[發明專利]含鐵礦粉的直接還原煉鐵方法及系統

有效

• 申請號: 201510079603.X
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號: CN104673954B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 高澤斌;趙沛;莊大英;李永恒
• 申請（專利權）人: 湖南長拓高科冶金有限公司
• 主分類號: C21B13/00
• 分類號: C21B13/00
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所43211
• 代理人: 黃子平

技術領域

本發明涉及冶金領域，具體而言，涉及一種含鐵礦粉的直接還原煉鐵方法及系統。

背景技術

人類最早獲得鐵的方法是直接還原法，但原始工藝復雜、效率低，不能適應人類進步的需要，后被二步法取代。隨著人們對鋼鐵需求的巨大增長，冶金焦供應日趨緊張，使得直接還原煉鐵工藝再次得到發展。根據還原劑類型進行分類，還原煉鐵的方法主要有使用氣體還原劑的氣基直接還原煉鐵法和使用固體還原劑的煤基直接還原煉鐵法兩大類。2006年世界直接還原鐵總產量達到5980萬噸，而以生產能力和實際產量而論，氣基法為主導，約占80.3％，煤基法僅占約19.7％。目前全世界有十幾種直接還原法實現了工業化生產，包括Midrex、Hyl、流化床、煤基回轉窯和轉底爐法等，只有氣基豎爐工藝Midrex和Hyl-Ⅲ可以大型化生產，產品質量高、投資低、能耗在現行直接還原生產方法中最低。2012年世界直接還原鐵總量7402萬噸，而Midrex工藝和Hyl-Ⅲ工藝生產的直接還原鐵所占比例達到76.3％。

現有的Midrex工藝一般以天然氣重整后的高溫重整氣作為還原氣，使塊狀或球團礦料在豎爐內加熱、還原；使用冷卻后的重整氣冷卻豎爐下部的還原鐵。在還原過程中，因粉料會堵塞礦料間隙影響還原效率而對礦料粒度有一定要求，一般為10～30mm，<5mm的粉末不應大于5％；礦料在豎爐內一般設置為堆積狀態，因氣體在堆積狀態的礦料中的擴散較慢，充分還原需6h左右，加上其還原、冷卻均在爐體內進行，進一步延長工序時間還會導致爐內溫度與氣體成分控制不便。

現有的Hyl工藝設備由重整爐與4～5個反應罐體組成，重整爐使用天然氣產生還原所需氣體，反應罐體依次進行礦料的排料和裝料、預還原、還原、冷卻四道工序，四道工序依次進行，每隔3h有一個反應罐體排出冷的直接還原鐵，該工藝將各個階段分開進行，有利于工藝控制，用于反應的礦料為10～18mm的塊礦或球團礦，且罐體內塊狀或球團礦也為堆積態。同時四個反應罐體的還原氣出入都為獨立體系，因此其線路管道復雜，不易管理。改進后的Hyl-Ⅲ工藝將反應罐體變成豎爐，采用高壓操作，從還原裝置排出的煙氣不再返回重整爐，這樣，即使還原系統出現故障，也不會影響重整爐的工作，但同樣存在還原時間長的問題。

現有流化床工藝常用的為Fior流態法，其使用0.25～4mm范圍的礦料，礦料在流化床上處于懸浮狀態，增加了與還原氣體接觸的面積，但由于礦石顆粒仍較粗，僅在一定程度上減少還原時間，同時，細粒礦粉易逸出和氣體利用率低，為解決這些問題，一般采用多個流化床串聯使用，以增加礦石和還原氣體的接觸時間來提高氣體利用率，這樣使工藝變得復雜。

上述多種工藝系統中，為使還原氣體達到使用要求，還需要設置多個氣體加熱、冷卻裝置，這不僅增加了設備投資，還使工藝體系變得復雜。

由此可見，目前的直接還原煉鐵技術普遍存在還原效率低，工藝設備復雜等問題，因此，亟需一種還原效率高、工藝簡單，有利于提高金屬化率的方法和系統。

發明內容

本發明旨在提供一種含鐵礦粉的直接還原煉鐵方法及系統，以解決現有技術中普遍存在還原效率低、工藝設備復雜的問題，有利于提高金屬化率。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種含鐵礦粉的直接還原煉鐵方法，該含鐵礦粉的直接還原煉鐵方法包括：步驟S1，800～1000℃下，使用還原氣體對含鐵礦粉進行閃速還原，在20～120S內完成還原反應得到包含直接還原鐵和尾氣的混合物；步驟S2，對混合物進行氣固分離，分別得到直接還原鐵與尾氣；其中，還原氣體中氫氣和一氧化碳體積之和大于還原氣體總體積的70％。

進一步地，上述步驟S1包括：步驟S11，將含鐵礦粉預熱至400～800℃，以及將還原氣體加熱至850～1050℃；步驟S12，將預熱后的含鐵礦粉送入閃速還原爐中，并將加熱后的還原氣體通入閃速還原爐中，使含鐵礦粉在伴隨還原氣體流動的過程中完成還原，得到包含直接還原鐵和尾氣的混合物。

進一步地，上述尾氣用于步驟S11中含鐵礦粉的預熱。

進一步地，在上述步驟S1之前，含鐵礦粉的直接還原煉鐵方法還包括調節步驟，使得還原氣體中氫氣和一氧化碳體積比為(0.8～1.5)：1。

進一步地，上述含鐵礦粉的粒度小于0.1mm；含鐵礦粉為鐵精粉、赤鐵礦粉、褐鐵礦粉、菱鐵礦粉和赤泥中的一種或多種，且含鐵礦粉中鐵品位優選不低于35％。