CN104004874A

CN104004874A - 高炉瓦斯灰与难选低品位铁矿石隧道窑联合直接还原工艺

Info

Publication number: CN104004874A
Application number: CN201410248707.4A
Authority: CN
Inventors: 王明华; 雷鹏飞; 权芳民; 展仁礼; 鲁逢霖; 张志刚; 张颂尧; 王欣; 寇明月
Original assignee: Gansu Jiu Steel Group Hongxing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Gansu Jiu Steel Group Hongxing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: CN104004874B

Abstract

本发明提供了一种高炉瓦斯灰与难选低品位铁矿石隧道窑联合直接还原工艺，主要包括如下工艺步骤：（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰进行配料混合，得到细粒级物料；将1mm以上粒级铁矿石按不同粒级范围分级，并与与之具有相同粒级范围的还原煤进行配料混合，得到粗粒级物料；（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设细粒级物料和粗粒级物料；（3）将物料随窑车置入隧道窑内进行高温还原。本发明有效利用了高炉瓦斯灰，大大提高了高炉瓦斯灰中碳利用效率；采用分层布料、逐级增氧的还原方法，提高了铁矿石直接还原的金属化率、缩短了还原时间，采用本工艺生产的金属化铁粉其铁品位达到84%以上，金属化率达到88%以上。

Description

高炉瓦斯灰与难选低品位铁矿石隧道窑联合直接还原工艺

技术领域

本发明属于冶金和矿物工程技术领域，涉及一种高炉瓦斯灰与难选低品位铁矿石隧道窑联合直接还原工艺。

背景技术

目前，国内对于高炉瓦斯灰、难选低品位铁矿石的开发利用普遍采用单一物料的处理方法，其处理方法和利用现状如下：

（1）高炉瓦斯灰处理现状

随着钢铁工业的迅猛发展，高炉瓦斯灰每年排放量十分巨大。目前，该类粉尘由于长期得不到有效处理，在许多钢厂附近堆积如山，不仅占据了大量的土地，也污染了环境，对人身体造成了危害，又浪费了其中铁、锌、铅、碳等有价资源。

为使高炉瓦斯灰泥得到合理利用，近十年来国内钢铁企业在污泥、粉尘等废弃物的利用方面做了大量工作，改变了原来将粉尘和污泥用作烧结原料的做法，其主要做法有：对于炼钢尘泥用来压制成冷固球团加入炼钢进行利用，这种方法虽然较好地利用了炼钢尘泥中的铁氧化物及氧化钙，但由于炼钢过程中对铁氧化物的还原量有限，只能在冶炼中进行少量加入，同时炼钢加入的冷固球团容易产生粉化；当高炉瓦斯灰采用回转窑工艺进行利用时，在解决锌的富集、回收利用含碳资源时，存在着回转窑内的结圈问题；当高炉瓦斯灰采用转底炉进行脱Zn、Pb并利用其中碳和铁氧化物时，一般通过配加一定量的氧化铁皮来制成含碳球团，并使其在高温下进行还原，这种方法虽然可大量处置含铁尘泥，得到纯度很高的富含锌铅的二次粉尘和高炉用金属化球团两种产品，但存在的主要问题是高炉瓦斯灰中碳利用效率不高，原料需要经过造球后进行焙烧，还原产品的金属化率不高。

（2）难选低品位铁矿石处理现状

我国铁矿石的主要特点是“贫”、“细”、“杂”，平均铁品位为32%，其中97%的难选铁矿石需要选矿进行处理。我国难选低品位铁矿石主要种类有菱铁矿、赤褐铁矿和混合型微细粒低品位铁矿石。①菱铁矿属于资源较为丰富的低品位复杂难选矿之一，其理论铁品位仅48.2%，且经常与钙镁锰呈类质同像共生，用物理选矿方法铁精矿品位很难达到45%以上，再加上菱铁精矿烧结性能较差，因此，菱铁矿精矿很难被钢铁公司所接受。②赤褐铁矿也属于复杂难选矿之一，褐铁矿富含结晶水，极易泥化，比磁化系数很低，通常采用物理选矿回收铁精矿品位低于60%，同时很难获得较高的金属回收率。③混合型微细粒低品位铁矿石的选矿工艺复杂，分选效率差。当铁矿中含相当数量的赤铁矿、镜铁矿、针铁矿、磁铁矿、褐铁矿等，各种铁矿物物理化学性能及嵌布粒度相关悬殊，同时，其中脉石矿物较复杂，含铁硅酸盐含量高，属于较为难选铁矿。

