CN101538632A

CN101538632A - 海绵铁的制备工艺及设备

Info

Publication number: CN101538632A
Application number: CN200910028261A
Authority: CN
Inventors: 丁刚; 丁家伟
Original assignee: 丁家伟; 丁刚
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2009-09-23
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: CN101538632B

Abstract

本发明涉及一种海绵铁的制备工艺及设备，属于冶金工业炼钢原料。将含铁原料与还原剂、熔剂、催化添加剂混合，制备成超细粉，钝化、混合造成球团物料；将所制好的球团物料送入到还原炉内，烘干、焙烧，经还原反应后，得到海绵铁；该还原设备在炉底座的上方连接有上炉体，在炉底座的下方连接有下炉体，在上炉体的上端连接有上炉罩，烘干床炉箅子位于上炉体内上端，净化装置通过管道与上炉体和下炉体连接，余热循环装置与下炉体连接。优点：1.降低了还原温度，提高了还原速度，减少了能源消耗，降低生产成本，提高生产效率，确保了质量的均匀性。2.机械化程度高，工序简单，产量大，能够规模化生产。3.降低原料浪费，减少环境污染。4.废弃资源循环利用，节约了资源消耗。

Description

海绵铁的制备工艺及设备

技术领域

本发明涉及一种冶金工业炼钢原料，具体涉及一种海绵铁的制备工艺及设备。

背景技术

海绵铁是在铁的熔点温度以下，采用非高炉工艺，通过还原固态氧化铁粉(通常是赤铁矿)或其他含铁氧化物，经还原或脱氧获得的金属化的产品，通常叫做直接还原铁(DRI)。铁矿石还原过程中，由于失氧在内部形成大量孔洞，保留了铁矿石的外形和矿石中的脉石，其重量比铁矿石减少30％，比重约为4.4g/cm³。

海绵铁是废钢和生铁的替代品，其特点是碳含量较低(＜2％)，全铁在90％以上，不仅磷、硫含量低，与废钢相比不含铜、锌等杂质，成份稳定，是电炉炼钢较为理想的炉料，为炼钢用废钢的一种补充，特别有利于电炉冶炼优质特钢。

目前国内外生产海绵铁的工艺主要有气基还原法和煤基还原法二种。

气基法一般采用天然气进行还原，而天然气以CH₄等碳氢化物为主，在还原时，需将天然气通过裂解转化成以CO和H₂为主的还原性气氛，完成对铁矿石或人造块矿的还原而生成还原铁。该气基法具有还原速度块，产品质量好等优点，但气基法生产海绵铁工艺的主导条件要有丰富的天然气，在天然气匮乏的地区不能采用，且本身的价格和转化成本较高，而我国的天然气储备量还比较少，因此，该工艺目前尚不适合我国海绵铁的生产。

煤基法是用煤为还原剂直接对氧化铁进行还原，目前煤基法比较成熟的直接还原工艺主要有回转窑法、隧道窑法、转底炉法和竖炉法。

回转窑法，该法机械化程度高，建设周期短，产量高，适合大型化生产。但由于炉型较大，内外设施较多，一次性投资较大，维护费用高，对原料的要求苛刻，还容易发生结圈事故须停炉处理，固体炉料和气体各行其道，热效率低，还原铁出窑的温度较高，所生产的海绵铁易被氧化而影响金属化率，且操作控制困难，不适合中小型企业。

隧道窑法也称为罐装外热还原法(Hoganas)，它是将矿粉和还原剂按照一定的比例和装料方法一起装入还原罐中，然后把罐装在罐车上，推入隧道窑中，料罐经加热后在1150℃～1200℃加热焙烧数十小时，使精矿粉还原，经冷却后得到海绵铁。此方法可以生产出满足电炉炼钢需要的海绵铁，隧道窑可以就地砌筑，投资比回转窑法节省，操作也比较简单方便，但是单位产量低，占地面积大，且由于隧道窑需要大量的耐火材料的反应罐，这些反应罐需要反复的加热和冷却，既大量的浪费了能源，也延长了反应时间，降低了反应罐的寿命，增加了消耗，并需专门设置装罐和出罐的地方，导致占地面积大，劳动强度大，成本高，机械化程度低，热效率低，影响了经济效益，制约了海绵铁的发展。

转底炉法，它是将含铁粉料、还原剂和脱硫剂混合均匀后造球，然后经烘干并预热后加入转底炉中，随着炉底的旋转，炉料依次经过预热区，还原区，中性区反应完毕后卸入有耐火材料的热运输罐内或快速冷却。该工艺中普遍存在产品的含硫量高不能满足电炉炼钢的要求，且同时存在海绵铁的再氧化问题，降低了产品的金属化率。

竖炉法，它是以对流的方式工作，矿石从炉顶加入，固态炉料自上向下移动，还原气自还原带下部加入并向上移动，并与炉料形成对流，炉料铁矿石与还原气体都是逆向运动和移动的反应过程，其反应过程与高炉上部间接还原带相似，是一个不出现熔化现象的还原冶炼过程。入炉料与还原气分布均匀，竖炉内固体炉料向下运动时与上升的还原气体间的传质(还原)与热交换，是个接近理想状态的气-固逆流反应过程，还原完毕的海绵铁从炉底排除。目前国内外的竖炉均采用外部加热还原，由于料层高，阻力大，炉料中心和边缘气流不均匀，温差大，造成能耗高，产量和质量均不稳定。同时，由于采用外部加热，使炉体结构和风量配置不够理想，使得球团中心氧化亚铁未得到充分氧化而形成低熔点混合物，造成炉膛结瘤和大块造致使停炉，影响生产的进行。

在上述各种海绵铁的生产工艺中，采用原料均为精矿粉，受原料的制约和由于设备投资大及其工艺的复杂性，目前在我国仍难以取得迅速发展。

铁磷和铁红是轧钢厂和锻造厂在轧制和锻造过程中，钢材经高温加热后在空气冷却过程中与氧接触，在钢材的表面产生的含铁氧化物。是钢铁厂固体废弃物的重要来源，它占所处理钢材总量的3％～5％之间，任意排放将造成环境公害。铁磷和铁红的W(Fe)含量高达80％～90％，其它杂质含量较少，较之用矿石所生产的海绵铁不含脉石杂质。是生产海绵铁的优质原料，可作为直接还原生产炼钢用的海绵铁的二次冶金资源。

赤泥是氧化铝厂生产过程中所产生的一种固体废弃物，我国每生产1吨氧化铝约产出1.0～1.7吨赤泥，由于赤泥中含有较高的碱，所以每年大量的赤泥堆积在地上会使土地碱化，而且逐渐污染地下水及浪费资源，赤泥中含有23％～35％以上的Fe₂O₃及其他金属，是又一冶金资源。

硫酸渣是用黄铁矿或磁黄铁矿生产硫酸过程中产生的含铁废渣。硫酸渣中主要成分为铁氧化物(Fe₂O₃、Fe₃O₄)，Fe含量一般为30％～55％；另外含有SiO₂，残留硫分(一般为0.5％～2％)、金属(如Cu、Pb、Zn)的硫酸盐和氧化物等。硫酸渣属人造矿渣，其物化特性及结构构造与同名自然矿物相异；由于硫酸渣铁含量较低，且其中含有不适合冶炼的化学成分，必须经过选别后才可以做造球原料。针对硫酸渣的特性，选用适宜的设备和工艺对硫酸渣进行分选提纯，使其成为制造海绵铁的含铁原料，既可以增加含铁原料来源又可以解决资源的浪费和环境的污染。

高炉尘、转炉尘、平炉尘、平炉渣均是是钢铁厂固体废弃物的重要来源。它含铁量高，粒度细(-325目大于90％)，利用其可做烧结原料，配加部分轧钢铁磷经磨混后，加水润湿造球，可获得性能良好的生球可以回收资源，并可以代替部分石灰，从而减少资源浪费，减轻环境污染。

对上述各种冶金废弃物资源进行综合利用，即可以节约矿石资源，又可以能解决资源的浪费和环境的污染。

目前国内用铁磷和铁红生产海绵铁的工艺和设备主要是采用隧道窑——还原罐法和反射窑(倒焰窑)——还原罐法。所用原料均为200目以上的铁磷(或加入部分高纯度铁精矿粉)，采用木炭、焦粉或煤粉作还原剂，CaO作脱硫剂，将其分别装在同一还原罐内。经过在隧道窑或反射窑内进行加热、还原、冷却后制成海绵铁。这二种方法制造海绵铁，生产周期长达40小时以上同。由于采用还原罐，需进行预先装罐，还原后的海绵铁需从罐内倒出，因而劳动强度大，操作现场粉尘大，污染环境。

