CN104164526B - 一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，主要包括如下工艺步骤：（1）将粗精矿粉与膨润土混合后进行润磨、造球；（2）将球团矿经链篦机得到干燥、预热并在氧化过程中完成预固结；（3）经氧化回转窑进行氧化焙烧；（4）经环冷机进行降温；（5）经还原回转窑进行还原焙烧；（6）经余热回收装置进行余热回收和降温；（7）将金属化球团磨矿后进行磁选，得到金属化率为85%以上、铁品位在80%以上金属化铁粉；（8）将预热后的铁粉与煤粉进行热压，得到金属化热压含碳球团；（9）渣铁分离：将金属化热压含碳球团加入到熔融还原竖炉中，经过熔化、还原和渣铁分离后，得到高温铁水。

Description

一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺

技术领域

本发明属于铁冶金和矿物工程技术领域，涉及一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺。

背景技术

目前，全世界生铁主要来源于高炉冶炼产品，高炉炼铁生产技术成熟，具有产量大、生产效率高的优点，但高炉炼铁必须依赖焦煤，且其生产工艺流程较长、环境污染较大、设备组成复杂，同时与之配套的炼焦、烧结、球团等工序生产的产品余热不能直接进入高炉进行利用，且各工序排出的高温废气也不能完全回收利用，造成整个工序的生产能耗较高。

非高炉炼铁是指以铁矿石为原料并使用高炉以外的冶炼技术生产铁产品的方法。在当今焦煤资源缺乏、非焦煤资源丰富的情况下，非高炉炼铁以非焦煤为能源，不但环境污染小，而且省去了炼焦、烧结、球团等工序，缩短了炼铁生产工艺流程。因此，非高炉炼铁一直被认为是一种环保节能、投资小、占地少、生产成本低的生产工艺。非高炉炼铁可分为直接还原炼铁工艺和熔融还原炼铁工艺两种。（1）直接还原炼铁是一种使用非焦煤、气体燃料或液体燃料为能源和还原剂，在铁矿石软化温度以下，将铁矿石中铁氧化物还原成金属铁的工艺。直接还原按还原剂的类型，分为气体还原剂法、固体还原剂法和电煤法(以电为热源、以煤为还原剂)；按还原反应器的类型，可分为竖炉法、流化床法、回转窑法、转底炉法及隧道窑法等。（2）熔融还原工艺主要是指用非焦煤生产液态铁水的方法，其还原过程以非焦煤、矿粉为原料进行的冶炼，无需炼焦、烧结、球团等生产工序。熔融还原的主要技术有：竖炉预还原加熔融还原工艺、快速流化预还原加熔融还原工艺、铁浴造气加终还原工艺、竖炉造气加终还原工艺等。

直接还原和熔融还原是现代非高炉炼铁的主体工艺，均是以摆脱高炉流程对炼焦煤依赖为目的的钢铁行业前沿技术。目前，世界上开发出的非高炉炼铁工艺有成百上千种，但产业化的生产工艺并不多，即使已经产业化或初步产业化的COREX、FINEX、HIsmelt等方法除工艺设计及生产流程存在问题外，主体设备结构的选择也不尽合理，同时现有非高炉炼铁技术的能耗均高于高炉炼铁技术，有的甚至比高炉炼铁流程高出许多。此外，在铁矿石的直接还原及熔融还原中，国内外为降低生产成本和提高产品质量，目前普遍使用品位为66%以上的铁精矿或富矿，而对品位为40%以下的低品位铁矿石应用较少。

世界上有不少铁品位低、铁氧化物晶粒微细、与脉石嵌布紧密、单体解离度较低的铁矿石，其开发利用采用常规的磁选、浮选、磁化焙烧等选矿方法都无法得到较好结果。但当这类铁矿石在1050～1150℃温度下进行煤基直接还原时，矿石中铁氧化物晶粒在逐级还原过程中不仅不能得到长大，而且高温下矿石中石英、硅酸盐矿物与FeO、Fe₃O₄易于生成低熔点化合物铁橄榄石(2FeO.Si0₂)，当低熔点化合物发生软化和熔化后可形成液相，包裹在团块表面，影响还原气氛向团块内部扩散,使铁矿石的还原速度降低,并造成生产铁精粉的铁品位及金属回收率降低。同时，在直接还原过程中采用未氧化的球团矿，在还原的高温段球团强度较低，不能满足回转窑还原的生产需要。因此，在铁矿石直接还原中，生产原料一般为品位大于66～68%的铁矿石或球团矿，还原剂主要为气基，采用的生产流程为：低品位铁矿石磨选→配煤造球→煤基直接还原→无氧冷却→还原铁。

