一种利用甲醇直接还原球团矿的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种球团铁矿石的甲醇还原工艺，具体设及甲醇与氨气混合气体还原 球团矿的工艺。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着钢铁工业的迅速发展，钢铁行业的总能耗、溫室气体和各类污染物的 排放、铁矿石、焦炭资源的日益匿乏越来越受到社会各界的关注，加快冶金行业循环经济发 展进程，促进节能减排新理论、新方法、新技术、新工艺、新材料和新装备的发展，已是钢铁 行业的大势所趋和必然选择。球团矿的直接还原工艺作为一项非高炉炼铁工艺，是近代炼 铁技术中重要的工艺流程。气基直接还原铁工艺是当前直接还原工艺的主要方向，气基直 接还原是指在矿石尚未烙化溫度下，采用气体对矿粉进行还原，直接将铁氧化物还原成金 属铁的工艺方法。常见的气基还原性气体为:也、C0等。
[0003] 氨气作为高能燃料、还原性气体、用于氨-碳烙融还原炼铁、氨还原高炉炼铁等冶 金领域，是清洁、高效提取冶金技术的重要发展方向，不仅可W从根本上减少焦炭使用量， 降低C0油巧义，而且生铁产品具备低碳、憐、硫含量等优点，在还原铁氧化物的动力学和传热 方面具有明显的优势。然而，氨冶金技术面临着诸多的问题，限制了其发展:首先氨还原铁 氧化物为吸热反应，氨气在反应器中起到提供反应热与还原剂的作用，然而氨气作为物理 热造成了氨能的利用率低;此外，氨还原铁氧化物获得产物活性大，高溫下易引起物料粘 结，导致严重后果，而低溫下又无法满足还原要求;另外，钢铁生产规模巨大，氨气的来源W 及如何解决低能耗低成本制氨成为了氨冶金所面临的重要问题。
[0004] 设及碳还原的炼铁流程是钢铁生产中C〇2的主要排放工序，直接和相关排放占钢 铁行业总排放量的90% W上。高的C0油巧义量使得基于氨还原的"氨冶金"日益受到广泛关 注。因此，低碳还原技术能很好的解决W上问题，是目前利用氨能炼铁，降低C0油巧义的可行 性方案。
[0005] 传统的碳还原工艺需要天然气作为还原气源，其局限性十分明显，需要具有特殊 的地域优势，W煤制气原理上固然可行，但其投资成本巨大。另外，流化床反应器中煤气的 利用效率较低，使依靠纯还原气循环使用也是不经济的。因此，开发非天然气还原技术是一 个相对理想和经济的选择，开发出经济、廉价、稳定的还原气源是碳还原工业化的关键。
[0006] 故本发明设定氨气气体中混入部分由甲醇液体汽化产生的甲醇气体，甲醇作为一 种有机醇类，其沸点较低，易于汽化，且可W在一定溫度下裂解生成氨气W及一氧化碳等还 原性气体，不但可W作为氨气的来源之一，也可W提供部分碳源。实现低碳的氨还原，可降 低成本。同时，还原过程中再应用原位阻抗检测系统，使得还原过程与电化学测试体系实现 了良好的禪合，从而及时反映出还原过程中的阻抗变化，通过阻抗的变化控制反应的进程， 安全可靠。
【发明内容】
[0007]本发明的目的之一是提供一种针对氨气还原球团矿，采用部分甲醇代替氨气，实 现低碳还原的直接还原工艺，W解决现有球团矿直接还原工艺的不足，不仅可降低成本，具 有良好的经济性；目的之二是还原过程采用原位电化学阻抗检测，既能将电化学与非高炉 炼铁相结合，又能及时反映球团矿阻抗变化，操作工艺简单，实用价值大。
[000引本发明是通过W下技术方案实现的：一种利用甲醇直接还原球团矿的工艺，包括 W下步骤:该工艺首先将甲醇液体汽化，再通入一定压力的氮气，氮气将甲醇气体带出与氨 气发生器所产的氨气按照合适的比例均匀混合，再将混合气体通入至已升溫达还原溫度的 高溫管式炉内，与加工改造过的球团矿进行高溫下的还原反应，每隔20min检测还原过程中 球团的阻抗变化，待球团阻抗值稳定后，停止供气，待溫度降至室溫，得到的还原产物为Fe 或化3C，取还原后的球团矿表层粉末若干，用研鉢研磨经筛选后，取一定量进行XRD分析。
[0009] 进一步，所述氨气同氮气甲醇混合气体的比例介于1:9到9:1之间。
[0010] 进一步提供氮气的压力为5-13MPa。
