专利名称：转底炉生产珠铁及分离方法
技术领域：
本发明为非高炉固态还原生产铁的方法。
现在世界年产钢七亿多吨，其原料有两种，一种来自自然资源即矿石，主要由高炉炼成生铁作为炼钢原料；另一种来自二次资源即废钢。随着钢铁工业的发展，这两种原料都遇到严重的挑战。
现代化大型高炉及其辅助设备包括烧结和炼焦等，投资大，建设周期长；对焦煤的成分要求严格，由于炼焦煤资源日益短缺，质量下降，价格上涨，炼焦生产造成环境污染严重，冶理污染的难度大耗资多，许多国家现有焦炉即将退役，新建焦炉为环保和投资都受到限制，因此，从全球和长远看，焦炭的供应难以为继；现代高炉规模大，缺少灵活性，难以适应市场经济需求，故大型现代化高炉的发展受到极大的限制。
大多数国家和地区废钢资源都不丰富，国际市场上废钢价格越来越贵而质量却不断下降，有害杂质随着废钢循环使用而积累增加，以致必须用部分清洁的代用品即直接还原铁(海绵铁域生铁来稀释。
为了寻求以煤代焦和以直接还原铁代废钢，世界上已经开发出若干新的炼铁工艺；以煤代焦的新炼铁工艺，主要有三种，第一种是Corex工艺，用氧烧煤，熔炼经竖炉预还原的块矿或球团，产品为热铁水。已在南非和韩国等地形成年产30～60万吨铁的生产规模。但吨铁的煤耗和氧耗较高，分别大于1.1t和500m3，包括制氧站的总投资巨大。第二种是回转窑工艺，具体类型很多，由于其生产效率低，操作上易结图，对煤的成分和性质有特殊要求，设备投资很大，难以发展。第三种是转底炉工艺如Fastmet，Inmetco等，这是一种较新的，前景看好的煤基直接还原方法，均处于试生产或小规模的生产阶段。转底炉的原料为含炭球团，燃料为天然气或燃油，其设备为环形结构，环形炉壁包括内墙和外墙，环形炉盖，环形炉底是以一定速度转动，并且附设燃烧装置。转底炉采用连续加料和连续放出直接还原铁的成品，含炭球团从转底炉入料口装入转底炉的环形空间的底部，利用燃烧装置燃烧燃料加热转底炉的环形空间，入炉的含炭球团经过转底炉回转，被予热，加热和还原，回转一周逐渐完成还原过程。由于转底炉生产的直接还原铁(简称DRI即海绵铁)为电弧炉提供纯净的金属料。因此，要求铁精矿和煤的品位极高，尤其是化学成分要求铁含量高，磷、硫低，脉石少，其直接还原铁产品才可直接为电弧炉的原料。但是，世界范围内的优质的铁矿和煤矿，储量少，仅少数国家有这种原料；为了向电弧炉提供实用的优质的炉料，必须降低铁精矿和煤的品位，扩大转底炉原料范围，则采用转底炉生产的直接还原铁，必须经过熔分炉熔化分离炉渣和铁液后，才能得到符合电炉要求的炉料。近年来德国德马格采用转底炉和矿热电炉双联法，由转底炉生产直接还原铁，矿热电炉熔化分离铁液和炉渣，获得优质的生铁，向电炉提供炉料。
转底炉生产直接还原铁的主要是所用原料品位高，燃料要求高，由于球内氧化铁还原转化不完全，则金属化率低，因此，其生产成本高，生产规模受到极大限制。双联法。显然降低原料的品位，由于增加了矿热电炉，其设备复杂，工艺流程长，增加了设备投资，电耗增大，生产成本增加，产品是生铁含炭较高，用于电弧炉的炉料会增加电耗和冶炼时间，影响电弧炉的生产率。
本发明目的是采用低品位的铁矿粉煤和石灰为原料，以煤气为燃料，用喷咀向转底炉内喷吹空气调节炉内温度和气相成分，严格控制炉内予热。还原和温度控制三个阶段，温控期在较高温度下含炭球团内外铁矿粉均匀还原，形成铁珠及杂质和脉石的混合物，经过磁选分离获得珠铁产品。本发明所用的原料品位较低，可应用普通煤气或竖炉煤气，原料来源广泛，低格低廉，设备简单，投资小，电耗低，工艺简单，生产成本低，金属化率高，产品质量高，其成分含炭2％，硫＜0.06％，脉石含量极低的珠铁，可为电弧炉的提供优质原料。
