专利名称：一种电炉直接还原炼铁的方法
技术领域：
本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体地说是一种以电能为供热能源的非高炉炼铁方法，特别是通过铁矿石经过造球、多级反应器预热和预还原、电炉直接还原熔炼，产出合格的铁水，以提闻铁的回收率和降低生广成本。
背景技术：
自20世纪初一些国家开始研究和使用电炉炼铁，1908年第一座炼铁电炉在瑞典投入工业生产。至今在一些水电资源丰富的国家(如挪威)，以及具有高炉难以处理的特殊资源(如钒钛铁矿、砂铁、钛铁矿)的国家(如南非、新西兰)电炉炼铁仍得到应用和发展。目前用大型电炉冶炼钒铁矿的国家主要有南非海维尔德钢钒公司和新西兰钢铁公司，其生产能力分别为120万t和70万t。 回转窑预热预还原一电炉炼铁联合流程已成为电炉炼铁的基本形式。电炉冶炼普通铁矿获得的生铁的典型成分为C 3. 6% 4.2%，Si I % 3% ,Mn 0. I % 0.2%，P0. 02 % 0. 30 %，S<0. 05 % ;炉渣成分为 CaO 40 % 45 %，SiO2 25 % 30 %，Al2O3 15 % 25%;炼铁电炉煤气成分为CO 60% 75%，C02 15% 20%，H2 5% 8%，CH4 0 3%，热值可达10000kJ/m3，回收可做燃料使用，但煤气中含有极细的粉尘，脱尘净化困难。炼铁电炉冶炼普通铁矿的电耗为2000 2500kw -h/t铁水，电耗数量随原料的含铁品位升高而降低，当使用预热预还原的原料时电耗可大幅度下降，可降到1000 1500kW *h/t铁水,还原剂消耗无烟煤或劣质焦为400 450kg/t铁水，电极糊消耗可降到5. Okg/t铁水。电能供热占总的热收入98%以上，热支出中，水分蒸发分解，化合水及碳酸盐分解占10% 12%，氧化物还原占38 % 42 %，铁水、炉渣、炉气及炉尘带走显热占30 % 32 %，热损失占23 % 26%。目前常用的炼铁方法为传统的高炉炼铁，但是该方法存在能耗高、效率低、原料要求高等缺点。由于炼焦煤的缺乏以及具有高炉难以处理的特殊铁矿资源和水电资源的大开发，使得电炉炼铁工艺得到应用和发展。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供一种电炉直接还原炼铁的方法，通过球团化和流态化技术将铁矿石在多级反应器内进行预热和预还原，产出的热球团矿在电炉内直接还原熔炼，得到合格的铁水，有效地降低了铁矿冶炼过程的能耗和生产成本，实现了铁矿资源的高效利用，可以广泛地应用于工业生产。本发明的技术方案包括以下将多级反应器的出口和电炉的入口连接，在电炉中放置煤粉并进行加热，产生的煤气上升并通入多级反应器，然后将铁矿石球团化造球后放入多级反应器的第一级反应器中，并依次通过多级反应器与煤气进行悬浮流态化预热及同步预还原，再将从多级反应器中得到的铁矿石球团送入电炉中，煤气继续对铁矿石球团进行预热和还原，最后铁矿石球团通过电炉加热完成造渣、熔化和渣铁分离，同时铁矿石球团通过煤粉的最终还原、渗碳及脱硫反应，最终聚集在炉缸形成铁水层和炉渣层，渣铁从铁口、渣口放出，得到电炉炼铁后最终得到的铁水。在多级反应器中，还原性热风将热量传递给球团矿，对球团矿进行预热，同时还原性热风中的还原性气体与球团矿接触发生还原反应，选择性还原铁氧化物。所述铁矿石为含铁的矿石，其中P〈lwt%，S<0. lwt%。所述球团化造球得到的球团粒径为10 40mm。所述煤粉的含碳量为70wt%以上。所述电炉加热煤粉产生的煤气的成分中CO的含量为20 50mol%，所述煤粉为普
通市售。 所述多级反应器为具有多级功能的反应器，物料从一级反应器中进入，自上向下运行，气体从最后一级反应器中通入自下往上运行，与反应物料进行干燥、预热和预还原，可以适用于本发明的多机反应器为五级旋风预热器、三级旋风预热器或流化床等。所述电炉加热的温度为1400 1600°C。所述电炉中放置的煤粉加入量与多级反应器中加入铁矿石球团的比例按照煤粉中碳的含量与铁矿石球团中铁氧化物的还原反应比例进行匹配。所述电炉炼铁后最终得到的铁水的成分为C 3 4wt%，Si I 2wt%，Mn0. I 0. 2wt%, P 0. 02 0. 3wt%, S<0. 05wt%。如图I所示，所述铁矿石在造团的过程中加入溶剂进行配料，与现有技术中铁矿石的造团技术使用的溶剂和配比相同。所述在多级反应器中预热和预还原产生的烟尘可以收集后进行造团(造球)，其他杂质也可以回收再利用。由于传统的电炉不鼓风，间接还原区域小、时间短，电炉还原主要是直接还原，直接还原占总还原量的80 90wt%，由煤气产生的间接还原仅占10 20wt%。产生的煤气中CO含量高达20 50mol%，煤气既可以作为多级反应器的热源，又可以作为铁矿预还原的还原剂。煤气由最后一级反应器进入，从第一级反应器排出，可以被收集进行再利用。本发明与现有技术比较具有的优点和积极效果
