CN105177292B - 一种利用高温氧化球团显热直接还原生产金属化球团的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种利用高温氧化球团的显热直接还原生产金属化球团的方法。本发明采用单条链篦机‑回转窑法制得高温氧化球团，利用其显热直接与还原剂(煤碳)进行还原反应，再采用常温还原煤进行热交换并冷却，磁选分离后，获得金属化球团产品和烘干了的还原剂(包括干馏煤焦)。本发明能够回收干馏煤焦进行循环使用和高纯煤气进行再利用，回收的干馏煤焦可再用于还原剂，高纯煤气能够给氧化球团回转窑和隔焰式深度还原的回转窑提供能源，无需另外配加加热用的能源。本专利可以降低40％～60％的煤耗，且燃烧的高纯度煤气能够降低碳排放，节能环保。

Description

一种利用高温氧化球团显热直接还原生产金属化球团的方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种利用高温氧化球团显热直接还原生产金属化球团的方法。

背景技术

我国是一个钢铁大国，2014年钢产量突破11.26亿吨(其中粗钢为8.2亿吨)，年生产链篦机-回转窑法、烧结机法氧化球团产量达到20多亿吨；废钢量(含DRI)每年有2900万吨的缺口，而非焦炼铁(直接还原铁)产品产量却占世界产量不足1.0％，每年只有不到60万吨的产量规模。随着我国焦煤储量日益贫乏及环保问题日益严重，国家出台了较多的相关产业政策及节能减排降碳等政策，并控制普碳钢产能规模，提升电炉钢比例，鼓励开发、应用直接还原铁和熔融还原铁等非焦炼铁工艺技术和装备，并大力促进短流程炼钢等技术开发与应用。

我国铁矿资源属于低贫难选铁矿丰富的国家，低贫难选铁矿占97％以上，直接还原后产品品位很低，无法应用，需要煤基渣铁分离还原冶选法产品才能应用；另外，焦煤资源日益贫乏，而非焦煤煤炭资源丰富，因此根据我国实际情况，只有大力发展煤基还原铁工艺技术和装备，更加符合我国直接还原铁的国情。

我国煤基还原铁工业化成熟的工艺技术和装备主要有：煤基隧道窑罐式法、煤基无罐隧道窑法和煤基回转窑法。

其中，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)，单条生产线的年产能最大不到3万吨，工艺装备落后、产能低、占地面积广、能耗高、还原时间长，生产运行成本高、劳动强度大、产品品质差等，造成生产运行成本高、销路不畅等实际问题。

煤基无罐隧道窑法虽然可以放弃隧道窑法的昂贵碳化硅罐，大大缩短还原时间，降低能耗和生产成本，也可以将各种高品位矿、各种低贫难选铁矿、复合矿及含铁废料，还原后处理得到TFe≥90％金属铁，甚至粒铁产品，使难选矿资源得到可持续发展，但其生产线占地面积仍然很大，生产线操作仍然繁琐，其还原时间依然需要7h～9h，投资规模也较大，还原工艺繁杂，因此，这种无罐还原窑炉需要进一步改进和优化。

煤基一步回转窑法工艺技术逐渐成熟、运行成本较低，正在逐渐推广，但对还原煤有着严格的要求，必须应用颗粒状优质长焰煤、褐煤做还原剂，操作困难，投资规模相对也较大，单条生产线的年产能也不到20万吨；煤基二步回转窑法工艺技术逐渐成熟，但富块状铁矿数量缺乏，采用高品位氧化球团，生产运行成本较高，不适合我国国情。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种利用高温氧化球团显热直接还原生产金属化球团的方法，通过链篦机-回转窑法制得高温氧化球团，利用其1200-1250℃的显热与还原煤深度还原生产金属化球团。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用高温氧化球团显热直接还原生产金属化球团的方法，步骤如下：

(1)将细度-200目占80％以上、品位TFe≥67.0％铁矿粉，配加铁矿粉重量0～8％的无烟煤、2.0％的粘结剂，进行混合、润磨、造球，造球粒度为￠8～￠16mm，在105～280℃的温度下烘干4～6h，在氧化球团回转窑内升温到1200～1250℃，继续烧结15～20min，得1200～1250℃的高温氧化球团；

(2)取步骤(1)的高温氧化球团，按照高温氧化球团重量配加40～50％、粒度0～20mm的无烟煤，混合后在800～1050℃温度下,加入隔焰式深度还原回转窑，在1060～1080℃条件下进行深度还原反应2.5～3.2h，取出球团，按球团重量的30～50％配加煤粉覆盖冷却，冷却4h后，通过磁选分离得煤焦和金属化球团，磁选强度为3200Gs，所得金属化球团的指标为TFe≥90.0％、MFe≥84.0％、ηFe≥93.0％，并回收20～22％的干馏煤焦。