本发明主要技术方案铁矿粉含全铁大于45％，经转底炉生产珠铁。包括造球、干燥、转底炉生产珠铁，磁选分离珠铁。转底炉的铁矿粉的全铁TFe为45～70％，S≤0.2％，煤可用无烟煤、贫煤或瘦煤，灰粉＜25％，S＜1％，用含铁大于45％的铁矿粉，煤粉和石灰按一定比例制成含炭球团，煤粉压制成型煤，型煤与铁之比为0.15～0.3t/t铁。转底炉包括加热段，还原段和控制还原段三个区段，燃料为煤粉，煤气，也可用竖式熔分炉排放的煤气，转底炉珠铁出料经逆流换热器，煤气予热温度大于800℃，珠铁冷却至200-300℃；予热的煤气逆炉料运动方向进入转底炉膛，同时，通过设置三个区段的空气喷咀，喷入不同流量的冷风或热风，控制三个区段的温度，转底炉膛温度为1200～1500℃，转底炉排放的高温烟气，经过空气换热器将空气予热至400～1300℃，再供给转底炉空气喷咀；磁分分离装置为小于1500奥斯特，分离转底炉产品直接还原铁为珠铁。
本发明含炭球团中的铁矿粉含全铁45～70％时，含炭球团中的组成为铁矿粉，煤粉和石灰，转底炉燃料包括煤粉，煤气，可为竖式熔分炉排放的煤气，转底炉膛温度为1200-1500℃，热风温度400-1300℃，供给转底炉和竖式熔分炉，磁选分离装置为小于1500奥斯特，分离的转底炉产品的珠铁，脉石和灰分；磁选分离剩余的铁和脉石混合物压成压块，含炭球团、石灰为竖式熔分炉的原料，型煤的燃料，风口鼓热风，加热熔化炉料、分离铁水，竖炉顶部排放煤气。
本发明铁矿粉含全铁大于45％，包括转底炉生产直接还原珠铁，经磁选分离珠铁，成分炭＜2％，硫＜0.06％。
本发明铁矿粉含全铁大于64％，包括转底炉生产直接还原以直接还原铁，珠铁、型煤、石灰为原料装入竖式熔分炉分离铁水，其成分炭3～4％，硫＜0.06～0.08％。
本发明含炭球团的原料为铁矿粉，煤、石灰，其中铁精矿粉含全铁大于45％，其中炭与铁之比为0.3～0.35，按炭铁比加入煤粉，碱度按＞1配入石灰，将铁矿粉，煤粉，石灰混合后造球的粒度8～20mm，将其烘干后，予热至400-800℃。
本发明转底炉煤气供给强度500～800m3/t，热风供给量以保证炉内温度和炉气成分要求确定的。其温度要求和炉气成分要求，加热段温度为1200～1300℃；还原段温度为1350～1500℃炉气成分中CO2/(CO+CO2)为0.25～1；控制还原段温度为1350～1500℃，炉气成分中的CO2/(CO+CO2)≤0.25。
本发明转底炉燃料可全部用煤粉，由转底炉出炉端向炉内喷入煤粉，供给煤粉量为40～80kg标准煤/吨铁，再分别由空气喷咀供给热风，其空气过剩系数≤0.7煤粉，煤粉燃烧后的烟气成中的CO2/(CO+CO2)为0.25～1。
本发明铁矿粉中含铁大于64％时，按照转底炉工艺生产珠铁的产品，必须经过竖式熔分炉熔化分离获得合格铁水。当铁矿粉含铁量大于64％时，采用含炭球团在转底炉内生产珠铁，经磁选分离珠铁后，将剩余的铁和脉石的混合物经压块，也可以不经过磁选分离，将用转底炉珠铁产品，配入适量的含炭球团，石灰为原料，型煤为燃料，型煤与铁水产量比例为0.2～0.3t/t铁，将上述原料混合装入竖式熔分炉内，分层布料，连续向炉内加料，从风口鼓入热风，加热熔化炉料，排除炉渣，分离铁水。竖式熔分炉顶部排放煤气，煤气为低氧化度的，其中CO2(CO+CO2)≤0.05，煤气可用于转底炉的燃料。
