CN104185686B - 粉铁矿还原装置、还原铁及铁水制造设备和还原铁及铁水制造方法 - Google Patents

粉铁矿还原装置、还原铁及铁水制造设备和还原铁及铁水制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粉铁矿还原装置及还原方法。本发明的粉铁矿还原装置，包括：粗粒矿预还原反应器，装入粉铁矿并通过还原气体对粉铁矿进行预还原；超细粒矿预还原反应器，装入从所述粗粒矿预还原反应器飞散出来的超细粒矿进行预还原；第一磁选机，从在所述超细粒矿预还原反应器被还原后排出的所述超细粒矿中分离出脉石成分；至少一个中间还原反应器，装入在所述粗粒矿预还原反应器被还原后排出的所述粗粒矿和所述分离出脉石成分的超细粒矿进一步进行还原，以提高所述粗粒矿及超细粒矿的还原率；以及最终还原反应器，对在所述中间还原反应器被还原后排出的所述粗粒矿和所述超细粒矿进行最终还原，以制造还原铁。

Description

粉铁矿还原装置、还原铁及铁水制造设备和还原铁及铁水制造方法
技术领域
本发明涉及一种粉铁矿还原装置、包括该装置的还原铁及铁水制造设备，更具体地，涉及一种在对低品位的铁矿石进行还原时，能够同时进行铁矿石的还原和选矿的粉铁矿还原装置、包括该装置的还原铁及铁水制造设备。
背景技术
现有的铁水制造工艺中使用的铁矿石为高品位的矿石，随着在全球范围内高品位矿石的使用量的增加，高品位矿石逐渐被消耗殆尽，如今含大量脉石成分的低品位矿石的使用量呈逐渐增加的趋势。
在使用这种低品位矿石之前，通过预选处理除去脉石成分以提高品位。当使用未经预选处理的低品位矿石时，相对于矿石的装入量脉石含量非常高，导致炉渣产生量大为增加，因此需要炉渣熔融热，从而增加还原剂费用，进而增加制造成本及大量排出炉渣所引起的操作负担，造成铁水生产率降低以及制造成本大幅增加。
另一方面，作为直接使用低品位矿石在流化床还原工艺除去脉石而生产高品位还原铁并用于制造铁水的现有技术，中国专利CN200810042199.9号公开了对磁铁矿还原步骤后排出的所有还原矿进行脉石分离的技术。
在该中国专利中不分大颗粒和超细粉试图分离全部脉石，因此磁选处理量与装料量成比例增加，其规模非常庞大，由于一并处理脉石含量低的大颗粒矿石，脉石的分离效率非常低。
而且，在流化床还原工艺中，仅在磁铁矿的还原步骤分离并除去脉石成分，若脉石成分在该步骤中未被除去，就会包含在还原铁及铁水中，从而限制低品位矿石的使用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种省略低品位矿石的预选处理工序，可在还原工艺中同时进行选矿处理的粉铁矿还原装置及包括该装置的还原铁及铁水制造设备。
为达到上述目的，根据本发明的优选实施例的粉铁矿还原装置，包括：粗粒矿预还原反应器，装入粉铁矿并通过还原气体对粉铁矿进行预还原；超细粒矿预还原反应器，装入从所述粗粒矿预还原反应器飞散出来的超细粒矿进行预还原；第一磁选机，从在所述超细粒矿预还原反应器被还原后排出的所述超细粒矿中分离出脉石成分；至少一个中间还原反应器，装入在所述粗粒矿预还原反应器被还原后排出的所述粗粒矿和所述分离出脉石成分的超细粒矿进一步进行还原，以提高所述粗粒矿及超细粒矿的还原率；以及最终还原反应器，对在所述中间还原反应器被还原后排出的所述粗粒矿和所述超细粒矿进行最终还原，以制造还原铁。
所述中间还原反应器可包括依次连接的多个流化床还原反应器。
所述最终还原反应器可包括：粗粒矿最终还原反应器，装入在所述中间还原反应器被还原的粗粒矿和超细粒矿进行还原，以制造还原铁；和超细粒矿最终还原反应器，装入从所述粗粒矿最终还原反应器飞散出来的所述超细粒矿进行还原，以制造还原铁。
所述粉铁矿还原装置还可包括：第二磁选机，从所述超细粒矿最终还原反应器排出的还原铁中除去脉石成分。
根据本发明的一优选实施例的还原铁及铁水制造设备，包括：第一还原装置，其包括所述还原装置；装料仓，储存或者进一步还原在所述第一还原装置中制造的还原铁；熔融气化炉，装入由所述装料仓排出的还原铁和从外部供应的含碳材料，并喷入氧气，以制造铁水和还原气体；第二还原装置，与所述第一还原装置分开配置，并由多级流化床还原反应器或者竖炉组成；及第一重整装置，从由所述第一还原装置及所述第二还原装置排出后被分流的废气中除去二氧化碳，并且在所述熔融气化炉中制造的还原气体供应到所述第一还原装置，而通过所述第一重整装置除去二氧化碳的废气供应到所述第二还原装置。
所述还原铁及铁水制造设备还可包括：第二重整装置，在所述第一还原装置排出的废气中的一部分被分流后，与所述熔融气化炉排出的还原气体混合之前，从所述被分流的废气中除去二氧化碳。