中国专利申请号87101175.1号中公开了一种铁磷在竖炉中用焦粉还原生产洁净海绵铁的工艺，该工艺中的还原炉的中心受料部分由受料漏斗1、中心部下料管2、周边受料斗3、反应管4、竖炉炉体5、冷却套6、旋转刮刀7、焦盘8等部分组成。其工艺方法为：将铁磷或其他含铁粉料从中心部受料漏斗1加入到中心部下料管2，焦粉及适量的石灰石从周边受料斗3加入到反应管4，反应管4安装在竖炉炉体5中，靠燃烧煤气或煤粉供热。铁磷或其他含铁粉料在下降过程中与焦粉相遇，在高温作用下发生结晶还原、固结，铁磷或其它含铁粉料及还原出的海绵铁下降到冷却套6内冷却后，靠自身的重力和对辊力的拉拔下脱出竖炉。该工艺与隧道窑和反射窑相比，由于铁磷和含铁粉料与焦粉和石灰石是从不同的下料管中加入到竖炉内，易使炉料和还原剂的分布不均匀，所还原出的产品质量均匀性差，且易出现结瘤现象，从而影响生产的进行。同时由于在还原罐外面加热，因而热效率低，还原反应速度慢，在还原中使用焦粉做还原剂，生产成本高，由于采用单体炉生产且受竖炉结构的限制，仅适用小批量生产。

中国ZL96205053.9号专利中公布了一种直接还原生产海绵铁的罐式炉装置。该装置是在炉底基础上砌筑炉体、燃烧室、火道、空气道、烟道、反应罐、炉架及检测、控制装置。火道是分组、分层、水平交错排列的并且环绕在反应罐的周围；反应罐可以是结构相同的若干组；火道、燃烧室与反应罐的组数相对应。反应罐位于炉体内部的部分是由耐火材料砌筑的，位于炉体外部的部分是金属结构的水套，该水套下部安装有排料器。其生产工艺为：将铁精粉与一定量还原剂、脱硫剂，混合或制成球团，由进料器间歇或连续加入反应罐，反应罐由环绕它的若干组的火道加热，热量由燃烧室提供，罐内炉料靠自重缓慢下移，先在预热段升温至800℃左右，然后在800℃～1050℃内还原一定时间后成为海绵铁，继续下移，先后进入空冷段与水冷段、海绵铁温度降至100℃左右，由排料器控制，间歇或连续排出，然后通过磁选装置将海绵铁与残渣分离。该装置虽然具有生产效率高，适合大批量生产，但由于仍然采用罐外加热工艺，因而热效率低，还原速度慢，煤耗大，成本高，使生产应用得到限制。

中国ZL200720032603.5号专利中公布了一种内置式煤基海绵铁竖炉，该炉采用在竖炉内部设置有内置炉胆，炉胆壁上设有气体流通孔，炉胆下部与气化炉上端形成调温室，绕炉胆外周自上而下设有2～10条进料槽道，该进料槽道成螺旋形，由于该工艺采用内置炉胆加热，比外部加热的竖炉热效率有所提高，但仍然达不到高效率加热的目的。同时该炉由于采用多条螺旋形进料结构，影响了炉内生产空间的利用率，并对气流的上升产生阻碍，且螺旋状的几何形状复杂，庞大的螺旋体加工起来非常困难，由于螺旋体长期处于高温工况下，对材料的要求较高，所用金属材料造价高，寿命短。在炉料下移过程中，还存在很大的问题，一旦矿石烧结成块，堵塞住螺旋槽道，将会造成停工通炉的事故。

在上述各文献中用于生产海绵铁的铁矿粉和还原剂、脱硫剂的粒度均为200目以上的粗颗粒，由于粒度粗，致使脱氧还原反应需在高温下进行，且还原反应速度慢，效率低，能耗高。

目前，国内外用于海绵铁生产的氧化铁粉和碳粉的粒度均为200目以上，由于所用原料的颗粒较粗，使还原反应需在1150℃～1300℃的高温下进行的，能源消耗量大，还原速度慢，还原反应时间长，能量利用效率低，环境污染严重。为此，国内外近年来开展了氧化铁粉低温还原的研究。文献《中国冶金》杂志(2007年第8期第23-28页)中报道了“微纳米氧化铁粉低温还原特性的研究”，报导中公开了一种用微纳米氧化铁粉(粒度为61um～16um)在280℃～400℃内在氢气气氛下经3～20mm对铁粉进行还原的研究成果。但是，H₂的制备成本昂贵，且H₂的一次利用率为25％左右，吨铁能耗较高，而且目前工业上大批量制备微纳米粉体尚有难度，且制备成本高。该成果在目前条件下尚还不具备工业化应用。

发明内容

本发明的目的是要提供一种还原温度低、还原速度快、能源消耗少、生产效率高、生产成本低、机械化程度高的海绵铁的制备工艺及设备。

本发明解决其技术问题的设备方案是：

该还原设备包括有炉底座(12)、上炉体、下炉体、上炉罩、烘干床炉箅子(25)、密封下料装置(1)、净化装置和和余热循环装置，在炉底座的上方连接有上炉体，在炉底座的下方连接有下炉体，在上炉体的上端连接有上炉罩，烘干床炉箅子位于上炉体内上端，净化装置通过管道与上炉体和下炉体连接，余热循环装置与下炉体连接。

所述的上炉体包括内加热罐(2)、还原气出口(3)、外加热还原罐(4)、加热进气孔(5)、煤气管(6)、耐火砖(7)、燃气喷嘴(8)、耐火纤维(9)、还原炉外壳(10)、内外加热罐进气孔(11)、内加热煤气管(20)、内加热燃气喷嘴(21)、加热室(39)、焙烧还原区(43)，还原炉外壳、耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位于最外层，内加热罐位于最内层，在内加热罐中心有内加热煤气管，内加热煤气管的端部连接有内加热燃气喷嘴，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维，在耐火砖层内为加热室，有煤气管穿过还原炉外壳、耐火纤维和耐火砖层，煤气管端部连接有燃气喷嘴，燃气喷嘴位于加热室内，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段有还原气出口、在下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐上有加热进气孔；上炉体伸入保护罩的部分为V字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流通道，两个罐体的斜形气流通道呈V字型布置，在两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流孔。

或者所述的上炉体包括内加热罐(2)、还原气出口(3)、外加热还原罐(4)、加热进气孔(5)、耐火砖(7)、耐火纤维(9)、还原炉外壳(10)、内外加热罐进气孔(11)、燃煤燃烧室(33)、出渣室(34)、内加热火道(38)、加热室(39)、焙烧还原区(43)，还原炉外壳、耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位于最外层，内加热罐位于最内层，燃煤燃烧室(33)、出渣室(34)位于上炉体的下端，内加热火道(38)位于内加热罐(2)和外加热还原罐(4)的下端，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维，在耐火砖层内为加热室，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段有还原气出口、在下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐上有加热进气孔；上炉体伸入保护罩的部分为V字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流通道，两个罐体的斜形气流通道呈V字型布置，在两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流孔；

所述的上炉体为单孔一通道炉体结构，或者上炉体为多孔一通道炉体结构；炉体的布置形式为单排一通道，或者炉体的布置形式为多排一通道；外加热还原罐和内加热罐在上炉体内分布有1-50个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有10-50个与罐体垂直线呈斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐体平行布置的进出气孔，其进出气孔在罐体上均匀分布；外加热还原罐的形状为圆形或者为矩形；外加热还原罐使用材质为SiC或者耐火砖材料制成，或者采用二种材料共同制造。

所述的下炉体包括冷却过渡段(13)、螺旋出料机(18)、出料口(29)、炉体支撑(31)、内外加热罐支撑(32)，燃煤燃烧室(33)，冷却过渡段位于内加热罐和外加热还原罐的下部，燃煤燃烧室与上炉体的焙烧还原区相连通，炉体支撑位于外侧，内外加热罐支撑位于中心，在冷却过渡段的底部连接有螺旋出料机，在螺旋出料机的一端有出料口。

所述的上炉罩包括炉罩(27)、烟囱(28)、除尘器(44)，烟囱位于炉罩的上端，除尘器连接在烟囱上。

所述的净化装置包括余热输送管(19)、中余热回收管(22)、上余热回收管(26)、轴流风机(30)、右冷却风管(36)、石冷却风机(41)，在净化装置的上端通过上余热回收管与上炉罩连接，在净化装置的中间部位通过中余热回收管连接在上炉体上端，上余热回收管(26)和中余热回收管均通入至焙烧还原区，在净化装置的底部通过余热输送管通入至下炉体的燃煤燃烧室内，在余热输送管上连接有轴流风机，在轴流风机下方的余热输送管上连接有右冷却风管，在右冷却风管上连接有右冷却风机。

