一种qdf直接还原工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属火法冶炼技术领域，具体涉及一种直接还原工艺。
【背景技术】
[0002]随着全球工业化进程的步伐加快，C02气体的大量排放对环境及气候的影响越来越显著，各国对工业生产过程中的节能减排要求越来越严格，全球来看，工业领域钢铁行业在温室气体排放中占比15 %，其中炼铁系统排放量占钢铁全流程排放的90 %，主要与高炉炼铁工艺流程长、焦化和烧结工序C02排放量大有关。因此，开发一种流程短、污染小、成本低、环境友好的炼铁新工艺是历史发展的必然趋势。
[0003]目前，非高炉炼铁技术主要有直接还原和熔融还原两大类，由于直接还原炼铁技术具有产品质量高、投资低、能耗低等优点，已成为炼铁行业重点开发的技术领域。
[0004]目前国内外生产海绵铁的直接还原短流程工艺，根据还原剂种类，有气基和煤基两大类，气基有MIDREX (米德雷克斯法)、HYL (希尔法)、F1R (流态化法)、FINMET (芬麦特法)等；煤基有回转窑法、转底炉法、外热反应罐法等。以上工艺均存在各自的不足，气基还原工艺需要优质的还原气资源作保障、还原过程难以控制、对原料要求高、还原产品均一性不够等缺点；煤基直接还原炉有原料要求高、能耗大、产量小、还原过程难以控制、作业率低、设备难以大型化等缺点，正是基于以上种种原因，目前还没有出现一种非高炉炼铁工艺在综合冶炼能力方面能取代高炉炼铁技术。
[0005]目前国内外生产海绵铁的直接还原短流程工艺，根据还原过程的运行特点，可归纳为两类，一类工艺在还原过程中还原装置是移动的，如转底炉、回转窑、隧道窑等，转底炉存在炉床一直在作圆周运动，炉床不断地处于升温、降温的循环过程，带来床体耐材易损坏、降低其寿命、床体结构件易变形、还原性气氛难以控制、产品金属化率低、难以大型化等缺点，回转窑存在窑内易结圈、还原区温度难以控制、产品质量不稳定、还原效果差等缺点，隧道窑也存在反应罐一直在不同的温度区间移动，带来了机械化装斜罐不稳定、人工装卸罐劳动强度大、反应罐处于反复升温降温过程导致罐体寿命低、产量低等缺点；另一类工艺在还原过程中被还原物料是移动的，如气基竖炉和煤基竖炉等，这类工艺被还原物料在反应器中一直处于向下移动的过程，由于物料和还原气均处于运动过程，还原的温度和时间均难以控制，因此要求原料球团必须达到较高的强度，对制粒设备的要求也较高，制粒工序处理时间长、粘结剂使用量大、干燥时间长，在还原炉内还原产品易粉化、易粘结，得到的还原产品均一性不佳、还原产品金属化率不理想等诸多问题，既增加能耗和生产成本，又降低还原产品金属化率。
[0006]专利号为CN2921740Y的专利公开了一种内外加热立式通道还原炉，专利号为CN101832706B的专利公开了一种外燃管式直接还原竖炉，这两个专利均属于煤基竖炉技术，共同特点是整个还原过程中还原设备不动、被还原物料移动，它们均存在以下问题:
[0007](I)采用竖炉进行直接还原，还原过程中还原室内为持续上料，还原过程中物料处于动态过程，对球团的强度要求较高，还原产品易粘结，还原时间受到限制；反应罐耐材要求耐磨性高、受力、受热不稳定，耐材耐温高、抗热震要求高，炉龄寿命降低；竖炉高度受限，投料难度大，生产效率低，年产量较小，单位产量建造成本高；
[0008](2)反应器划分成预热区、高温还原区、冷却区等三段式，各区温度控制难度加大，工况不稳定，炉型设计较复杂，炉料下降速度较难控制，生产效率低；
[0009](3)还原室为管式，所有反应罐位于同一个燃烧空间，燃烧室无特定形状的空间，由于每个还原室的位置不同，与炉墙烧嘴距离不同，易造成被加热程度各异，容易出现不同还原室内部的温度场不均匀，导致不同还原室的产品有差异；
[0010](4)由于所有还原室处于同一燃烧空间内，当出现单个还原室检修时，需全部停炉，造成全厂性停产。
【发明内容】
[0011]本发明要解决的技术问题在于，提供了一种QDF(Q，Quiescent，静态的；D，Direct，直接；F，Furnace，炉)直接还原工艺，该直接还原工艺具有原料适应范围广、温度场均匀、还原过程易控制、产品金属化率高、产量高等显著优点。
[0012]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种QDF直接还原工艺，采用燃烧室加热还原室生产高金属化率产品，包括以下工艺步骤:
[0013]STl:将含金属原料与还原剂粉料混匀，装入各还原室，在还原室中物料处于分散、均匀分布的状态，装料完毕后密封，在整个还原过程中，还原室和被还原物料均保持静止状态；
