专利名称：一种直接还原铁的还原窑炉设备和方法
技术领域：
本发明涉及直接还原铁技术领域，具体涉及一种直接还原铁的还原窑炉设备和方法。
背景技术：
中国是世界第一大粗钢产量国，2011年钢产量突破7亿吨，年需要废钢9000多万吨，还原铁需求量为500万吨。我国年进口还原铁300万吨，而还原铁(海绵铁)年产量仅为60万吨。我国又是一个贫铁矿资源丰富的国家，低贫呆矿占铁矿资源97%以上，但每年还需要从国外进口 6亿吨的铁矿石。另外，我国每年还有上亿吨的硫酸渣、铜渣、除尘灰等含铁废料产生。现在，我国是一个非焦煤储量丰富的国家，焦煤资源日益频发，因此国家出台相关政策，鼓励发展直接还原铁和非焦炼铁工艺技术开发与应用。提高还原铁的产量和质量以及开发我国大量的低贫呆矿及含铁废料使其资源是一件化迫在眉睫的事业。煤基隧道窑罐式法在我国走过30年历史，煤基隧道窑罐式法工艺比较稳定、成熟，项目分布相对比较普遍。目前，我国年60万吨直接还原铁(海绵铁)，大都是煤基隧道窑罐式法生产的。传统的煤基隧道窑罐式法生产直接还原铁(海绵铁)，必须采用昂贵的耐火罐(吨还原铁消耗耐火罐一般在230-280元/吨)，工艺落后造成能耗高、还原时间长，劳动力消耗高、产品质量差等原因，造成生产运行成本高、销路不畅等实际问题。使中国尽管是世界上钢产量第一大国，可直接还原铁的年产量不及印度半个月的产量，造成钢铁公司的直接还原铁有大量的缺口，不得不化高价大量进口国外的直接还原铁。煤基隧道窑罐式法生产还原铁的目前工艺，只能采用TFe ^ 66%的铁精矿粉或铁鳞直接还原还原铁。传统的煤基隧道窑罐式法也无法利用低品位矿石及含铁废料直接还原分离出高品位的还原铁产品。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种直接还原铁的还原窑炉设备和方法，在综合降低成本的同时，通过对低品位矿石及含铁废料的还原，分离出高品位的还原铁广品。本发明的直接还原铁的还原窑炉设备，采用上述的还原窑炉设备，包括窑顶、助燃风管道、燃气管道、烧嘴、料盘，支撑座、曲封、窑车、燃烧室、料池和蓄热辐射室，其中窑顶与料池之间为燃烧室，燃烧室侧壁设有烧嘴，助燃风管道、燃气管道与烧嘴相连，窑车上端设置的支撑座支撑着料盘，料盘、支撑座与窑车之间的空间为蓄热辐射室，窑车通过曲封与窑炉连接。所述的料盘采用碳化硅材质。本发明的直接还原铁的方法，按如下步骤进行
(1)预热窑炉设备，使其温度达到1110 1200°C；
(2)将被还原物料制成直径为08 16mm球团后与还原剂按质量比为3:1混合，并将、混合物料装入窑车的料盘中，所述的还原剂为煤粉，其化学成分按质量百分比为固定碳为66. 94%、灰份为21. 43%、挥发份7. 96%，水份为3. 0%、S为0. 67% ； (3)通过布料机将覆盖剂平铺到混合物料上方，平铺厚度为10 25mm，将窑车推入窑炉，所述覆盖剂其化学成分按质量百分比为固定碳35 45%，挥发份2. 5 6. 5%，灰分50 55%，水份3. 0 5. 0%，碱度R为0. 15 0. 2，粒度为0. I 3mm ;
(4)使被还原物料在还原气体气氛下还原得到还原铁产品，还原温度为1180 1320°C，还原时间为4 10小时，所述还原气体为H2或⑶。
上述的被还原物料为羚羊石矿、鮞状赤矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、红土镍矿、锰铁矿、铬铁矿、硼铁矿、钒钛磁铁矿、富钛渣及含铁的硫酸渣、铅锌渣、铜渣、除尘灰或除尘污泥。上述还原剂尾粉中80%的煤焦循环再利用。与现用技术相比，本发明的特点及其有益效果是