所述的余热循环装置包括左余热输送管(14)、出水口(15)、冷却筒(16)、进水口(17)、左冷却风管(35)、左冷却风机(42)，在下炉体外有冷却筒，在冷却筒上有进水口和出水口，左余热输送管通入至下炉体的燃煤燃烧室内，在左余热输送管上连接有左轴流风机，在左轴流风机下方的左余热输送管上连接有左冷却风管(35)，左冷却风管上连接有左冷却风机(42)。

解决其技术问题的工艺方案是：

将含铁原料与还原剂、熔剂、催化添加剂混合，经混合后粉碎到200目以下，制成混合料；然后将混合料加入到球磨机内进行球磨，制备成超细粉，对超细粉进行钝化；在催化添加剂中加水溶化，得到水溶液，将超细粉、水溶液和粘结剂共同混合，混合均匀后造成球团物料；点燃竖式还原炉中的内外加热器中的燃料，将所制好的球团物料经过螺旋送料器送入到还原炉内，均匀松散地排布到烘干床炉箅子上，对球团物料进行烘干，球团物料经过干燥后进行焙烧，在焙烧区内与燃气中的CO、H₂和挥发分中的碳氢化合物反应，球团物料在500℃-1100℃的还原温度下和催化剂的共同作用下，经15-180分钟的还原反应后，得到金属化率达到90-95％的海绵铁球团，海绵铁球团进入冷却过渡段；余热回收装置将反应后上升的热气作为助燃风与冷却风混合后一同对海绵铁球团进行冷却，吹入的冷却风吸收海绵铁球团的热量，在到达焙烧区时形成含氧的高温气体，对还原炉内的燃气进行助燃，如此依次循环，剩余的废气经除尘后由烟囱排入大气，冷却后的海绵铁球团通过螺旋出料机排出冷却筒，经破碎、振动筛分后进行磁选，与残煤和脉石分离后经压力机压制成海绵铁团、块。

所述的含铁原料：为铁磷、铁红、含铁粉尘、硫酸渣、赤泥，使用其中任意一种；或者二种、或者二种以上的含铁原料混合使用，混合比例不限；或者在10％-90％的铁磷、铁红、含铁粉尘中的一种、或者多种含铁原料内加入10％-90％的铁精矿粉，配比成制备海绵铁的含铁原料；或者为含有镍或含有镍铬的红土矿、含有铬的铬铁矿、含有镍铬的炼钢粉尘、含有镍铬的轧钢铁磷、含有钒钛的铁精矿粉，使用其中任意一种；或者二种、或者二种以上的含铁原料混合使用，混合比例不限；或者在10％-90％的含有镍或含有镍铬的红土矿、含有铬的铬铁矿中的任意一种原料中加入10％-90％的含有镍铬的炼钢粉尘、轧钢铁磷，配比成含镍的海绵铁含铁原料、含铬的海绵铁含铁原料、含镍铬的海绵铁含铁原料；

所述的超细粉为粒度为75um-5um，其中颗粒度为10um-35um的粉体占85％以上。

所述的催化添加剂的物料配比(重量百分比)是由熔化剂10-50％、氧化剂10-30％、催化助燃剂10-30％、成孔剂5-15％、晶核强化剂5-20％、助熔剂15-30％、自由基引发剂5-10％所组成；其中(以下均为重量百分比)；

所述的熔化剂由含硼铁精矿粉50-70％、四硼酸钠(NaB₄O₇·10H₂O)10-30％、皂土10-20％组成，或者为其中的任意一种；

所述的氧化剂由硝酸钠(NaNO₃)50％、硝酸钾(KNO₃)50％组成，或者为硝酸钠、硝酸钾中的任意一种；

所述的催化助燃剂为氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)的任意一种，或者为其混合物，混合比例不限；

所述的助熔剂为萤石(CaF₂)50％、三氧化二钇(Y₂O₃)50％组成；

所述的晶核强化剂为二氧化铈(CeO₂)、硝酸(NaNO₃)的任意一种；或者为其混合物，混合比例不限；

所述的自由基引发剂为烷氧基胺或芳基碳金属盐的任意一种；或者自由基引发剂为其混合物，混合比例不限；

所述的成孔剂为聚氯乙烯、蛭石、珍珠岩、碳酸钙的任意一种，或者为其混合物，混合比例不限。

所述还原剂为固定碳大于65wt％，灰分小于15wt％，挥发分为20～30wt％的无烟煤、低硫低灰分烟煤、焦煤、焦粉中的任意一种，或二种以上的混合物；

所述的熔剂为石灰、消石灰、白云石、石灰石中的任意一种。

所述的粘接剂为膨润土、水玻璃、粘土、皂土、纸浆废液中的任意一种；或者为二种以上的混合物，混合比例不限。

所述的球团物料成分配比(重量％)为：含铁粉体60-75％、还原剂20-35％、熔剂3-10％、粘结剂1-10％、催化添加剂0.1-5％；球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的90％，还原反应温度为500℃-1100℃，还原反应时间为15-180分钟。

所述的燃料为煤气、或者为烟煤、或者为无烟煤。

采用本发明工艺制备海绵铁，所用设备并不限于仅用本发明的内外加热竖式还原炉生产，尚可采用隧道窑、回转窑、转炉、管式炉、竖炉、倒焰炉。

有益效果，由于采用了上述方案，在本发明中采用超细粉体还原海绵铁，由于超细粉在细化过程中发生畸变位错，产生一定的晶格畸变能，当晶粒尺寸小于100nm后，产生大量位错，从而形成许多活化中心，具有较高的活性，尺寸越小，比表面积越大，活性越高，可以显著降低反应活化能，可在比普通铁粉低得多的温度下进行还原，且氧化铁粉体越细，还原温度越低，反应速率越快，还原率越高。现代材料学研究证明：在氢气气氛下，当平均粒度为0.35um的氧化铁粉在280℃的还原率可达51.3％，在400℃，20分钟条件下还原率可达97.1％，几乎完全还原。所以采用超细铁粉进行还原既缩短了反应时间，又降低了还原温度，极大地降低反应过程中的能耗、物耗，节约了人力、物力和还原成本。由于纳米粉体制备成本较高，生产效率低，考虑到纳米粉体制备技术、生产效率和制备成本，在目前的技术状态下实现大批量生产尚有一定难度的现实。本发明将粉体粒度限定在10um-75um范围内，其中10um-35um粒度的占90％，该粒度的粉体既可以充分利用现有粉体制备技术实现大规模超细粉体生产，实现低成本，高效率生产优质海绵铁。

现代材料学研究证明，晶粒纳米化程度越高，氧化铁粉的反应速度越快，但是纳米粉体的制备成本昂贵，生产效率低，本发明将催化剂技术应用于本发明的制备工艺，在催化剂的作用下，极大的改善了反应动力学条件，能够更大幅度降低活化能，降低还原反应温度，提高还原反应速度，实现低温快速反应，提高生产效率。

采用内外加热竖式还原炉，由于采用罐外加热和罐内中心加热的双向加热技术，克服了传统竖炉的不足，使炉料在炉内受内外加热，且反应气体在炉内二次燃烧助热节能，热效率高，能耗低，火焰穿透力强，温度分布均匀，可控，设备结构简单可靠，可一炉多孔同一通道，提高热效率，操作方便，提高了还原速度，实现快速还原，产量高，质量稳定，可以大型化生产。

采用了竖炉法制备海绵铁的物料自上而下的连接运行方式，但不同于竖炉的加热和还原方式，采用了隧道窑法的隔焰加热方式，但不同于隧道窑中反应罐的单体外部加热方式和罐体反复加热、冷却的运行方式。本发明取其所长，避其所短，采用罐内和罐外同时加热的新型竖式炉结构，球团采用炉体上部连续自上加入，还原后的海绵铁自炉底流出，可使反应罐始终处于工作温度状态，不必反复加热冷却。解决了隧道窑还原法还原时间长，还原时还原罐需反复加热和冷却而造成的大量能源浪费，耐火材料浪费大，能耗高，自动化程度低的弊端，简化了生产工序，提高了生产效率，降低了能源消耗，生产过程中无耐火材料消耗，实现了机械化装出料，改善了劳动环境，降低了劳动强度，无粘结、悬料、结瘤、大块故障，设备运行可靠，与隧道窑相比降低能耗40％左右，实现了高度机械化生产高质量海绵铁。

