专利名称：海绵铁生产方法
技术领域：
本发明涉及一种直接还原铁生产的方法，尤其是能够生产电炉冶炼优质钢用的直接还原铁产品。
背景技术：
直接还原铁，简称DRI(Direct Reductiong Iron)，也称海绵铁，是用高品位铁矿、球团矿或铁磷等杂质含量低的氧化铁在固态直接还原生产的冶金产品，不仅可作为废钢代用品，而且是冶炼优质高效钢材必不可少的原料。同时它的成品含碳量较低、有害杂质少、其能源不用焦炭而用不能炼焦的原煤，是一种短流程、低污染、节能降耗的钢铁冶金新技术。
目前，公知的直接还原铁生产工艺主要有竖炉法、回转窑法、隧道窑法和转底炉法等。
在直接还原铁工业生产中，气基竖炉法Midrex，HYLIII法占据绝对优势，其主要工艺流程是将原煤制成煤气供加热和还原，铁矿石通过炉顶密封罐加入竖炉，自上而下运动，铁矿石和还原气在逆向对流运动中发生热交换和还原反应。还原尾气从炉顶导出，经冷却净化后返回煤气系统。而铁矿石被还原成海绵铁，并继续向下运动，进入竖炉下部。还原性的冷却气从竖炉底部送入，对海绵铁进行保护性冷却。冷却尾气从竖炉中部导出，经冷却净化后返回煤气系统。海绵铁被冷却后，经螺旋排料机排出竖炉。竖炉存在的主要问题有焙烧风量偏小，冷却风量偏大；气流分流不合理，上行冷却风量或下行焙烧风量控制不当；焙烧带靠近导风墙侧以及整个均热带的气流较薄弱；产品质量均一性不够，有悬料故障。
回转窑法主要原理是固体燃料/还原剂与入窑料混合，窑头装有空气/燃料烧嘴进行供热，沿窑身长度方向要装有不同形式的喷嘴，喷入空气和补充燃料，以调整CO/CO2比和温度。在较高温度和较高CO/CO2比值下完成还原，产品排入密封的水冷式冷却桶冷却后进行磁选。回转窑的机械化程度高、生产率较高、单台设备的产量较大，但回转窑有一定的局限性，首先运行中会带来物料磨损、破碎和粉末的产生，倘若炉料强度不高、粉末控制不佳、窑内某点过热，势必会影起困扰回转窑运行的结圈问题；其次对还原剂和燃料的煤种也有一定的要求，只有反应性良好的烟煤和褐煤才适用；然后产品易受煤含硫量的影响，为降低含硫量需向窑内加脱硫剂，这样增加了残炭分选的难度，导致操作费用昂贵，增加了成本；另外，还存在产品质量不高、产品粉化率高、生产效率较低、热效率低、填充系数一般在10％-20％等缺点。
隧道窑法主要是将精矿粉、煤粉、石灰石粉，按照一定的比例和装料方法，分别装入还原罐中，然后把罐放在罐车上，推入条形隧道窑中或把罐直接放到环形轮窑中，料罐经预热1150℃加热焙烧数十小时和冷却之后，使精矿粉还原，得到直接还原铁，此种方法可以生产出满足电炉炼钢需要的DRI，但是单位产量低，占地面积大，成本高，劳动强度大，机械化程度低。
转底炉法是一项新的煤基直接还原工艺，在国外主要有Inmetco-Redsmelt、Fastmet、FASTMELT以及COMET等工艺，在国内主要有科锋转底炉法。转底炉法主要是首先将含铁粉料、煤粉料、脱硫剂混匀后造球，或是像COMET法取消造球而进行分层布料；然后将均匀混合的原料烘干并预热后加入转底炉中，随着炉底的旋转，炉料依次经过预热区、还原区、中性区反应完毕后卸入有耐火材料的热运输罐内或快速冷却。该方法中普遍存在产品的含硫量不能满足电炉炼钢的要求，另外也存在DRI的再氧化问题，导致产品的金属化率较低。
发明内容
本发明的目的为了克服上述现有技术存在的缺陷和问题，提供一种新的海绵铁生产方法。本方法采用了竖炉直接还原中物料自上而下的连续运行方式，但加热和还原方式又不同于竖炉法；采用了隧道窑法的隔焰加热方式，而又不同于隧道窑中反应罐单体加热和物料静止靠台车运行的还原冷却方式，从而实现了高度机械化生产海绵铁。