高硅低品位微细粒铁矿石为防止高硅低品位微细粒铁矿石还原过程中液相的出现其温度一般控制在900～1050℃，采用的还原设备主要有隧道窑、转底炉和回转窑。隧道窑设备对球团矿的强度要求较低，但球团矿在隧道窑内一般需要停留30～40h才能得到充分还原，造成隧道窑单窑产量较低；对于转底炉设备，由于物料在炉内停留时间一般为30～50min，较短的还原时间造成产品的金属化率较低，不能满足炼钢转炉或电炉对还原铁质量的要求，同时转底炉设备较难实现大型化；对于回转窑设备，由于原矿制备的球团矿在回转窑高温段还原时强度较低甚至发生粉化现象，造成还原产品的质量较低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，本发明工艺能够利用非焦煤资源在能耗较低的情况下生产高温铁水。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，包括如下工艺步骤：

（1）磨选及造球：将难选铁矿石在磨矿到粒度-200目占80%以上后进行磁选富集，得到铁品位为35～45%的粗精铁矿粉，得到的粗精铁矿粉与膨润土按100:1～3质量比混合后进行润磨、造球，得到粒度为8～16mm的球团矿；

（2）链篦机干燥及预固结：球团矿加入到链篦机后，控制加热时间为20～25min，球团矿从链篦机排出后的温度为900～950℃，使球团矿得到干燥、预热并在氧化过程中完成预固结；经过该步骤后可使球团矿的FeO含量降低到8～10%；

（3）氧化回转窑焙烧：900～950℃的球团矿进入到氧化回转窑中，控制加热温度为1250～1300℃、时间为25～35min，使FeO含量进一步降低到5～6%；

（4）环冷机降温：1250～1300℃的氧化球团矿进入到环冷机中，使球团矿温度降到950～1050℃，使FeO含量降到1%以下；

（5）还原回转窑焙烧：950～1050℃的氧化球团矿与外配煤粉按100:40～50质量比混合后加入到还原回转窑中，控制加热温度为1050～1150℃、时间为60～120min；

（6）余热回收：将1050～1150℃金属化球团加入到余热回收装置中，使金属化球团的温度降低到200℃以下，然后从余热回收装置中排出；（7）金属化球团磨选：金属化球团在磨矿到粒度-200目占80%以上后进行磁选，得到金属化率为85%以上、铁品位在80%以上金属化铁粉；

（8）热压含碳球团：将预热后的铁粉与煤粉按100:35～43的质量比混合后在400～450℃下进行热压，使煤和铁粉颗粒充分接触并进行粘结，得到金属化热压含碳球团；

（9）渣铁分离：将金属化热压含碳球团加入到熔融还原竖炉中，并将球团在悬浮状态下进行加热升温，控制加热温度为1450～1600℃，热压含碳球团经过熔化、还原和渣铁分离后，得到1450～1550℃的高温铁水，并将铁水从熔融还原竖炉的底部排出。

进一步地，步骤（6）中，所述余热回收装置包括罐体，所述罐体设有物料入口、物料出口，所述罐体的上腔为延续还原区，下腔为换热区，所述换热区内设有换热管，所述换热管具有入口端和出口端，所述罐体的上腔连通有还原气体出口；所述换热管包括一级换热管和二级换热管，所述一级换热管位于二级换热管上方，且罐体内一级换热管所在区域形成一级换热区，二级换热管所在区域形成二级换热区。

进一步地，步骤（6）中，所述余热回收的具体过程为：1050～1150℃金属化球团进入到无热源延续还原装置后，在延续还原区内利用自身余热与碳进行进一步还原反应，在一级换热区与通入一级换热管的常温空气经过换热后，使一级换热管出口端排出的空气温度提高到600～700℃；在二级换热区与通入二级换热管的常温空气经过换热后，使二级换热管出口端排出的空气温度提高到350～450℃，然后，将温度降低到200℃以下的金属化球团从无热源延续还原装置物料出口排出。该步骤中，金属化球团可利用自身余热进行进一步还原并可对球团余热进行回收。