本发明生产工艺流程
图1，包括转底炉的料仓，铁矿仓(1)，煤仓(2)，石灰仓(3)，粘结剂仓(4)，各种原料经各自的粉碎机(5)，然后，将原料经混料机(6)混料，造球机(7)造球；含炭球团经干燥器和予热器(8)干燥和予热；转底炉(10)包括炉膛，加料口(9)，出料口(卸料螺旋机)(11)，冷却器(逆向换热器)(12)，空气换热器(13)，除尘器(15)，余热锅炉(14)，转炉底产品直接还原铁(16)。竖式熔分炉(21)，包括原料仓中的含炭球团仓(17)，型煤仓(18)，压块仓(19)，石灰(20)，竖式熔分炉的出渣口(22)出铁口(23)，进料口，风口(28)，除尘器(24)，废渣(25)，磁选分离机(40)，压块机(27)，竖式熔分炉煤气排出口(29)。
本发明将铁矿粉、煤、石灰、粘结剂经破碎、混合、造球为含炭球团，干燥和予热达400～800℃，将其装入转底炉(10)的进料口(9)进入炉内，经过加热，还原和控制还原段等三个阶段，连续进料，连续出料，产品珠铁经出料口和卸料螺旋机(11)排出，经过产品直接还原铁冷却器(12)即逆流换热器将产品直接还原铁冷却至200-300℃，竖炉排放的煤气(29)经逆流换热器(12)予热温度≥800℃，从转底炉出料口进入转底，转底炉排放的高温烟气经过烟道，两个换热器(13)分别予热进入转底炉的空气和予热空气进入竖炉，空气予热至400～1300℃，烟气冷却至200-300℃，烟气再经除尘器和余热锅炉，排放。转底炉直接还原铁产品(16)经粉碎后，进入磁选分离机(40)分离珠铁(26)，废渣(25)排放。本发明竖式熔分炉，将含炭球团，石灰，转底炉余料压块，及型煤，通过竖式熔分炉顶部进料口，分层布料，连续或间断进料，热风从风口(28)鼓入竖式熔分炉内，经竖炉熔化分离后，从排渣口(22)排放炉渣，从出铁口(23)排放合格铁水，从竖式熔分炉顶部排放煤气口(29)排放煤气，经过除尘器(24)再进入转底炉的逆流换热器(12)换热后进入转底炉(10)作为燃料。
本发明转底炉的顶视图见图2，转底炉型为环型，包括环形炉的环形内炉墙(30)和外炉墙(31)，加料口(9)，出料口和卸料螺旋机(11)刮料板(37)，加热段空气喷咀或喷口(32)，控制还原段喷咀或喷口(36)，两个空气换热器(13)转底炉产品冷却器即逆流换热器(12)，竖式熔分炉炉顶排放的煤气(29)经过逆流换热器予热煤气温度大于800℃，转底炉直接还原铁产品经逆流换热器即冷却器冷至200～300℃，经破碎机破碎成直接还原铁碎块(16)，转底炉排放的烟气经两个空气换热器(13)余热锅炉(14)、引风机(39)、烟道引风机(38)，排放烟气，空气予热至400～1300℃供竖式熔分炉风口的热风。
本发明与背景技术比较，转底炉采用了含炭球团的控制还原工艺技术，克服了现有技术中包括球团加热和还原两个阶段，其球团还原不充分的缺点，此时，球的内部尚未得到充分还原，而球的表面被还原的铁又被氧化，影响了产品金属化率。本发明在背景技术的两个阶段的基础上，增加了控制还原的控温均热阶段，通过炉温和烟气成分控制，达到了球表面不产生铁氧化，保证了球心的铁矿粉的充分还原，完成了还原过程。在转底炉转动一周的行程中，炉料与炉气逆向运动，经加热，还原和控制还原段，完成还原过程。
