CN105925745A

CN105925745A - 一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法

Info

Publication number: CN105925745A
Application number: CN201610464949.6A
Authority: CN
Inventors: 王广; 王静松; 薛庆国
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2016-09-07

Abstract

本发明公开了一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法，属于钢铁冶金直接还原领域。该方法特征在于将机械混磨方法引入转底炉煤基直接还原工艺中，在不妨碍原有生产流程的前提下，利用机械活化改变原料的物理化学性能，达到提高生球强度、降低还原开始温度、提高还原速率、提高终点还原度、提高金属化球团强度的目的。通过本方法，可以有效克服原有转底炉煤基直接还原工艺中温度高、能耗高、还原时间长、金属化率偏低、生产效率低等问题，具有较好的社会和经济效益及应用前景。

Description

一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金直接还原领域，具体涉及到一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法。

背景技术

第一座生产规模的煤基直接还原转底炉于1978年建成，主体设备源于轧钢用的环形加热炉，最初的目的是用于处理钢铁企业含铁废料，但很快就有美国、德国、日本等国将其转而开发应用于铁矿石的直接还原。转底炉因具有环形炉膛和可转动的炉底而得名，其原料主要是铁矿粉和煤粉制成的含碳球团，经配料、混料、制球和干燥后加入转底炉中，炉膛温度可达1250～1350℃左右，含碳球团在随着炉底旋转的过程中被加热，铁矿被内配碳快速还原，生成金属化球团，旋转一周后由螺旋出料机排出炉外。

与Midrex法、HYL法、煤基回转窑法等相比，转底炉煤基直接还原工艺的优越性表现在：原料和能源的灵活性大、设备和基建投资相对较低、设备运行稳定、操作简单、厂址选择灵活、有利于环境保护等方面。但是该工艺也有一些不足之处，这是受工艺本身的特点限制的。转底炉通过烧嘴燃烧煤气加热炉体，热量通过炉顶耐火材料辐射至球团将其加热，与高炉良好的气固热交换相比，转底炉的热效率很低，同时，高温烟气从炉膛直接进入烟道，造成热量流失，一般认为，转底炉烟气带走了炉膛全部输入热量的50％以上，最终导致生产过程能耗较高。此外，转底炉炉膛高、料层薄，设备的利用率低，生产效率也相应较低。能耗和生成效率是制约转底炉发挥效能和转底炉工艺发展的核心问题。实际应用过程中还发现，转底炉还原后所得金属化球团金属化率较低，强度较差，特别是对于难还原铁矿石(如钒钛磁铁矿)，还原效果不够理想。

因此，需要开发一种能够提高转底炉内含碳球团还原速率(即相应地可以提高生产效率并降低单位产品能耗)和金属化率的方法，以实现转底炉煤基直接还原工艺的可持续发展。

发明名称为“一种用磁场强化含铁粉料内配碳球团直接还原的方法”的中国专利(申请号：CN201410705801.8)，公开了一种用磁场强化含铁粉料内配碳球团直接还原的方法，对于白云鄂博铁矿粉，C/O＝1.2，含碳球团于0.97T恒稳磁场中还原，还原条件为950℃、40min，与比无磁场相比，金属化率从17％提高到86％。但是，该发明在如何将磁场发生装置应用于大型高温工业生产设备、如何避免磁场对环境及操作人员的影响等方面还有较多不确定因素。

发明名称为“采用低温还原铁矿粉生产铁产品的制备方法”的中国专利(申请号：CN200410000815.6)，公开了一种将铁精矿、煤炭和所添加的催化剂、脱硫剂在球磨机中进行破碎加工后加入粘合剂进行混合造球再进行低温还原的方法。该方法采用的是单一磨矿的预处理方法，即先将铁精矿、煤炭、催化剂、脱硫剂等分别磨细后再进行混合造球，并没有提及原料混合磨矿的特点和优势，而且该方法需要加入0.1～5％的碱金属元素做催化剂，不仅增加了生产成本还会由于碱金属挥发而导致环境污染。

发明内容

本发明针对转底炉煤基直接还原工艺中温度高、能耗高、还原时间长、金属化率偏低、生产效率低等问题，目的在于找到一种技术上可行、经济上合理、简单高效的强化转底炉煤基直接还原效率的方法。

该方法是一种原料的预处理方法，在造球之前，将铁矿粉、还原剂、粘结剂按预定比例配好，经水分调整、混匀后送入磨矿装置中进行混磨，利用机械力化学的作用原理，来强化直接还原过程，达到提高生球强度、降低还原开始温度、提高还原速率、提高终点还原度、提高金属化球团强度的目的。

机械力化学是有关利用压缩、剪切、摩擦、延伸、冲击、弯曲等手段对凝聚态物质施加机械能而诱发它们的物理化学性质发生变化的一门化学学科。最早用于合成具有超细结构的复合金属粉体，后来又被应用于无机粉末材料的制备。在选矿、湿法浸出、火法冶炼等冶金工艺中，机械活化可以提高反应速率、降低反应难度，使上述过程得到强化。在机械磨矿过程中，粉体颗粒被持续挤压、破碎，颗粒尺寸不断减小，接触面增加，颗粒新生表面间的接触也相应增加，降低了反应物经过产物层的扩散难度和反应发生的温度。此外，磨矿过程产生的大量缺陷可以加速扩散过程。