采用一组或者几组相对独立的反应罐生产，对于多组反应罐，每个反应罐可根据还原工况随时单独调整炉料配比，还原冷却时间等参数，实现一炉多品种生产，可使产品质量稳定可靠，燃料适应范围广，即可适用煤气、天然气、也可使用煤炭直接加热。

采用煤基还原工艺，还原中采用烟煤、无烟煤作为直接还原剂，不使用焦碳，消除了焦碳生产过程所造成的环境污染，由于采用低温快速还原工艺，并在还原生产中采用余热回收二次使用，从而减少了煤的用量，降低了烟尘排放量，有利于环境保护。

采用钢铁工业废弃物作为主要含铁原料生产优质海绵铁，即减少了环境污染，又增加了含铁原料的资源，节省了矿石资源消耗，降低了原料成本。

本发明生产海绵铁的工艺和设备提高了产品的金属化率，降低了产品的熔点，改善了料层透气性能，具有催化助燃，抑制烧结过程中的不良晶型转变，促进烧结过程SFEA形成和抑制低温还原粉化，强化烧结工艺过程，降低了产品的熔点和还原温度，加快了还原速度，缩短了还原时间，减弱了高温还原过程中的二次氧化，可降低燃料消耗和电耗10％以上，改善了海绵铁的冶金性能，提高了产品的金属化率，降低了废气中有害气体的排放，减轻对环境的污染。

本发明的工艺和设备使海绵铁的生产还原温度低、还原速度快、能源消耗少、生产效率高、生产成本低、机械化程度高，达到本发明的目的。

本发明具有如下优点：1、还原温度低、能耗低。2、反应速度快，生产效率高。3、先进的内外加热设备，提高了加热效率，确保了海绵铁质量的均匀性。4、机械化程度高，生产工序简单，产量大。5、减少原料浪费，降低环境污染。6、废弃资源循环利用，节约了资源消耗。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明第二实施例的设备结构图。

图3为本发明第三实施例的设备结构图。

图4为本发明第四实施例的设备布置图。

图5为本发明第五实施例的设备布置图。

图6为本发明第六实施例的设备布置图。

图7为本发明第七实施例的设备布置图。

具体实施方式

实施例1：本发明解决其技术问题的设备方案是：

该还原设备包括有炉底座12、上炉体、下炉体、上炉罩、烘干床炉箅子25、密封下料装置1、净化装置和和余热循环装置，在炉底座的上方连接有上炉体，在炉底座的下方连接有下炉体，在上炉体的上端连接有炉罩，烘干床炉箅子位于上炉体内上端，净化装置通过管道与上炉体和下炉体连接，余热循环装置与下炉体连接。

所述的上炉体包括内加热罐2、还原气出口3、外加热还原罐4、加热进气孔5、煤气管6、耐火砖7、燃气喷嘴8、耐火纤维9、还原炉外壳10、内外加热罐进气孔11、内加热煤气管20、内加热燃气喷嘴21、加热室39、焙烧还原区43，还原炉外壳、耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位于最外层，内加热罐位于最内层，在内加热罐中心有内加热煤气管，内加热煤气管的端问连接有内加热燃气喷嘴，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维，在耐火砖层内为加热室，有煤气管穿过还原炉外壳、耐火纤维和耐火砖层，煤气管端部连接有燃气喷嘴，燃气喷嘴位于加热室内，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段有还原气出口、在下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐上有加热进气孔；上炉体伸入保护罩的部分为V字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流通道，两个罐体的斜形气流通道呈V字型布置，在两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流孔。

所述的上炉体为单孔一通道炉体结构，外加热还原罐和内加热罐在上炉体内分布有1个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有10个与罐体垂直线呈斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐体平行布置的进出气孔，其进出气孔在罐体上均匀分布；外加热还原罐的形状为圆形；外加热还原罐使用材质为SiC材料制成。

所述的下炉体包括冷却过渡段13、螺旋出料机18、出料口29、炉体支撑31、内外加热罐支撑32，冷却过渡段位于内加热罐和外加热还原罐的下部，冷却过渡段内为燃煤燃烧室，燃煤燃烧室与上炉体的焙烧还原区相连通，炉体支撑位于外侧，内外加热罐支撑位于中心，在冷却过渡段的底部连接有螺旋出料机，在螺旋出料机的一端有出料口。

所述的上炉罩包括炉罩27、烟囱28、除尘器44，烟囱位于炉罩的上端，除尘器连接在烟囱上。

所述的净化装置包括余热输送管19、中余热回收管22、上余热回收管26、轴流风机30、右冷却风管36、右冷却风机41，在净化装置的上端通过上余热回收管与上炉罩连接，在净化装置的中间部位通过中余热回收管连接在上炉体上端，上余热回收管26和中余热回收管均通入至焙烧还原区，在净化装置的底部通过余热输送管通入至下炉体的燃煤燃烧室内，在余热输送管上连接有轴流风机，在轴流风机下方的余热输送管上连接有右冷却风管，在右冷却风管上连接有右冷却风机。

所述的余热循环装置包括左余热输送管14、出水口15、冷却筒16、进水口17、左冷却风管35、左冷却风机42，在下炉体外有冷却筒，在冷却筒上有进水口和出水口，左余热输送管通入至下炉体的燃煤燃烧室内，在左余热输送管上连接有左轴流风机，在左轴流风机下方的左余热输送管上连接有左冷却风管35，左冷却风管上连接有左冷却风机42。

该设备采用竖炉炉体冶炼，该炉体安装在炉底座上，在竖炉内有外加热还原反应罐、内加热罐，在内加热罐的上部设有上炉罩，在上炉罩内设有球团烘干系统炉箅子，该炉箅子设在竖炉内外加热还原罐的上部，在炉罩的一侧分别设有密封下料装置和烟囱，在烟囱的上部设有除尘器，在外加热还原罐的外部设有燃气或燃煤加热系统设施，在内加热罐体的内部设有内加热设施，在还原反应罐的下部设有炉体支撑和内外加热罐支撑，在还原反应罐的下面连接有冷却过渡段和冷却筒，在冷却筒的下部连接有螺旋出料机；余热回收系统由余热回收管道、净化器和轴流风机组成，余热回收管道分别接在保护罩的上部和上炉体的下面，并与净化装置和轴流风机相连接，余热回收管道出口与冷却风管和风机相连后，连接在缓冷段上；在冷却过渡段的下部组成余热循环系统。

在冷却筒的下部连接有进水管，上部连接有出水管，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流隧道，两个罐体的斜形气流呈V字型布置，两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流孔。

上炉体伸入保护罩的部分为V字型结构，以起到球团的导流作用。

当采用燃气加热时，采用燃气喷嘴进行加热，当采用燃煤加热时，在竖炉还原罐底部沿炉体垂直线的左右对称设置有二个燃煤的燃烧室。该燃烧室的火道连接在外加热还原罐的外部和内加热罐底部的中心。

解决其技术问题的工艺方案是：

将含铁原料与还原剂、熔剂、催化添加剂混合，经混合后粉碎到200目以下，制成混合料；然后将混合料加入到球磨机内进行球磨，制备成超细粉，对超细粉进行钝化；在催化添加剂中加水溶化，得到水溶液，将超细粉、水溶液和粘结剂共同混合，混合均匀后造成球团物料；点燃竖式还原炉中的内外加热器中的燃料，将所制好的球团物料经过螺旋送料器送入到还原炉内，均匀松散地排布到烘干床炉箅子上，对球团物料进行烘干，球团物料经过干燥后进行焙烧，在焙烧区内与燃气中的CO、H₂和挥发分中的碳氢化合物反应，球团物料在1100℃的还原温度下和催化剂的共同作用下，经90分钟的还原反应后，得到金属化率达到90-95％的海绵铁球团，海绵铁球团进入冷却过渡段；余热回收装置将反应后上升的热气作为助燃风与冷却风混合后一同对海绵铁球团进行冷却，吹入的冷却风吸收海绵铁球团的热量，在到达焙烧区时形成含氧的高温气体，对还原炉内的燃气进行助燃，如此依次循环，剩余的废气经除尘后由烟囱排入大气，冷却后的海绵铁球团通过螺旋出料机排出冷却筒，经破碎、振动筛分后进行磁选，与残煤和脉石分离后经压力机压制成海绵铁团、块。

