罐B分层堆放在窑车(2)上，由卷扬机(5)带动，推至垂直轨道A3，再由拖车(4)拉到预定位置，由顶推车(3)推入隧道窑(1)内进行还原反应，还原温度950±20℃，还原时间30-38小时，反应完毕后窑车被推出隧道窑，卸完罐的空窑车(2)用于下一次装料，耐火反应罐匣体可连续使用7次以上，在卸料场卸下已反应的反应罐，窑车(2)又可返回装车平台(6)装车；4、产品清理与还原剂的回收由窑车上卸下的反应罐B温度已降至30℃左右，可直接把呈柱状的产品取出，清理表面碳渣，即可得到直接还原铁产品。过量的还原剂可回收作燃料。
为实现本发明的工艺过程，本发明的生产装置包括隧道窑(1)，反应罐B和分料器C，隧道窑(1)设有外加热室(A1)，窑的下部设有内轨道(A3)并与外输送轨道(7)连接并形成一封闭的输送轨道，窑车(2)由卷扬机(5)带动，使之能在轨道上行走，在窑头处设有一推车(3)，以使窑车(2)能垂直进入窑内，并配有拖车(4)；反应罐B是用耐火材料制成的圆柱形匣钵，由钵底(B1)，钵体(B2)，钵盖(B3)组成，反应罐钵体尺寸可为φ220×310×20mm，钵底尺寸为φ240×20mm，钵底与钵体的底部相嵌便于固定和搬动。分料器C为一圆筒形，其直径比反应罐内径小，圆筒内设有隔板，隔板将圆筒分隔成4～8个圆点对称的扇形空柱，用于装铁矿料，其余空间用于装混合料。
本发明与现有技术相比具有以下显著的优点1、设备简单，操作简便，能连续生产，可实现机械化；2、本发明工艺合理，选料范围宽，能直接将铁矿石、铁精矿、含铁尾矿、铁屑、废铁皮等在固态下还原为金属铁，获得质量稳定，有害杂质少的炼钢优质原料，可替代废钢作为冶炼特种钢、优质钢的原料，这对于控制钢的化学成分，缩短精炼时间，有效地节约能源具有重要意义；3、采用组合式反应罐，容易更换易损的盖(B3)底(B1)可使反应罐使用7次以上，有效的降低生产成本；4、添加剂价格低，在高温下干馏为活性碳，可增加还原剂的还原活性；5、分料器将粉状铁矿料、混合料在反应罐中形成相间的柱状，便于产品的回收，并且保证铁矿不腐蚀反应罐。尤其是分料器能方便地变换外型尺寸，可满足不同客户的需要，设备投资远远低于常规工艺设备。
实施例1①备料采用含四氧化三铁的氧化铁块矿作原料，含铁品位68％，按以下重量比配料(单位公斤)铁矿石100烟煤(燃料)40烟煤(还原剂) 90(过量30％，固定碳60％)石灰(固硫剂) 5(过量20％)
果壳(添加剂) 0.1将铁块矿破碎，直径为40目；还原剂颗粒为4毫米，含水量为4％，将还原煤、固硫剂、添加剂均匀混合好。
②装罐取钵盖、钵体组合成反应罐，在罐体底层先加2厘米混合料，放入一张直径与罐的内径相同的纸，再将分料器C放入罐内，分别加入散状的原料，混合料，形成料柱后，取出分料器，并用混合料将罐加满，盖上钵盖(B3)，钵底、钵体与钵盖接触处用耐火泥涂抹。
③连续生产装好料的罐分层堆放在窑车上，被推进隧道窑内，还原温度为950℃，还原时间为36小时。反应完毕的窑车被推出隧道窑，冷却至室温。
④清理与回收由窑车和卸下的反应罐温度已达30℃左右，可直接把呈柱状的产品取出，清理表面碳渣，即可得到直接还原铁产品。
实施例2采用含铁尾矿和铁屑做原料，其混合原料的含铁品位为66％，以氧化铁(FeO)为主，原料含水量为3％，原料配比为(单位公斤)混合铁矿 100 (其中品位62％的含铁尾矿60公斤，品位72％的铁屑40公斤)还原煤(褐煤) 80 (过量25％，固定碳50％)燃料 (褐煤) 30固硫剂(石灰) 5添加剂(果壳) 0.1其它工艺步骤同实施例1。
权利要求