其中，所述的粘结剂为腐植酸钠、糊精、糖浆、纸浆废液、糖稀或水溶性聚乙烯醇等有机粘结剂。

所述无烟煤的成分按重量分数计为：固定碳≥65％、灰份≤20％、挥发份≥12％、S≤1.0％。

步骤(2)中所述煤粉的成分按重量分数计为固定碳≥65％、灰份≤10％、挥发份≤20％、S≤0.5％。

步骤(2)所得的干馏煤焦能够作为与高温氧化球团混合预热的还原煤，循环使用。

步骤(2)中所述的隔焰式深度还原回转窑为专利号为201520108511.5公开的通体外加热隔焰式回转窑或多孔式回转窑。

其中，所述的多孔式回转窑包括筒体，所述筒体包括中部反应段，在所述中部反应段外间隔设有多道进风环管，多道所述进风环管通过供风管道与风源连通；所述进风环管上沿径向均布有分支风管；

所述筒体包括金属筒体壁及镶嵌于所述金属筒体壁内侧的耐火层，所述耐火层包括依靠母口和子口相互搭接的耐火砖，所述耐火砖包括环流炉衬砖、进风炉衬砖和密封炉衬砖；所述环流炉衬砖内部设有十字吹风孔，所述进风炉衬砖自外而内依次设有相互连通径向进风管道和十字吹风孔，所述进风炉衬砖与所述金属筒体壁之间设有与径向进风管道连通的进风孔；所述的十字吹风孔由周向通风孔道和轴向通风孔道形成，多个所述周向通风孔道形成环形风道，所述环形风道的内侧连通有砖脊间隔内的径向通风孔；所述密封炉衬砖为实心砖体，所述密封炉衬砖设有多块，间隔设置在所述环形风道中；所述分支风管通过进风孔和进风炉衬砖与回转窑腔室连通，所述分支风管上设有分支风管阀门。

进一步，所述进风环管与所述风源之间设有主阀门，所述供风管道上设有供风管道阀门。

进一步，所述环流炉衬砖、进风炉衬砖和密封炉衬砖通过耐火砖支架和预埋铁固定镶嵌在所述金属筒体壁内侧。

进一步，所述十字吹风孔由十字吹风孔支架固定在环形风道内。

进一步，所述环流炉衬砖与所述金属筒体壁之间设有硅酸铝纤维硬板。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明采用单条链篦机-回转窑法制得高温氧化球团，利用其1200-1250℃的显热直接与热态还原剂(煤碳)进行还原反应，经过2.5-3.2h还原后，再采用常温还原煤进行热交换并冷却，磁选分离后，获得金属化球团。本发明能够循环回收干馏煤焦和高纯煤气，进行再利用，回收的干馏煤焦可再用于还原剂，高纯煤气能够给氧化球团回转窑和隔焰式深度还原的回转窑提供能源，无需另外配加加热用的能源。本专利可以降低40％～60％的煤耗，且燃烧的高纯度煤气能够降低碳排放，节能环保。

2、本发明的隔焰式深度还原回转窑内温度控制在1060-1080℃，使反应物料不会呈现熔融或半熔融状态，回转窑不会有结圈现象，同时由于回转窑内的还原气氛极强，还原温度稳定，还原时间仅需2.5h～3.2h，保证了反应物料在低温短时内同样达到较好的还原效果。

3、将本发明制得的热态或者冷态的金属化球团可以与电弧炉、转炉等炼钢炉链接，整个流程即为短流程炼钢方法，仅是高炉—转炉长流程炼钢碳排放的20％，不但实现了非焦炼铁和短流程炼钢，还大大降低了炼钢的碳排放总量。

附图说明

图1为本发明中多孔式回转窑的纵向剖面示意图；

图2为图1的A-A方向断面示意图；

图3为图2中B处放大示意图；

图4为图1的C-C方向断面示意图；

图5为图4中D处放大示意图；

图6为进风炉衬砖的结构示意图；

图7为图6的右视图；

图8为图6的仰视图；

图9为图6的俯视图；

图10为图6中E-E向剖面图；

图11为环流炉衬砖的结构示意图；

图12为图11的右视图；

图13为图11的仰视图；

图14为图11的俯视图；

图15为图11中F-F向剖面图；

图16为本发明的工艺流程示意图；

图中，1、筒体；2、中部反应段；3、进风环管；4、供风管道；5、风源；6、分支风管；7、金属筒体壁；8、环流炉衬砖；9、进风炉衬砖；10、密封炉衬砖；11、十字吹风孔；12、径向进风管道；13、进风孔；14、周向通风孔道；15、轴向通风孔道；16、环形风道；17、砖脊；18、径向通风孔；19、分支风管阀门；20、主阀门；21、供风管道阀门；22、耐火砖支架；23、预埋铁；24、十字吹风孔支架；25、硅酸铝纤维硬板；26、母口；27、子口。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明使用的多孔式回转窑，包括筒体1，所述筒体1包括中部反应段2，其特殊之处在于，在所述中部反应段2外间隔设有多道进风环管3，多道所述进风环管3通过供风管道4与风源5连通；所述进风环管3上沿径向均布有分支风管6；