所述的含铁原料：为含铁粉尘、硫酸渣和赤泥，混合制成含铁原料，混合比例不限；

所述的催化添加剂是由熔化剂50％、氧化剂10％、催化助燃剂10％、成孔剂5％、晶核强化剂5％、助熔剂15％、自由基引发剂5％所组成；其中，所涉及的比例均为重量百分比。

所述的熔化剂由含硼铁精矿粉70％、四硼酸钠(NaB₄O₇·10H₂O)10％、皂土20％组成，其作用为：含硼铁精矿粉是硼铁矿开发利用的一种副产品，将其作为熔化剂添加到海绵铁中可以利用含硼铁精矿和四硼酸钠中的B₂O₃可以使海绵铁晶粒细化，降低烧结矿粘结相熔点和烧结温度，减少烧结时间和烧结燃料消耗，提高烧结矿强度和成品率，并可以充分利用资源；

所述的氧化剂由硝酸钠(NaNO₃)50％、硝酸钾(KNO₃)50％组成；其作用为，使混合料内升温达到一定值后开始分解释放出氧，由此调节混合料的燃烧条件，促进球团的燃烧速度和“烧透”效果，增加料球团内的氧含量，煤碳充分燃烧，释放更多的热量，避免化学不完全燃烧；

所述的催化助燃剂为氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)的的混合物，混合比例不限；其作用为催化活化燃料的燃烧，气化碳的过程；

所述的助熔剂为萤石(CaF₂)50％、三氧化二钇(Y₂O₃)50％组成；其作用在于降低混合料液相生成温度和海绵铁的烧结温度；

所述的晶核强化剂为二氧化铈(CeO₂)、硝酸(NaNO₃)的混合物，混合比例不限；其作用为利用稀土的离子所具有的优良的催化剂特性，使其在烧结过程中促进固液相之间的结合与结晶，抑制晶核长大，提高烧结矿的转鼓强度，同时稀土的加入可以改变燃煤的燃烧反应历程，大大降低燃烧反应活化能，加速反应速率，提高反应程度，达到改善燃烧性能，提高燃烧效率和降低污染的效果；

所述的自由基引发剂为烷氧基胺或芳基碳金属盐的混合物，混合比例不限；其作用是：在催化添加剂中加入自由基引发剂可使混合料水分与有机质的共溶体在高温下分解成更多的自由基，并加速这些自由基链燃烧反应中电子和光子的传递速度，改善料层透气性，提高烧结速度；

所述的成孔剂为聚氯乙烯、蛭石、珍珠岩、碳酸钙的混合物，混合比例不限；其作用为增加球团的透气性，充当氧的活性载体增加还原气体向球团内的传递速度，促进氧的扩散速度，提高还原速度。

本发明中的催化添加剂提高了产品的金属化率，降低了产品的熔点，改善了料层透气性能，具有催化助燃，抑制烧结过程中的不良晶型转变，促进烧结过程SFEA形成和抑制低温还原粉化，强化烧结工艺过程，降低了产品的熔点和还原温度，加快了还原速度，缩短了还原时间，减弱了高温还原过程中的二次氧化，可降低燃料消耗和电耗10％以上，改善了海绵铁的冶金性能，提高了产品的金属化率，可降低废气中有害气体的排放，减轻对环境的污染。

所述的熔剂为石灰；所述的粘接剂为膨润土。

所述的球团物料成分配比(重量％)为：含铁粉体75％、还原剂20％、熔剂3％、粘结剂1％、催化添加剂1％；球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的90％，还原反应温度为1100℃，还原反应时间为90分钟。

所述的燃料为煤气。

在图1、图2中，具体工艺过程：首先将铁磷、铁红、含铁粉尘、硫酸渣、赤泥的含铁原料按照任意比例进行配比，在90％的含铁料内加入10％的铁精矿粉，配比成制备海绵铁的含铁原料，与还原剂、熔剂和不溶于水的催化添加剂硼铁精矿粉混合，经混合后粉碎到200目以下，将粉碎到200目以下的混合料加入到球磨机内进行球磨，制备成具有高活化性能的75um-5um的超细粉，其中颗粒度为10um-35um的粉体占85％以上，将制备好的上述粒度的超细粉进行钝化，将水溶性还原反应助燃、催化、强化添加剂按照所需的剂量加入适量的水进行熔化，将所熔化后的水溶液和所需剂量的粘结剂共同加入钝化后的超细粉中混合均匀后制造球团；点燃竖式还原炉的外加热和内加热燃烧喷嘴8和21，对炉体进行加热。将所制好的球团40经过螺旋下料器1在密封状态下以均匀的速度送入密封的内外加热竖式还原炉炉罩27内，均匀松散的排布到位于竖式还原炉体上部的烘干床炉箅子25上，加热室39的热气通过外加热还原罐4和内加热罐2的罐体上所开设的气流通道3和5自下面上升到烘干床炉箅子25上对球团40进行烘干，球团40经过干燥后自上往下运动与上升的热气流发生热交换并进入焙烧区43与燃煤气中的CO、H₂和挥发分中的碳氢化合物反应，燃烧放热进一步加热球团40，使球团40发生失氧还原反应，球团40在1100℃的还原温度和催化剂的共同作用下，经90分钟的还原反应后，得到金属化率达90％-95％的海绵铁球团37，海绵铁球团37继续下降，进入冷却过渡段13，海绵铁球团37继续完成最后的少量反应，逐步下降进入到冷却过渡段13下方，余热回收管22、26将反应后上升的废热气吸入到净化装置24内，经净化处理后通过轴流风机30吸出作为助燃风，与冷却风机42所吹入的冷却风混合后一同进入冷却过渡段13的下部对海绵铁球团37进行冷却，冷却风逐步上升并吸收海绵铁球团37的热量，在到达焙烧区43时形成含氧的高温气体，对还原炉10内的燃气进行助燃。如此依次循环，剩余的废气经除尘器44除尘后由烟囱28排入大气，冷却后的海绵铁球团37在冷却过渡段13的下方进入冷却筒16内快速冷却到100℃以下，并通过螺旋出料机18排出冷却筒16，通过用小时排料速度来控制海绵铁球团40在反应罐4内的停留时间和生产量，通过调节冷却水强度和冷却段冷却量来调节出炉海绵铁球团37的质量。

排出冷却筒16的海绵铁球团37经破碎、振动筛分后进行磁选，与残煤和脉石分离后进行压块，或将排出冷却筒16的海绵铁球团37直接导入熔化炉中进行熔化冶炼。

本发明的技术原理：现代材料学研究证明，当颗粒达到纳米级或微米级后，由于表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性，易于其它原子相结合而稳定下来，表现出很高的化学活性，并且物质达到超细化后，其表面原子或分子排列及电子分布结构和晶体结构均发生变化，产生了块(粒)状材料所不具备的奇特表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应。另一方面，当粉体体积减小到纳米级时，物质本身的性质也发生了变化，因为纳米粒子是由无限个原子或者分子组成，改变了原来由无数个原子或分子组成的基体属性。当纳米材料的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等与普通晶粒相比，具有一系列优异的物理、化学及表面与界面性质。因而超细铁粉具有很大的比表面积，表面性能和高的表面活性，存在着表面效应和体积效应，将赋予与大块金属完全不同的特性，具有化学反应速度快，溶解和溶化速度快，熔点低，还原温度低，还原率高，烧结特性强等特性。由于还原反应温度在脉石的软熔温度以下固态还原，还原过程中不产生熔化反应，还原料中的有害元素P、S等主要保留在渣相中，从而使所生产出的还原铁的P、S含量低、质量好。同时，由于还原温度低，使CO₂、SO、NO等有害气体量大幅度下降，从而减少了环境污染，有利于环境保护。

实施例2：本发明解决其技术问题的设备方案是：

在图3中，所述的上炉体包括内加热罐2、还原气出口3、外加热还原罐4、加热进气孔5、耐火砖7、耐火纤维9、还原炉外壳10、内外加热罐进气孔11、燃煤燃烧室33、出渣室34、内加热火道38、加热室39、焙烧还原区43，还原炉外壳、耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位于最外层，内加热罐位于最内层，燃煤燃烧室33、出渣室34位于上炉体的下端，内加热火道38位于内加热罐2和外加热还原罐4的下端，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维，在耐火砖层内为加热室，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段有还原气出口、在下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐上有加热进气孔；上炉体伸入保护罩的部分为V字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流通道，两个罐体的斜形气流通道呈V字型布置，在两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流孔；

在图4中，所述的上炉体为多孔一通道炉体结构，炉体的布置形式为单排一通道；外加热还原罐和内加热罐在上炉体内分布有4个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有20个与罐体垂直线呈斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐体平行布置的进出气孔，其进出气孔在罐体上均匀分布；外加热还原罐的形状为圆形；外加热还原罐使用材质为耐火砖材料制成。

