CN102321777A - 一种还原铁的方法 - Google Patents

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陶立群
唐竹胜
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Abstract

一种还原铁的方法，按以下步骤进行：（1）将待还原铁矿、促进剂硼砂和载体碳粉混合均匀制成混合物料；（2）将混合物料与还原剂煤粉混合制成待还原物料，或者将混合物料压制成型后与还原剂煤粉混合制成待还原物料；（3）将待还原物料装入还原容器中再放入还原窑炉内，或者将待还原物料直接放入还原窑炉内，在温度为1160~1250℃条件下进行还原反应3~8h，获得还原铁。本发明的方法不改变原有的窑炉还原操作，能够大幅降低生产成本，节省能源消耗，生产过程稳定，且金属化率也有提高，本发明的方法具有良好的应用前景。

Description

一种还原铁的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种还原铁的方法。
背景技术
中国目前生产钢铁的铁水主要以高炉炼铁法为主，采用煤基直接还原炼铁技术较少，直接还原铁生产工艺主要是采用煤基隧道窑罐式法，也有少量的煤基回转窑法和煤基竖炉法，其中只有煤基隧道窑罐式法工艺比较稳定、成熟，项目分布相对比较普遍。由于焦煤资源日益枯竭，高炉炼铁也将停止，因此直接还原铁将成为炼铁的主要方法。
传统的煤基隧道窑罐式法具有投资大，占地面积大的问题，还必须采用价格昂贵的耐火罐；由于工艺落后造成能耗高、还原时间长、劳动力消耗高，以及产品质量差等原因，还造成生产成本高、销路不畅等问题。使我国尽管是世界上钢产量第一大国，可直接还原铁的年产量只占世界总产量的1%左右，造成钢铁公司的直接还原铁有大量的缺口，不得不进口直接还原铁；煤基隧道窑罐式法生产还原铁只能采用TFe≥66%的铁精矿粉或铁鳞作为原料，如果采用低品位作为原料，由于成本高无法实现工业化。
传统的隧道窑罐式工艺生产的直接还原铁也无法满足钢厂优质钢材的冶炼，采用这种低品质的还原铁冶炼也造成钢水收得率低，体现不出人工冶炼“废钢”的优势。
发明内容
针对现有煤基隧道窑罐式法还原铁的上述问题，本发明提供一种还原铁的方法，将待还原铁矿粉、促进剂和载体混合，再加入还原剂，然后在还原窑炉中进行还原，通过促进剂的加速作用使还原反应加快进行，制取还原铁。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、将待还原铁矿粉、促进剂硼砂和载体碳粉混合均匀制成混合物料，所述的待还原铁矿粉为高品位铁矿粉或低品位铁矿粉；当待还原铁矿粉为高品位铁矿粉时，混合物料按重量百分比为载体7.5~12.5%，促进剂0.3~0.5%，其余为待还原铁矿粉；当待还原铁矿粉为低品位铁矿粉时，混合物料按重量百分比为载体6~20%，促进剂0.3~0. 5%，其余为待还原铁矿粉；
所述的高品位铁矿粉为铁品位TFe≥65%且TFe≤72%的铁矿，所述的低品位铁矿粉为铁品位TFe≥30%且TFe＜65%的铁矿或含铁化工尾渣；
2、将混合物料与还原剂煤粉混合制成待还原物料，或者将混合物料压制成型后与还原剂煤粉混合制成待还原物料；
3、将待还原物料装入还原容器中再放入还原窑炉内，或者将待还原物料直接放入还原窑炉内，在温度为1160~1250℃条件下进行还原反应，还原时间为3~8h，获得还原铁。
上述的促进剂的细度≤120目，载体的细度≤120目。
上述方法中还原反应完成后的金属化率为95~98%。
上述方法中当采用的待还原铁矿粉为高品位铁矿粉时，选用的载体为固定碳重量含量56~65%的碳粉；当采用的待还原铁矿粉为低品位铁矿粉时，选用的载体为固定碳重量含量48~55%的碳粉。
