[發明專利]顆粒直接還原鐵的生產方法、生產系統和應用

在審

• 申請號: 202110672021.8
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113403441A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 魏小波;靳輝
• 申請（專利權）人: 北京金博威科技有限公司
• 主分類號: C21B13/00
• 分類號: C21B13/00
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 劉桐亞

本發明提供了一種顆粒直接還原鐵的生產方法、生產系統和應用，涉及冶煉技術領域。該生產方法將特定粒徑及特定預熱溫度下的顆粒狀鐵礦石與特定預熱溫度下的原料氣逆流接觸使進行還原反應，得到顆粒直接還原鐵；其中，由于顆粒狀鐵礦石的顆粒尺寸較小，相同溫度下的還原反應速度快于傳統的球團礦，且無需引入其它粘結劑和燒結過程，大大降低能耗以及污染，同時將特定預熱溫度的顆粒狀鐵礦石與原料氣直接進行還原反應，利用物料本身的熱量實現低溫下還原反應的進行，低溫還原反應不僅無需特殊耐高溫材料，減小了還原過程中顆粒直接還原鐵的粘結機率；采用特定的原料氣的平均流速，可使原料氣和顆粒狀鐵礦石接觸更充分，原料氣的利用效率大幅提高。

技術領域

本發明涉及冶煉技術領域，尤其是涉及一種顆粒直接還原鐵的生產方法、生產系統和應用。

背景技術

目前全球鋼鐵冶煉行業，煉鐵的技術有多種，包括高爐煉鐵技術和非高爐煉鐵技術，非高爐煉鐵技術又分直接還原和熔融還原，直接還原又分氣基還原和煤基還原。其中高爐煉鐵技術生產規模和使用量最大，在高爐煉鐵過程中煉焦和燒結過程中會排放大量的粉塵、二氧化碳和其它氣體，給環境帶來了很大的壓力。非高爐煉鐵技術中，氣基還原工藝使用還原性氣體將鐵礦石中的氧化鐵還原為金屬鐵單質，比傳統的碳還原法煉鐵效率更高，不需要煉焦和燒結，生產過程更清潔。

目前氣基還原技術以Midrex氣基豎爐技術和HYL氣基豎爐技術為主，使用氣基豎爐需要先把鐵礦和粘結劑混合、高溫焙燒獲得氧化球團，然后使用還原性氣體高溫下進行還原。還原氣主要來自于天然氣經過水蒸氣變換或重整得到的合成氣、煤氣化得到的合成氣或焦炭行業的焦爐尾氣等。Midrex氣基豎爐中還原性氣體在850-950℃下進入豎爐，反應壓力在0.5MPa左右，能獲得金屬化率92-93％的金屬化球團；HYL氣基豎爐的還原氣需要預熱至900-960℃，反應壓力在0.4-0.6MPa，H₂/CO為5.6-5.9，可獲得平均金屬化率在91-95％的金屬化球團。

除了豎爐技術以外，氣基還原技術還有流化床技術，其中最具代表性的是FINMET技術和H-IRON技術。FINMET是流化床直接還原的代表性技術，也是目前唯一在生產的流化床直接還原流程，由奧鋼聯與委內瑞拉FIORe公司聯合開發，其采用四級串聯的流化床，最終得到93％左右金屬化率的產品，并將產品熱壓塊得到最終產品。H-IRON技術是一種高壓低溫流化還原技術，該技術由Hydro carbon Research Inc和Bethlehom Steel Conp聯合開發，還原氣中含96％的氫氣，采用包含三段床層的流化床，礦粉在還原床內共停留45h，操作氣速使床層操作在鼓泡床的范圍，在各段分別獲得47％(第一段)、87％(第二段)、98％(第三段)的還原度，H₂單程轉化率為5％左右，間斷操作，本技術由于經濟效益問題已無商業裝置運行。

目前直接還原技術基本大部分都采用豎爐技術，少量采用煤基直接還原技術，以產出高金屬化率的金屬球團，或將球團熱壓成塊作為產品。以鐵粉為產品的流化床技術由于鐵礦粉停留時間長、還原氣利用效率低、產品金屬化率低、高溫下鐵顆粒之間相互粘結影響流態化、裝置運行不平穩，經濟效益差等原因，僅有極少數工廠還在運行。

因此，研究開發出一種反應溫度低、還原氣利用率高，無需引入粘結劑和燒結過程的鐵礦石氣基還原方法，以緩解現有鐵礦石氣基豎爐還原技術鐵礦石原料處理流程長，能耗高，污染大的問題，以及氣基流化床還原技術還原氣利用效率低、產品金屬化率低、反應時間長、能耗高、高溫下鐵顆粒之間相互粘結影響流態化的問題，變得十分必要和迫切。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種顆粒直接還原鐵的生產方法，該生產方法無需引入其它粘結劑進行成球和高溫焙燒過程，大大降低污染和能源消耗，同時上述還原方法采用低溫還原的方法不僅無需特殊耐高溫材料，更減小了還原過程中的粘結機率，降低能耗。

本發明的第二目的在于提供一種采用上述顆粒直接還原鐵的生產方法的生產系統。