该设备内外加热还原罐为圆形，呈炉体单排纵向排列布置，图中1-1为加热器、1-2为外炉体、1-3为内外加热还原罐、1-4为加热室，各炉体共同使用同一加热通道。生产时，在各个内加热罐和外加热还原罐中共同实施或单独实施。

采用燃煤加热，在外加热还原罐的底部，沿炉体垂直线的左右对称设置有二个燃煤的燃烧室，该燃烧室的火道连接在外加热还原罐的外部和内加热罐底部的中心。

设备的其它部分与实施例1中所述的设备同，略。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料为铁磷。

所述的催化添加剂是由熔化剂15％、氧化剂10％、催化助燃剂30％、成孔剂5％、晶核强化剂5％、助熔剂30％、自由基引发剂5％所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。

所述的熔化剂由含硼铁精矿粉55％、四硼酸钠(NaB₄O₇·10H₂O)30％、皂土15％组成；所述的氧化剂为硝酸钠；所述的催化助燃剂为氯化钠(NaCl)；所述的助熔剂为萤石(CaF₂)50％、三氧化二钇(Y₂O₃)50％组成；所述的晶核强化剂为二氧化铈(CeO₂)；所述的自由基引发剂为烷氧基胺；所述的成孔剂为聚氯乙烯。

所述还原剂为低硫低灰分烟煤；所述的熔剂为消石灰；所述的粘接剂为水玻璃。

所述的球团物料成分配比(重量％)为：含铁粉体60％、还原剂20％、熔剂5％、粘结剂10％、催化添加剂5％；球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的90％，还原反应温度为900℃，还原反应时间为30分钟。

所述的燃料为烟煤、或者为无烟煤。

工艺的其它部分与实施例1中的工艺过程同，略。

实施例3：本发明解决其技术问题的设备方案是：

在图4中，所述的上炉体为多孔一通道炉体结构，炉体的布置形式为单排一通道，图中1-1为加热器、1-2为外炉体、1-3为内外加热还原罐、1-4为加热室，各炉体共同使用同一加热通道；外加热还原罐和内加热罐在上炉体内分布有4个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有18个与罐体垂直线呈斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐体平行布置的进出气孔，其进出气孔在罐体上均匀分布；外加热还原罐的形状为矩形；外加热还原罐使用材质为SiC材料制成。

设备的其它部分与实施例1中所述的设备同，略。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料为铁红含铁原料。

所述的催化添加剂是由熔化剂10％、氧化剂25％、催化助燃剂25％、成孔剂15％、晶核强化剂10％、助熔剂10％、自由基引发剂5％所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。

所述的熔化剂由含硼铁精矿粉70％、四硼酸钠(NaB₄O₇·10H₂O)15％、皂土15％组成；所述的氧化剂由硝酸钾；所述的催化助燃剂为氯化钾(KCl)；所述的助熔剂为萤石(CaF₂)50％、三氧化二钇(Y₂O₃)50％组成；所述的晶核强化剂为硝酸(NaNO₃)；所述的自由基引发剂为芳基碳金属盐；所述的成孔剂为蛭石。

所述还原剂为焦煤；所述的熔剂为白云石；所述的粘接剂为粘土。

所述的球团物料成分配比(重量％)为：含铁粉体65％、还原剂25％、熔剂3％、粘结剂5％、催化添加剂2％；球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的90％，还原反应温度为500℃，还原反应时间为180分钟。

将燃烧煤气改为采用煤炭直接加热，将实施例1中的煤气管5，燃烧喷嘴8和内加热煤气管20、内加热燃烧喷嘴21去掉，改换成燃煤燃烧窑33、出渣窑34、内加热火道38。

工艺的其它部分与实施例1中的工艺同，略。

实施例4：本发明解决其技术问题的设备方案是：

在图5中，所述的上炉体为多孔一通道炉体结构，炉体的布置形式为二排一通道纵向排列，内外加热还原罐为圆形，图中1-1为加热器、1-2为外炉体、1-3为内外加热还原罐、1-4为加热室，各炉体共同使用同一加热通道；外加热还原罐和内加热罐在上炉体内分布有8个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有20个与罐体垂直线呈斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐体平行布置的进出气孔，其进出气孔在罐体上均匀分布；外加热还原罐的形状为圆形；外加热还原罐使用材质为SiC和耐火砖材料二种混合材料制造。

设备的其它部分与实施例1中所述的设备同，略。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：为含铁粉尘含铁原料。

所述的催化添加剂是由熔化剂20％、氧化剂10％、催化助燃剂20％、成孔剂5％、晶核强化剂20％、助熔剂15％、自由基引发剂10％所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。

所述的熔化剂由含硼铁精矿粉60％、四硼酸钠(NaB₄O₇·10H2O)30％、皂土10％组成；所述的氧化剂由硝酸钠(NaNO₃)50％、硝酸钾(KNO₃)50％组成；所述的催化助燃剂为氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)的混合物，混合比例不限；所述的助熔剂为萤石(CaF₂)50％、三氧化二钇(Y2O3)50％组成；所述的晶核强化剂为二氧化铈(CeO2)；所述的自由基引发剂为烷氧基胺；所述的成孔剂为珍珠岩。

所述还原剂为无烟煤；所述的熔剂为石灰石；所述的粘接剂为皂土。

所述的球团物料成分配比(重量％)为：含铁粉体70％、还原剂20％、熔剂8.9％、粘结剂1％、催化添加剂0.1％；球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的90％，还原反应温度为1000℃，还原反应时间为100分钟。

当生产时，采用实施例1的工艺可在各个内外加热还原罐1-3中共同实施或单独实施。

工艺的其它部分与实施例1中的工艺同，略。

实施例5：本发明解决其技术问题的设备方案是：

在图5中，所述的上炉体为为多孔一通道炉体结构，炉体的布置形式为双排一通道；外加热还原罐和内加热罐在上炉体内分布有8个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有10-50个与罐体垂直线呈斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐体平行布置的进出气孔，其进出气孔在罐体上均匀分布；外加热还原罐的形状为矩形；外加热还原罐使用材质为耐火砖材料制成。各炉体共同使用同一加热通道。

设备的其它部分与实施例1中所述的设备同，略。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：为硫酸渣含铁原料。

所述的催化添加剂是由熔化剂35％、氧化剂10％、催化助燃剂10％、成孔剂5％、晶核强化剂5％、助熔剂30％、自由基引发剂5％所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。

所述的熔化剂由含硼铁精矿粉58％、四硼酸钠(NaB₄O₇·10H₂O)22％、皂土20％组成；所述的氧化剂为硝酸钠；所述的催化助燃剂为氯化钾(KCl)；所述的助熔剂为萤石(CaF₂)50％、三氧化二钇(Y₂O₃)50％组成；所述的晶核强化剂为硝酸(NaNO₃)；所述的自由基引发剂为芳基碳金属盐；所述的成孔剂为蛭石。

所述还原剂为焦粉；所述的熔剂为消石灰；所述的粘接剂为纸浆废液。

所述的球团物料成分配比(重量％)为：含铁粉体60％、还原剂20％、熔剂5％、粘结剂10％、催化添加剂5％；球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的90％，还原反应温度为950℃，还原反应时间为85分钟。

将圆形内外加热还原罐3呈双排纵向排列布置，各炉体共同使用同一加热通道。

工艺的其它部分与实施例1中的工艺同，略。

实施例6：本发明解决其技术问题的设备方案是：

所述的上炉体为多孔一通道炉体结构，炉体的布置形式为五排一通道；外加热还原罐和内加热罐在上炉体内分布有50个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有50个与罐体垂直线呈斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐体平行布置的进出气孔，其进出气孔在罐体上均匀分布；外加热还原罐的形状为圆形；外加热还原罐使用材质为SiC和耐火砖材料混合材料制成。

设备的其它部分与实施例1中所述的设备同，略。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：为赤泥含铁原料。

所述的催化添加剂是由熔化剂10％、氧化剂10％、催化助燃剂15％、成孔剂15％、晶核强化剂25％、助熔剂15％、自由基引发剂10％所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。

所述的熔化剂由含硼铁精矿粉65％、四硼酸钠(NaB₄O₇·10H₂O)25％、皂土10％组成；所述的氧化剂由硝酸钾；所述的催化助燃剂为氯化钾(KCl)；所述的助熔剂为萤石(CaF₂)50％、三氧化二钇(Y₂O₃)50％组成；所述的晶核强化剂为二氧化铈(CeO₂)；所述的自由基引发剂为烷氧基胺或芳基碳金属盐的混合物，混合比例不限；所述的成孔剂为聚氯乙烯、蛭石、珍珠岩的、混合物，混合比例不限。