海绵铁生产方法，按以下步骤进行(1)、原料的制备将含铁氧化物的铁矿粉与粘结剂混合造球，铁球外层粘上一层碳粉再经高温烟气氧化成双层氧化铁球；(2)、直接还原将双层氧化铁球和无烟煤或焦碳末加入还原炉中的SiC反应罐中，对物料进行预热和还原，物料自上而下连续自动运行，物料在反应罐中运行10-15小时，反应罐中上部为氧化铁球团，下部为海绵铁球团(DRI)；(3)、出炉热处理将制得的海绵铁球团自动落入还原炉下部的保温斜槽中，经过封闭式振动分离器将还原剂过筛后落入废还原剂收集斗中，热的DRI球团落入带N2气保护的保温罐车中，或通入H2进行脱C、S、O的热处理，生产低C、S、O的DRI；或在N2气保护下运到储料仓，或带N2气保护的水冷却仓，制备无氧化的海绵铁球团(DRI)；或在带N2气保护的保温仓，与热轧机相连，将热的DRI轧制成热压块DRI；或运到炼钢车间直接进电炉炼钢。
加入的双层氧化铁球与无烟煤粉或焦碳末按重量比计为1∶0.2-0.5。
还原炉中的SiC反应罐的上部温度为800～900℃，中下部为1100～1200℃。还原炉用煤气、天燃气或油加热。
本发明的优点(一)、双层造球传统还原工艺中是将精矿粉等氧化铁粉与粘结剂混合后造成球直接与还原剂混合后装入还原，往往出现DRI球与球之间粘结，球与炉壁(或反应罐)粘结，严重影响生产运行。
为了克服这一缺点，本工艺发明了双层球技术，即将造成的氧化铁球团固化后再粘上一层透气的还原剂，还原时物料仍然能实行还原工艺过程，又使球与球之间、球与炉壁或反应罐之间不粘连，保证生产顺利进行；(二)、还原炉结构1、本技术综合利用了竖炉的物料运行技术，又运用了成熟的隧道窑加热技术，避免了两种炉的弱点；2、在炉中实行宽断面炉型，而在还原铁的生产中隧道窑断面最宽仅3.5m；3、双层SiC罐实行内外加热，在相同的断面加热情况下透热尺寸缩短50％；4、在炉中冷却带改为热处理，而在竖炉中预热、还原、冷却为一体；(三)、反应罐的创新——透气反应罐在反应罐上部采用了透气的反应罐，使反应气体进入燃烧室中回收利用，减少反应器回收的外部系统，节约能耗和投资；(四)、保护保温热出炉热送技术1、海绵铁(DRI)与还原剂实行出炉热分离；2、用N2保护运输和热处理后，增加产品含铁量和实行多品种生产；物料进行无氧化热送炼钢。
(五)、回收利用技术已用过的还原剂通过筛分处理后返回燃煤系统，与燃煤混合成型后可供造气，节约造气煤。
图1为本发明的工艺流程示意图。
图2为本发明所用还原炉的结构示意图。图中，1-预热带，2-加热还原反应带，3-排烟系统，4-烧咀，5-外反应罐，6-内反应罐，7-内烧咀，8-保温层，9-下料口。
具体实施例方式
还原工艺具体说明
(二)、原料混合成型，双层造球、压块，内层为氧化铁球团，外层为粘结的还原剂，与还原剂混装于专用料车中。
(三)、通过装有模具和具有升降装置活动小车将原料及还原剂同时装入还原炉内的双层反应罐中进行预热和还原。
(四)、还原炉中每一反应罐中有Ф300的内反应罐，用煤气在反应罐内外加热，反应罐中间也可以装用过的还原剂混合一定量的燃煤压成蜂窝状置于其中，由自动抽风而燃烧，进行节能型的内加热。
(五)、还原炉采取了竖炉的炉料运行方式和隧道窑的加热方式，取其所长，避其之短，独成一体。
还原炉的结构如图2所示，设计为高7000×宽5500×长8000，还原炉高、宽、长均为内部尺寸，每排有Ф1000×7000高的反应罐4个，6排，共24个。
反应罐高7000mm，根据其高度在炉两边设有上、中、下多排烧咀，炉内1/3上部为预热带，2/3下部为加热还原反应带。烧咀与周边圆罐成切线方向喷射，形成紊流式加热使炉温均匀。氧化球团及还原剂连续自上加入，还原产物球状DRI从下部通过液压门控制开闭和流下量，连续卸入振动床中。
