含铁矿粉的直接还原炼铁方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冶金领域，具体而言，涉及一种含铁矿粉的直接还原炼铁方法及系统。
【背景技术】
[0002]人类最早获得铁的方法是直接还原法，但原始工艺复杂、效率低，不能适应人类进步的需要，后被二步法取代。随着人们对钢铁需求的巨大增长，冶金焦供应日趋紧张，使得直接还原炼铁工艺再次得到发展。根据还原剂类型进行分类，还原炼铁的方法主要有使用气体还原剂的气基直接还原炼铁法和使用固体还原剂的煤基直接还原炼铁法两大类。2006年世界直接还原铁总产量达到5980万吨，而以生产能力和实际产量而论，气基法为主导，约占80.3%，煤基法仅占约19.7%。目前全世界有十几种直接还原法实现了工业化生产，包括Midrex、Hyl、流化床、煤基回转窑和转底炉法等，只有气基竖炉工艺Midrex和Hyl-1II可以大型化生产，产品质量高、投资低、能耗在现行直接还原生产方法中最低。2012年世界直接还原铁总量7402万吨，而Midrex工艺和Hyl-1II工艺生产的直接还原铁所占比例达到76.
[0003]现有的Midrex工艺一般以天然气重整后的高温重整气作为还原气，使块状或球团矿料在竖炉内加热、还原；使用冷却后的重整气冷却竖炉下部的还原铁。在还原过程中，因粉料会堵塞矿料间隙影响还原效率而对矿料粒度有一定要求，一般为10?30mm，<5mm的粉末不应大于5% ;矿料在竖炉内一般设置为堆积状态，因气体在堆积状态的矿料中的扩散较慢，充分还原需6h左右，加上其还原、冷却均在炉体内进行，进一步延长工序时间还会导致炉内温度与气体成分控制不便。
[0004]现有的Hyl工艺设备由重整炉与4?5个反应罐体组成，重整炉使用天然气产生还原所需气体，反应罐体依次进行矿料的排料和装料、预还原、还原、冷却四道工序，四道工序依次进行，每隔3h有一个反应罐体排出冷的直接还原铁，该工艺将各个阶段分开进行，有利于工艺控制，用于反应的矿料为10?18mm的块矿或球团矿，且罐体内块状或球团矿也为堆积态。同时四个反应罐体的还原气出入都为独立体系，因此其线路管道复杂，不易管理。改进后的Hyl-1II工艺将反应罐体变成竖炉，采用高压操作，从还原装置排出的烟气不再返回重整炉，这样，即使还原系统出现故障，也不会影响重整炉的工作，但同样存在还原时间长的问题。
[0005]现有流化床工艺常用的为F1r流态法，其使用0.25?4mm范围的矿料，矿料在流化床上处于悬浮状态，增加了与还原气体接触的面积，但由于矿石颗粒仍较粗，仅在一定程度上减少还原时间，同时，细粒矿粉易逸出和气体利用率低，为解决这些问题，一般采用多个流化床串联使用，以增加矿石和还原气体的接触时间来提高气体利用率，这样使工艺变得复杂。
[0006]上述多种工艺系统中，为使还原气体达到使用要求，还需要设置多个气体加热、冷却装置，这不仅增加了设备投资，还使工艺体系变得复杂。
[0007]由此可见，目前的直接还原炼铁技术普遍存在还原效率低，工艺设备复杂等问题，因此，亟需一种还原效率高、工艺简单，有利于提高金属化率的方法和系统。
【发明内容】
[0008]本发明旨在提供一种含铁矿粉的直接还原炼铁方法及系统，以解决现有技术中普遍存在还原效率低、工艺设备复杂的问题，有利于提高金属化率。
[0009]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种含铁矿粉的直接还原炼铁方法，该含铁矿粉的直接还原炼铁方法包括:步骤Sl，800?1000°C下，使用还原气体对含铁矿粉进行闪速还原，在20?120S内完成还原反应得到包含直接还原铁和尾气的混合物；步骤S2，对混合物进行气固分离，分别得到直接还原铁与尾气；其中，还原气体中氢气和一氧化碳体积之和大于还原气体总体积的70%。
[0010]进一步地，上述步骤SI包括:步骤Sll，将含铁矿粉预热至400?800°C，以及将还原气体加热至850?1050°C ;步骤S12，将预热后的含铁矿粉送入闪速还原炉中，并将加热后的还原气体通入闪速还原炉中，使含铁矿粉在伴随还原气体流动的过程中完成还原，得到包含直接还原铁和尾气的混合物。
[0011]进一步地，上述尾气用于步骤Sll中含铁矿粉的预热。
[0012]进一步地，在上述步骤SI之前，含铁矿粉的直接还原炼铁方法还包括调节步骤，使得还原气体中氢气和一氧化碳体积比为(0.8?1.5):1。
[0013]进一步地，上述含铁矿粉的粒度小于0.1mm;含铁矿粉为铁精粉、赤铁矿粉、褐铁矿粉、菱铁矿粉和赤泥中的一种或多种，且含铁矿粉中铁品位优选不低于35%。
