CN104060013B - 一种转底炉直接还原含钒钛铁矿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转底炉直接还原含钒钛铁矿的方法。所述方法包括：将含钒钛铁矿、碳质还原剂和沥青按(95～105)：(22～30)：(6～13)配比并混料，经高压压制成生球，碳质还原剂为筛下焦粉和/或焦化厂除尘灰；烘干生球；将生球装入转底炉，以使生球依次经历转底炉的预热区、中温区、高温区和冷却区，得金属化球团，其中，预热区、中温区为1000～1250℃、高温区为1300～1400℃，提高转底炉的炉底转速。本发明能够充分利用炼铁、焦化厂的碳质燃料，有效降低碳素的燃烧损失，保证了还原效果；同时采用沥青作为粘结剂降低了杂质元素的带入量，且具有价格优势。上述多方面综合能够大大降低金属化球团的生产成本。

Description

一种转底炉直接还原含钒钛铁矿的方法

技术领域

本发明涉及含钒钛铁矿的非高炉还原技术领域，具体来讲，涉及一种采用转底炉低成本直接还原含钒钛铁矿的方法。

背景技术

目前，高炉—转炉流程仍占据着钢铁生产的主导地位，但也面临着与日俱增的能源与环保压力，特别是对焦煤的依赖成为制约其发展的瓶颈问题。

流程短、环境友好、不使用焦煤或焦煤用量低的非高炉炼铁技术则不断发展壮大，尤其是以Midrex、HYL为代表的直接还原工艺，装备数量分布越来越广，直接还原铁(亦称金属化球团)的产量稳步提高。

近几年，转底炉直接还原成为冶金领域的一个热点，它以还原温度高、还原速度快，炉料与炉底相对静止因而对炉料强度要求低等特点受到众多厂家的青睐，此外，转底炉直接还原不需烧结工序，不使用焦炭，环境友好，符合当今社会清洁生产的主流思想，因此，近年来多家企业建设转底炉项目，用来处理冶金废料或特殊矿种。

马钢、日钢、沙钢等厂家用转底炉处理含铅锌尘泥及钢厂固体废弃物；荣钢采用转底炉还原普通铁精矿，攀钢依据自身特色资源优势，用转底炉处理钒钛磁铁矿，并配以电炉熔分深还原、脱硫、提钒等工序，最终达到分离回收钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的目的。

发明人发现：对于典型的转底炉还原钒钛磁铁矿工艺而言，其目前的主要制约问题为生产成本较高、缺乏市场竞争力，例如，金属化球团的生产成本约2100元/t，与钒钛磁铁矿高炉冶炼铁水的成本相当。因此，降低金属化球团的生产成本，提高其市场竞争力，才是转底炉处理钒钛磁铁矿以及相关类似工艺能够继续存在及发展的重要途径。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。

发明人经过对金属化球团的生产成本主要构成进行仔细分析，发现：其中原辅材料和能源介质所占成本比例最高，约为总成本的85％～90％。

基于上述发现，发明人提供了一种转底炉直接还原含钒钛铁矿的方法。所述方法包括以下步骤：将含钒钛铁矿、碳质还原剂和沥青按照重量配比为(95～105)：(22～30)：(6～13)进行混料，经高压压制形成生球，其中，碳质还原剂为筛下焦粉和/或焦化厂除尘灰；烘干生球；将烘干后的生球装入转底炉，以使生球依次经历转底炉的预热区、中温区、高温还原区和冷却区，从而得到金属化球团以及转底炉废烟气，其中，通过助燃空气和可燃物的燃烧来将预热区和中温区的温度控制为1000℃～1250℃，并将高温还原区的温度控制为1300℃～1400℃，同时，通过提高转底炉的炉底转速以缩短生球在预热区和中温区的停留时间，并且所述方法还可包括：将转底炉废烟气与助燃空气进行换热以将助燃空气加热至400～600℃，以及将经第一次换热后的转底炉废烟气用于干燥生球和/或用于干燥含钒钛铁矿。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：能够通过对转底炉温度和转速的控制，避免了碳素的燃烧损失，提升了还原效果，使转底炉更好地发挥功效；能够大大降低生产成本；而且充分利用了钢铁厂的副产品资源。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的转底炉直接还原含钒钛铁矿的方法。