1.一种直接还原铁的生产方法，采用铁的氧化物作为主要原料，其特征在于采用以下工艺步骤A、选料加工①以铁原矿或铁精矿或有色选矿的含铁尾矿或轧钢氧化铁皮等铁的氧化物料或上述物料的两种以上混合物为原料，原料粒度≤40目，含水量＜5％；②以烟煤或无烟煤或次烟煤或褐煤为还原剂，其固定碳≥50％，挥发成分20-30％，灰份＜15％，颗粒直径≤4毫米；③以石灰或石灰石或白云石为固硫剂，其粒度≤20目；④以煤为燃料，其发热值≥5000大卡；⑤以果壳为添加剂，并将其加工成直径≤4毫米的颗粒；B、配料装罐①原料、还原剂、固硫剂按化学反应当量确定配料比，其中还原剂过量30-40％，固硫剂过量10-20％，②还原剂、固硫剂、添加剂按配料比均匀混合好，先在反应罐B的底部加入2厘米厚的混合料，然后在混合料的上部加盖一圆形的纸质材料，分别将粉状的铁矿料和混合料加入反应罐中并使之成为相间的柱状C1、C2，且铁矿料与反应罐内壁不接触，将反应罐的顶部再用混合料加满，盖上钵盖(B3)，并将钵底(B1)、钵体(B2)及钵盖(B3)的接触处用耐火泥封好；C、连续生产将装好料的反应罐B分层堆放在窑车(2)上，由卷扬机(5)带动，推至拖车(4)的位置，再由拖车(4)拉到顶推车(3)的位置，由顶推车(3)推入隧道窑(1)内进行还原反应，还原温度950±20℃，还原时间30-38小时，反应完毕后窑车(2)被推出隧道窑，卸完罐的窑车(2)又可返回装车平台(6)装车；D、清理与回收由窑车上卸下的反应罐B温度已降至30℃左右，可直接把呈柱状的产品取出，清理表面碳渣，即可得到直接还原铁产品，过量的还原剂可回收作燃料。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于采用以下工艺步骤①备料采用含四氧化三铁的氧化铁块矿作原料，含铁品位68％，按以下重量比配料(单位公斤)铁矿石100烟煤(燃料)40烟煤(还原剂) 90(过量30％，固定碳60％)石灰(固硫剂) 5(过量20％)果壳(添加剂) 0.1将铁块矿破碎，直径为40目，还原剂颗粒为4毫米，含水量为4％，将还原煤、固硫剂、添加剂均匀混合好，②装罐选用组合式反应罐10个，取钵盖、钵体组合成一反应罐钵，在罐体底层先加2厘米混合料，放入一张直径与钵的内径相同的纸，再将加料器C放入钵内，分别加入散状的原料，混合料，形成料柱后，取出加料器，并用混合料将反应罐加满，盖上钵盖(B3)， 钵底、钵体与钵盖接触处用耐火泥涂抹，③连续生产装好料的反应罐分层堆放在窑车上，被推进隧道窑内，还原温度为950℃，还原时间为36小时，反应完毕的窑车被推出隧道窑，冷却至室温，④产品清理、回收由窑车和卸下的反应罐温度已达30℃左右，可直接把呈柱状的产品取出，清理表面碳渣，即可得到直接还原铁产品。
3.一种生产直接还原铁的装置，包括隧道窑(1)，隧道窑(1)设有外加热室(A1)， 窑的下部设有内轨道(A3)并与外输送轨道(7)连接形成一封闭的输送轨道，并配有卷扬机(5)，拖车(4)及推车(3)；反应罐B是用耐火材料制成的圆柱形匣钵，由钵底(B1)，钵体(B2)，钵盖(B3)组成，钵底与钵体的底部相嵌，分料器C为一圆筒形，其直径比反应罐内径小，圆筒内设有异形断面的隔板，隔板将圆筒分隔成4～8个圆点对称的扇形空柱，用于装铁矿料，其余空间装混合料。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征是反应罐钵体尺寸可为φ220×310×20mm，钵底、钵盖尺寸为φ240×20mm。
全文摘要
本发明公开了一种将含铁原料在固态下直接还原为金属铁的工艺及装置。其特征是以铁的氧化物料为原料，以烟煤等为还原剂，以石灰等为固硫剂，以煤为燃料，以果壳为添加剂，将分料器C置于反应罐B中，分别将散状的铁矿料加入扇形的孔中，而将混合料加入反应罐的余下部分，在罐内分别形成混合料柱C1和铁矿料柱C2，由顶推车将反应罐B推入外加热室式隧道窑内进行还原反应，温度为950±20℃，还原时间30-38小时。
文档编号C21B13/00GK1147018SQ96100218
公开日1997年4月9日 申请日期1996年5月3日 优先权日1996年5月3日
发明者李继白, 吴孟丙, 卫修阳, 程鄂, 李明云 申请人:云南特钢集团公司