[0014]根据本发明的另一方面，提供了一种含铁矿粉的直接还原炼铁系统，含铁矿粉的直接还原炼铁系统包括还原气体制备装置、用于还原气体与含铁矿粉进行闪速还原的闪速还原装置和气固分离装置；还原气体制备装置与闪速还原装置连通；闪速还原装置与气固分离装置连通。
[0015]进一步地，上述还原气体制备装置包括用于调节富氧煤气中氢气和一氧化碳体积比的气体调节单元、二氧化碳脱除单元和气体加热单元，气体调节单元与二氧化碳脱除单元连通，二氧化碳脱除单元与气体加热单元连通，气体加热单元与闪速还原装置连通；或者，还原气体制备装置包括用于将天然气重整为含有一氧化碳和氢气的还原气体的催化重整单元，催化重整单元具有天然气进口和重整气体出口，重整气体出口与闪速还原装置连通。
[0016]进一步地，上述闪速还原装置包括含铁矿粉预热单元、闪速还原炉和高温风机，含铁矿粉预热单元包括一级或多级旋风预热器，具有尾气-矿粉入口、预热尾气出口和热矿粉出口；闪速还原炉具有还原气体进口、热矿粉进口和混合尾气出口，闪速还原炉为多段，优选相邻各段之间以缩口连通，还原气体进口设置在闪速还原炉的底部且与还原气体制备装置连通，热矿粉进口设置在还原气体进口的上方与含铁矿粉预热单元的热矿粉出口连通，混合尾气出口与气固分离装置连通，优选闪速还原炉竖直设置；高温风机的入口与预热尾气出口连通。
[0017]进一步地，上述气固分离装置包括气固分离装置入口、直接还原铁出口与尾气出口，气固分离装置入口与闪速还原炉的混合尾气出口连通，气固分离装置的尾气出口与含铁矿粉预热单元尾气-矿粉入口连通。
[0018]进一步地，上述直接还原炼铁系统还包括尾气处理单元，尾气处理单元包括气体换热器，布袋除尘器和洗涤塔，气体换热器的入口与高温风机的出口连通；气体换热器的出口与布袋除尘器的入口连通；布袋除尘器的出口与洗涤塔的入口连通。
[0019]应用本发明的技术方案，闪速还原过程中含铁矿粉被高温还原气体携带运动，在800?1000°C下，20?120S内快速的完成还原反应。其中含铁矿粉处于悬浮流动状态，气(高温还原气体)、固(含铁矿粉)间具有极大的传热传质能力，为堆积态反应的50倍以上，因此具有极快的反应速度，能够大大缩短反应时间；上述还原气体中氢气和一氧化碳体积之和大于还原气体总体积的70%，可以加快反应速度，促进还原反应的完全进行，避免产生中间还原产物，有利于提高金属转化率，如此，上述还原过程简单、还原效率高，有利于提高金属化率。
【附图说明】
[0020]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0021]图1示出了本申请一种典型实施方式提供的含铁矿粉的直接还原炼铁方法的流程不意图；
[0022]图2示出了本申请一种优选实施例提供的含铁矿粉的直接还原炼铁方法的步骤SI的流程不意图；
[0023]图3示出了本申请以富氧煤气为原料气时的还原气体制备装置的结构示意图；
[0024]图4示出了本申请以天然气为原料气时的还原气体制备装置的结构示意图；
[0025]图5示出了本申请一种优选的实施例的闪速还原装置的结构示意图；
[0026]图6示出了本申请另一种优选的实施例提供的气固分离装置与含铁矿粉三级预热单元连通的结构示意图；
[0027]图7示出了本申请又一种优选实施例提供的尾气处理单元的结构示意图；以及
[0028]图8示出了本申请又一种优选实施例提供的直接还原炼铁系统的结构示意图。
[0029]附图标记如下:
[0030]100-还原气体制备装置；200_闪速还原装置；300_气固分离装置；400_尾气处理单元；11-气体调节单元；12_ 二氧化碳脱除单元；13_气体加热单元；14_催化重整单元；21-含铁矿粉预热单元；22_闪速还原炉；23_高温风机；41_气体换热器；42_布袋除尘器；43-洗涤塔。
【具体实施方式】
[0031]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0032]在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种含铁矿粉的直接还原炼铁方法，如图1所示，该含铁矿粉的直接还原炼铁方法包括:步骤SI，800?1000°c下，使用还原气体对含铁矿粉进行闪速还原，在20?120S内完成还原反应得到包含直接还原铁和尾气的混合物；步骤S2，对该混合物进行气固分离，分别得到直接还原铁与尾气，其中，还原气体中氢气和一氧化碳体积之和大于还原气体总体积的70%。
[0033]上述闪速还原过程中含铁矿粉被高温还原气体携带运动，在800?1000