所述筒体1包括金属筒体壁7及镶嵌于所述金属筒体壁7内侧的耐火层，所述耐火层包括依靠母口26和子口27相互搭接的耐火砖，所述耐火砖包括环流炉衬砖8、进风炉衬砖9和密封炉衬砖10；所述环流炉衬砖8内部设有十字吹风孔11，所述进风炉衬砖9自外而内依次设有相互连通径向进风管道12和十字吹风孔11，所述进风炉衬砖9与所述金属筒体壁7之间设有与径向进风管道12连通的进风孔13；所述的十字吹风孔11由周向通风孔道14和轴向通风孔道15形成，多个所述周向通风孔道14形成环形风道16，所述环形风道16的内侧连通有砖脊17间隔内的径向通风孔18；所述密封炉衬砖10为实心砖体，所述密封炉衬砖10设有多块，间隔设置在所述环形风道16中；所述分支风管6通过进风孔13和进风炉衬砖9与回转窑腔室连通，所述分支风管6上设有分支风管阀门19；

所述进风环管3与所述风源5之间设有主阀门20，所述供风管道4上设有供风管道阀门21；

所述环流炉衬砖8、进风炉衬砖9和密封炉衬砖10通过耐火砖支架22和预埋铁23固定镶嵌在所述金属筒体壁7内侧；

所述十字吹风孔11由十字吹风孔支架24固定在环形风道16内；

所述环流炉衬砖8与所述金属筒体壁7之间设有硅酸铝纤维硬板25；

所述的风源5为风机，可以采用常规的滑环供电装置给风机供给电源。

图6和图11中，α为倒角，一般为￠10～30mm的圆弧倒角；￠β为夹角，可根据回转窑筒体的直径和每块砖块的数量进行计算其夹角的角度。

实施例1

一种利用高温氧化球团显热直接还原生产金属化球团的方法，步骤如下：

(1)取细度为-200目占80％的辽宁朝阳品位TFe:68.2％的磁铁矿粉，配加铁矿粉重量2.0％的腐植酸钠混合、润磨、造球，造球粒度为￠8～￠16mm，在105℃的马弗炉内烘干4h，在氧化球团回转窑内快速升温到1200℃，继续烧结18min，得到1200℃高温氧化球团；

(2)取步骤(1)的高温氧化球团，配加高温氧化球团重量45％、粒度0-15mm的无烟煤(其化学成分按质量百分比为固定碳为69.12％、灰份为15.14％、挥发份12.6％、S为2.14％)，混合后在800℃预热20min,加入隔焰式深度还原回转窑，在1080℃条件下进行深度还原反应2.8h，取出被还原物，按氧化球团重量的50％配加煤粉覆盖冷却4h，通过磁选分离得煤焦和金属化球团，磁选强度为3200Gs，所得金属化球团的TFe：91.66％、MFe：87.10％、ηFe：95.02％和20.8％的干馏煤炭；回收的高纯煤气成分为CO：40.12％、CO₂：19.05％、H₂：17.94％、N₂：2.22％、CH₄：1.35％、H₂O：11.2％。

实施例2

一种利用高温氧化球团显热直接还原生产金属化球团的方法，步骤如下：

(1)取细度为-200目占80％以上的吉林省延吉市品位TFe:69.21％的铁矿粉，配加铁矿粉重量5％的无烟煤、2％水溶性聚乙烯醇细粉，均匀混碾，喷水造球，造球粒度为￠8～￠16mm，球团在105℃的马弗炉内烘干4h，在氧化球团回转窑内快速升温到1230℃，继续烧结15min，得到1230℃高温氧化球团；

(2)取步骤(1)的1230℃高温氧化球团，配加高温氧化球团重量40％、粒度0-10mm的无烟煤(其化学成分按质量百分比为固定碳为59.20％、灰份为8.41％、挥发份31.60％、S为0.5％)，二者混合后，在1050℃焙烧20min后，加入隔焰式深度还原回转窑，在1075℃条件下进行深度还原反应2.8h，取出球团，按氧化球团重量的50％配加煤粉覆盖冷却，通过磁选分离得煤焦和金属化球团，磁选强度为3200Gs，获得TFe：92.53％、MFe：88.73％、ηFe：95.69％的金属化球团和22％的干馏煤炭，挥发出的高纯煤气直接点燃燃烧。