所述还原铁及铁水制造设备还可包括：颗粒分离装置，由所述熔融气化炉排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后分离出颗粒，将分离出的颗粒再装入所述熔融气化炉，并将所述分离出颗粒的还原气体供应到所述第一还原装置或者所述装料仓。
所述还原铁及铁水制造设备还可包括：升温装置，在供应到所述第二还原装置之前，使通过所述第一重整装置除去二氧化碳的废气升温至一定温度。
所述还原铁及铁水制造设备还可包括：第一储料仓，在供应到所述装料仓之前，临时储存所述第一还原装置中制造的还原铁。
而且，所述还原铁及铁水制造设备还可包括：第一压制铁制造装置，在供应到所述装料仓之前，将由所述第一储料仓排出的还原铁压制成块。
所述第二还原装置由多级流化床还原反应器组成时，还可包括第二储料仓，在制成块状之前，临时储存所述第二还原装置中制造的还原铁。
所述还原铁及铁水制造设备还可包括：第二压制铁制造装置，将由所述第二储料仓排出的还原铁压制成块。
根据本发明的一优选实施例的还原铁及铁水制造设备，包括：第一还原装置，其包括所述还原装置；装料仓，储存或者进一步还原在所述第一还原装置中制造的还原铁；熔融气化炉，装入由所述装料仓排出的还原铁和从外部供应的含碳材料，并喷入氧气，以制造铁水和还原气体；第二还原装置，与所述第一还原装置分开配置，并由多级流化床还原反应器或者竖炉组成；及第一重整装置，从由所述第一还原装置及所述第二还原装置排出后被分流的废气中除去二氧化碳，并且由所述熔融气化炉排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后，供应到所述第一还原装置及第二还原装置。
由所述熔融气化炉排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后，一部分可供应到所述装料仓。
所述还原铁及铁水制造设备还可包括：颗粒分离装置，由所述熔融气化炉排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后，分离出颗粒和气体。
根据本发明的另一实施例的还原铁及铁水制造方法，包括利用前述还原装置作为多级流化床还原反应器和磁选装置来还原并磁选粉铁矿，以制造还原铁；将所述还原铁和从外部供应的含碳材料装入熔融气化炉后喷入氧气，以制造铁水和还原气体；通过与所述多级流化床还原反应器分开配置的第二还原装置对粉铁矿或者球团矿进行还原，以进一步制造还原铁；及使所述多级流化床还原反应器和第二还原装置排出的废气分流后，除去二氧化碳；其中，在所述熔融气化炉中制造的还原气体供应到所述多级流化床还原反应器，所述除去二氧化碳的废气供应到所述第二还原装置。
所述还原铁及铁水制造方法还可包括：在装入所述熔融气化炉之前，将通过所述多级流化床还原反应器和磁选装置制造的还原铁供应到装料仓储存或者进一步还原。
而且，所述还原铁及铁水制造方法还可包括：将通过所述多级流化床还原反应器和磁选装置制造的还原铁压制成块。
所述还原铁及铁水制造方法还可包括：使所述多级流化床还原反应器排出的废气中的一部分分流后，除去二氧化碳并与所述熔融气化炉排出的还原气体混合。
所述还原铁及铁水制造方法还可包括：所述熔融气化炉排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后分离出颗粒，将分离出的颗粒再装入所述熔融气化炉，并将分离出颗粒的还原气体供应到所述多级流化床还原反应器或者装料仓。
所述第二还原装置可为多级流化床还原反应器或者竖炉。
根据本发明另一优选实施例的还原铁及铁水制造方法，包括：利用前述还原装置作为多级流化床还原反应器和磁选装置来还原并磁选粉铁矿，以制造还原铁；将所述还原铁和从外部供应的含碳材料装入熔融气化炉后喷入氧气，以制造铁水和还原气体；及通过与所述多级流化床还原反应器分开配置的第二还原装置对粉铁矿或者球团矿进行还原，以进一步制造还原铁，其中在所述熔融气化炉中制造的还原气体供应到所述多级流化床还原反应器和所述第二还原装置。
所述还原铁及铁水制造方法还可包括：在装入所述熔融气化炉之前，将通过所述多级流化床还原反应器和磁选装置制造的还原铁供应到装料仓储存或者进一步还原。
所述还原铁及铁水制造方法还可包括：将通过所述多级流化床还原反应器和磁选装置制造的还原铁压制成块。
所述还原铁及铁水制造方法还可包括：使所述多级流化床还原反应器排出的废气中的一部分分流后，除去二氧化碳并与所述熔融气化炉排出的还原气体混合。
所述还原铁及铁水制造方法还可包括：所述熔融气化炉排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后分离出颗粒，将分离出的颗粒再装入所述熔融气化炉，并将分离出颗粒的还原气体供应到所述多级流化床还原反应器或者装料仓。
所述第二还原装置可为多级流化床还原反应器或者竖炉。