进一步地，步骤（4）中，1250～1300℃的氧化球团矿进入到环冷机后，采用从余热回收装置二级换热区排出的350～450℃空气对氧化球团矿进行降温，且环冷机采用两段空气冷却结构，从环冷机前段排出的空气温度为1050～1150℃，从环冷机后段排出的空气温度为700～800℃；冷却时间为15～20min。

进一步地，步骤（2）中，所述链篦机选择四段式设备结构，球团矿加入到链篦机后，采用从余热回收装置二级换热区排出的350～450℃空气、一级换热区排出的600～700℃空气、环冷机排出的700～800℃空气及氧化回转窑排出的温度为1000～1100℃烟气依次对链篦机四个工艺段进行分级干燥和加热。

进一步地，步骤（3）中，球团矿进入到氧化回转窑后，加热热源采用从还原回转窑排出的CO含量为50～70%的高温烟气，助燃空气采用从环冷机排出的1050～1150℃的高温空气。

进一步地，步骤（5）中，在还原回转窑还原中后期加入石灰石进行增氧，石灰石的加入量为步骤（1）粗精铁矿粉质量的15-30%，粒度为3-5mm。

进一步地，步骤（8）中，热压含碳球团在400～450℃热压后，其强度一般较低，应进行高温热处理，其工艺是将热压含碳球团再次放入到加热设备中，并加热到700～750℃后保温8～10min，如此可使煤中焦油充分析出后进行粘结，可提高热压含碳球团的强度。

进一步地，步骤（1）中，当所述难选铁矿石采用赤铁矿或褐铁矿时，将铁矿石与煤粉和粘结剂进行配料造球，煤粉的加入量为铁矿石质量的1-3%。

进一步地，步骤（1）中，当所述难选铁矿石采用磁铁矿时，将铁矿石与造孔剂和粘结剂进行配料造球，造孔剂的加入量为铁矿石质量的1-2%；且所述造孔剂选用淀粉。

步骤（2）（3）（4）过程中，铁矿石中Fe₃0₄、FeO逐步氧化为α-Fe₂O₃，FeO含量逐步降低到1%以下，铁氧化物晶粒得到长大，球团矿强度逐步得到提高。具体地，铁矿石在200～400℃进行氧化焙烧时，其化学过程占优势，不发生晶型转变，由FeO、Fe₃O₄氧化生成γ-Fe₂O₃，而在温度为400～1000℃进行氧化焙烧时，其晶型转变占优势，晶体重新排列，晶格从立方晶系转变为斜方晶系，由磁性γ-Fe₂O₃氧化生成无磁性α-Fe₂O₃。由于生成的Fe₂0₃有较强迁移能力，随着氧化焙烧温度的提高，Fe₂0₃通过初晶-发育晶-互连晶的依次形成，可在提高球团矿抗压强度的同时，使磁铁矿晶粒度得到一定的长大。当氧化后的铁矿石进行磁化还原焙烧时，依据Fe₂0₃向Fe₃O₄转变过程中的原子扩散可使Fe₃O₄产生一定的再结晶，但由于原子扩散速度较慢，还原过程中，其晶粒度长大的幅度较小。

本发明为解决难选低品位微细粒铁矿石直接还原中存在的磨选产品金属回收率较低的问题，根据铁矿石中铁氧化物晶粒长大可提高直接还原产品的铁品位及金属回收率的原理，即提高铁氧化物晶粒大小后，使得步骤（7）磨矿后粘贴于金属铁颗粒表面上的脉石杂质易于磁选分离，从而提高金属回收率及铁品位。为提高铁矿石中铁氧化物的晶粒度，采取的方法有：（1）由于粗粒铁矿石在还原焙烧过程中受结构致密的制约，铁矿物的迁移受到限制，其嵌布粒度并无明显变化，若粗粒铁矿石细磨后再焙烧，则铁矿物颗粒会明显聚集长大。通过对铁矿石采取在焙烧前的细磨措施，可使其在氧化焙烧及直接还原的过程中晶粒度得到长大。（2）依据铁矿石在FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃的晶型转变及氧化过程中可使Fe₂O₃晶粒长大的原理，当球团矿采用磁铁矿为原料时，球团矿中配加造孔剂（如淀粉）后，在增大反应速度的同时，球团矿在氧化回转窑中从低价铁氧化物向高价铁氧化物的转变及在还原回转窑中从高价铁氧化物向低价铁氧化物的转变过程中，可使球团矿中铁矿石晶粒得到长大；当球团矿采用赤铁矿或褐铁矿为原料时，铁矿石中配加煤粉进行造球，球团中的煤粉在高温气化后不仅起到造孔的作用，而且煤粉可使部分高价铁氧化物先还原为低价铁氧化物（Fe₂O₃→Fe₃0₄、FeO），低价铁氧化物在氧化回转窑中又转变为高价铁氧化物（Fe₃0₄、FeO→α-Fe₂O₃），如此可进一步提高氧化焙烧后铁氧化物颗粒直径，从而提高金属回收率及铁品位。通过FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃的晶型转变及氧化可使铁矿石中Fe₂O₃晶粒由5～20μm长大到74μm以上。