所述还原剂为低硫低灰分烟煤；所述的熔剂为石灰；所述的粘接剂为膨润土和水玻璃的混合物，混合比例不限。

所述的球团物料成分配比(重量％)为：含铁粉体61％、还原剂24％、熔剂3％、粘结剂10％、催化添加剂2％；球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的90％，还原反应温度为700℃，还原反应时间为130分钟。

在图6中，内外加热还原罐为矩形，呈单排纵向排列布置，图中1-1为加热器、1-2为外炉体、1-3为矩形内外加热还原罐、1-4为加热室，各炉体共同使用同一加热通道。

工艺的其它部分与实施例1中的工艺同，略。

实施例7：本发明解决其技术问题的设备方案是：

所述的上炉体为多孔一通道炉体结构，炉体的布置形式为四排一通道；外加热还原罐和内加热罐在上炉体内分布有20个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有40个与罐体垂直线呈斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐体平行布置的进出气孔，其进出气孔在罐体上均匀分布；外加热还原罐的形状为矩形；外加热还原罐使用材质为SiC和耐火砖材料的混合材料制成。

设备的其它部分与实施例1中所述的设备同，略。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：为铁磷和铁红，混合制成含铁原料，混合比例不限；

所述的催化添加剂是由熔化剂20％、氧化剂10％、催化助燃剂20％、成孔剂10％、晶核强化剂13％、助熔剂20％、自由基引发剂7％所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。

所述的熔化剂由含硼铁精矿粉55％、四硼酸钠(NaB₄O₇·10H₂O)25％、皂土20％组成；所述的氧化剂由硝酸钠(NaNO₃)50％、硝酸钾(KNO₃)50％组成；所述的催化助燃剂为氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)的混合物，混合比例不限；所述的助熔剂为萤石(CaF₂)50％、三氧化二钇(Y₂O₃)50％组成；所述的晶核强化剂为硝酸(NaNO₃)；所述的自由基引发剂为芳基碳金属盐；所述的成孔剂为聚氯乙烯。

所述还原剂为低硫低灰分烟煤；所述的熔剂为石灰；所述的粘接剂为粘土、皂土和纸浆废液的混合物，混合比例不限。

所述的球团物料成分配比(重量％)为：含铁粉体64％、还原剂21％、熔剂＜9％、粘结剂1％、催化添加剂5％；球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的90％，还原反应温度为800℃，还原反应时间为170分钟。

在图7中，内外加热还原罐为矩形，呈双排纵向排列布置，图中1-1为加热器、1-2为外炉体、1-3为矩形内外加热还原罐、1-4为加热室，各炉体共同使用同一加热通道。

工艺的其它部分与实施例1中的工艺同，略。

实施例8：本发明解决其技术问题的设备方案是：采用隧道窑。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：为含铁粉尘和硫酸渣，混合制成含铁原料，混合比例不限；

所述的催化添加剂是由熔化剂10％、氧化剂30％、催化助燃剂20％、成孔剂15％、晶核强化剂5％、助熔剂15％、自由基引发剂5％所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。

所述的熔化剂为含硼铁精矿粉；所述的氧化剂为硝酸钠；所述的催化助燃剂为氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)的混合物，混合比例不限；所述的助熔剂为萤石(CaF₂)50％、三氧化二钇(Y₂O₃)50％组成；所述的晶核强化剂为二氧化铈(CeO₂)；所述的自由基引发剂为烷氧基胺；所述的成孔剂为聚氯乙烯、蛭石的混合物，混合比例不限。

所述还原剂为低硫低灰分烟煤；所述的熔剂为消石灰；所述的粘接剂为膨润土、水玻璃、粘土、皂土和纸浆废液的混合物，混合比例不限。

所述的海绵铁物料成分配比(重量％)为：含铁粉体61％、还原剂28％、熔剂10％、催化添加剂1％；粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的90％，将其装罐后送入隧道窑还原，还原反应温度为1050℃，还原反应时间为180分钟。

工艺的其它部分与实施例1中的工艺同，略。

实施例9：本发明解决其技术问题的设备方案是：采用回转窑。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：为铁红和赤泥，混合制成含铁原料，混合比例不限；

所述的催化添加剂是由熔化剂35％、氧化剂25％、催化助燃剂10％、成孔剂5％、晶核强化剂5％、助熔剂15％、自由基引发剂5％所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。

所述的熔化剂为四硼酸钠(NaB₄O₇·10H₂O)；所述的氧化剂为硝酸钾；所述的催化助燃剂为氯化钠(NaCl)；所述的助熔剂为萤石(CaF₂)50％、三氧化二钇(Y₂O₃)50％组成；所述的晶核强化剂为二氧化铈(CeO₂)、硝酸(NaNO₃)的混合物，混合比例不限；所述的自由基引发剂为烷氧基胺；所述的成孔剂为聚氯乙烯、珍珠岩的其混合物，混合比例不限。

所述还原剂为焦煤；所述的熔剂为石灰；所述的粘接剂为膨润土、粘土和纸浆废液的混合物，混合比例不限。

所述的球团物料成分配比(重量％)为：含铁粉体74％、还原剂20％、熔剂3％、粘结剂2.5％、催化添加剂0.5％；球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的90％，还原反应温度为1150℃，还原反应时间为90分钟。

工艺的其它部分与实施例1中的工艺同，略。

实施例10：本发明解决其技术问题的设备方案是：采用转炉。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：为铁磷、铁红、含铁粉尘、硫酸渣、赤泥，混合后制成含铁原料，混合比例不限。

所述的催化添加剂是由熔化剂10％、氧化剂30％、催化助燃剂10％、成孔剂15％、晶核强化剂10％、助熔剂15％、自由基引发剂10％所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。

所述的熔化剂为皂土；所述的氧化剂由硝酸钾中的任意一种；所述的催化助燃剂为氯化钠(NaCl)；所述的助熔剂为萤石(CaF₂)50％、三氧化二钇(Y₂O₃)50％组成；所述的晶核强化剂为二氧化铈(CeO₂)、硝酸(NaNO₃)的混合物，混合比例不限；所述的自由基引发剂为烷氧基胺或芳基碳金属盐的混合物，混合比例不限；所述的成孔剂为聚氯乙烯。

所述还原剂为焦粉；所述的熔剂为白云石；所述的粘接剂为水玻璃、粘土、皂土和纸浆废液的混合物，混合比例不限。

所述的球团物料成分配比(重量％)为：含铁粉体70％、还原剂25％、熔剂3％、粘结剂1.9％、催化添加剂0.1％；球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的90％，还原反应温度为980℃，还原反应时间为130分钟。

工艺的其它部分与实施例1中的工艺同，略。

实施例11：本发明解决其技术问题的设备方案是：采用管式炉。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：为10％的铁磷与90％的铁精矿粉混合，配比成制备海绵铁的含铁原料。

工艺的其它部分与实施例1中的工艺过程及各种催化添加剂相同，略。

实施例12：本发明解决其技术问题的设备方案是：采用竖炉。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：为90％和铁红和含铁粉尘与10％的铁精矿粉，配比成制备海绵铁的含铁原料。

实施例13：本发明解决其技术问题的设备方案是：采用倒焰炉。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：采用90％含有镍的红土矿与10％铁精矿粉配比成含镍的海绵铁含铁原料；按实施例1工艺过程制备含镍海绵铁。

工艺的其它部分与实施例1和8中的工艺过程及各种催化添加剂相同，略。

实施例14：本发明的设备方案与实施例1中所述的设备同，略。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：采用含有90％镍铬的红土矿与10％铁精矿粉配比成含镍铬的海绵铁含铁原料；按实施例1工艺过程制备含镍铬海绵铁。

实施例15：本发明的设备方案与实施例1中所述的设备同，略。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：采用含有80％铬的铬铁矿与20％铁精矿粉配比成含铬的海绵铁含铁原料；按实施例1的工艺过程制备含铬海绵铁。

实施例16：本发明的设备方案与实施例1中所述的设备同，略。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：采用含有90镍铬的炼钢粉尘与10％铁精矿粉配比成含镍铬的海绵铁含铁原料；按实施例1工艺过程制备含镍铬海绵铁。

实施例17：本发明的设备方案与实施例1中所述的设备同，略。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：采用70％含镍轧钢铁磷与30％铁精矿粉配比成含镍的海绵铁含铁原料；按实施例1工艺过程制备成含镍海绵铁。