根据本发明，低品位矿石不用进行额外的选矿工序即可用于流化床还原工艺，因此可扩大低品位矿石的使用，并提高炼铁工艺的竞争力。
而且，仅对脉石含量高的超细粉进行磁选，因此可增大脉石的分离效率、降低磁选机的容量，并且由于使用廉价的低品位矿石，可以降低铁水生产成本以及减少还原剂费用。
附图说明
图1示出本发明一实施例的粉铁矿还原装置。
图2示出本发明的一实施例的粉铁矿还原装置，其中间还原反应器为多级(多个)结构。
图3示出本发明的一实施例的粉铁矿还原装置，其最终还原反应器为双流化床还原反应器，即由粗粒矿最终还原反应器和超细粒矿最终还原反应器组成，并进一步配置有磁选机。
图4为本发明另一实施例的还原铁及铁水制造设备的示意图。图4显示从还原铁及铁水制造设备排出的废气中除去二氧化碳后，再喷入还原铁制造装置，以制造还原铁。
图5为本发明另一实施例的还原铁及铁水制造设备的示意图。图5显示对铁水制造设备的熔融气化炉中制造的还原气体进行分流并供应到各还原反应器。
图6为将图4所示的还原铁制造装置变更为竖炉的还原铁及铁水制造设备的示意图。
图7为将图5所示的还原铁制造装置变更为竖炉的还原铁及铁水制造设备的示意图。
具体实施方式
参照附图和详细描述的下列实施例，就可以清楚地理解本发明的优点、特点以及实现这些优点和特点的方法。然而，本发明能够以各种不同方式实施，并不局限于下列实施例。提供下列实施例的目的在于，充分公开本发明以使所属领域的技术人员对发明内容有整体和充分的了解，本发明的保护范围应以权利要求书为准。在通篇说明书中，对相同构件采用了相同的附图标记。
请参见附图，根据本发明的优选实施例的粉铁矿还原装置，包括：粗粒矿预还原反应器10，装入粉铁矿并通过还原气体对粉铁矿进行预还原；超细粒矿预还原反应器20，装入从所述粗粒矿预还原反应器10飞散出来的超细粒矿进行预还原；第一磁选机30，从在所述超细粒矿预还原反应器20被还原后排出的所述超细粒矿中分离出脉石成分；至少一个中间还原反应器40，装入在所述粗粒矿预还原反应器10被还原后排出的所述粗粒矿和所述分离出脉石成分的超细粒矿进一步进行还原，以提高所述粗粒矿及超细粒矿的还原率；以及最终还原反应器50，对在所述中间还原反应器40被还原后排出的所述粗粒矿和所述超细粒矿进行最终还原，以制造还原铁。
所述粉铁矿可使用SiO2、Al2O3等脉石含量高的低品位矿石。低品位矿石可为粉矿形式的矿石。对所述低品位矿石进行流化还原时，在流化还原过程中产生的超细粒矿(超细粒的粉铁矿)会包含大量的脉石成分。
从粉铁矿进料槽装入粗粒矿预还原反应器的粉铁矿的粒度为8mm以下。
换句话说，铁矿石从赤铁矿(hematite:Fe2O3)被还原成磁铁矿(magnetite；Fe3O4)时，因体积膨胀而发生还原粉化现象，而且在流化还原反应器中因受到热冲击和机械冲击等而被粉化(degradation)。由于这种粉化而产生的超细粉矿中浓缩有脉石成分。
粉矿形式的粉铁矿装入粗粒矿预还原反应器10并在流化还原工艺中被还原成磁铁矿(magnetite；Fe3O4)，此时，从粗粒矿预还原反应器10飞散出来的超细粒矿装入超细粒矿预还原反应器20并被还原成磁铁矿。
粗粒矿(粗粒的粉铁矿)的粒度范围为0.1～8mm。而且，超细粒矿的粒度范围为100μm以下。
粗粒矿预还原反应器10可使用圆筒状(cylindricaltype)的流化还原反应器，由于分散板的上部和下部具有相同直径的圆筒状，分散板上/下部的流动状态相同，从而通过炉上部的排出口易于排出一定粒度的超细粒(超细粉)矿。
而且，在粗粒矿预还原反应器10内可以不用配置捕集从流化床飞散出去的细粉，并再回收至流化床的旋风分离器(cyclone)。
另外，超细粒矿预还原反应器20可使用流化床还原反应器，所述超细粒矿预还原反应器20其分散板上部为锥形，因此通过分散板的还原气体越接近炉的上部气流会变得越缓慢，因此超细粒(超细粉)矿不会从流化床大量飞散出去，从而在流化床内容易发生还原反应。
而且，可在超细粒矿预还原反应器20内配置用于捕集细粉的旋风分离器(cyclone),以捕集从流化床飞散出去的细粉并回收至流化床内。
所述粗粒矿及超细粒矿预还原反应器20的温度范围为350℃～550℃，在各预还原反应器中被还原的矿石以磁铁矿的形式存在。所述磁铁矿的居里温度(保持磁性的临界温度)为575℃。
在预还原反应器内用于还原粉铁矿的还原气体的成分包含CO、CO2、H2、H20、N2等。
若在还原为磁铁矿的步骤中脉石没有被充分去除，则如下所述，在最终还原步骤也就是还原铁生成步骤中，可利用磁选进一步分离出超细粒矿(超细粉矿)中大量含有的脉石。
此时，在最终还原步骤中的流化还原温度为760℃以下，还原气体包含CO、CO2、H2、H2O、N2等。