另外，本发明为提高铁矿石（特别是高硅低品位微细粒铁矿石）直接还原过程中的还原速度和产品质量，针对还原过程中铁矿石中含有的石英、硅酸盐矿物与金属铁氧化物在温度1205℃时易于生成低熔点化合物-铁橄榄石(2FeO.Si0₂)，形成液相的问题，步骤（5）中，本发明采取的还原温度为1050～1150℃，进一步地，为了能在较低还原温度时提高铁矿石还原速度和产品质量，通过在还原过程中加入过量的还原碳和石灰石，使石灰石高温分解产生的CO₂与碳发生反应而生成CO，从而提高了铁矿石在还原过程中还原介质的浓度，同时也增加了碳与铁矿石、CO₂的反应速度。

本发明直接还原设备使用氧化球团矿进行还原，由于氧化后球团矿具有更高的含氧量，可使还原过程中产生大量的CO₂，CO₂再与碳进行气化反应，提高了还原介质中CO浓度，从而提高了铁矿石的还原速度，缩短了还原时间，提高了单炉的产量，可使直接还原设备的单炉年产由10～20万吨提高到百万吨级以上。

本发明在正常生产阶段的热源来自还原回转窑窑头喷入的粒煤，一部分粒煤作为燃料在还原回转窑中进行燃烧，另一部分粒煤在还原回转窑内进行裂解和气化，产生的煤气与还原回转窑废气经除尘后一起做为氧化回转窑的燃料进行使用。为提高还原废气的热值及产生量，本发明粒煤选用挥发份30～40%的煤种。

在铁矿石竖炉熔融还原过程中，利用煤的粘结性在高温下将矿粉和煤粉热压粘结在一起，不仅可以提高含碳球团高温下的强度，而且避免了铁矿粉中加入粘结剂后给冶炼带来的不利影响。热压含碳球团在高温下具有还原速度快、球团强度高、原料适应性强的优点，是一种利用煤热塑性提高球团强度的炼铁原料。

本发明为充分开发利用我国储量丰富（特别是难选低品位）铁矿石，充分利用非焦煤资源，简化现有铁水生产的炼焦、烧结、球团、炼铁工艺流程，通过对铁矿石煤基直接还原和熔融还原的研究，以现有技术成熟的链篦机、回转窑、环冷机、热压含碳球团、熔融还原竖炉设备为基础，提出了一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，该工艺可使铁矿石经过氧化焙烧、直接还原、磨选、热压含碳球团、竖炉熔分等过程，达到生产高温铁水的目的。

综上，本发明的有益效果在于：

（1）本工艺采用较短的生产工艺流程，达到了在不使用焦煤资源的情况下利用难选低品位铁矿石生产铁水的目的，实现了非高炉炼铁；

（2）本发明解决了球团矿直接还原中球团强度低及还原易产生液相的难题；

（3）本工艺采用提高铁氧化物晶粒大小和石灰石增氧还原的方法，可使难选低品位微细粒铁矿石直接还原后金属回收率从70%左右提高到85%以上，铁粉品位达到80%以上；

（4）铁矿石还原时间短，产率高；

（5）生产系统内热量得到了循环利用，有效降低了能耗。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明余热回收装置的结构示意图；