与单一磨矿相比，本发明最大的优点在于：采用铁矿粉和煤粉混合后再进行混合磨矿，而且用该方法处理的球团在转底炉中进行加热还原，目的在于优化现有的转底炉煤基直接还原工艺。铁矿粉和煤粉混磨与单一磨矿再混合相比：由于煤粉质软，相对于铁矿粉而言起到了助磨作用，使得铁矿粉更易磨碎，降低了磨矿过程的能耗，并提高了磨矿的效率；混磨所得的矿粉和煤粉粒度更细，二者混合得更均匀，使得矿粉和煤粉间的接触面积进一步增加，更加有利于发挥含碳球团铁氧化物和还原剂紧密接触的优势；矿粉和煤粉在混磨过程中在二者的界面已经发生一定程度的反应，存储了一定的机械能。最终，还原试验结果表明，磨矿时间相同时，在相同的还原条件下，混合磨矿比单一磨矿含碳球团的金属化率更高。本方法更适合于难还原铁矿石在转底炉煤基直接还原工艺下的高效还原。

综合以上，本发明具体生产过程是：

(1)将铁矿粉、碳质还原剂以及粘结剂按预定比例配好，其中还原剂的配入量为铁矿量的15～25％、粘结剂的配入量为铁矿量的1～3％，混合料的总水分控制在5～10％，将配好的混合料经混匀后装入磨机中进行一定时间的混磨；

(2)磨好的混合料经造球设备制成含碳球团，球团经烘干后单层布在转底炉的炉底耐火材料上，含碳球团在转底炉内经加热还原制得金属化球团。

所用的铁矿粉可以是低品位普通铁矿、高品位普通铁矿以及较难还原的复合铁矿，所用的碳质还原剂为无烟煤、烟煤、褐煤、石油焦、半焦和焦粉中的一种或几种的混合，铁矿粉和还原剂的粒度100％小于1mm。所用粘结剂为膨润土、糖蜜、豆粉、糊精中的一种或几种的混合。所用的磨矿设备为润磨机、球磨机、棒磨机，磨矿时间为5～20分钟。所用的还原设备为环形转底炉，还原温度为900～1200℃，还原时间为20～40分钟。

与现有转底炉煤基直接还原技术相比所具有的优点：

本发明不影响原有转底炉工艺流程，操作简单，工艺成熟，可操作性强。通过引入混磨工艺，可将转底炉的直接还原温度降低100℃且不影响还原效果，同时还可以提高生球强度，减少粘结剂配比，降低生产成本。从而有效克服原有转底炉煤基直接还原工艺中温度高、能耗高、还原时间长、金属化率偏低、生产效率低等问题，具有较好的社会和经济效益及应用前景。

附图说明

图1为本发明工艺的原则流程

具体实施方式

实施例1

将铁矿粉、重量为铁矿粉重量20％的无烟煤粉、重量为铁矿和煤粉重量总和2％的粘结剂经过皮带输送至混料机混匀，并调节混匀料水分至7％。将混合好的混匀料经皮带输送至对辊压球机制成含碳球团，压力为15MPa，球团尺寸为40×30×20mm枕状椭球。生球经干燥后单层铺在转底炉的镁质耐火材料上。转底炉内的还原温度为1100℃，还原时间为30分钟，金属化率达到89.6％左右，然后由螺旋出料机排出，经冷却后得到金属化球团。铁矿粉成分、煤粉成分分别如表1、表2所示。

表1铁矿粉化学成分/％

表2无烟煤粉主要成分/％

实施例2

将铁矿粉、重量为铁矿粉重量20％的煤粉、重量为铁矿和煤粉重量总和1％的粘结剂经过皮带输送至混料机混匀，并调节混匀料水分至10％。将混合好的混匀料经皮带输送至混磨机混磨10min，混磨后的物料经对辊压球机制成含碳球团，压力为15MPa，球团尺寸为40×30×20mm枕状椭球。生球经干燥后单层铺在转底炉的镁质耐火材料上。转底炉内的还原温度为1000℃，还原时间为30分钟，金属化率达到86.6％左右，然后由螺旋出料机排出，经冷却后得到金属化球团。铁矿粉成分、煤粉成分分别如表1、表2所示。

实施例3

将铁矿粉、重量为铁矿粉重量20％的还原剂(其中60％的碳原子由煤粉提供，40％的碳原子由反应性好的半焦提供)、重量为铁矿和还原剂重量总和1％的粘结剂经过皮带输送至混料机混匀，并调节混匀料水分至10％。将混合好的混匀料经皮带输送至混磨机混磨10min，混磨后的物料经对辊压球机制成含碳球团，压力为15MPa，球团尺寸为40×30×20mm枕状椭球。生球经干燥后单层铺在转底炉的镁质耐火材料上。转底炉内的还原温度为1000℃，还原时间为30分钟，金属化率达到90.1％左右，然后由螺旋出料机排出，经冷却后得到金属化球团。铁矿粉成分、煤粉成分分别如表1、表2所示，半焦成分如表3所示。

表3半焦主要成分/％

Claims

1.一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法，其特征在于将机械混磨方法引入转底炉煤基直接还原工艺中，在不妨碍原有生成流程的前提下，利用机械活化改变原料的物理化学性能，达到提高生球强度、降低还原开始温度、提高还原速率、提高终点还原度、提高金属化球团强度的目的，主要生产工艺流程为：

2.如权利要求1所述的一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法，其特征在于：所用的铁矿粉是低品位普通铁矿、高品位普通铁矿以及较难还原的复合铁矿，所用的碳质还原剂为无烟煤、烟煤、褐煤、石油焦、半焦或焦粉，铁矿粉和还原剂的粒度100％小于1mm。

3.如权利要求1所述的一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法，其特征在于：所用的混磨设备为润磨机、球磨机、棒磨机。

4.如权利要求1所述的一种通过机械混磨装置强化转底炉直接还原效率的方法，其特征在于：所用的还原设备为环形转底炉，还原温度为900～1200℃，还原时间为20～40分钟，球团的金属化率达到80～90％。