实施例18：本发明的设备方案与实施例1中所述的设备同，略。

解决其技术问题的工艺方案是：所述的含铁原料：为90％的含钒钛的铁精矿粉与10％的铁精矿粉，配比成制备含钒钛的海绵铁含铁原料；按实施例1工艺过程制备含钒钛海绵铁。工艺的其它部分与实施例1中的工艺过程及各种催化添加剂相同，略。

Claims

1、一种海绵铁的制备工艺，其特征是：将含铁原料与还原剂、熔剂、催化添加剂混合，经混合后粉碎到200目以下，制成混合料；然后将混合料加入到球磨机内进行球磨，制备成超细粉，对超细粉进行钝化；在催化添加剂中加水溶化，得到水溶液，将超细粉、水溶液和粘结剂共同混合，混合均匀后造成球团物料；点燃竖式还原炉中的内外加热器中的燃料，将所制好的球团物料经过螺旋送料器送入到还原炉内，均匀松散地排布到烘干床炉箅子上，对球团物料进行烘干，球团物料经过干燥后进行焙烧，在焙烧区内与燃气中的CO、H₂和挥发分中的碳氢化合物反应，球团物料在500℃-1100℃的还原温度下和催化剂的共同作用下，经15-180分钟的还原反应后，得到金属化率达到90-95％的海绵铁球团，海绵铁球团进入冷却过渡段；余热回收装置将反应后上升的热气作为助燃风与冷却风混合后一同对海绵铁球团进行冷却，吹入的冷却风吸收海绵铁球团的热量，在到达焙烧区时形成含氧的高温气体，对还原炉内的燃气进行助燃，如此依次循环，剩余的废气经除尘后由烟囱排入大气，冷却后的海绵铁球团通过螺旋出料机排出冷却筒，经破碎、振动筛分后进行磁选与残煤和脉石分离后经压力机压制成海绵铁团、块。

2、根据权力要求1所述的海绵铁的制备工艺，其特征是：所述的含铁原料：为铁磷、铁红、含铁粉尘、硫酸渣、赤泥，使用其中任意一种；或者二种、或者二种以上的含铁原料混合使用，混合比例不限；或者在10％-90％的铁磷、铁红、含铁粉尘中的一种、或者多种含铁原料内加入10％-90％的铁精矿粉，配比成制备海绵铁的含铁原料；或者为含有镍或含有镍铬的红土矿、含有铬的铬铁矿、含有镍铬的炼钢粉尘、含有镍铬的轧钢铁磷、含有钒钛的铁精矿粉，使用其中任意一种：或者二种、或者二种以上的含铁原料混合使用，混合比例不限：或者在10％-90％的含有镍或含有镍铬的红上矿、含有铬的铬铁矿中的任意一种原料中加入10％-90％的含有镍铬的炼钢粉尘、轧钢铁磷，配比成含镍的海绵铁含铁原料、含铬的海绵铁含铁原料、含镍铬的海绵铁含铁原料的超细粉体；

3、根据权力要求1所述的海绵铁的制备工艺，其特征是：所述的催化添加剂的物料配比(重量百分比)是由熔化剂10-50％、氧化剂10-30％、催化助燃剂10-30％、成孔剂5-15％、晶核强化剂5-20％、助熔剂15-30％、自由基引发剂5-10％所组成；其中(均为重量百分比)：

4、根据权力要求1所述的海绵铁的制备工艺，其特征是：所述还原剂为固定碳大于65wt％，灰分小于15wt％，挥发分为20～30wt％的无烟煤、低硫低灰分烟煤、焦煤、焦粉中的任意一种，或二种以上的混合物；

所述的熔剂为石灰、消石灰、白云石、石灰石中的任意一种；

所述的粘接剂为膨润土、水玻璃、粘土、皂土、纸浆废液中的任意一种；或者为二种以上的混合物，混合比例不限；

所述的球团物料成分配比(重量％)为：含铁粉体60-75％、还原剂20-35％、熔剂3-10％、粘结剂1-10％、催化添加剂0.1-5％；球团物料为超细粉体，超细粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的90％，还原反应温度为500℃-1100℃，还原反应时间为15-180分钟；

所述的燃料为煤气、或者为烟煤、或者为无烟煤。

5、一种实现海绵铁的制备工艺的设备，其特征是：该还原设备包括有炉底座(12)、上炉体、下炉体、上炉罩、烘干床炉箅子(25)、密封下料装置(1)、净化装置和和余热循环装置，在炉底座的上方连按有上炉体，在炉底座的下方连接有下炉体，在上炉体的上端连接有上炉罩，烘干床炉箅子位于上炉体内上端，净化装置通过管道与上炉体和下炉体连接，余热循环装置与下炉体连接。

6、根据权力要求5所述的海绵铁的制备工艺的设备，其特征是：所述的上炉体包括内加热罐(2)、还原气出口(3)、外加热还原罐(4)、加热进气孔(5)、煤气管(6)、耐火砖(7)、燃气喷嘴(8)、耐火纤维(9)、还原炉外壳(10)、内外加热罐进气孔(11)、内加热煤气管(20)、内加热燃气喷嘴(21)、加热室(39)、焙烧还原区(43)，还原炉外壳、耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位于最外层，内加热罐位于最内层，在内加热罐中心有内加热煤气管，内加热煤气管的端部连按有内加热燃气喷嘴，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维，在耐火砖层内为加热室，有煤气管穿过还原炉外壳、耐火纤维和耐火砖层，煤气管端部连接有燃气喷嘴，燃气喷嘴位于加热室内，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段有还原气出口、在下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐上有加热进气孔；上炉体伸入保扩罩的部分为V字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流通道，两个罐体的斜形气流通道呈V字型布置，在两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流孔。

或者所述的上炉体包括内加热罐(2)、还原气出口(3)、外加热还原罐(4)、加热进气孔(5)、耐火砖(7)、耐火纤维(9)、还原炉外壳(10)、内外加热罐进气孔(11)、燃煤燃烧室(33)、出渣室(34)、内加热火道(38)、加热室(39)、焙烧还原区(43)，还原炉外壳、耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位于最外层，内加热罐位于最内层，燃煤燃烧室(33)、出渣室(34)位于上炉体的下端，内加热火道(38)位于内加热罐(2)和外加热还原罐(4)的下端，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维，在耐火砖层内为加热窑，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段有还原气出口、在下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐上有加热进气孔；上炉体伸入保护罩的部分为V字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流通道，两个罐体的斜形气流通道呈V字型布置，在两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流孔；

7、根据权力要求5所述的海绵铁的制备工艺的设备，其特征是：所述的下炉体包括冷却过渡段(13)、螺旋出料机(18)、出料口(29)、炉体支撑(31)、内外加热罐支撑(32)，冷却过渡段位于内加热罐和外加热还原罐的下部，冷却过渡段内为燃煤燃烧室，燃煤燃烧室与上炉体的焙烧还原区相连通，炉体支撑位于外侧，内外加热罐支撑位于中心，在冷却过渡段的底部连接有螺旋出料机，在螺旋出料机的一端有出料口。

8、根据权力要求5所述的海绵铁的制备工艺的设备，其特征是：所述的上炉罩包括炉罩(27)、烟囱(28)、除尘器(44)，烟囱位于炉罩的上端，除尘器连接在烟囱上。

9、根据权力要求5所述的海绵铁的制备工艺的设备，其特征是：所述的净化装置包括余热输送管(19)、中余热回收管(22)、上余热同收管(26)、轴流风机(30)、右冷却风管(36)、右冷却风机(41)，在净化装置的上端通过上余热回收管与上炉罩连接，在净化装置的中间部位通过中余热回收管连接在上炉体上端，上余热凹收管(26)和中余热回收管均通入至焙烧还原区，在净化装置的底部通过余热输送管通入至下炉体的燃煤燃烧室内，在余热输送管上连接有轴流风机，在轴流风机下方的余热输送管上连接有右冷却风管，在右冷却风管上连接有右冷却风机。

10、根据权力要求5所述的海绵铁的制备工艺的设备，其特征是：所述的余热循环装置包括左余热输送管(14)、出水口(15)、冷却筒(16)、进水口(17)、左冷却风管(35)、左冷却风机(42)，在下炉体外有冷却筒，在冷却筒上有进水口和出水口，左余热输送管通入至下炉体的燃煤燃烧室内，在左余热输送管上连接有左轴流风机，在左轴流风机下方的左余热输送管上连接有左冷却风管(35)，左冷却风管上连接有左冷却风机(42)。