在铁矿石的流化还原反应中被粉化而产生的超细粉矿(超细粒矿)中脉石含量会大增，因此在被还原成磁铁矿的步骤中，为了将粉铁矿分成粗粒矿和超细粒矿进行还原，可利用由粗粒矿预还原反应器10和超细粒矿预还原反应器20组成的双流化床反应器(twinfluidizedbedreactor)。
即，在所装入的铁矿石被还原成磁铁矿的步骤中，将粉铁矿分成粗粒矿和超细粉矿，脉石含量相对较低的粗粒矿被还原后排出到下一步骤的流化还原反应器，且脉石含量较高的超细粉矿通过磁选机而分离出脉石，使得矿石中的脉石含量降低，之后排出到下一步骤的流化还原反应器，从而与粗粒矿一起对超细粉矿持续进行进一步还原。
如上所述，若在被还原成磁铁矿的步骤中，超细粉矿中的脉石除去量不够充分，则在最终还原步骤中，同样可以利用双流化床反应器(twinfluidizedbedreactor)进行进一步还原，以进一步除去被粉化的超细粉中的脉石成分，从而能够进一步提高最终还原铁的品位。
图1为流化还原操作工艺，粉铁矿从粉铁矿装料仓5装入双流化床反应器(twinfluidized-bedreactor)之一的粗粒矿预还原反应器10后，被流化还原成磁铁矿，而超细粉矿(超细粒的粉铁矿)飞散到超细粒矿预还原反应器20，在粗粒矿预还原反应器10中只有粗粒矿被流化还原，并排出到下一步骤的流化还原反应器。
在图1中，在超细粒矿预还原反应器20、中间还原反应器40及最终还原反应器50的下部设置有喷入还原气体的分散板(distributingplate),而上部设置有用于捕集细粉矿的旋风分离器(cyclone)。
在还原所述粉铁矿时，可将石灰石、白云石等辅助原料一起装入粗粒矿预还原反应器10。在本发明的粉铁矿还原装置中被最终还原而排出的还原铁，其在后续的熔炉、电炉等中被熔融时，可添加石灰石、白云石等辅助原料，以降低还原铁中所含的脉石成分的熔点，使脉石成分熔融，从而以炉渣形式排出。
另一方面，不仅在粗粒矿预还原反应器10中粉铁矿被粉化成磁铁矿而产生的超细粉，而且装入后直接飞散的包含在矿石中超细粉也在超细粒矿预还原反应器20中被还原成磁铁矿。
而且，将含有在超细粒矿预还原反应器20中被还原后排出的磁铁矿的超细粒矿装入第一磁选机30，并分离出超细粒矿中具有磁性的颗粒，即分离出磁铁矿和非磁性体脉石，从而可以只将磁铁矿排出到下述中间还原反应器40。
如此，从脉石含量高的超细粒矿中仅除去脉石，从而能够提高在磁选机中的分离效率，也可以使磁选机的容量达到最优化。
所述粉铁矿还原装置还可以包括至少一个中间还原反应器40，装入在所述粗粒矿预还原反应器10中被还原后排出的所述粗粒矿和所述分离出脉石成分的超细粒矿并进一步进行还原，以提高所述粗粒矿及超细粒矿的还原率。
如图2所述，所述中间还原反应器40可包括依次连接的多个(多级)流化床还原反应器40、45。
品位得到提高的高品位磁铁矿依次经过下一步骤的流化床还原反应器而被进一步还原，并在最终还原反应器50中被还原后，作为高品位还原铁排出。
将如上所制造的高品位还原铁装入熔炉制造铁水时，炉渣生成量会大减，因此对降低还原剂费用有贡献，从而可大幅降低铁水制造成本。
图3示出采用双流化床还原反应器(即，粗粒矿最终还原反应器53和超细粒矿最终还原反应器55)的最终还原反应器50。
所述最终还原反应器50，包括：粗粒矿最终还原反应器53，装入所述粗粒矿和超细粒矿进行还原，以制造还原铁；及超细粒矿最终还原反应器55，装入从所述粗粒矿最终还原反应器53飞散出来的所述超细粒矿进行还原，以制造还原铁。
所述粉铁矿还原装置还可包括第二磁选机60，从所述超细粒矿最终还原反应器55所排出的还原铁中除去脉石成分。
此外，在依次连接的流化床还原反应器中，利用用于预还原的所述双流化床还原反应器分离出脉石成分时，如果超细粒矿中的脉石除去量不够充分，则可以将所述最终还原反应器50配置为双流化床还原反应器。
如上所述，通过将最终还原反应器50配置为双流化床还原反应器，在最终还原反应器50的前一步骤依次经过还原工艺的粗粒矿和细粒矿中的粗粒矿可在粗粒矿最终还原反应器53中被最终还原成还原铁。
而且，从所述粗粒矿最终还原反应器53飞散出来的大量含有脉石的超细粉矿，可在超细粒矿最终还原反应器55中被进一步还原而制造还原铁，之后所述还原铁被装入第二磁选机60以分离出磁性金属铁和非磁性脉石，并仅除去脉石之后，只将金属铁排出至还原铁储料仓70。
所述粗粒矿和超细粒矿最终还原反应器55的温度范围为760℃以下，在各最终还原反应器50中被还原的矿石以金属铁(metallicFe)的形式存在。所述金属铁的居里温度(保持磁性的临界温度)为768℃。
据此，进一步降低由流化还原反应器排出的还原铁的脉石含量，可以生产出高品位的还原铁。
还原气体从最终还原反应器50(粗粒矿及超细粒矿最终还原反应器)的下部通过分散板喷入，在流化床使铁矿石还原后，由最终还原反应器50的上部排出，而且所排出的还原气体从中间还原反应器40的下部通过分散板喷入，在流化床使铁矿石还原后，由中间还原反应器40的上部排出。