图中，1-罐体，2-物料入口，3-物料出口，4-延续还原区，5-一级换热区，6-二级换热区，7-一级换热管，8-二级换热管，9-还原气体出口。

具体实施方式

实施例物料的选择：

难选低品位微细粒铁矿石选择铁品位为31～35%、SiO₂含量为25～48%及嵌布粒度为5～20μm的铁矿石；球团内配煤粉选择固定碳含量为45～74%、粒度为-200目占80%以上的煤种；还原用外配煤粉选择固定碳含量为74%以上、粒度为0～5mm的煤种；还原回转窑喷入的粒煤选用挥发份30～40%、粒度3～5mm的煤种；热压含碳球团所用内配煤粉选择固定碳含量为45～74%、粒度为-200目占80%以上的煤种；熔融还原竖炉燃烧用煤选择固定碳含量为74%以上、粒度为8～16mm的兰炭。

实施例1

一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，包括如下工艺步骤：

（1）磨选及造球：铁矿石选用赤铁矿，将铁矿石在磨矿到粒度-200目占80%以上后进行磁选富集，得到铁品位为35%的粗精矿粉，得到的粗精矿粉与煤粉、膨润土按100：1：2质量比混合后进行润磨、造球，得到粒度为8～16mm的球团矿；

（2）链篦机干燥及预固结：球团矿加入到链篦机后，控制加热时间为23min，球团矿从链篦机排出后的温度为900～950℃，使球团矿得到干燥、预热并在氧化过程中完成预固结；且所述链篦机选择四段式设备结构，球团矿加入到链篦机后，采用从余热回收装置二级换热区排出的350～450℃空气、一级换热区排出的600～700℃空气、环冷机排出的700～800℃空气及氧化回转窑排出的温度为1000～1100℃烟气依次对链篦机四个工艺段进行分级干燥和加热；

（3）氧化回转窑焙烧：将900～950℃的球团矿送入到氧化回转窑中，控制加热温度为1280～1300℃、时间为30min；氧化回转窑加热热源采用从还原回转窑排出的CO含量为50～70%的高温烟气，助燃空气采用从环冷机排出的1050～1150℃的高温空气；

（4）环冷机降温：1250～1300℃的氧化球团矿进入到环冷机中，使球团矿温度降到950～1050℃；环冷机采用从余热回收装置二级换热区排出的350～450℃空气对氧化球团矿进行降温，且环冷机采用两段空气冷却结构，从环冷机前段排出的空气温度为1050～1150℃，从环冷机后段排出的空气温度为700～800℃，冷却时间为15min；

（5）还原回转窑焙烧：950～1050℃的氧化球团矿与外配煤粉按100:43质量比混合后加入到还原回转窑中，控制加热温度为1050～1090℃、时间为120min；并在还原回转窑还原中后期加入石灰石进行增氧，石灰石的加入量为步骤（1）粗精铁矿粉质量的24%，粒度为3-5mm；

（6）余热回收：将1050～1150℃金属化球团加入到余热回收装置中，使金属化球团的温度降低到200℃以下，然后从余热回收装置中排出；

如图2所示，所述余热回收装置包括罐体1，罐体1设有物料入口2、物料出口3，罐体的上腔为延续还原区4，下腔为换热区，所述换热区中设有换热管，所述换热管具有入口端和出口端，罐体1的上腔连通有还原气体出口9；所述换热管包括一级换热管7和二级换热管8，一级换热管7位于二级换热管8上方，且罐体1内一级换热管7所在区域形成一级换热区5，二级换热管8所在区域形成二级换热区6；

所述余热回收的具体过程为：1050～1150℃金属化球团进入到余热回收装置后，在延续还原区内利用自身余热与碳进行进一步还原反应，然后球团进入换热区，在一级换热区与通入一级换热管的常温空气经过换热后，使一级换热管出口端排出的空气温度提高到600～700℃；在二级换热区与通入二级换热管的常温空气经过换热后，使二级换热管出口端排出的空气温度提高到350～450℃，然后，将温度降低到200℃以下的金属化球团从余热回收装置物料出口排出；

（7）金属化球团磨选：将金属化球团在磨矿到粒度-200目占80%以上后进行磁选，得到金属化率为85.6%、铁品位为81.7%的金属化铁粉；

（8）热压含碳球团：将预热后的铁粉与煤粉按100:40的质量比混合后在400～450℃下进行热压，使煤和铁粉颗粒充分接触并进行粘结，得到金属化热压含碳球团，然后将热压含碳球团再次放入到加热设备中，并加热到750℃后保温8min，以提高球团强度；