难选低品位铁矿石中铁氧化物含量较低，造成铁矿石在还原过程中碳氧化物浓度较低，同时由于受经济与技术水平的制约，难选低品位铁矿石当采用常规的磨矿磁选及反浮选、磁化焙烧、直接还原等工艺时，均存在着金属回收率较低、生产产品的铁品位较低、还原时间较长、生产成本较高的问题，致使一些铁矿山在开采过程中剥离出大量微细粒低品位铁矿石被堆置未加利用，同时还有大量微细粒低品位铁矿石至今尚未开发利用。

从以上高炉瓦斯灰、难选低品位铁矿石处理方法可以看出，高炉瓦斯灰和难选低品位铁矿石进行单一处理时，均不能达到满意的处理效果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种高炉瓦斯灰与难选低品位铁矿石隧道窑联合直接还原工艺，该工艺能够充分利用高炉瓦斯灰中碳进行高炉瓦斯灰中的铁氧化物与难选低品位铁矿石的还原，并显著提高了铁矿石直接还原的金属化率、缩短了还原时间。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种高炉瓦斯灰与难选低品位铁矿石隧道窑联合直接还原工艺，包括如下工艺步骤：

（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰按100：185-235的比例进行配料混合，得到细粒级物料；将1mm以上粒级铁矿石按不同粒级范围分级，并与与之具有相同粒级范围的还原煤按100:35-40的比例进行配料混合，得到粗粒级物料；

（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设厚度为80-100mm的细粒级物料和20-50mm的粗粒级物料；其中，粗粒级物料为一层或多层，且各层粗粒级物料的粒级范围一定，并且多层铺设时各层粗粒级物料的粒级范围由下至上呈梯度增加；

（3）将物料随窑车置入隧道窑内进行高温还原，还原温度为1050-1150℃、还原时间为60-120min。

进一步地，步骤（2）中，细粒级物料下方和最上层粗粒级物料的上方均铺设有5-10mm厚的还原煤层，所述还原煤的粒级为1-5mm。

进一步地，所述步骤（1）和（2）中，所述还原煤选用兰炭、无烟煤、冶金焦粉或烟煤；并优选兰炭。

作为一种实施方式，所述联合直接还原工艺包括如下工艺步骤：

（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰按100：185-235的比例进行配料混合，得到细粒级物料；将1-5mm粒级铁矿石与1-5mm粒级还原煤按100:35-40的比例进行配料混合，得到粗粒级物料；

（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设厚度为5-10mm的还原煤、80-100mm的细粒级物料、20-50mm的粗粒级物料和5-10mm的还原煤；

作为另一种实施方式，所述联合直接还原工艺包括如下工艺步骤：

（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰按100：185-235的比例进行配料混合，得到细粒级物料；分别将1-5mm粒级铁矿石与1-5mm粒级还原煤、5-15mm粒级铁矿石与5-15mm粒级还原煤按100:35-40的比例进行配料混合，得到1-5mm粒级粗粒级物料和5-15mm粒级粗粒级物料；

（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设厚度为5-10mm的还原煤、80-100mm的细粒级物料、10-30mm的1-5mm粒级粗粒级物料、10-20mm的5-15mm粒级粗粒级物料和5-10mm的还原煤；

作为再一种实施方式，所述联合直接还原工艺包括如下工艺步骤：

（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰按100：185-235的比例进行配料混合，得到细粒级物料；分别将1-5mm粒级铁矿石与1-5mm粒级还原煤、5-10mm粒级铁矿石与5-10mm粒级还原煤、10-20mm粒级铁矿石与10-20mm粒级还原煤按100:35-40的比例进行配料混合，得到1-5mm粒级粗粒级物料、5-10mm粒级粗粒级物料和10-20mm粒级粗粒级物料；

（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设厚度为5-10mm的还原煤、80-100mm的细粒级物料、10-20mm的1-5mm粒级粗粒级物料、5-15mm的5-10mm粒级粗粒级物料、5-15mm的10-20mm粒级粗粒级物料和5-10mm的还原煤；

本发明在物料最底层和最上层铺设还原煤的目的在于，物料上部和底部空间区域内，烧咀处可能有未完全燃烧的氧气进入隧道窑内，如果不铺设衬底和覆顶的还原煤，残存的氧气极易将物料表层的铁矿石进行氧化，阻碍铁矿石的还原，因此，本发明在物料最底层和最上层均铺设还原煤，残存氧气和还原煤发生反应产生CO₂或CO，不仅能够避免铁矿石被氧化，还能促进铁矿石的还原。