由中间还原反应器40排出的还原气体从粗粒矿及超细粉矿预还原反应器的下部通过分散板喷入，并对铁矿石进行预热及预还原后，由预还原反应器的上部排出，对所排出的还原气体(废气)通过洗涤器80进行冷却及除尘。
即，在本发明的粉铁矿还原装置中，铁矿石被还原的推进方向与还原气体的推进方向相反。
图4及图5为本发明的一实施例的还原铁及铁水制造设备的示意图。
请参照图4及5，本发明的还原铁及铁水制造设备，包括：第一还原装置100，包括多级流化床还原反应器和磁选机；装料仓200，储存或者进一步还原在所述第一还原装置100中制造的还原铁；熔融气化炉300，装入由所述装料仓200排出的还原铁和从外部供应的含碳材料，并喷入氧气，以制造铁水和还原气体；第二还原装置500，与所述第一还原装置100分开配置，并由多级流化床还原反应器530或者竖炉600(shaftfurnace)组成；及第一重整装置430，从由所述第一还原装置及所述第二还原装置排出后被分流的废气中除去二氧化碳，并且在所述熔融气化炉300中制造的还原气体供应到所述第一还原装置100，而通过所述第一重整装置430除去二氧化碳的废气供应到所述第二还原装置500。
所述第一还原装置100包括基于前述图1至图3的粉铁矿还原装置。
在所述第一还原装置100中制造的还原铁，其装入熔融还原反应器300之前，为了最终还原装入装料仓200。储存在装料仓200中的还原铁可被熔融还原反应器300产生的还原气体进一步还原。
在所述第一还原装置100中制造的还原铁，其被供应到装料仓200之前，可临时储存于第一储料仓70。
由所述第一储料仓70排出的还原铁，其被供应到所述装料仓200之前，可通过第一压制铁制造装置110压制成块，并供应到所述装料仓200。
所述熔融还原反应器300中装入由所述装料仓200排出的还原铁和从外部的含碳材料供应装置250供应的含碳材料后喷入氧气，从而通过含碳材料的燃烧热使还原铁熔化，以制造铁水，并通过含碳材料的燃烧生成还原气体。
所述第二还原装置500与包括所述多级流化床还原反应器和磁选机的第一还原装置100分开配置，并对铁矿石进行还原，以制造还原铁。所述第二还原装置500可由多级流化床还原反应器530或者竖炉600组成。
此外，由组成所述第一还原装置100的多级流化床还原反应器排出的废气和由所述第二还原装置500排出的废气分别经过洗涤器80、510除去灰尘等杂质后被分流，之后通过第一重整装置430除去在所述废气中所含的二氧化碳，以提高在废气中的一氧化碳、氢气等还原气体的含量。
所述第二还原装置500由多级流化床还原反应器530组成时，装入粉铁矿并通过还原气体来制造还原铁，而所述第二还原装置500由竖炉600组成时，装入由粉铁矿加工而成的球团矿(pellet)并通过还原气体来制造还原铁。
另外，所述第一还原装置100排出的废气的一部分被分流并与所述熔融气化炉300排出的还原气体混合。
此时，在与熔融还原反应器300中排出的还原气体混合之前，通过第二重整装置420从所述废气中除去二氧化碳，以提高废气中的一氧化碳、氢气等还原气体的含量。将所述废气供应到所述第二重整装置420之前，可使所述废气通过压缩器410被压缩成压缩气体。
通过将所述熔融气化炉300排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合，能够将还原气体的温度调节为适于在第一还原装置100的多级流化床还原反应器中对铁矿石进行还原的温度(700～800℃)。
而且，由所述熔融气化炉300排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后，经颗粒分离装置330分离出颗粒，所分离出的颗粒再装入所述熔融气化炉300，而所述分离出颗粒的还原气体供应到所述第一还原装置100或者所述装料仓200。
所述颗粒分离装置可使用旋风分离器(cyclone)。
所述通过第一重整装置430除去二氧化碳的废气被供应到所述第二还原装置500之前，可使其经由升温装置450升温至适合于铁矿石的还原的温度。
所述升温装置450可使用氧气燃烧器、LNG燃烧器等。
此外，所述第二还原装置500由多级流化床还原反应器530组成时，还可以包括第二储料仓550，在压制成块状之前，临时储存所述第二还原装置530中制造的还原铁。
而且，还可以包括第二压制铁制造装置570，将由所述第二储料仓550排出的还原铁压制成块。
图6示出所述图4所示的还原铁及铁水制造设备的变形实施例，其中第二还原铁制造装置由竖炉600(shaftfurnace)组成。
所述竖炉600中装入将粉铁矿压制成块的球团矿(pellet)，并喷入从所述废气中除去二氧化碳的重整气(除去二氧化碳的废气)，对铁矿石进行还原而制造还原铁。