本发明为保证转底炉各段温度按工艺要求分布，本发明的燃烧装置包括煤气装置和空气喷咀，通过调节空气喷入量调节各段的温度和烟气成分。控制还原段的控制是本发明的重要内容，通过控制入的空气量达到温度和成分的要求，以保证炉料的完全还原，又不产生再氧化。
本发明采用的原料包括铁矿粉，煤均为品位较低的，按本发明的工艺转底炉产品为珠铁，金属化率大于85％，经磁选后珠铁含铁≥92％，其含炭量＜2％，硫≤0.06％。
本发明合理利用燃料，充分进行换热包括烟气予热空气，转底炉高温产品排放予热煤气，煤气可用普通煤气，也可用竖式熔分炉煤气，因此，扩大了原料和煤气的应用范围，采用普通的铁矿和燃料，降低了投资和运行费用，降低生产成本。
本发明应用含铁大于64％的铁矿石，采用转底炉生产珠铁，竖式熔分炉分离铁水的工艺，优于转底炉与矿热电炉生产工艺，本发明设备简单投资少，原料要求放宽，降低能耗和电耗，降低生产成本。竖式熔分炉排放的煤气可用于转底炉的燃料，因此能量利用是合理的。
本发明附图1为工艺流程图，包括原料，造球，转底炉的加热段，还原段，控制还原段还原的直接还原铁为珠铁，经磁选分离后，亦可将转底炉直接还原珠铁，直接配入含炭球团，石灰，型煤装入竖式熔分炉分离得到铁水。
本发明附图2为转底炉的顶视图，主要包括转底炉内外炉墙，炉顶；加热段(33)，还原段(34)和控制还原段(35)的炉顶空气喷咀，加料口，产品出料口，逆流换热器，空气换热器，余热锅炉，引风机等。
实验方案一本发明实施方案，铁矿粉含全铁大于60％，炭铁比为0.32，石灰为10％混合造球，粒度为8～20mm，含炭球团的予热温度达600℃，在转底炉内，供给煤气600-800m3/t供给风量分别在加热段为600m3/t，还原段为750m3/t，控制还原段150m3/t，加热段温度为1200-1300℃，还原段温度1350～1450℃，控制还原段的炉气成分中CO2(CO+CO2)为0.2～0.25，控制还原段温度1400-1500℃，进口炉气成分中的CO2/(CO+CO2)＜0.05还原出的直接还原铁，粉碎后经过1000奥斯特磁选机磁选分离后的珠铁粒度≥1mm，珠铁成分为炭＜2.5％，硫≤0.05％，硅≤0.02％，磷≤0.05％，金属化率≥92％，生产率1.2t/h。成本低于相同条件高炉生铁。实施方案二本发明实施方案，铁矿粉含全铁小于50％，炭铁比为0.34～0.35，石灰15％混合成球，粒度10～15mm，含炭球团予热400-500℃，其工艺为含炭球团经转底炉直接还原后的产品，转底炉的煤气供给400～500m3/t，供给风量分别在加热段为750m3/t，还原段750m3/t，控制还原段200m3/t，加热段温度1250～1350℃，还原段温度1350～1450℃，控制还原段炉气成分中CO2/(CO+CO2)≤0.25，控制还原段温度1350～1450℃，进口煤气成分中CO2/(CO+CO2)＜0.05。转底炉产品粉碎后经磁选分离出珠铁，分离的余铁经压块配入型煤、石灰，其中型煤与铁水产量比例为0.25t/tFe，将珠铁产品、含炭球团，型煤，石灰混含分批装入竖式熔分炉内，从风口鼓入热风温度700-800℃，加热熔化炉料，煤气成分控制CO2/(CO+CO2)＜0.02，产品为铁水，铁水成分含炭3～4％，含硫≤0.06～0.08％，金属化率≥92％。