(六)、用带隔栅的振动床将DRI和废还原剂进行热分离，DRI进入通N2气防氧化的保温罐车中和废还原剂收集斗中，待运入还原剂仓中进行分离。能用的颗粒还原剂再配入还原剂中实行循环利用，节约能耗。
(七)、保温料车中DRI仍有800～900℃温度，通过调节保护气氛可以实行1.通N2进行无氧化冷却，比传统的直接冷却，其O2含量降低2％左右；2.采用通N2+H2保温冷却，在800～900℃保温1-2h，可实现降C、S的热处理过程，生产低C、S的DRI；3.可以热送到保温料仓中，实现热压块或热装到炼钢炉中。按500℃热装，可节电10～20％。
本发明的典型特点采用了竖炉的物料运行方式，但不同于竖炉的加热和冷却方式；采用隧道窑隔焰加热的通道方式，但不同于隧道窑单层加热方式，而采用内外加热方式。
1、炉料在炉内受内外加热，实现快速还原和热出炉；2、反应气在炉内二次燃烧助热节能；3、一炉多孔同一通道，热效率高，且能实现一炉多品种生产；
4、两步还原法一步进行直接还原，二步利用余热进行热处理；5、通过通入N2、H2、煤气等保护气体有效的调节海绵铁中的C、S、O，可实行无二次氧化的高品位海绵铁含铁量可达97％以上，低C、S、O其中C≤0.20％、S≤0.02％、O≤1.00％，粉末冶金用及冷却剂用海绵铁；渗C剂用高C海绵铁等；6、通过夹层水套或保温容器调节出炉海绵铁的质量，并可实现远距离热送热装炉，节约炼钢能耗；7、可直接生产高密度热压(轧)块海绵铁；8、生产过程容易实行机械化装出料，改善劳动环境和降低工人劳动强度；9、无粘结、悬料等故障，设备运行可靠；10、废还原剂再利用率高，节约能耗；11、可生产球状、棒状、环状、板状等各种形状海绵铁；12、适用于矿山使用精矿粉、高品位铁矿石大规模生产DRI，也适用于冶金企业使用轧钢氧化铁皮及钢厂含铁尘泥生产DRI实行循环综合利用；13、通过振动运输对热海绵铁与还原剂进行热分离。
权利要求
1.海绵铁生产方法，按以下步骤进行(1)、原料的制备将含铁氧化物的铁矿粉与粘结剂混合造球，铁球外层粘上一层碳粉再经高温烟气氧化成双层氧化铁球；(2)、直接还原将双层氧化铁球和无烟煤或焦碳末加入还原炉中的SiC反应罐中，对物料进行预热和还原，物料自上而下连续自动运行，物料在反应罐中运行10-15小时，反应罐中上部为氧化铁球团，下部为海绵铁球团(DRI)；(3)、出炉热处理将制得的海绵铁球团自动落入还原炉下部的保温斜槽中，经过封闭式振动分离器将还原剂过筛后落入废还原剂收集斗中，热的DRI球团落入带N2气保护的保温罐车中，或通入H2进行脱C、S、O的热处理，生产低C、S、O的DRI；或在N2气保护下运到储料仓，或带N2气保护的水冷却仓，制备无氧化的海绵铁球团(DRI)；或在带N2气保护的保温仓，与热轧机相连，将热的DRI轧制成热压块DRI；或运到炼钢车间直接进电炉炼钢。
2.根据权利要求1所述的海绵铁生产方法，其特征在于加入的双层氧化铁球与无烟煤粉或焦碳末按重量比计为1∶0.2-0.5。
3.根据权利要求1所述的海绵铁生产方法，其特征在于还原炉中的SiC反应罐的上部温度为800～900℃，中下部为1100～1200℃。
4.根据权利要求1所述的海绵铁生产方法，其特征在于还原炉用煤气、天燃气或油加热。
全文摘要
本发明涉及海绵铁生产方法，按以下步骤进行(1)将原料制备成双层氧化铁球；(2)再将双层氧化铁球和还原剂加入还原炉中的反应罐中，对物料进行预热和还原制得海绵铁球团；(3)将制得的海绵铁球团落入保温斜槽中，分离还原剂，将热的DRI球团在带N
文档编号C22B1/14GK1818081SQ20061001849
公开日2006年8月16日 申请日期2006年3月9日 优先权日2006年3月9日
发明者李森蓉, 李雄 申请人:武汉桂坤科技有限公司