实施例3

(1)取细度为-200目占80％的辽宁朝阳品位TFe:70.02％的磁铁矿粉，配加铁矿粉重量2.0％的糖稀混合、润磨、造球，造球粒度为￠8～￠16mm，在105℃的马弗炉内烘干4h，在氧化球团回转窑内快速升温到1200℃，烧结18min，得1200℃高温氧化球团；

(2)取步骤(1)的1200℃高温氧化球团，配加高温氧化球团重量45％、粒度0-15mm的无烟煤(其化学成分按质量百分比为固定碳为69.12％、灰份为15.14％、挥发份12.6％、S为2.14％)，混合后在1050℃焙烧20min,加入隔焰式深度还原的回转窑，在1075℃条件下进行深度还原反应3.0h，取出球团，按其重量的45％配加煤粉覆盖冷却，通过磁选分离得煤焦和金属化球团，磁选强度为3200Gs，所得金属化球团的TFe：93.16％、MFe：87.10％、ηFe：93.49％和21％的干馏煤炭，挥发出的高纯煤气直接点燃燃烧。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用高温氧化球团显热直接还原生产金属化球团的方法，其特征在于，步骤如下：

(1)将细度-200目占80％以上、品位TFe≥67.0％铁矿粉，配加铁矿粉重量0～8％的无烟煤、2.0％的粘结剂，进行混合、润磨、造球，造球粒度为Φ8～Φ16mm，在105～280℃的温度下烘干4～6h，在氧化球团回转窑内升温到1200～1250℃，继续烧结15～20min，得1200～1250℃的高温氧化球团；

(2)取步骤(1)的高温氧化球团，按照高温氧化球团重量配加40～50％、粒度0～20mm的无烟煤，混合后在800～1050℃温度下,加入隔焰式深度还原回转窑，在1060～1080℃条件下进行深度还原反应2.5～3.2h，取出球团，按球团重量的30～50％配加煤粉覆盖冷却，冷却4h后，通过磁选分离得煤焦和金属化球团，磁选强度为3200Gs，所得金属化球团的指标为TFe≥90.0％、MFe≥84.0％、ηFe≥93.0％，并回收20～22％的干馏煤焦；

步骤(2)中所述的隔焰式深度还原回转窑为多孔式回转窑；

所述多孔式回转窑包括筒体，所述筒体包括中部反应段，在所述中部反应段外间隔设有多道进风环管，多道所述进风环管通过供风管道与风源连通；所述进风环管上沿径向均布有分支风管；

所述筒体包括金属筒体壁及镶嵌于所述金属筒体壁内侧的耐火层，所述耐火层包括依靠母口和子口相互搭接的耐火砖，所述耐火砖包括环流炉衬砖、进风炉衬砖和密封炉衬砖；所述环流炉衬砖内部设有十字吹风孔，所述进风炉衬砖自外而内依次设有相互连通径向进风管道和十字吹风孔，所述进风炉衬砖与所述金属筒体壁之间设有与径向进风管道连通的进风孔；所述的十字吹风孔由周向通风孔道和轴向通风孔道形成，多个所述周向通风孔道形成环形风道，所述环形风道的内侧连通有砖脊间隔内的径向通风孔；所述密 封炉衬砖为实心砖体，所述密封炉衬砖设有多块，间隔设置在所述环形风道中；所述分支风管通过进风孔和进风炉衬砖与回转窑腔室连通，所述分支风管上设有分支风管阀门。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粘结剂为腐植酸钠、糊精、糖浆、纸浆废液、糖稀或水溶性聚乙烯醇。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无烟煤的成分按重量分数计为：固定碳≥65％、灰份≤10％、挥发份≤20％和S≤0.5％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述煤粉的成分按重量分数计为：固定碳≥65％、灰份≤10％、挥发份≤20％、S≤0.5％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所得的干馏煤焦作为与高温氧化球团混合预热的还原剂，循环使用。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进风环管与所述风源之间设有主阀门，所述供风管道上设有供风管道阀门。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环流炉衬砖、进风炉衬砖和密封炉衬砖通过耐火砖支架和预埋铁固定镶嵌在所述金属筒体壁内侧。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述十字吹风孔由十字吹风孔支架固定在环形风道内；所述环流炉衬砖与所述金属筒体壁之间设有硅酸铝纤维硬板。