[發明專利]一種鐵精礦粉體流態化直接還原的系統及方法

有效

• 申請號: 201310750711.6
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103667571A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 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
• 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，特別涉及采用流化床對鐵精礦粉體進行直接還原的系統及方法。

背景技術

隨著鋼鐵工業的快速發展，高爐煉鐵工藝對冶金焦過度依賴、要求使用高品質球團礦、能耗高、污染嚴重等缺點越來越突出，因而無需使用冶金焦的直接還原煉鐵工藝愈來愈受重視。2011年全球直接還原鐵產量達7332萬噸，且隨著世界鋼鐵工業短流程工藝和電爐煉鋼工藝的不斷發展，對優質煉鋼原料-直接還原鐵的強勁需求，還將繼續推高直接還原鐵產量。直接還原煉鐵技術已成為新一代鋼鐵技術的重要發展方向之一。

目前，國內外提出的直接還原煉鐵方法很多，根據還原反應器類型，可分為回轉窯(如SL/RN法、中國專利申請200710138915.9)、轉底爐(如中國專利申請200810302482.0和201110236682.2)、豎爐(如Midrex法、HYL?III法、中國專利申請20111044319.4)和流化床(如FIOR法、FIMET法、Carbide法、HIB法、中國專利申請201110006745.5)等直接還原工藝。

與其他工藝相比，流態化直接還原具有明顯的優勢：(1)可直接處理鐵精礦粉狀物料、省去了燒結或球團工序，且隨著鐵礦資源的不斷開發，貧礦磨細精選得到的鐵精礦越來越細，流態化工藝直接處理礦粉的優勢也更為突出；(2)采用氣體流態化還原具有較大比表面的粉礦，傳質阻力小、傳熱效率高，實現了低溫還原，可望突破常規直接還原在效率和成本方面的瓶頸；(3)可用于處理復雜的共生礦，如釩鈦磁鐵精礦流態化直接還原-熔分后，既可得到鐵，又將釩、鈦富集于渣中。

但是，由于鐵精礦直接還原需要消耗大量的還原性氣體，且還原反應為吸熱反應，除了需要將物料加熱至高溫外，還需要為流態化還原過程提供足夠的熱量，保證反應的順利進行。根據相關工業試驗數據，FIOR/FINMET生產每噸熱壓塊的能耗約為15.0GJ，遠高于基于豎爐的MIDREX工藝的10.5GJ，說明基于流化床工藝的技術在能耗降低方面尚有很大的提升空間。因此，如何合理提高熱量利用率和還原效率，是實現鐵精礦流態化直接還原大規模工業應用的關鍵。

現有的工藝流程通常采用2～4級流化床進行鐵精礦的流態化直接還原。在FIOR法(如美國專利US5082251)、FIMET法(Gerhard?Deimek.鋼鐵,2000,第12期:13-15)和FINEX法(張壽榮,張紹賢.鋼鐵,2009,第5期:1-5)工藝流程中，采用四級流化床，礦粉未經預熱直接送入一級流化床中，預熱后的還原氣體由末級流化床進入、串聯通過多級流化床。由于沒有中間補充熱量，在前1～2級流化床溫度以降低至600℃以下，在此溫度下礦物的還原速率很慢，故主要起到礦粉的預熱作用，礦粉的還原主要發生在后續串聯的第3～4級流化床，降低了流化床還原系統的還原效率。與FIOR/FINMET和FINEX主流工藝相似，采用四級流化床還原的專利還包括：US20120328465(2012)、CN101892339(2012)、CN101397597(2010)、CN101519707(2010)、CN100560739(2009)、US20080277842(2008)、AU2001265669(2001)等。在這些工藝中，還原氣體均串聯操作方式，操作壓力高，壓縮氣體功耗大；還原尾氣(由后級還原流化床產生)在前級流化床中預熱礦粉，僅利用尾氣中的顯熱，礦粉預熱和還原效果差。

德國Lurgi公司開發的Circored法(S?A?Elmquist,P?Weber,H?Eichberger,王玉明.世界鋼鐵,2009,第2期:12-16)，以氫氣為還原劑，鐵礦粉與預熱快速床尾氣經文丘里和旋風器，進入以燃料燃燒直接供熱的快速流化床進行干燥、預熱至850～900℃，經空氣提升至礦斗后送入溫度630～650℃的循環流化床(第一級)中進行預還原，采用流化床對鐵礦粉進行預熱，與在FIOR法和FIMET法相似，但操作相對復雜；由循環床排出的預還原礦粉送入溫度約680℃、壓力0.4MPa的鼓泡流化床(第二級)中進行終還原。循環流化床排出的高溫尾氣，與循環氣換熱、凈化、壓縮再循環。