[發(fā)明專利]一種鐵礦粉流態(tài)化還原系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310751238.3
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103725819A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所;北京中凱宏德科技有限公司
• 主分類號: C21B11/08
• 分類號: C21B11/08;C21B13/10
• 代理公司: 北京法思騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工、冶金領(lǐng)域，特別涉及一種鐵礦粉流態(tài)化還原系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)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(chǎn)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(jìn)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(jīng)過鐵精礦氣固相還原過程，兩者的區(qū)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(xù)熔池終還原，熔融還原的氣固相還原(一般稱預(yù)還原)的金屬化率可以低至75%。直接還原與熔融還原的預(yù)還原所涉及的過程基本相同，都是通過氣相還原固體狀態(tài)的鐵礦石，因此本專利申請將其統(tǒng)稱為鐵礦石還原。鐵礦石還原的方法很多，根據(jù)還原反應(yīng)器的類型，可分為回轉(zhuǎn)窯、轉(zhuǎn)底爐、豎爐和流化床等，與其他反應(yīng)器相比，流化床還原具有可直接處理粉礦、傳熱傳質(zhì)好、還原效率高等突出優(yōu)點，被認(rèn)為是最為高效的鐵礦石還原反應(yīng)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(jìn)行過中試或?qū)崿F(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。

FIOR工藝最早在20世紀(jì)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(nèi)瑞拉建成了40萬噸/年工業(yè)裝置生產(chǎn)熱壓塊(US5082251,US5192486)，并基于“細(xì)粉鐵礦石還原”的英文首字母取名為FIOR（Fine?Iron?Ore?Reduction），并持續(xù)運行了至今。FIOR公司于1992年起與奧鋼聯(lián)共同合作開發(fā)FINMET技術(shù)，于1995年完成了FINMET技術(shù)驗證，1998年1月開始建設(shè)50萬噸/年的FINMET系統(tǒng)，1999年11月開始調(diào)試，2000年5月正式運行，2001年開始將兩條50萬噸/年的FINMET系統(tǒng)合并為100萬噸/年的系統(tǒng)。FIOR/FINMET采用天然氣重整得到的H₂+CO作為還原和流化介質(zhì)，采用四級流化床串聯(lián)操作，還原氣體經(jīng)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(lián)通過，氣體壓力為11-13atm（表壓），還原尾氣中未消耗的H₂和CO經(jīng)除塵、脫碳等凈化處理后返回循環(huán)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(lián)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(yù)熱作用。

FINEX工藝是由韓國浦項制鐵在引進(jìn)奧鋼聯(lián)的COREX熔融還原工藝基礎(chǔ)上，與奧鋼聯(lián)聯(lián)合開發(fā)的基于流化床預(yù)還原的熔融還原新工藝。FINEX技術(shù)研發(fā)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(shè)，2004年5月達(dá)產(chǎn)，2007年5月建成了150萬噸/年產(chǎn)業(yè)化示范工廠。FINEX工藝的預(yù)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(lián)操作，只是還原及流化介質(zhì)采用熔融還原（熔融還原爐中）產(chǎn)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(lián)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(jīng)除塵、脫碳等凈化處理后返回循環(huán)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(lián)通過被還原，與FIOR/FINMET一樣，F(xiàn)INEX沒有設(shè)置單獨的鐵礦粉預(yù)熱單元，第一流化床主要起干燥/預(yù)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(yù)計超過270萬噸/年）的規(guī)模上運行數(shù)年。