本发明隧道窑内的主要反应如下：

6Fe₂O₃(s)+C(s)→4Fe₃0₄(s)+CO₂(g) （1）

3Fe₂O₃(s)+C(s) →2Fe₃0₄(s)+CO(g) （2）

3Fe₂O₃(s)+CO(g)→2Fe₃0₄(s)+CO₂(g) （3）

Fe₃O₄(s)+CO(g)→3FeO(s)+CO₂(g) （4）

2FeO(s)+2C(s)→2Fe(s)+2CO(g) （5）

2FeO(s)+C(s)→2Fe(s)+CO₂(g) （6）

FeO(s)+ CO(g)→Fe(s)+CO₂(g) （7）

CO₂(g)+C(s)→2CO(g) （8）

本发明工艺具有如下特点：

1、本发明为充分利用高炉瓦斯灰中碳进行高炉瓦斯灰中的铁氧化物与难选低品位铁矿石的还原。针对高炉瓦斯灰中碳含量较高、铁矿石直接还原需要过剩碳的特点，采用小粒度铁矿石与高炉瓦斯灰混合焙烧、联合还原的工艺。

2、为提高铁矿石还原的均匀性，根据小粒度铁矿石与高炉瓦斯灰混合后高温下还原速度较快、单位时间产生CO₂气量较大、产品金属化率较高，大粒度铁矿石与还原煤混合后还原速度较慢、还原质量不均的特点，采用铁矿石粒度分级后分层布料、逐级加热、分级还原的方法。

3、为提高还原物料在隧道窑内的传热效率和改善还原效果，采用高炉瓦斯灰与铁矿石混合后平铺在隧道窑窑车上进行加热的方法，可使窑内燃料燃烧产生热量对还原物料进行直接加热。由于料层下部的加热热量是通过耐火导热板传导而来的，而料层上部的加热热量是通过炉膛空间直接辐射而来的，因此，料层上部的温度会高于下部，为使较大粒度物料与较小粒度物料在相同的加热时间内达到较高的还原效果，并鉴于较大粒度还原物料需要较高的还原温度的特点，采取小粒度铁矿石布于下部料层，大粒度铁矿石布于上部料层的方法。

4、铁矿石还原过程中，由Fe₂O₃还原为Fe₃O₄或Fe₃O₄还原为FeO都可在较低的还原气氛浓度下进行，但由FeO还原为Fe则需要较高的还原气氛浓度，为提高还原介质的气氛浓度、缩短还原时间，本发明采取的措施有：（1）通过在铁矿石还原物料中加入过量碳，使铁矿石与碳的接触面积增大，提高了铁矿石在高温下与煤的还原速度。（2）根据还原物料粒度的不同进行分层布料，进而铁矿石能够以分级增氧的方法进行还原。具体地，物料在隧道窑内加热过程中，上部粒度较粗的物料在炉膛空间高温辐射下，表层物料首先进行加热升温，并在升温过程中将表面吸收的热量逐渐向内部传递。当粗粒铁矿石温度达到600℃以上还原反应开始进行，并随着铁矿石温度的升高，还原反应逐渐加快。当粗粒铁矿石的金属化率达到65-75%时，还原产生的CO₂量减小，碳气化速度降低使铁矿石还原的速度逐渐变慢，但此时位于粗粒物料之下的细粒铁矿石与高炉瓦斯灰混合物料达到了还原开始的温度，并随铁矿石温度的升高，还原反应逐渐加快，还原产生的CO₂气体从下部料层往上流动，当CO₂气体流经上层的粗粒物料时，CO₂气体与粗粒料层内的还原煤发生气化反应生成CO气体，从而使粗粒物料层中CO气体浓度增加，可加快粗粒铁矿石还原反应速度，从而使粗粒铁矿石的金属化率提高和还原时间缩短。因此，本发明利用下部细粒物料还原产生的CO₂气体为上部粗粒物料的还原进行增氧，最终可实现下部的细粒铁矿石与上部的粗粒铁矿石在相同的还原时间内达到相同的还原效果。