（9）渣铁分离：将金属化热压含碳球团加入到熔融还原竖炉中，并将球团在悬浮状态下进行加热升温，控制加热温度为1450～1600℃，可使热压含碳球团与还原气在良好接触的状态下完成终还原，熔融还原竖炉炉顶采用双钟密封结构，炉顶压力控制在0.05～0.lMpa；燃烧用煤和助燃热风从还原竖炉的中下部进行喷入并燃烧，以提供球团熔化还原所需的高温；热压含碳球团经过熔化、还原和渣铁分离后，得到1450～1550℃的高温铁水，并将铁水从熔融还原竖炉的底部排出。

实施例2

实施例2与实施例1的不同之处在于：

步骤（1）中，铁矿石选用褐铁矿，磁选富集后得到的粗精矿粉的铁品位为38.5%，得到的粗精矿粉与煤粉、膨润土按100：2：3质量比混合后进行润磨、造球；

步骤（2）中，链篦机加热时间为20min；

步骤（3）中，氧化回转窑加热温度为1250～1270℃、时间为35min；

步骤（4）中，环冷机冷却时间为18min；

步骤（5）中，氧化球团矿与外配煤粉按100:50质量比混合后加入到还原回转窑中，控制加热温度为1110～1150℃、时间为60min；石灰石的加入量为步骤（1）粗精铁矿粉质量的15%；

步骤（7）中，经检测，磁选后得到的金属化铁粉的金属化率为92.5%、铁品位为89.5%；

步骤（8）中，将预热后的铁粉与煤粉按100:35的质量比混合后在进行热压，然后将热压含碳球团再次放入到加热设备中，并加热到720℃后保温9min。

实施例3

实施例3与实施例1的不同之处在于：

步骤（1）中，铁矿石选用镜铁矿，磁选富集后得到的粗精矿粉的铁品位为45%，得到的粗精矿粉与煤粉、膨润土按100：3：1质量比混合后进行润磨、造球；

步骤（2）中，链篦机加热时间为25min；

步骤（3）中，氧化回转窑加热温度为1260～1280℃、时间为25min；

步骤（4）中，环冷机冷却时间为20min；

步骤（5）中，氧化球团矿与外配煤粉按100:40质量比混合后加入到还原回转窑中，控制加热温度为1080～1120℃、时间为90min；石灰石的加入量为步骤（1）粗精铁矿粉质量的30%；

步骤（7）中，经检测，磁选后得到的金属化铁粉的金属化率为90.7%、铁品位为88.4%；

步骤（8）中，将预热后的铁粉与煤粉按100:43的质量比混合后在进行热压，然后将热压含碳球团再次放入到加热设备中，并加热到700℃后保温10min。

实施例4

实施例4与实施例1的不同之处在于：

步骤（1）中，铁矿石选用磁铁矿（主要成分为Fe₃0₄），磁选富集后得到的粗精矿粉的铁品位为42.4%，得到的粗精矿粉与淀粉、膨润土按100：2：2质量比混合后进行润磨、造球；

步骤（2）中，链篦机加热时间为22min；

步骤（3）中，氧化回转窑加热温度为1260～1280℃、时间为30min；

步骤（4）中，环冷机冷却时间为20min；

步骤（5）中，氧化球团矿与外配煤粉按100:45质量比混合后加入到还原回转窑中，控制加热温度为1080～1120℃、时间为90min；石灰石的加入量为步骤（1）粗精铁矿粉质量的25%；

步骤（7）中，经检测，磁选后得到的金属化铁粉的金属化率为89.5%、铁品位为84.1%；

步骤（8）中，将预热后的铁粉与煤粉按100:42的质量比混合后在进行热压，然后将热压含碳球团再次放入到加热设备中，并加热到700℃后保温10min。

Claims (9)

1.一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：

（1）磨选及造球：将难选铁矿石在磨矿到粒度-200目占80%以上后进行磁选富集，得到铁品位为35～45%的粗精矿粉，得到的粗精矿粉与膨润土按100:1～3质量比混合后进行润磨、造球，得到粒度为8～16mm的球团矿；

（2）链篦机干燥及预固结：球团矿加入到链篦机后，控制加热时间为20～25min，球团矿从链篦机排出后的温度为900～950℃，使球团矿得到干燥、预热并在氧化过程中完成预固结；