图5及图6示出本发明优选实施例的还原铁及铁水制造设备。
如图5及6所示，本发明的还原铁及铁水制造设备，包括：第一还原装置100，包括多级流化床还原反应器和磁选机；装料仓200，储存或者进一步还原在所述第一还原装置100中制造的还原铁；熔融气化炉300，装入由所述装料仓排出的还原铁和从外部供应的含碳材料，并喷入氧气，以制造铁水和还原气体；第二还原装置500，与所述第一还原装置100分开配置，并由多级流化床还原反应器530或者竖炉600组成；及第一重整装置430，从由所述第一还原装置100及所述第二还原装置500排出后被分流的废气中除去二氧化碳，并且由所述熔融气化炉排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后，供应到所述第一还原装置100及第二还原装置500。
所述第一还原装置100包括基于前述图1至图3的粉铁矿还原装置。
在所述第一还原装置100中制造的还原铁，其装入熔融还原炉300之前，为了最终还原装入装料仓200。储存在装料仓200中的还原铁可被熔融还原炉300产生的还原气体进一步还原。
在所述第一还原装置100中制造的还原铁，其被供应到装料仓200之前，可临时储存于第一储料仓70。
由所述第一储料仓70排出的还原铁，其被供应到所述装料仓200之前，可通过第一压制铁制造装置110压制成块，并供应到所述装料仓200。
所述熔融还原反应器300中装入由所述装料仓200排出的还原铁和从外部的含碳材料供应装置250供应的含碳材料后喷入氧气，从而通过含碳材料的燃烧热是还原铁熔化，以制造铁水，并通过含碳材料的燃烧生成还原气体。
所述第二还原装置500与包括所述多级流化床还原反应器和磁选机的第一还原装置100分开配置，并对铁矿石进行还原，以制造还原铁。所述第二还原装置500可由多级流化床还原炉530或者竖炉600组成。
而且，所述第一重整装置430从由所述第一还原装置100及所述第二还原装置500排出后被分流的废气中除去二氧化碳。
所述除去二氧化碳的废气与所述熔融气化炉300排出的还原气体混合，并供应到所述第一还原装置100及第二还原装置500。
由所述熔融气化炉300排出的还原气体充足时，不仅供应到所述第一还原装置100，而且供应到所述第二还原装置500，从而能够增加还原铁及铁水的生产量。
在熔融气化炉300中生成的还原气体量增加的情形是装入熔融气化炉300的含碳材料的量增加的情形，也就是煤(coal)比增加的情形。
即，通过增加煤比在熔融气化炉300中生成大量的还原气体，从而将还原气体不仅供应到直接与熔融气化炉300连接的还原装置(例如，第一还原装置)，而且供应到额外设置的还原铁制造装置(例如，第二还原装置)，进而能够提高还原铁及铁水的生产性。
由所述由熔融气化炉300排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后，其中一部分供应到所述装料仓200，从而能够用于进一步还原储存于所述装料仓200的还原铁。
由所述熔融气化炉300排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后，通过颗粒分离装置330被分离出颗粒，所分离出的颗粒再装入熔融气化炉300，而分离出颗粒的还原气体供应到所述第一还原装置100及第二还原装置500。
图7示出图5所示的还原铁及铁水制造设备的变形实施例，其中第二还原铁制造装置500由竖炉600(shaftfurnace)组成。
所述竖炉600中装入将粉铁矿压制成块的球团矿(pellet)，并喷入从所述废气中除去二氧化碳的重整气(除去二氧化碳的废气)，对铁矿石进行还原而制造还原铁。
本发明另一实施例的还原铁及铁水的制造方法，包括：
利用多级流化床还原反应器和磁选装置来还原并磁选粉铁矿，以制造还原铁；
将所述还原铁和从外部供应的含碳材料装入熔融气化炉后喷入氧气，以制造铁水和还原气体；
通过与所述多级流化床还原反应器分开配置的第二还原装置对粉铁矿或者球团矿进行还原，以进一步制造还原铁；及
使所述多级流化床还原反应器和第二还原装置排出的废气分流后，除去二氧化碳，
其中，在所述熔融气化炉中制造的还原气体供应到所述多级流化床还原反应器，所述除去二氧化碳的废气供应到所述第二还原装置。
在装入所述熔融气化炉之前，可将通过所述多级流化床还原反应器和磁选装置制造的还原铁供应到装料仓临时储存或者进一步还原。
可使所述多级流化床还原反应器排出的废气中的一部分分流后，除去二氧化碳并与所述熔融气化炉排出的还原气体混合。
所述熔融气化炉排出还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后分离出颗粒，分离出的颗粒再装入所述熔融气化炉，而分离出颗粒的还原气体可供应到所述多级流化床还原反应器或者装料仓。