上述方法中将待还原物料装入还原容器中时，待还原物料在还原容器中的厚度为65~67.5mm。
上述方法中的还原剂煤粉为无烟煤、焦粉或烟煤。
本发明的方法适合煤基隧道窑法、煤基回转窑法、气基或煤基竖窑法、转底炉窑法等所有窑炉的直接还原生产还原铁方法。本发明采用硼砂（B2O3）作为促进剂，硼砂能够与煤粉挥发出的高温CO一起进行布朗运动，促使还原气体CO和H2，以及饱和气体CO2回流的运行速度加快，促进还原气体在单位时间内的还原速度，加快还原反应的进行，与传统的窑炉还原生产铁技术相比，还原时间最多可缩短20h以下；在还原容器内的物料厚度增高20mm以上。以耐火罐为例，由于还原速度提高，降低了耐火罐的消耗；由于大量煤粉是随加热时间同比消耗的，因此缩短了还原时间也同时降低了煤气的消耗，与传统的窑炉还原铁技术相比，还原剂煤粉的消耗量降低15~40%；与原先的只能以无烟煤和焦粉做还原剂相比，扩大了还原剂的使用种类，同时由于还原时间缩短，尾粉中残留了大量的煤碳（经过高温后称之为煤焦），回收后可再反复用，可以回收尾粉中焦煤60~70%。
本发明的方法不改变原有的窑炉还原操作，能够大幅降低生产成本，节省能源消耗，生产过程稳定，且金属化率也有提高，本发明的方法具有良好的应用前景。
具体实施方式
本发明实施例中采用的高品位铁矿粉为铁鳞或铁精矿粉，铁品位TFe≥65%且TFe≤72%。
本发明实施例中采用的低品位铁矿粉为赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、钛铁矿、红镍土矿和/或含铁化工尾渣，铁品位TFe≥30%且TFe<65%。
本发明实施例中采用的碳粉、无烟煤、焦粉和烟煤为普通工业级产品。
本发明实施例中采用的硼砂为普通工业级产品。
本发明实施例中混合物料与还原剂煤粉混合，其混合比例是按反应理论计算的煤粉量过量1~3倍混合，所述的反应理论计算量是根据煤粉分解后产生的一氧化碳及氢气与氧化铁反应所需的煤粉量，反应式为：
Fe2O3+3CO=2 Fe+ 3CO2
Fe2O3+3H2= 2Fe+3H2O
Fe3O4+4CO=3 Fe+ 4CO2
Fe3O4+2H2= 3Fe+2H2O
本发明实施例中选用的还原容器为耐火罐。
本发明实施例中采用的促进剂硼砂的细度≤120目。
本发明实施例中采用的载体碳粉的细度≤120目。
本发明实施例中还原完成后还原剂煤粉的消耗量为220~300kg/t还原铁。
实施例1
采用赤铁矿作为待还原铁矿粉，铁品位为47.7%；
采用的载体为固定碳重量含量48%的碳粉；
将赤铁矿、硼砂和碳粉混合均匀制成混合物料，其中碳粉占混合物料总重量的6%，硼砂占混合物料总重量的0.3%，其余为赤铁矿；
将混合物料与还原剂煤粉混合制成待还原物料；混合比例根据反应理论需要的煤粉量过量1倍混合； 
 采用的还原剂煤粉为无烟煤；
将待还原物料放入还原窑炉内，采用煤基回转窑法，在温度为1160~1250℃条件下进行还原反应，还原时间为3h，获得还原铁；还原反应完成后的金属化率为96%；与传统煤基隧道窑法还原铁技术相比，还原剂煤粉的消耗量降低30%，还原时间减少26h。
实施例2
采用褐铁矿作为待还原铁矿粉，铁品位为63.2%；
采用的载体为固定碳重量含量50%的碳粉；
将褐铁矿、硼砂和碳粉混合均匀制成混合物料，其中碳粉占混合物料总重量的8%，硼砂占混合物料总重量的0.5%，其余为褐铁矿；
将混合物料与还原剂煤粉混合制成待还原物料；混合比例根据反应理论需要的煤粉量过量2倍混合； 
 采用的还原剂煤粉为焦粉；
将待还原物料放入还原窑炉内，采用气基竖窑法，在温度为1160~1250℃条件下进行还原反应，还原时间为4h，获得还原铁；还原反应完成后的金属化率为97%；与传统煤基隧道窑法还原铁技术相比，还原剂煤粉的消耗量降低20%。