本发明窑炉料盘为碳化硅材质，其导热系数很高，传导和辐射热量效果较好。由于料池上面的覆盖剂受热熔融后，会迅速形成10 25mm的熔融隔层，其向料池中的混合物料传导热量的同时起到了蓄热体的作用，使能量得到更好的利用，节省了能源。在窑炉高温还原阶段，覆盖剂形成的熔融隔层使混合物料料池处于半密封状态，还原剂在1200 1320°C温度下形成了主要成分为4和CO的还原气体，还原气体气压高于标注气压300 llOOPa，其只能从熔融隔层的缝隙挥发，燃烧室内氧气无法接触混合物料，使被还原物料在还原气体气氛下还原，当窑车运行到冷却段时，熔融隔层随温度的降低，逐渐凝固成一体，有效防止了氧气进入料池内，防止还原铁二次氧化，从而使被还原物料金属化率最高达到99% ;本发明窑炉料盘的U型结构设计，使料盘在还原窑炉的高温段中形成一个大的蓄热体，料池中的被还原物料处一直处于马弗状态；窑车料盘下部四角处设置的支撑座，使料盘下部形成了蓄热辐射室，有利于被还原物料的温度相对均匀，减少了还原时间；窑车的料盘下设有的曲封，防止火热上窜并防止料池中的还原气体下行，同时起到料池底板的作用。传统隧道窑罐式法生产还原铁的还原时间一般为粘土罐28 31小时、碳化硅罐38 42小时，本发明无需昂贵的耐火罐，降低生产运行成本200多元/吨，并且还原时间大大的缩短，还原时间为4 10小时；本发明无需考虑球团成球的水份含量、粉矿率、常温和高温强度、转鼓指数等苛刻条件，只要球团能装入料池内即可；本发明工艺回收还原剂中80%以上的尾粉煤焦，用于覆盖剂的原料，此一项就比传统煤基隧道窑罐式法降低50%以上的还原煤消耗。本发明适用于各种高、低品位矿，尤其适合难选矿、复合矿和工业含铁废渣，生产出高质量砾铁和直接还原铁产品。
图I为本发明的直接还原铁的还原窑炉设备的结构示意图，其中窑顶I、助燃风管道2、燃气管道3、烧嘴4、料盘6，支撑座7、曲封8、窑车9、燃烧室10、料池11、蓄热辐射室12。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例。下述实施例采用中试直接还原铁窑炉设备，长22. 5米，高2. 5米，宽I. 8米，包括窑顶I、助燃风管道2、燃气管道3、烧嘴4、料盘6，支撑座7、曲封8、窑车9、燃烧室10、料池11和蓄热辐射室12，其中窑顶I与料池11之间为燃烧室10，燃烧室10侧壁设有烧嘴4，助燃风管道2、燃气管道3与烧嘴4相连，窑车9上端设置的支撑座7支撑着料盘6，料盘6、支撑座7与窑车9之间的空间为蓄热辐射室12，窑车9通过曲封8与窑炉连接。所述的料盘6采用碳化硅材质。实施例I
采用上述直接还原铁的还原窑炉设备直接还原铁，按如下步骤进行
(1)预热直接还原铁的窑炉设备，使其温度达到1110°C；
(2)将TFe=67.4%的羚羊石制成直径为08 16mm球团后与还原剂按质量比为3:1混合，并将混合物料装入窑车的料盘中，所述的还原剂为煤粉，其化学成分按质量百分比为固定碳为66. 94%、灰份为21. 43%、挥发份7. 96%，水份为3. 0%、S为0. 67% ；
(3)通过布料机将覆盖剂平铺到混合物料上方，平铺厚度为10 25mm，将窑车推入窑炉，所述覆盖剂其化学成分按质量百分比为固定碳38. 9wt%，挥发份4. 5wt%,灰分53. 60wt%,水份 3. 0wt%,碱度 R 为 0. 15，粒度为 0. I 3mm ;
(4)使被还原物料在还原气体气氛下还原得到还原铁产品，还原温度为1230°C,还原时间为10小时，所述还原气体为H2。羚羊石球团被还原处理后的砾铁产品的全铁为92. 20%,金属化率为96. 84% ;砾铁率为89. 29%，砾铁密度7. 74t/m3，尾矿含铁量为I. 12%，还原后的回收煤焦的指标为固定碳为61. 84%、灰份为34. 16%、挥发份3. 6%，水份为0%、S为0. 4%。实施例2
采用上述直接还原铁的还原窑炉设备直接还原铁，按如下步骤进行
(1)预热的直接还原铁的窑炉设备，使其温度达到1200°C；
(2)将TFe=40.46%的羚羊石制成直径为08 16mm球团后与还原剂按质量比为3:1混合，并将混合物料装入窑车的料盘中，所述的还原剂为煤粉，其化学成分按质量百分比为固定碳为66. 94%、灰份为21. 43%、挥发份7. 96%，水份为3. 0%、S为0. 67% ；