综上，本发明的有益效果在于：

（1）有效利用了高炉瓦斯灰，大大提高了高炉瓦斯灰中碳利用效率；

（2）对难选低品位铁矿石与高炉瓦斯灰在隧道窑中采用分层布料、逐级增氧的还原方法，提高了铁矿石直接还原的金属化率、缩短了还原时间，采用本工艺生产的金属化铁粉其铁品位达到84%以上，金属化率达到88%以上；

（3）本发明工艺物料还原均匀，各粒级铁矿石均能达到较高的金属化率；

（4）生产效率高，能耗低。

附图说明

图1为本发明实施例1-3隧道窑分层布料示意图；

图中，1-隧道窑窑体，2-窑车，3-钢轨，4-窑车轮毂，5-窑车台面，6-烧咀，7-耐火导热板，8-铺底还原煤，9-细粒级物料，10-粗粒级物料，11-覆顶还原煤。

具体实施方式

实施例物料的选择：

下述实施例难选低品位铁矿石（包括赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿等）原料选择铁品位为25-35%，SiO₂含量为20-40%；还原煤选择固定碳含量为74%以上的兰炭；高炉瓦斯灰选择粒度为-100目占80%以上、ZnO含量6-10%、TFe含量为28-35%、C含量为20-40%的物料。

实施例1

实施例1工艺包括如下步骤：

（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰按100：185的比例进行配料混合，得到细粒级物料；将1-5mm粒级铁矿石与1-5mm粒级还原煤按100:38的比例进行配料混合，得到粗粒级物料；

（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设厚度为5mm的还原煤、90mm的细粒级物料、50mm的粗粒级物料和10mm的还原煤（如图1所示）；

（3）将物料随窑车置入隧道窑内进行高温还原，还原温度为1100℃、还原时间为90min。

经测定，实施例1所得金属化铁粉的铁品位为86.1%，金属化率为90.5%。

实施例2

实施例2工艺包括如下步骤：

（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰按100：210的比例进行配料混合，得到细粒级物料；将1-5mm粒级铁矿石与1-5mm粒级还原煤按100:35的比例进行配料混合，得到粗粒级物料；

（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设厚度为10mm的还原煤、80mm的细粒级物料、20mm的粗粒级物料和5mm的还原煤（如图1所示）；

（3）将物料随窑车置入隧道窑内进行高温还原，还原温度为1050℃、还原时间为120min。

经测定，实施例2所得金属化铁粉的铁品位为85.1%，金属化率为88.5%。

实施例3

实施例3工艺包括如下步骤：

（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰按100： 235的比例进行配料混合，得到细粒级物料；将1-5mm粒级铁矿石与1-5mm粒级还原煤按100: 40的比例进行配料混合，得到粗粒级物料；

（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设厚度为8mm的还原煤、100mm的细粒级物料、35mm的粗粒级物料和8mm的还原煤（如图1所示）；

（3）将物料随窑车置入隧道窑内进行高温还原，还原温度为1150℃、还原时间为60min。

经测定，实施例3所得金属化铁粉的铁品位为84.1%，金属化率为92.5%。

实施例4

实施例4工艺包括如下步骤：

（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰按100：185的比例进行配料混合，得到细粒级物料；分别将1-5mm粒级铁矿石与1-5mm粒级还原煤、5-15mm粒级铁矿石与5-15mm粒级还原煤按100:37的比例进行配料混合，得到1-5mm粒级粗粒级物料和5-15mm粒级粗粒级物料；

（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设厚度为10mm的还原煤、80mm的细粒级物料、20mm的1-5mm粒级粗粒级物料、10mm的5-15mm粒级粗粒级物料和10mm的还原煤；

经测定，实施例4所得金属化铁粉的铁品位为87.1%，金属化率为92.1%。

实施例5

实施例5工艺包括如下步骤：

（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰按100：220的比例进行配料混合，得到细粒级物料；分别将1-5mm粒级铁矿石与1-5mm粒级还原煤、5-15mm粒级铁矿石与5-15mm粒级还原煤按100:40的比例进行配料混合，得到1-5mm粒级粗粒级物料和5-15mm粒级粗粒级物料；

（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设厚度为8mm的还原煤、90mm的细粒级物料、30mm的1-5mm粒级粗粒级物料、15mm的5-15mm粒级粗粒级物料和8mm的还原煤；