(1)多级反应器预热和预还原一电炉直接还原熔炼的炼铁新方法是一种对铁矿资源利用工艺的全新探索与开发。铁矿预热和预还原同时在多级反应器内完成，缩短了工艺流程，减少了生产成本；
(2)电炉产生的煤气作为热源和还原剂，提高了资源利用效率，实现了资源循环利用；
(3)该方法可以用煤粉代替焦炭，省去炼焦工序，并且对矿石原料适应性较强，冶炼周期较短，铁水品质较高。该技术的开发可以大幅度降低冶炼能耗，改善操作条件和冶炼经济技术指标，提高经济效益，实现资源高效利用。
图I为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式以下结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明不限于以下所述范围。
实施例I :本实施例电炉直接还原炼铁的方法为选取云南澜沧某铁矿为原料，化学成分如表I所示，先对铁矿进行破碎、配料，将造球后粒径为10 20mm的铁矿石装入二级旋风预热器。将二级旋风预热器的出口和电炉的入口连接，在电炉中放置含碳量为70wt%的煤粉并进行加热，加热的温度为1400°C，产生的煤气上升并通入二级旋风预热器。球团化造球得到的球团。球团矿依次通过第一级反应器、第二级反应器，第一级反应器的温度为4000C ,第二级反应器的温度为800°C，球团矿在每级反应器的停留时间为20 30min。电炉加热煤产生的煤气的成分中CO的含量为20mol%，煤气作为还原性热风，首先进入第二级反应器，再进入第一级反应器，最终由第一级反应器排出。反应器排出的气体经过冷却器冷却后进入收尘系统，收集的烟尘返回电炉熔炼，气体被收集进行再利用。热球团矿直接进入电炉，经预热、分解、部分还原后在电弧下及附近的高温区迅速熔化，在很短时间内完成造渣、熔化、渣铁分离等过程，并在渣铁流经炉缸内赤热的焦层时进行终还原、渗碳及脱硫反应，最终聚集在炉缸形成铁水层和炉渣层，产出合格的铁水。电炉中放置的煤粉加入量与多级反应器中加入铁矿石球团的比例按照煤粉中碳的含量与铁矿石球团中铁氧化物的还原反应摩尔比例I. 5:1进行匹配，电炉产出的铁水中C 3. 6wt%, Si I. 5wt%, Mn 0. 2wt%, P0. 22wt%, S 0. 04wt%。表I云南涵沧某钱矿化学成分
权利要求
1.一种电炉直接还原炼铁的方法，其特征在于具体步骤包括将多级反应器的出口和电炉的入口连接，在电炉中放置煤粉并进行加热，产生的煤气上升并通入多级反应器，然后将铁矿石球团化造球后放入多级反应器的第一级反应器中，并依次通过多级反应器，再将从多级反应器中得到的铁矿石球团送入电炉中，最后铁矿石球团通过电炉加热，同时与煤粉的反应，得到电炉炼铁后的铁水。
2.根据权利要求I所述的电炉直接还原炼铁的方法，其特征在于所述铁矿石为含铁的矿石，其中 P<lwt%, S〈0. lwt%0
3.根据权利要求I所述的电炉直接还原炼铁的方法，其特征在于所述球团化造球得到的球团粒径为10 40mm。
4.根据权利要求I所述的电炉直接还原炼铁的方法，其特征在于所述煤粉的含碳量为70wt%以上。
5.根据权利要求I所述的电炉直接还原炼铁的方法，其特征在于所述电炉加热的温度为 1400 1600。。。
6.根据权利要求1、4或5所述的电炉直接还原炼铁的方法，其特征在于所述电炉加热煤粉产生的煤气的成分中CO的含量为20 50mol%。
7.根据权利要求I或4所述的电炉直接还原炼铁的方法，其特征在于所述电炉中放置的煤粉加入量与多级反应器中加入铁矿石球团的比例按照煤粉中碳的含量与铁矿石球团中铁氧化物的还原反应比例进行匹配。
8.根据权利要求7所述的电炉直接还原炼铁的方法，其特征在于所述电炉中放置的煤粉加入量与多级反应器中加入铁矿石球团的比例按照煤粉中碳的含量与铁矿石球团中铁氧化物的还原反应比例进行匹配。
9.根据权利要求I所述的电炉直接还原炼铁的方法，其特征在于所述电炉炼铁后最终得到的铁水的成分为C 3 4wt%，Si I 2wt%，Mn 0. I 0. 2wt%，P 0.02 0.3wt%，S〈0. 05wt%o
全文摘要
本发明公开了一种电炉直接还原炼铁的方法，属于钢铁冶金技术领域。将多级反应器的出口和电炉的入口连接，在电炉中放置煤粉并进行加热，产生的煤气上升并通入多级反应器，然后将铁矿石球团化造球后放入多级反应器的第一级反应器中，并依次通过多级反应器，再将从多级反应器中得到的铁矿石球团送入电炉中，最后铁矿石球团通过电炉加热，同时与煤粉的反应，得到电炉炼铁后的铁水。该技术的开发可以大幅度降低冶炼能耗，改善操作条件和冶炼经济技术指标，提高经济效益，实现资源高效利用。
文档编号C21B13/14GK102703635SQ20121022267
公开日2012年10月3日 申请日期2012年7月2日 优先权日2012年7月2日
发明者卿山, 李博, 李幼灵, 王 华 申请人:昆明理工大学