所述第二还原装置为多级流化床还原反应器或者竖炉。
此外，本发明另一优选实施例的还原铁及铁水的制造方法，包括：
利用多级流化床还原反应器和磁选装置来还原并磁选粉铁矿，以制造还原铁；
将所述还原铁和从外部供应的含碳材料装入熔融气化炉后喷入氧气，以制造铁水和还原气体；及
通过与所述多级流化床还原反应器分开配置的第二还原装置对粉铁矿或者球团矿进行还原，以进一步制造还原铁，
其中，由所述熔融气化炉制造的还原气体供应到所述多级流化床还原反应器和所述第二还原装置。
可将所述多级流化床还原反应器排出的废气中的一部分分流后，除去二氧化碳并与所述熔融气化炉排出的还原气体混合。
以下，通过实施例详细说明本发明的粉铁矿还原方法。然而，下述实施例只是本发明的示例而已，本发明的内容并不局限于下述实施例。
实施例
将总金属铁(T.Fe)的含量为62％且脉石成分中SiO2的含量为3.76％、Al2O3的含量为2.23％的高品位赤铁矿与辅助原料石灰石和白云石混合，并在流化床还原反应器中以450℃的温度进行流化还原时，在流化床内的铁矿石转变为还原率为10％的还原矿，即磁铁矿。
此时，在流化床内的铁矿石中二氧化硅(SiO2)为3.60％、氧化铝(Al2O3)为1.65％，而从同一反应器内飞散出去的超细粉中SiO2增至4.50％、Al2O3增至1.67％，尤其，未被反应器内的旋风分离器(cyclone)捕集而飞失的超细粉中SiO2为7.80％，Al2O3为4.83％，脉石含量大幅增加。
因此，从这种脉石含量较高的飞散超细粉中分离并除去脉石后，使其再循环，则还原铁内的脉石成分降低，从而能够制造高品位的还原铁。
另一方面，在被还原成磁铁矿的步骤中，若脉石的分离并不充分，则进行进一步的流化还原，在750℃的最终流化还原步骤中通过进一步粉化超细粉的含量增加，而且超细粉中的脉石含量也增加到SiO2为5.15％、Al2O3为2.63％，相对于反应器内的还原铁中4.17％的SiO2、2.03％的Al2O3，显示出较高的含量。因此，可对超细粉中的金属铁和脉石进行磁选，以进一步除去脉石成分。
在本发明的实施例中，还原气体的供应压力为3.8bar，废气流量为180000Nm3/hr，最终还原反应器的温度为750℃、中间还原反应器的温度为700℃、预还原反应器的温度为450℃。
[表1]
适用本发明前后，由最终还原反应器排出的还原铁成分的分析结果
在流化还原工艺的被还原成磁铁矿的步骤中，通过磁选除去超细粉中的脉石成分的流化还原工艺来制造还原铁时，与现有的流化还原反应器中的操作结果相比，虽然还原铁的还原率相同，但是脉石成分中SiO2和Al2O3的含量大为降低。
而且，如图4至图7所示，根据本发明一实施例及变形例，将废气重整而得到的还原气体供应到额外的还原装置的情况下，以及对熔融气化炉中生成的还原气体进行分流并供应到各还原装置的情况下，对还原铁的生产量和还原率进行了评价。
如表2所示，可进一步生产具有高还原率或者相同水平的还原率的还原铁。
[表2]
适用本发明进一步生产的还原铁的生产量及还原率
本发明能够提供在流化还原工艺中可有效地除去低品位矿中的脉石成分的还原铁制造装置及其方法。
即，在铁矿石的流化还原工艺的从赤铁矿(hematite)生成磁铁矿(magnetite)的步骤中，因体积膨胀所造成的还原粉化及流化过程中受冲击而产生的大量超细粉(超细粒的粉铁矿)飞散，其中大部分被流化床还原反应器内的旋风捕集器(cyclone)捕集后再循环，或者排出到流化床还原反应器外而造成损失。
在这种流化床还原反应器中飞散的超细粉中含有大量的脉石，因此利用磁铁矿的磁性有效地进行磁选仅除去脉石，就可通过在流化还原过程中对低品位矿进行选矿，降低流化床反应器内的矿石中的脉石含量而提高品位。
而且，磁铁矿生成步骤中没有充分分离出脉石时，在经进一步的流化还原工艺持续被还原而生成金属铁并被粉化的最终还原步骤中，通过磁选除去超细粉中的脉石，不仅能够进一步提高流化还原工艺中所制造的还原铁的品位，而且能够降低用该还原铁制造铁水时的炉渣产量，从而减少还原剂的费用。
此外，将对还原装置中排出的废气进行重整的重整气体供应到额外设置的还原装置，能够进一步生产还原铁，而且对熔融气化炉中排出的还原气体进行分流并供应到各还原装置，能够提高还原铁的生产性。
以上，参照附图对本发明的实施例进行了说明，但所属领域的技术人员会理解，在不改变技术思想或必要特征的情况下，本发明能够以其他方式实施。
因此，上述的实施例只是示例性的并非限制性的。本发明的保护范围应以权利要求书为准而非上述说明，由权利要求书的含义、范围及等效概念导出的所有变更或变更的形式，均属于本发明的保护范围。

Claims (27)

1.一种粉铁矿还原装置，包括：
粗粒矿预还原反应器，装入粉铁矿并通过还原气体对粉铁矿进行预还原；