在本发明的一个示例性实施例中，转底炉直接还原含钒钛铁矿的方法包括以下步骤：

(1)配料并形成生球

将含钒钛铁矿(例如，钒钛磁铁精矿粉)、碳质还原剂和沥青按照重量配比为(95～105)：(22～30)：(6～13)进行混料。优选地，含钒钛铁矿、碳质还原剂和沥青的重量配比为(97～103)：(24～28)：(8～11)。混合均匀后，经高压压制形成生球。例如，可通过高压压球机将混合料压制形成生球。其中，碳质还原剂为筛下焦粉和/或焦化厂除尘灰。筛下焦粉和焦化厂除尘灰均为钢铁厂副产品，其价格低廉。

(2)生球干燥

对生球进行烘干处理。例如，可经带式干燥机对生球进行烘干。

(3)加热和还原生球

将烘干后的生球装入转底炉，以使生球依次经历转底炉的预热区、中温区、高温还原区和冷却区，从而得到金属化球团以及转底炉废烟气。其中，通过助燃空气和可燃物(例如，煤气等)的燃烧来将预热区和中温区的温度控制为1000℃～1250℃，优选地为1080℃～1150℃，并将高温还原区的温度控制为1300℃～1400℃，优选地为1350℃～1380℃，同时，通过提高转底炉的炉底转速(例如，将炉底转速控制在45min/r以内，譬如，35min/r)以缩短生球在预热区和中温区的停留时间。例如，预热区的温度可控制为1000℃～1080℃，优选地为1020℃～1060℃；中温区的温度可控制为1150℃～1250℃，优选地为1180℃～1230℃。

这里，对转底炉的预热区、中温区和高温还原区的温度控制、以及对转底炉的炉底转速的提高具有相互关联和促进的作用。

上述温度范围能够在保证生产顺行的条件下使生球经历较高的加热温度和还原温度，这为缩短物料在预热区和中温区中的停留时间提供了有力条件，从而有利于节约生球中的碳质还原剂。然而，如果温度过高，则可能需要喷吹更多的助燃空气进入炉内，使矿煤混合球团中逸出的挥发分进一步充分燃烧，甚至还需要补充一定量的煤气用来提升温度，如此一来，炉内的烟气量增多，烟气处理系统负荷增大，若烟气不能及时抽出炉外，将导致炉压升高，装料机处火焰外冒，严重时还会造成爆炸。

提高转底炉的炉底转速能够使物料经过各个区域的时间缩短。在本发明的上述温度范围下，物料在预热区和中温区中的停留时间缩短，有利于使得物料快速完成加热，从而能够避免升温较慢以及升温时间过长而导致生球中的碳质还原剂在此预热区和中温区中作为燃料大量燃烧，进而能够使得碳质还原剂尽可能发挥还原剂作用，改善了还原能力和还原效果；同时，尽管物料在高温还原区的停留时间也缩短了，然而，由于本发明的高温还原区具有较高的温度，因此，物料的还原效果并未得到劣化。

(4)转底炉废烟气的余热利用

将转底炉废烟气与助燃空气进行换热，以将助燃空气加热至400～600℃(优选为500～580℃)，以及将经第一次换热后的转底炉废烟气用于干燥生球和/或用于干燥含钒钛铁矿。

下面结合对比例和具体示例来进一步说明本发明的示例性实施例及其效果。需要说明的是，对比例仅仅是发明人出于说明本发明的效果而设定的。

对比例

年处理10万t钒钛磁铁矿的转底炉直接还原生产线，采用钒钛磁铁精矿、无烟煤、有机粘结剂为原料，上述三种物料按精矿：煤粉：有机粘结剂＝1000kg：300kg：60kg的比例混合均匀，然后经高压压球机压制成球，生球再经带式干燥机进行烘干，烘干后的干球进入转底炉，在炉内随炉底转动依次经过预热区、中温区、高温区、冷却区，在出料区由出料螺旋排出炉外，在此过程中，铁氧化物被还原，矿煤混合球团逐步变化成为金属化球团，也称海绵铁，生产1t金属化球团需要干球量约为1.5t。预热区、中温区和高温还原区的温度分别为950±10℃、1180±10℃和1350±10℃。将转底炉的炉底转速为50min/r。经检测，金属化球团的金属化率为82～85％。金属化率即为金属化球团中MFe与TFe的比值。