(3)通过布料机将覆盖剂平铺到混合物料上方，平铺厚度为10 25mm，将窑车推入窑炉，所述覆盖剂其化学成分按质量百分比为固定碳35wt%，挥发份6. 5wt%，灰分53. 50wt%,水份5. 0wt%,碱度R为0. 15，粒度为0. I 3mm ;
(4)使被还原物料在还原气体气氛下还原得到还原铁产品，还原温度为1320°C,还原时间为6小时，所述还原气体为CO。羚羊石球团被还原处理后的砾铁产品的全铁为96. 23%，金属化率为96. 97% ;砾铁率为89. 86%，砾铁密度7. 74t/m3，尾矿含铁量为I. 12%，铁的回收率为98. 67%。实施例3
采用上述直接还原铁的还原窑炉设备直接还原铁，按如下步骤进行
(1)预热的直接还原铁的窑炉设备，使其温度达到1200°C；
(2)将TFe=45.76%的鮞状赤铁矿制成直径为08 16mm球团后与还原剂按质量比为3:1混合，并将混合物料装入窑车的料盘中，所述的还原剂为煤粉，其化学成分按质量百分比为66. 94%、灰份为21. 43%、挥发份7. 96%，水份为3. 0%、S为0. 67% ；
(3)通过布料机将覆盖剂平铺到混合物料上方，平铺厚度为10 25mm，将窑车推入窑炉，所述覆盖剂其化学成分按质量百分比为固定碳38. 9wt%,挥发份4. 5wt%,灰分53. 60wt%,水份 3. 0wt%,碱度 R 为 0. 15，粒度为 0. I 3mm ;
(4)使被还原物料在还原气体气氛下还原得到还原铁产品，还原温度为1180°C,还原时间为6小时，所述还原气体为CO。鮞状赤铁矿球团被还原处理后的砾铁产品的全铁为94. 12%，金属化率为96. 16% ；砾铁率为85. 06%，砾铁密度I. 13t/m3，尾矿含铁量为I. 20%，铁的回收率为97. 12%。实施例4 采用上述直接还原铁的还原窑炉设备直接还原铁，按如下步骤进行
(1)预热的直接还原铁的窑炉设备，使其温度达到1200°C；
(2)将TFe=53.20%的钒钛磁铁矿制成直径为08 16mm球团后与还原剂按质量比为3:1混合，并将混合物料装入窑车的料盘中，所述的还原剂为煤粉，其化学成分按质量百分比为固定碳为66. 94%、灰份为21. 43%、挥发份7. 96%，水份为3. 0%、S为0. 67% ；
(3)通过布料机将覆盖剂平铺到混合物料上方，平铺厚度为10 25mm，将窑车推入窑炉，所述覆盖剂其化学成分按质量百分比为固定碳38. 9wt%,挥发份4. 5wt%,灰分53. 60wt%,水份 3. 0wt%,碱度 R 为 0. 15，粒度为 0. I 3mm ;
(4)使被还原物料在还原气体气氛下还原得到还原铁产品，还原温度为1250°C，还原时间为4小时，所述还原气体为H2。钒钛磁铁矿球团被还原处理后的金属铁粉为91. 98%，金属化率为93. 56% ;尾矿含铁量为2. 02%，铁的回收率为96. 29%。实施例5
采用上述直接还原铁的还原窑炉设备直接还原铁，按如下步骤进行
(1)预热的直接还原铁的窑炉设备，使其温度达到1200°C；
(2)将TFe=38.46%的铜渣制成直径为08 16mm球团后与还原剂按质量比为3:1混合，并将混合物料装入窑车的料盘中，所述的还原剂为煤粉，其化学成分按质量百分比为固定碳为66. 94%、灰份为21. 43%、挥发份7. 96%，水份为3. 0%、S为0. 67% ；
(3)通过布料机将覆盖剂平铺到混合物料上方，平铺厚度为10 25mm，将窑车推入窑炉，所述覆盖剂其化学成分按质量百分比为固定碳38. 9wt%，挥发份4. 5wt%，灰分53. 60wt%,水份 3. 0wt%,碱度 R 为 0. 15，粒度为 0. I 3mm ;
(4)使被还原物料在还原气体气氛下还原得到还原铁产品，还原温度为1200°C，还原时间为6小时，所述还原气体为CO。铜渣压球被还原处理后的砾铁为93. 89%，金属化率为95. 46% ;尾矿含铁量为
I.22%，铁的回收率为97. 29%。实施例5
采用上述直接还原铁的还原窑炉设备直接还原铁，按如下步骤进行
(1)预热的直接还原铁的窑炉设备，使其温度达到1180°C；
