[發明專利]一種流化床還原粉狀鐵礦石的系統和方法

有效

• 申請號: 201310750393.3
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103695588A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 朱慶山;范川林;李洪鐘;謝朝暉;牟文恒;王存虎;焦新剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所;北京中凱宏德科技有限公司
• 主分類號: C21B13/00
• 分類號: C21B13/00;C21B11/00
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊林

技術領域

本發明屬于化工、冶金領域，特別涉及一種采用流化床對粉狀鐵礦石進行還原的系統和方法。

背景技術

現有的生鐵冶煉主要采用高爐工藝，需要使用焦炭和球團礦，流程較長。為了降低對焦炭的依賴，非高爐煉鐵工藝受到人們的重視。非高爐煉鐵可分為直接還原和熔融還原兩類，直接還原的產品是由鐵精礦還原得到海綿鐵，主要用作電爐煉鋼的原料，而熔融還原則進一步將海綿鐵熔化分離渣鐵得到鐵水。無論是直接還原還是熔融還原，都需要經過鐵精礦氣固相還原過程，兩者的區別主要在金屬化率上，直接還原的金屬化率一般要求超過90%，而由于還有后續熔池終還原，熔融還原的氣固相還原(一般稱預還原)的金屬化率可以低至75%。直接還原與熔融還原的預還原所涉及的過程基本相同，都是通過氣相還原固體狀態的鐵礦石，因此本專利申請將其統稱為鐵礦石還原。鐵礦石還原的方法很多，根據還原反應器的類型，可分為回轉窯、轉底爐、豎爐和流化床等，與其他反應器相比，流化床還原具有可直接處理粉礦、傳熱傳質好、還原效率高等突出優點，被認為是最為高效的鐵礦石還原反應器。流化床還原鐵礦石已研究了幾十年，申請了大量的工藝專利，并有FIOR/FINMET、FINEX、HISmelt、Circofer、Circored等工藝進行過中試或實現了產業化。

FIOR工藝最早在20世紀五十年代由ESSO?Research?and?Engineering?Company開始研究，于1962年在ESSO實驗室（Baton?Rouge，La,美國）完成了5t/d的小試，1965年在加拿大(Darmouth,Nova?Scotia)建成了300t/d的工廠，1976年在委內瑞拉建成了40萬噸/年工業裝置生產熱壓塊(US5082251,US5192486)，并基于“細粉鐵礦石還原”的英文首字母取名為FIOR（Fine?Iron?Ore?Reduction），并持續運行了至今。FIOR公司于1992年起與奧鋼聯共同合作開發FINMET技術，于1995年完成了FINMET技術驗證，1998年1月開始建設50萬噸/年的FINMET系統，1999年11月開始調試，2000年5月正式運行，2001年開始將兩條50萬噸/年的FINMET系統合并為100萬噸/年的系統。FIOR/FINMET采用天然氣重整得到的H₂+CO作為還原和流化介質，采用四級流化床串聯操作，還原氣體經第四流化床、第三流化床、第二流化床至第一流化床依次串聯通過，氣體壓力為11-13atm（表壓），還原尾氣中未消耗的H₂和CO經除塵、脫碳等凈化處理后返回循環使用。鐵礦粉則從第一流化床、第二流化床、第三流化床、第四流化床依次串聯被還原(Schenk?et?al.,Particuology,2011,914-23)。第四流化床的還原溫度為約800℃，由于中間沒有補熱，流化床的溫度從四級至一級依次降低，至第一流化床時僅為400-500℃，在此低溫下還原速度很慢，所以第一流化床實際上主要起預熱作用。

FINEX工藝是由韓國浦項制鐵在引進奧鋼聯的COREX熔融還原工藝基礎上，與奧鋼聯聯合開發的基于流化床預還原的熔融還原新工藝。FINEX技術研發始于1992年，于1996年完成了15t/天的實驗室擴大試驗，1999年完成了150t/天的中試，2001年1月開始80萬噸/年的示范工程建設，2004年5月達產，2007年5月建成了150萬噸/年產業化示范工廠。FINEX工藝的預還原部分(US5762681,US5785733,CN95191907.5,CN95191873.7，US20020166412,US20060119023,US20080302212,US20080277842)與FIOR/FINMET工藝基本一樣，采用四級流化床串聯操作，只是還原及流化介質采用熔融還原（熔融還原爐中）產生的煤氣凈化后得到的凈煤氣。還原氣體由第四流化床、第三流化床、第二流化床至第一流化床依次串聯通過，氣體壓力2.3-4.0atm（表壓），還原尾氣中未消耗的H₂及CO經除塵、脫碳等凈化處理后返回循環使用。鐵礦粉從第一流化床、第二流化床、第三流化床、第四流化床中依次串聯通過被還原，與FIOR/FINMET一樣，FINEX沒有設置單獨的鐵礦粉預熱單元，第一流化床主要起干燥/預熱作用，溫度約為400℃，第四級流化床的溫度在800-900℃。FINEX工藝的流化床還原已在150萬噸鐵/年（實際還原鐵礦石預計超過270萬噸/年）的規模上運行數年。