[0014]ST2:点燃所述燃烧室内持续供应的燃料和助燃气体，产生的热量均匀加热还原室内的物料，使含金属原料和还原剂在还原室内进行还原反应；所述还原室为一段式反应器，整个炉膛温度均匀一致，还原性气氛均匀一致；
[0015]ST3:待还原室物料反应完毕后，从还原室出料。
[0016]上述方案中，所述步骤STl中的含金属原料为块料、粉料或者将粉料与粘结剂混匀后制粒得到的粒状原料。
[0017]上述方案中，还原室和燃烧室都设置有多个，还原室和燃烧室间隔排列，或者一个还原室与分设在其两侧的两个燃烧室成组排列。
[0018]上述方案中，还原室和燃烧室的水平方向截面均为梯形或矩形，垂直方向截面为矩形。
[0019]上述方案中，所述还原室与燃烧室为模块化组合。
[0020]上述方案中，所述燃烧室内排出的高温烟气，通过高温热交换器来预热燃料和助燃气体，高温热交换器为蓄热炉或耐高温金属换热器。
[0021]上述方案中，所述含金属原料为铁矿粉、镍矿粉、含铁粉料或钒钛粉料中的至少一种。
[0022]上述方案中，所述燃料为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、煤制煤气或天然气中的至少一种。
[0023]上述方案中，所述还原剂为无烟煤、烟煤、褐煤、焦炭或木炭中的至少一种。
[0024]实施本发明的QDF直接还原工艺，具有以下有益效果:
[0025]I)还原过程中还原室和被还原物料均为静止状态，可达到的效果有:
[0026]a、由于物料在反应过程中处于静止状态，避免了发生破损，因此对粒状原料的强度要求降低，提高了制粒工序生产效率，减少粘结剂的使用量，从而降低制粒工序的能耗和成本；
[0027]b、由于物料在反应过程中处于静止状态，还原时间可以延长，提高还原产品的金属化率，或缩短还原时间以提高生产效率。
[0028]2)还原室为一段式反应器，无预热区及冷却区，可达到的效果有:
[0029]a、可实现还原过程温度场均匀、还原室空间密闭、还原性气氛均匀一致，工况稳定，提尚还原广品的整体质量；
[0030]b、可实现还原温度可调、可控，提高还原产品金属化率，可使产品金属化率达90%以上。
[0031]3)含金属原料和还原剂粉料在还原室中处于分散、均匀分布的状态，可达到的效果有:
[0032]a、还原剂和含金属原料充分接触，提高还原效率；
[0033]b、含金属原料处于疏松状态的还原剂粉料中，能充分消除还原过程中粒状原料的膨胀作用，整体物料对还原室大墙无应力作用，延长还原室大墙寿命。
[0034]4)出料端的粒状高金属化率的产品呈独立、均匀、无粉化状态，并且还原产品颗粒之间、产品与还原室内壁之间不粘结，简化了还原产品的后道筛分、成型等工序，降低了成本及能耗。
[0035]5)还原室工况稳定，形状规则，大墙采用简易形状的普通耐火材料砌筑即可，整体构造简单，寿命长，一代炉龄可达20年以上。
[0036]6)可通过调节燃烧室温度来控制还原室温度，因此，该还原工艺可实现多种不同金属原料的直接还原，可处理金属原料范围广。
[0037]7)还原剂粉料仅作还原剂使用，无需作燃料使用，因此还原剂选择范围广。
[0038]8)提供燃烧室的燃料仅作为燃烧提供热量，无需作为还原剂使用，因此燃料选择范围广。
[0039]9)还原室和燃烧室为多单元组合式，可实现在线检修，对全厂生产影响较小。
[0040]10)还原室为窄长空间，因此单个还原室的可设计得较大，并且还原室与燃烧室为模块化组合，还原室的数量可根据产量需要调整，单炉产量可达200万吨/年以上。
[0041]11)燃烧室流出的高温烟气采用高温热交换器进行热量回收，预热进入燃烧室的低温燃气和助燃空气，可提高还原炉系统热效率。
[0042]12)还原室产生的还原性气体返回至燃烧室再利用，这部分还原性气体具有较高的热值。
[0043]13)还原室的布料和出料方式灵活，可采取顶部或侧部进料，侧部或底部出料，生产操作方便，可提高场地的适用性，便于还原炉的新建或改造。
【附图说明】
[0044]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0045]图1为本发明QDF直接还原工艺流程图；
[0046]图2a为本发明QDF直接工艺所采用的还原装置实施方式一的俯视图；
[0047]图2b为本发明QDF直接工艺所采用的还原装置实施方式二的俯视图。
【具体实施方式】
[0048]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的