经测定，实施例5所得金属化铁粉的铁品位为86.2%，金属化率为90.4%。

实施例6

实施例6工艺包括如下步骤：

（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰按100：235的比例进行配料混合，得到细粒级物料；分别将1-5mm粒级铁矿石与1-5mm粒级还原煤、5-15mm粒级铁矿石与5-15mm粒级还原煤按100:35的比例进行配料混合，得到1-5mm粒级粗粒级物料和5-15mm粒级粗粒级物料；

（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设厚度为5mm的还原煤、100mm的细粒级物料、10mm的1-5mm粒级粗粒级物料、20mm的5-15mm粒级粗粒级物料和5mm的还原煤；

经测定，实施例6所得金属化铁粉的铁品位为85.5%，金属化率为89.1%。

实施例7

实施例7工艺包括如下步骤：

（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰按100：200的比例进行配料混合，得到细粒级物料；分别将1-5mm粒级铁矿石与1-5mm粒级还原煤、5-10mm粒级铁矿石与5-10mm粒级还原煤、10-20mm粒级铁矿石与10-20mm粒级还原煤按100:36的比例进行配料混合，得到1-5mm粒级粗粒级物料、5-10mm粒级粗粒级物料和10-20mm粒级粗粒级物料；

（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设厚度为5mm的还原煤、90mm的细粒级物料、15mm的1-5mm粒级粗粒级物料、15mm的5-10mm粒级粗粒级物料、5mm的10-20mm粒级粗粒级物料和5mm的还原煤；

经测定，实施例7所得金属化铁粉的铁品位为85.1%，金属化率为91.1%。

实施例8

实施例8工艺包括如下步骤：

（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰按100：185的比例进行配料混合，得到细粒级物料；分别将1-5mm粒级铁矿石与1-5mm粒级还原煤、5-10mm粒级铁矿石与5-10mm粒级还原煤、10-20mm粒级铁矿石与10-20mm粒级还原煤按100:40的比例进行配料混合，得到1-5mm粒级粗粒级物料、5-10mm粒级粗粒级物料和10-20mm粒级粗粒级物料；

（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设厚度为8mm的还原煤、80mm的细粒级物料、20mm的1-5mm粒级粗粒级物料、10mm的5-10mm粒级粗粒级物料、10mm的10-20mm粒级粗粒级物料和8mm的还原煤；

经测定，实施例8所得金属化铁粉的铁品位为86.5%，金属化率为93.1%。

实施例9

实施例9工艺包括如下步骤：

（1）将0-3mm粒级铁矿石与高炉瓦斯灰按100：235的比例进行配料混合，得到细粒级物料；分别将1-5mm粒级铁矿石与1-5mm粒级还原煤、5-10mm粒级铁矿石与5-10mm粒级还原煤、10-20mm粒级铁矿石与10-20mm粒级还原煤按100:35的比例进行配料混合，得到1-5mm粒级粗粒级物料、5-10mm粒级粗粒级物料和10-20mm粒级粗粒级物料；

（2）在隧道窑窑车耐火导热板上从下往上依次铺设厚度为10mm的还原煤、100mm的细粒级物料、10mm的1-5mm粒级粗粒级物料、5mm的5-10mm粒级粗粒级物料、15mm的10-20mm粒级粗粒级物料和10mm的还原煤；

经测定，实施例9所得金属化铁粉的铁品位为85.1%，金属化率为90.5%。

Claims

1.一种高炉瓦斯灰与难选低品位铁矿石隧道窑联合直接还原工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高炉瓦斯灰与难选低品位铁矿石隧道窑联合直接还原工艺，其特征在于，步骤（2）中，细粒级物料下方和最上层粗粒级物料的上方均铺设有5-10mm厚的还原煤层，所述还原煤的粒级为1-5mm。

3.根据权利要求2所述的一种高炉瓦斯灰与难选低品位铁矿石隧道窑联合直接还原工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：

4.根据权利要求2所述的一种高炉瓦斯灰与难选低品位铁矿石隧道窑联合直接还原工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：

5.根据权利要求2所述的一种高炉瓦斯灰与难选低品位铁矿石隧道窑联合直接还原工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：

6.根据权利要求2所述的一种高炉瓦斯灰与难选低品位铁矿石隧道窑联合直接还原工艺，其特征在于，步骤（1）和（2）中，所述还原煤选用兰炭、无烟煤、冶金焦粉或烟煤。

7.根据权利要求6所述的一种高炉瓦斯灰与难选低品位铁矿石隧道窑联合直接还原工艺，其特征在于，步骤（1）和（2）中，所述还原煤优选兰炭。