(2)将TFe=56.16%的硫酸渣制成直径为08 16mm球团后与还原剂按质量比为3:1混合，并将混合物料装入窑车的料盘中，所述的还原剂为煤粉，其化学成分按质量百分比为固定碳为66. 94%、灰份为21. 43%、挥发份7. 96%，水份为3. 0%、S为0. 67% ；
(3)通过布料机将覆盖剂平铺到混合物料上方，平铺厚度为10 25mm，将窑车推入窑炉，所述覆盖剂其化学成分按质量百分比为固定碳38. 9wt%，挥发份4. 5wt%，灰分53. 60wt%,水份 3. 0wt%,碱度 R 为 0. 15，粒度为 0. I 3mm ;
(4)使被还原物料在还原气体气氛下还原得到还原铁产品，还原温度为1210°C,还原时间为6小时，所述还原气体为CO。 硫酸洛造球被还原处理后的碌铁为94. 18%,金属化率为96. 02% ;尾矿含铁量为
0.98%，铁的回收率为98. 29%。权利要求
1.一种直接还原铁的还原窑炉设备，其特征在于包括窑顶(I)、助燃风管道(2)、燃气管道(3)、烧嘴(4)、料盘(6)，支撑座(7)、曲封(8)、窑车(9)、燃烧室(10)、料池(11)和蓄热辐射室(12)，其中窑顶(I)与料池(11)之间为燃烧室(10)，燃烧室(10)侧壁设有烧嘴(4)，助燃风管道(2)、燃气管道(3)与烧嘴(4)相连，窑车(9)上端设置的支撑座(7)支撑着料盘(6)，料盘(6)、支撑座(7)与窑车(9)之间的空间为蓄热辐射室(12)，窑车(9)通过曲封(8)与窑炉连接。
2.根据权利要求I所述的一种直接还原铁的还原窑炉设备，其特征在于所述的料盘(6 )采用碳化娃材质。
3.一种直接还原铁的方法，采用权利要求I所述的还原窑炉设备，其特征在于按如下步骤进行 (1)预热窑炉设备，使其温度达到1110 1200°C； (2)将被还原物料制成直径为08 16mm球团后与还原剂按质量比为3:1混合，并将混合物料装入窑车的料盘中，所述的还原剂为煤粉，其化学成分按质量百分比为固定碳为66. 94%、灰份为21. 43%、挥发份7. 96%，水份为3. 0%、S为0. 67% ； (3)通过布料机将覆盖剂平铺到混合物料上方，平铺厚度为10 25mm，将窑车推入窑炉，所述覆盖剂其化学成分按质量百分比为固定碳35 45%，挥发份2. 5 6. 5%，灰分50 55%，水份3. 0 5. 0%，碱度R为0. 15 0. 2，粒度为0. I 3mm ; (4)使被还原物料在还原气体气氛下还原得到还原铁产品，还原温度为1180 .1320°C，还原时间为4 10小时，所述还原气体为H2或⑶。
4.根据权利要求3所述的一种直接还原铁的方法，其特征在于所述的被还原物料为玲羊石矿、麵状赤矿、赤铁矿、揭铁矿、菱铁矿、红土镇矿、猛铁矿、络铁矿、砸铁矿、钥；钦磁铁矿、富钛渣及含铁的硫酸渣、铅锌渣、铜渣、除尘灰或除尘污泥。
5.根据权利要求3所述的一种直接还原铁的方法，其特征在于回收还原剂尾粉中80%的煤焦循环再利用。
全文摘要
一种直接还原铁的还原窑炉设备和方法，属直接还原铁技术领域。本发明的直接还原铁的窑炉设备，包括窑顶、助燃风管道、燃气管道、烧嘴、料盘，支撑座、曲封、窑车、燃烧室、料池和蓄热辐射室，其中窑顶与料池之间为燃烧室，燃烧室侧壁设有烧嘴，助燃风管道、燃气管道与烧嘴相连，窑车上端设置的支撑座支撑着料盘，料盘、支撑座与窑车之间的空间为蓄热辐射室，窑车通过曲封与窑炉连接。本发明的直接还原铁的方法，按如下步骤进行预热上述窑炉设备，将被还原物料还原剂按混合装入窑车的料盘中，通过布料机将覆盖剂平铺到混合物料上方，将窑车推入窑炉使还原得到还原铁产品。本发明节省了能源，减少了还原时间，还原铁的回收率高。
文档编号C21B13/00GK102643942SQ20121011148
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月16日 优先权日2012年4月16日
发明者唐竹胜, 陶立群 申请人:沈阳博联特熔融还原科技有限公司