[發明專利]用于鐵礦粉直接還原的方法和設備

有效

• 申請號: 201410431152.7
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104152620A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 何德武;桑曙光;安冬
• 申請（專利權）人: 攀枝花市立宇礦業有限公司
• 主分類號: C21B13/00
• 分類號: C21B13/00
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 許澤偉

技術領域

本發明涉及一種鐵礦粉還原方法，尤其是一種用于鐵礦粉直接還原的方法。此外，本發明還涉及一種冶金設備，尤其是一種用于鐵礦粉直接還原的設備。

背景技術

鋼鐵工業是將鐵礦粉經過燒結再送至高爐熔煉成鐵水，繼而成為下道工序的具有高熱能的主原料，長期的工業生產實踐形成了規模化成熟的傳統工藝。隨著技術研究和進步，這種傳統工藝由于其高能耗、高投資、高污染和高運行成本，而受到直接還原鐵工藝技術的挑戰。目前直接還原鐵研究和生產主要是以氣基還原和煤基還原為主，相對于傳統工藝，將鐵礦粉中的氧化鐵還原成金屬鐵產品，一套直接還原鐵設備功能可取代傳統工藝的燒結、焦化、高爐的功能。但是，就直接還原鐵研究和生產的現狀而言：①鐵礦粉作為主原料因試驗、生產的工藝或還原產品的用途不同，在物料準備階段就存在不同程度的差異，不僅包括煤基、粒度、脫硫劑、催化劑等組分配伍不同，而且有的將鐵礦粉直接裝入容器、有的則擠壓或壓制成球團和其它形狀。組分配伍的不同，直接決定還原反應所需要的溫度和在該溫度下的反應速度；鐵礦粉直接裝入容器進行還原，雖然省卻了鐵礦粉成型過程，但在試驗中盡管將組分配伍進行若干調整，結果發現熱傳導是鐵還原反應實現的條件和反應速度的限制性因素；球團或其它形狀的鐵還原反應，在試驗和實踐中往往因組分配伍、密實程度和供熱方式不匹配或因其一因素不合適，在形狀的表面形成“蛋殼”效應，其機理是物料被直接加熱，其表面受熱速度遠大于物料內部熱傳導速度，結果表面物料已呈熔融狀而內部還沒有達到反應所需的溫度，“蛋殼”就產生了，既影響反應速度又影響還原率；②在鐵礦粉直接還原工藝的研究與應用方面，歸納起來有兩大主流：一是與電爐冶煉特種鋼而形成的電爐短流程；二是隨著粉末冶金相關技術的研究成果不斷涌現，促進了粉末冶金行業的大力發展，鐵礦粉直接還原海綿鐵粉作為粉末冶金的主原料。就還原設備而言，煤基還原的爐窯有隧道窯、回轉窯、轉底爐等，這些爐窯單機生產能力不高，只適合中小規模的生產；用于氣基直接還原的豎爐，雖然可以進行規模化生產，但是對天然氣的依賴性較強，在沒有天然氣的情況下，必須用煤粉通過“煤制氣爐”生產煤氣，同時要求被還原的物料必須是氧化球團，如上所述的弊端也會出現。③鐵礦粉直接還原的研究和應用需要進一步地拓展，其關鍵環節是：更合理的進行適合工藝裝備的物料配伍，增大反應界面，提高熱傳導速度，進而整體提高還原反應速度；優化并創造性地設計爐窯裝備，盡可能兼備其它爐窯裝備的特優點，供熱狀況、過程溫度、爐窯的還原氣氛、余熱利用、物料裝入、產品產出和冷卻等實現自動化監測及控制；最終實現整體工藝裝備產能規模化、產品高品質、運行低成本低能耗、過程控制規范。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種避免“蛋殼”效應的用于鐵礦粉直接還原的方法。

本發明解決其技術問題所采用的用于鐵礦粉直接還原的方法，包括以下步驟：

A、將磁鐵精礦粉、煤粉與催化劑混勻；磁鐵精礦粉、煤粉與催化劑的使用比例應按照具體使用的原料而定，其選用方法與傳統的直接還原方法類似；

B、將混勻后的物料壓制成帶孔物料塊，帶孔物料塊上形成有蜂窩孔，即在帶孔物料塊上形成孔陣列，類似蜂窩煤狀的結構；這些蜂窩孔可供熱氣流通過，增大了物料塊受熱的表面積，其孔洞使物料受熱均勻，有效的減少了整個帶孔物料塊的溫差；

C、將帶孔物料塊送入隧道窯中直接還原，其中隧道窯的爐膛用導熱材料板隔開成上下兩層，形成燃燒室和反應室；帶孔物料塊被送入反應室中，利用燃燒室中產生的熱量間接加熱帶孔物料塊。本步驟中的隧道窯結構可參見后續所述的設備，但不僅限于本發明中的設備。燃燒室中一般利用煤氣或天然氣進行燃燒加熱，選用的燃料需根據需實際情況而定，不必限于本方法推薦的燃料。用導熱材料板板將爐膛隔開，在連續加熱運行中，燃燒室的熱能能夠與反應室的熱能接近平衡，由于帶孔物料塊并不受到直接的加熱，而是出于較為均勻溫度的反應室中，這樣帶孔物料塊的內外部溫度更加均勻，用這種間接加熱的方式就破解了“蛋殼”效應。

進一步的是，在A步驟中，使用粒度為-320～100目的釩鈦磁鐵精礦粉與粒度-20～30目的煤粉和鈉鹽催化劑按質量比3～4：0.8～1.2:0.3～0.4的比例混勻。