实施例3
采用菱铁矿作为待还原铁矿粉，铁品位为38.9%；
采用的载体为固定碳重量含量52%的碳粉；
将菱铁矿、硼砂和碳粉混合均匀制成混合物料，其中碳粉占混合物料总重量的10%，硼砂占混合物料总重量的0.4%，其余为菱铁矿；
将混合物料与还原剂煤粉混合制成待还原物料；混合比例根据反应理论需要的煤粉量过量3倍混合； 
 采用的还原剂煤粉为烟煤；
将待还原物料放入还原窑炉内，采用煤基竖窑法，在温度为1160~1250℃条件下进行还原反应，还原时间为5h，获得还原铁；还原反应完成后的金属化率为98%；与传统煤基隧道窑法还原铁技术相比，还原剂煤粉的消耗量降低15%。
实施例4
采用钛铁矿作为待还原铁矿粉，铁品位为36.5%；
采用的载体为固定碳重量含量53%的碳粉；
将钛铁矿、硼砂和碳粉混合均匀制成混合物料，其中碳粉占混合物料总重量的15%，硼砂占混合物料总重量的0.3%，其余为钛铁矿；
将混合物料与还原剂煤粉混合制成待还原物料；混合比例根据反应理论需要的煤粉量过量1倍混合； 
 采用的还原剂煤粉为无烟煤；
将待还原物料装入还原容器中，各批次的待还原物料在还原容器中的厚度为65~67.5mm，再放入还原窑炉内，采用煤基隧道窑法，在温度为1160~1250℃条件下进行还原反应，还原时间为6h，获得还原铁；还原反应完成后的金属化率为97%；与传统煤基隧道窑法还原铁技术相比，还原剂煤粉的消耗量降低25%，还原容器耐火罐按同样还原铁产量对比消耗量降低15~20%。
实施例5
采用红镍土矿作为待还原铁矿粉，铁品位为32.1%；
采用的载体为固定碳重量含量55%的碳粉；
将红镍土矿、硼砂和碳粉混合均匀制成混合物料，其中碳粉占混合物料总重量的20%，硼砂占混合物料总重量的0.5%，其余为红镍土矿；
将混合物料与还原剂煤粉混合制成待还原物料；混合比例根据反应理论需要的煤粉量过量2倍混合； 
 采用的还原剂煤粉为焦粉；
将待还原物料直接放入还原窑炉内，采用转底炉窑法，在温度为1160~1250℃条件下进行还原反应，还原时间为7h，获得还原铁；还原反应完成后的金属化率为96%；与传统煤基隧道窑法还原铁技术相比，还原剂煤粉的消耗量降低35%。
实施例6
采用含铁化工尾渣作为待还原铁矿粉，铁品位为58.4%；
采用的载体为固定碳重量含量55%的碳粉；
将含铁化工尾渣、硼砂和碳粉混合均匀制成混合物料，其中碳粉占混合物料总重量的18%，硼砂占混合物料总重量的0.4%，其余为含铁化工尾渣；
将混合物料压制成型后与还原剂煤粉混合制成待还原物料；混合比例根据反应理论需要的煤粉量过量3倍混合； 
 采用的还原剂煤粉为烟煤；
将待还原物料直接放入还原窑炉内，采用煤基隧道窑法，在温度为1160~1250℃条件下进行还原反应，还原时间为8h，获得还原铁；还原反应完成后的金属化率为95%；与传统煤基隧道窑法还原铁技术相比，还原剂煤粉的消耗量降低40%。
实施例7
采用铁鳞作为待还原铁矿粉，铁品位为68.9%；
采用的载体为固定碳重量含量56%的碳粉；
将铁鳞、硼砂和碳粉混合均匀制成混合物料，混合物料按重量百分比为载体7.5%，促进剂0.3%，其余为铁鳞；
将混合物料与还原剂煤粉混合制成待还原物料；混合比例根据反应理论需要的煤粉量过量1倍混合； 
 采用的还原剂煤粉为无烟煤；
将待还原物料装入还原容器中再放入还原窑炉内，待还原物料在还原容器中的厚度为65~67.5mm；采用煤基隧道窑法，在温度为1160~1250℃条件下进行还原反应，还原时间为3h，获得还原铁；还原反应完成后的金属化率为97%；与传统煤基隧道窑法还原铁技术相比，还原剂煤粉的消耗量降低40%，还原容器耐火罐按同样还原铁产量对比消耗量降低15~20%。
实施例8
采用铁鳞作为待还原铁矿粉，铁品位为71.4%；
采用的载体为固定碳重量含量60%的碳粉；