该对比例的主要成本计算如下：

无烟煤价格为1030元/t，则300kg的费用为309元；

有机粘结剂价格为7000元/t，则60kg的费用为420元；

干球质量：1000kg+300kg+60kg＝1360kg＝1.36t，可产出0.91t金属化球团。

可见，对应吨金属化球团的还原剂(无烟煤)投入为340.8元，有机粘结剂投入为463元。

此外，加上精矿等其他原辅材料、备品备件、人工及设备折旧等费用，吨金属化球团的成本为2150元。

示例1

年处理10万t钒钛磁铁矿的转底炉直接还原生产线，采用钒钛磁铁精矿、焦化厂除尘灰、沥青为原料，上述三种物料按精矿：焦化厂除尘灰：沥青＝1000kg：175kg：88kg的比例混合均匀，然后经高压压球机压制成球，生球再经带式干燥机进行烘干，烘干后的干球进入转底炉，在炉内随炉底转动依次经过预热区、中温区、高温区、冷却区，在出料区由出料螺旋排出炉外，在此过程中，铁氧化物被还原，矿煤混合球团逐步变化成为金属化球团，也称海绵铁，生产1t金属化球团需要干球量约为1.5t。其中，通过助燃空气和煤气的燃烧，将预热区、中温区和高温还原区的温度分别控制为1030±10℃、1200±10℃和1365±15℃，同时，将转底炉的炉底转速控制为40min/r。经检测，金属化球团的金属化率为83～86％。

在本示例中，转底炉的预热区和中温区的温度提升后，球团快速升温，碳素的燃烧损耗降低，这对降低还原剂的配入量具有积极作用；此外，由于沥青中固定碳也能作为还原剂使用，故采用沥青作为粘结剂后，还原剂的配入量也得以降低。

该本示例的主要成本计算如下：

焦化厂除尘灰价格800元/t，则175kg的费用为140元；

沥青价格为2000元/t，则88kg的费用为176元；

干球质量：1000kg+175kg+88kg＝1263kg，可产出842kg金属化球团。

则对应吨金属化球团的还原剂(焦化厂除尘灰)投入为166元，沥青粘结剂投入为209元，显然，就吨金属化球团而言，本示例的还原剂和粘结剂两项成本即比对比例降低约429元，成本降幅达52％以上。

此外，沥青中有50％左右的成分为挥发分，多为烃类化合物，可燃烧，经估算，88kg沥青可替代约50Nm³的混合煤气(焦炉煤气和高炉煤气的混合物)，可节约煤气费用15元，吨金属化球团降低约为18元。

此外，采用焦粉或焦化厂除尘灰代替无烟煤可以省掉原先设置的磨煤工序，但沥青需要破磨处理，二者费用相互抵消。

综上所述，本发明的转底炉直接还原含钒钛铁矿的方法能够通过对转底炉温度和转速的控制，避免了碳素的燃烧损失，提升了还原效果，使转底炉更好地发挥功效；能够大大降低生产成本；而且充分利用了钢铁厂的副产品资源。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (6)

1.一种转底炉直接还原含钒钛铁矿的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将含钒钛铁矿、碳质还原剂和沥青按照重量配比为(95～105)：(22～30)：(6～13)进行混料，经高压压制形成生球，其中，碳质还原剂为筛下焦粉和/或焦化厂除尘灰；

烘干生球；

将烘干后的生球装入转底炉，以使生球依次经历转底炉的预热区、中温区、高温还原区和冷却区，从而得到金属化球团以及转底炉废烟气，其中，通过助燃空气和可燃物的燃烧来将预热区和中温区的温度控制为1000℃～1250℃，并将高温还原区的温度控制为1300℃～1400℃，同时，通过提高转底炉的炉底转速为35～45min/r以缩短生球在预热区和中温区的停留时间。

2.根据权利要求1所述的转底炉直接还原含钒钛铁矿的方法，其特征在于，所述方法还包括：将转底炉废烟气与助燃空气进行换热以将助燃空气加热至400～600℃，以及将经第一次换热后的转底炉废烟气用于干燥生球和/或用于干燥含钒钛铁矿。

3.根据权利要求1所述的转底炉直接还原含钒钛铁矿的方法，其特征在于，所述含钒钛铁矿、碳质还原剂和沥青的重量配比为(97～103)：(24～28)：(8～11)。

4.根据权利要求1所述的转底炉直接还原含钒钛铁矿的方法，其特征在于，所述预热区和中温区的温度为1080℃～1200℃。

5.根据权利要求1所述的转底炉直接还原含钒钛铁矿的方法，其特征在于，所述高温还原区的温度为1350℃～1380℃。

6.根据权利要求2所述的转底炉直接还原含钒钛铁矿的方法，其特征在于，所述将转底炉废烟气与助燃空气进行换热的步骤将助燃空气加热至500～580℃。