[發(fā)明專利]海綿鐵的制備工藝及設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910028261.3
• 申請日: 2009-02-05
• 公開（公告）號: CN101538632A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁剛;丁家偉
• 申請（專利權(quán)）人: 丁家偉;丁剛
• 主分類號: C21B13/02
• 分類號: C21B13/02;C22B1/242;C22B1/248
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種冶金工業(yè)煉鋼原料，具體涉及一種海綿鐵的制備工藝及設(shè)備。

背景技術(shù)

海綿鐵是在鐵的熔點溫度以下，采用非高爐工藝，通過還原固態(tài)氧化鐵粉(通常是赤鐵礦)或其他含鐵氧化物，經(jīng)還原或脫氧獲得的金屬化的產(chǎn)品，通常叫做直接還原鐵(DRI)。鐵礦石還原過程中，由于失氧在內(nèi)部形成大量孔洞，保留了鐵礦石的外形和礦石中的脈石，其重量比鐵礦石減少30％，比重約為4.4g/cm³。

海綿鐵是廢鋼和生鐵的替代品，其特點是碳含量較低(＜2％)，全鐵在90％以上，不僅磷、硫含量低，與廢鋼相比不含銅、鋅等雜質(zhì)，成份穩(wěn)定，是電爐煉鋼較為理想的爐料，為煉鋼用廢鋼的一種補充，特別有利于電爐冶煉優(yōu)質(zhì)特鋼。

目前國內(nèi)外生產(chǎn)海綿鐵的工藝主要有氣基還原法和煤基還原法二種。

氣基法一般采用天然氣進行還原，而天然氣以CH₄等碳氫化物為主，在還原時，需將天然氣通過裂解轉(zhuǎn)化成以CO和H₂為主的還原性氣氛，完成對鐵礦石或人造塊礦的還原而生成還原鐵。該氣基法具有還原速度塊，產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點，但氣基法生產(chǎn)海綿鐵工藝的主導(dǎo)條件要有豐富的天然氣，在天然氣匱乏的地區(qū)不能采用，且本身的價格和轉(zhuǎn)化成本較高，而我國的天然氣儲備量還比較少，因此，該工藝目前尚不適合我國海綿鐵的生產(chǎn)。

煤基法是用煤為還原劑直接對氧化鐵進行還原，目前煤基法比較成熟的直接還原工藝主要有回轉(zhuǎn)窯法、隧道窯法、轉(zhuǎn)底爐法和豎爐法。

回轉(zhuǎn)窯法，該法機械化程度高，建設(shè)周期短，產(chǎn)量高，適合大型化生產(chǎn)。但由于爐型較大，內(nèi)外設(shè)施較多，一次性投資較大，維護費用高，對原料的要求苛刻，還容易發(fā)生結(jié)圈事故須停爐處理，固體爐料和氣體各行其道，熱效率低，還原鐵出窯的溫度較高，所生產(chǎn)的海綿鐵易被氧化而影響金屬化率，且操作控制困難，不適合中小型企業(yè)。

隧道窯法也稱為罐裝外熱還原法(Hoganas)，它是將礦粉和還原劑按照一定的比例和裝料方法一起裝入還原罐中，然后把罐裝在罐車上，推入隧道窯中，料罐經(jīng)加熱后在1150℃～1200℃加熱焙燒數(shù)十小時，使精礦粉還原，經(jīng)冷卻后得到海綿鐵。此方法可以生產(chǎn)出滿足電爐煉鋼需要的海綿鐵，隧道窯可以就地砌筑，投資比回轉(zhuǎn)窯法節(jié)省，操作也比較簡單方便，但是單位產(chǎn)量低，占地面積大，且由于隧道窯需要大量的耐火材料的反應(yīng)罐，這些反應(yīng)罐需要反復(fù)的加熱和冷卻，既大量的浪費了能源，也延長了反應(yīng)時間，降低了反應(yīng)罐的壽命，增加了消耗，并需專門設(shè)置裝罐和出罐的地方，導(dǎo)致占地面積大，勞動強度大，成本高，機械化程度低，熱效率低，影響了經(jīng)濟效益，制約了海綿鐵的發(fā)展。

轉(zhuǎn)底爐法，它是將含鐵粉料、還原劑和脫硫劑混合均勻后造球，然后經(jīng)烘干并預(yù)熱后加入轉(zhuǎn)底爐中，隨著爐底的旋轉(zhuǎn)，爐料依次經(jīng)過預(yù)熱區(qū)，還原區(qū)，中性區(qū)反應(yīng)完畢后卸入有耐火材料的熱運輸罐內(nèi)或快速冷卻。該工藝中普遍存在產(chǎn)品的含硫量高不能滿足電爐煉鋼的要求，且同時存在海綿鐵的再氧化問題，降低了產(chǎn)品的金屬化率。

豎爐法，它是以對流的方式工作，礦石從爐頂加入，固態(tài)爐料自上向下移動，還原氣自還原帶下部加入并向上移動，并與爐料形成對流，爐料鐵礦石與還原氣體都是逆向運動和移動的反應(yīng)過程，其反應(yīng)過程與高爐上部間接還原帶相似，是一個不出現(xiàn)熔化現(xiàn)象的還原冶煉過程。入爐料與還原氣分布均勻，豎爐內(nèi)固體爐料向下運動時與上升的還原氣體間的傳質(zhì)(還原)與熱交換，是個接近理想狀態(tài)的氣-固逆流反應(yīng)過程，還原完畢的海綿鐵從爐底排除。目前國內(nèi)外的豎爐均采用外部加熱還原，由于料層高，阻力大，爐料中心和邊緣氣流不均勻，溫差大，造成能耗高，產(chǎn)量和質(zhì)量均不穩(wěn)定。同時，由于采用外部加熱，使爐體結(jié)構(gòu)和風(fēng)量配置不夠理想，使得球團中心氧化亞鐵未得到充分氧化而形成低熔點混合物，造成爐膛結(jié)瘤和大塊造致使停爐，影響生產(chǎn)的進行。

在上述各種海綿鐵的生產(chǎn)工藝中，采用原料均為精礦粉，受原料的制約和由于設(shè)備投資大及其工藝的復(fù)雜性，目前在我國仍難以取得迅速發(fā)展。

鐵磷和鐵紅是軋鋼廠和鍛造廠在軋制和鍛造過程中，鋼材經(jīng)高溫加熱后在空氣冷卻過程中與氧接觸，在鋼材的表面產(chǎn)生的含鐵氧化物。是鋼鐵廠固體廢棄物的重要來源，它占所處理鋼材總量的3％～5％之間，任意排放將造成環(huán)境公害。鐵磷和鐵紅的W(Fe)含量高達80％～90％，其它雜質(zhì)含量較少，較之用礦石所生產(chǎn)的海綿鐵不含脈石雜質(zhì)。是生產(chǎn)海綿鐵的優(yōu)質(zhì)原料，可作為直接還原生產(chǎn)煉鋼用的海綿鐵的二次冶金資源。