将铁鳞、硼砂和碳粉混合均匀制成混合物料，其中碳粉占混合物料总重量的9%，硼砂占混合物料总重量的0.5%，其余为铁鳞；
将混合物料压制成型后与还原剂煤粉混合制成待还原物料；混合比例根据反应理论需要的煤粉量过量2倍混合； 
 采用的还原剂煤粉为焦粉；
将待还原物料直接放入还原窑炉内，采用气基竖窑法，在温度为1160~1250℃条件下进行还原反应，还原时间为8h，获得还原铁；还原反应完成后的金属化率为96%；与传统煤基隧道窑法还原铁技术相比，还原剂煤粉的消耗量降低35%。
实施例9
采用铁精矿粉作为待还原铁矿粉，铁品位为66.5%；
采用的载体为固定碳重量含量62%的碳粉；
将铁精矿粉、硼砂和碳粉混合均匀制成混合物料，其中碳粉占混合物料总重量的11%，硼砂占混合物料总重量的0.4%，其余为铁精矿粉；
将混合物料与还原剂煤粉混合制成待还原物料；混合比例根据反应理论需要的煤粉量过量3倍混合； 
 采用的还原剂煤粉为烟煤；
将待还原物料直接放入还原窑炉内，采用煤基隧道窑法，在温度为1160~1250℃条件下进行还原反应，还原时间为4h，获得还原铁；还原反应完成后的金属化率为98%；与传统煤基隧道窑法还原铁技术相比，还原剂煤粉的消耗量降低35%。
实施例10
采用铁精矿粉作为待还原铁矿粉，铁品位为67.3%；
采用的载体为固定碳重量含量65%的碳粉；
将铁精矿粉、硼砂和碳粉混合均匀制成混合物料，其中碳粉占混合物料总重量的12.5%，硼砂占混合物料总重量的0.3%，其余为铁精矿粉；
将混合物料压制成型后与还原剂煤粉混合制成待还原物料；混合比例根据反应理论需要的煤粉量过量3倍混合； 
 采用的还原剂煤粉为无烟煤；
将待还原物料直接放入还原窑炉内，采用煤基竖窑法，在温度为1160~1250℃条件下进行还原反应，还原时间为7h，获得还原铁；还原反应完成后的金属化率为95%；与传统煤基隧道窑法还原铁技术相比，还原剂煤粉的消耗量降低30%。

Claims (5)

1.一种还原铁的方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）将待还原铁矿、促进剂硼砂和载体碳粉混合均匀制成混合物料，所述的待还原铁矿为高品位铁矿或低品位铁矿；当待还原铁矿为高品位铁矿时，混合物料按重量百分比为载体7.5~12.5%，促进剂0.3~0.5%，其余为待还原铁矿；当待还原铁矿为低品位铁矿时，混合物料按重量百分比为载体6~20%，促进剂0.3~0. 5%，其余为待还原铁矿；
所述的高品位铁矿为铁品位TFe≥65%且TFe≤72%的铁矿，所述的低品位铁矿为铁品位TFe≥30%且TFe＜65%的铁矿或含铁化工尾渣；
（2）将混合物料与还原剂煤粉混合制成待还原物料，或者将混合物料压制成型后与还原剂煤粉混合制成待还原物料；
（3）将待还原物料装入还原容器中再放入还原窑炉内，或者将待还原物料直接放入还原窑炉内，在温度为1160~1250℃条件下进行还原反应，还原时间为3~8h，获得还原铁。
2.根据权利要求1所述的一种还原铁的方法，其特征在于当采用的待还原铁矿为高品位铁矿时，选用的载体为固定碳重量含量56~65%的碳粉；当采用的待还原铁矿为低品位铁矿时，选用的载体为固定碳重量含量48~55%的碳粉。
3.根据权利要求1所述的一种还原铁的方法，其特征在于将待还原物料装入还原容器中时，待还原物料在还原容器中的厚度为65~67.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种还原铁的方法，其特征在于所述的促进剂的细度≤120目，载体的细度≤120目。
5.根据权利要求1所述的一种还原铁的方法，其特征在于还原反应完成后的金属化率为95~98%。
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