[0011] 进一步，所述球团矿改造工艺如下:将待还原球团矿打磨出两个平面，并在两个平 面上打出两孔，称取质量记录下来，在两孔内梓入螺钉，螺钉连接两导线，然后，将球团矿置 于瓷舟内，放入管式炉的刚玉管内，用炉钩推瓷舟到刚玉管的中屯、位置，将氧化侣炉塞置于 合适位置，保持两导线不接触，从一端引出，连接于VMP-2电化学工作站。
[0012] 进一步，所述甲醇液体汽化的工艺为：采用恒溫磁力揽拌器将甲醇液体加热至溫 度为67-80°C，甲醇液体汽化。
[0013] 进一步，所述氨气采用氨气发生器电解水制取，氨气产生的流量在10-500ml/min 之间。
[0014] 进一步，所还原溫度为750-900°C。
[0015] 进一步，所述电化学测试系统采用VMP-2电化学工作站，ΚΞ电极体系进行交流阻 抗测试。
[0016] 本发明的另一目的是提供上述还原工艺的还原装置，该装置包括:氮气瓶、1号流 量计、氨气发生器、2号流量计、甲醇汽化装置、3号流量计、混气阀、4号流量计、管式气氛炉 和VMP-2电化学工作站；
[0017] 其中，所述氨气发生器通过2号流量计与所述混气阀一端连通，所述氮气瓶通过1 号流量计与所述甲醇汽化装置的一端连通，所述甲醇汽化装置的另一端通过所述3号流量 计与所述混气阀一端连通，所述混气阀的另一端通过4号流量计与管式气氛炉的进气口连 通，所述VMP-2电化学工作站通过线缆与所述管式气氛炉数据连接。
[0018] 进一步，所述甲醇汽化装置由恒溫磁力揽拌器和密封容器组成。
[0019] 本发明开发了一种利用甲醇还原球团矿的直接还原工艺，该工艺首先将甲醇液体 汽化，再通入一定压力的氮气，氮气将甲醇气体带出与氨气发生器所产的氨气按照合适的 比例均匀混合，再将混合气体通入至已升溫达750-900°C的高溫管式炉内，与加工改造过的 球团矿进行高溫下的还原反应，还原时间则根据球团矿的质量控制，固定于球团矿两侧的 导线与电化学工作站相连，进而实现原位检测球团矿的阻抗变化。
[0020] 本发明优点：
[0021] 本发明的优点在于W氨气发生器制氨，可采用核电、水电、风力及地热等可再生能 源转化电能制氨;能W甲醇代替部分氨气，降低氨气还原球团矿过程中氨气使用比例，实现 低碳还原;能实现原位检测，实现了及时监控还原阻抗的变化。
[0022] 本发明采用甲醇汽化后在高溫下裂解产生的C0和出作为还原性气体，工艺简单， 投资、消耗较少。同时，采用甲醇液体加热汽化的方式可W通过添加甲醇量而及时补充所需 的还原性气体，工序方便简易，可实现彻底的还原。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明所述的一种利用甲醇直接还原球团矿的工艺，W及还原时所应用到 的原位阻抗检测系统示意图。
[0024] 图2为球团矿改造加工的接线图。
[0025] 图3为球团矿通氨气、甲醇后的阻抗值及变化曲线。
[0026] 图4为球团矿通氨还原后的X畑曲线。
[0027] 图5为球团矿通氨、甲醇还原后的X畑曲线。
[00%]图6为本发明一种利用甲醇还原球团矿的直接还原工艺流程图。
[0029] 图中：1、氮气瓶;2、1号流量计;3、氨气发生器;4、2号流量计;5、甲醇汽化装置;6、3 号流量计;7、混气阀;8、4号流量计;9、管式气氛炉；10、电化学工作站;11、螺丝;12球团矿。
【具体实施方式】
[0030] 为了更好的了解本发明的内容、特点、优势，W下结合附图和实例对本发明工艺进 行详细的说明，具体内容如下：
[0031] 实施例1:
[0032] 结合图1和图2,本实施例的一种利用甲醇直接还原球团矿的工艺系统由氮气瓶1、 1号流量计2、氨气发生器3、2号流量计4、甲醇汽化装置5、3号流量计6、混气阀7、4号流量计 8、管式气氛炉9和阻抗检测系统等组成。
[0033] 将球团矿打磨出两个平面，并在两个平面上打出两孔，称取质量记为3.659g，在两 孔内梓入螺钉，螺钉连接两导线。然后，将球团矿置于瓷舟内，放入管式炉的刚玉管内，用炉 钩推瓷舟到刚玉管