本发明适于低品位和高品位的铁矿粉，煤的含炭球团的经转底炉直接还原生产珠铁，原料品位愈高，则能量消耗小，金属化率高，成品质量高，本发明尤以应用低品位原料生产直接还原段采用转底炉与竖式熔分炉双联法优于转底炉与矿热电炉双联法。本发明选用低品位原料生产更显示其优越性。
权利要求
1.转底炉生产珠铁及分离方法，其特征在于包括造球，磁选分离余料含铁和脉石，配入含炭球团，型煤，石灰，经竖式熔分炉，分离铁液；原料中的铁矿粉含全铁45～70％时，含炭球团中的组成为铁矿粉，煤粉和石灰，转底炉包括加热段、还原段和控制还原段三个区域，燃料包括煤粉，煤气，可为竖式熔分炉排放的煤气，经过转底炉珠铁出料的逆流换热器，珠铁冷至200～300℃，煤气予热温度≥800℃，煤气从出料口附近的逆向进入转底炉膛，同时在转炉三个区段设置的热风喷咀或喷口，喷入不同流量的热风，以控制三个区段的温度和炉气成分，转底炉膛温度为1200～1500℃，转底炉排放的烟气经过空气换热器予热热风达400～1300℃，供给转底炉和竖式熔分炉热风；磁选分离装置为小于1500奥斯特，分离的转底炉产品的珠铁，脉石和灰分；磁选分离剩余的铁和脉石混合为压成压块，含炭球团、石灰为竖式熔分炉原料，型煤为燃料，风口鼓热风，加热熔化炉料，分离铁水，竖炉顶部排放煤气。
2.根据权利要求1所述转底炉生产珠铁及分离方法，其特征在于铁矿粉含全铁大于45％，包括转底炉生产直接还原珠铁，经磁选分离珠铁，成分炭＜2％，硫＜0.06％。
3.根据权利要求1所述转底炉生产珠体及分离方法，其特征在于铁精矿含全铁大于64％，包括转底炉生产直接还原铁；以直接还原铁，型煤，石灰为原料装入竖式熔分炉分离铁水，其成分炭3～4％，硫＜0.06～0.08％。
4.根据权要求1所述转底炉生产珠铁及分离方法，其特征在于含炭球团的原料为煤粉，含全铁大于45％的铁矿粉，其中炭与铁的比例为0.3～0.35，粒度8～20mm，可予热至400～800℃。
5.根据权利要求1所述转底炉生产珠铁及分离方法，其特征在于转底炉煤气供给量500～800m3/t，热风供给以保证加热段温度1200～1300℃，还原段的温度1350～1500℃，炉气成分中CO2/(CO+CO2)为0.25～1，控制还原段温度为1350～1500℃，炉气成分中的CO/(CO+CO2)≤0.25。
6.根据权利要求1所述转底炉生产珠铁及分离方法，其特征在于竖式熔分炉的型煤为0.2～0.3t/tFe，竖炉顶部排放的煤气的氧化度CO2/(CO+CO2)≤0.05 。
7.根据权利要求1所述转底炉生产珠铁及分离方法，其特征在于转底炉的燃料全部用煤粉，由转底炉出料端向炉内喷入煤粉，供煤粉为40～80kg/t铁，分别由空气喷吹喷入热风，其空气过剩系数＜0.7，煤粉燃烧的烟气成分中的CO/(CO+CO2)为0.25～1。
全文摘要
本发明为非高炉固体还原生产铁的方法。转底炉生产珠铁及分离方法主要为转底炉生产珠铁,经磁送分离珠铁,而分离余料的脉石和残铁,再配入含炭球团、型煤和石灰,装入竖式熔分炉,熔化分离铁液。本发明通过控制转底炉内的加热段,还原段,尤其是控制还原段温度及气氛提高其还原率。通过磁选的固态分离和竖式熔分炉分离,提高其金属化率≥92%,降低脉石量,珠铁含硫≤0.06%,为电弧炉提供优质原料。
文档编号C21B13/00GK1186863SQ9712194
公开日1998年7月8日 申请日期1997年11月27日 优先权日1997年11月27日
发明者任大宁, 万天骥, 黄务涤, 潘毓淳 申请人:北京兰斯节能技术开发中心