（3）氧化回转窑焙烧：将900～950℃的球团矿送入到氧化回转窑中，控制加热温度为1250～1300℃、时间为25～35min；

（4）环冷机降温：1250～1300℃的氧化球团矿进入到环冷机中，使球团矿温度降到950～1050℃；

（5）还原回转窑焙烧：950～1050℃的氧化球团矿与外配煤粉按100:40～50质量比混合后加入到还原回转窑中，控制加热温度为1050～1150℃、时间为60～120min；

（6）余热回收：将1050～1150℃金属化球团加入到余热回收装置中，使金属化球团的温度降低到200℃以下，然后从余热回收装置中排出；所述余热回收装置包括罐体，所述罐体设有物料入口、物料出口，所述罐体的上腔为延续还原区，下腔为换热区，所述换热区内设有换热管，所述换热管具有入口端和出口端，所述罐体的上腔连通有还原气体出口；所述换热管包括一级换热管和二级换热管，所述一级换热管位于二级换热管上方，且罐体内一级换热管所在区域形成一级换热区，二级换热管所在区域形成二级换热区；

（7）金属化球团磨选：将金属化球团在磨矿到粒度-200目占80%以上后进行磁选，得到金属化率为85%以上、铁品位在80%以上金属化铁粉；

（8）热压含碳球团：将预热后的铁粉与煤粉按100:35～43的质量比混合后在400～450℃下进行热压，使煤和铁粉颗粒充分接触并进行粘结，得到金属化热压含碳球团；

（9）渣铁分离：将金属化热压含碳球团加入到熔融还原竖炉中，并将球团在悬浮状态下进行加热升温，控制加热温度为1450～1600℃，热压含碳球团经过熔化、还原和渣铁分离后，得到1450～1550℃的高温铁水，并将铁水从熔融还原竖炉的底部排出。

2.根据权利要求1所述的一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，其特征在于，步骤（6）中，所述余热回收的具体过程为：1050～1150℃金属化球团进入到余热回收装置后，在延续还原区内利用自身余热与碳进行进一步还原反应，然后球团进入换热区，在一级换热区与通入一级换热管的常温空气经过换热后，使一级换热管出口端排出的空气温度提高到600～700℃；在二级换热区与通入二级换热管的常温空气经过换热后，使二级换热管出口端排出的空气温度提高到350～450℃，然后，将温度降低到200℃以下的金属化球团从余热回收装置物料出口排出。

3.根据权利要求2所述的一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，其特征在于，步骤（4）中，1250～1300℃的氧化球团矿进入到环冷机后，采用从余热回收装置二级换热区排出的350～450℃空气对氧化球团矿进行降温，且环冷机采用两段空气冷却结构，从环冷机前段排出的空气温度为1050～1150℃，从环冷机后段排出的空气温度为700～800℃；冷却时间为15～20min。

4.根据权利要求3所述的一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述链篦机选择四段式设备结构，球团矿加入到链篦机后，采用从余热回收装置二级换热区排出的350～450℃空气、一级换热区排出的600～700℃空气、环冷机排出的700～800℃空气及氧化回转窑排出的温度为1000～1100℃烟气依次对链篦机四个工艺段进行分级干燥和加热。

5.根据权利要求3所述的一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，其特征在于，步骤（3）中，球团矿进入到氧化回转窑后，加热热源采用从还原回转窑排出的CO含量为50～70%的高温烟气，助燃空气采用从环冷机排出的1050～1150℃的高温空气。

6.根据权利要求1所述的一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，其特征在于，步骤（5）中，在还原回转窑还原中后期加入石灰石进行增氧，石灰石的加入量为步骤（1）粗精铁矿粉质量的15-30%，粒度为3-5mm。

7.根据权利要求1所述的一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，其特征在于，步骤（8）中，热压含碳球团在经400～450℃热压后，再将球团放入到加热设备中，加热到700～750℃后保温8～10min，然后进入步骤（9）。

8.根据权利要求1所述的一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，其特征在于，步骤（1）中，当所述难选铁矿石采用赤铁矿或褐铁矿时，将铁矿石与煤粉和粘结剂进行配料造球，煤粉的加入量为铁矿石质量的1-3%。

9.根据权利要求1所述的一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，其特征在于，步骤（1）中，当所述难选铁矿石采用磁铁矿时，将铁矿石与造孔剂和粘结剂进行配料造球，造孔剂的加入量为铁矿石质量的1-2%。