超细粒矿预还原反应器，装入从所述粗粒矿预还原反应器飞散出来的超细粒矿进行预还原；
第一磁选机，从在所述超细粒矿预还原反应器被还原后排出的所述超细粒矿中分离出脉石成分；
至少一个中间还原反应器，装入在所述粗粒矿预还原反应器被还原后排出的所述粗粒矿和所述分离出脉石成分的超细粒矿进一步进行还原，以提高所述粗粒矿及超细粒矿的还原率；以及
最终还原反应器，对在所述中间还原反应器被还原后排出的所述粗粒矿和所述超细粒矿进行最终还原，以制造还原铁。
2.根据权利要求1所述的粉铁矿还原装置，其中，
所述中间还原反应器包括依次连接的多个流化床还原反应器。
3.根据权利要求1或者2所述的粉铁矿还原装置，其中，
所述最终还原反应器，包括：
粗粒矿最终还原反应器，装入在所述中间还原反应器被还原的粗粒矿和超细粒矿后进行还原，以制造还原铁；和
超细粒矿最终还原反应器，装入从所述粗粒矿最终还原反应器飞散出来的所述超细粒矿后进行还原，以制造还原铁。
4.根据权利要求3所述的粉铁矿还原装置，还包括：
第二磁选机，从所述超细粒矿最终还原反应器所排出的还原铁中除去脉石成分。
5.一种还原铁及铁水制造设备，包括：
第一还原装置，其包括根据权利要求1至4中任一项所述的还原装置；
装料仓，储存或者进一步还原在所述第一还原装置中制造的还原铁；
熔融气化炉，装入由所述装料仓排出的还原铁和从外部供应的含碳材料，并喷入氧气，以制造铁水和还原气体；
第二还原装置，与所述第一还原装置分开配置，并由多级流化床还原反应器或者竖炉组成；及
第一重整装置，从由所述第一还原装置及所述第二还原装置排出后被分流的废气中除去二氧化碳，
并且，在所述熔融气化炉中制造的还原气体供应到所述第一还原装置，
而通过所述第一重整装置除去二氧化碳的废气供应到所述第二还原装置。
6.根据权利要求5所述的还原铁及铁水制造设备，还包括：
第二重整装置，在所述第一还原装置排出的废气中的一部分被分流后，与所述熔融气化炉排出的还原气体混合之前，从所述被分流的废气中除去二氧化碳。
7.根据权利要求6所述的还原铁及铁水制造设备，还包括：
颗粒分离装置，由所述熔融气化炉排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后分离出颗粒，将分离出的颗粒再装入所述熔融气化炉，并将所述分离出颗粒的还原气体供应到所述第一还原装置或者所述装料仓。
8.根据权利要求7所述的还原铁及铁水制造设备，还包括：
升温装置，在供应到所述第二还原装置之前，使通过所述第一重整装置除去二氧化碳的废气升温至一定温度。
9.根据权利要求5所述的还原铁及铁水制造设备，还包括：
第一储料仓，在供应到所述装料仓之前，临时储存所述第一还原装置中制造的还原铁。
10.根据权利要求9所述的还原铁及铁水制造设备，还包括：
第一压制铁制造装置，在供应到所述装料仓之前，将由所述第一储料仓排出的还原铁压制成块。
11.根据权利要求5所述的还原铁及铁水制造设备，其中，
所述第二还原装置由多级流化床还原反应器组成时，
还包括第二储料仓，在制成块状之前，临时储存所述第二还原装置中制造的还原铁。
12.根据权利要求11所述的还原铁及铁水制造设备，还包括：
第二压制铁制造装置，将由所述第二储料仓排出的还原铁压制成块。
13.一种还原铁及铁水制造设备，包括：
第一还原装置，其包括根据权利要求1至4中任一项所述的还原装置；
装料仓，储存或者进一步还原在所述第一还原装置中制造的还原铁；
熔融气化炉，装入由所述装料仓排出的还原铁和从外部供应的含碳材料，并喷入氧气，以制造铁水和还原气体；
第二还原装置，与所述第一还原装置分开配置，并由多级流化床还原反应器或者竖炉组成；及
第一重整装置，从由所述第一还原装置及所述第二还原装置排出后被分流的废气中除去二氧化碳，
并且，由所述熔融气化炉排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后，供应到所述第一还原装置及第二还原装置。
14.根据权利要求13所述的还原铁及铁水制造设备，其中，
由所述熔融气化炉排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后，一部分供应到所述装料仓。
15.根据权利要求13或者14所述的还原铁及铁水制造设备，还包括：
颗粒分离装置，由所述熔融气化炉排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后，分离出颗粒和气体。
16.一种还原铁及铁水制造方法，包括：
利用多级流化床还原反应器和磁选装置来还原并磁选粉铁矿，以制造还原铁，其中，所述多级流化床还原反应器和磁选装置为权利要求1-4中任一项所述的粉铁矿还原装置；
将所述还原铁和从外部供应的含碳材料装入熔融气化炉后喷入氧气，以制造铁水和还原气体；
通过与所述多级流化床还原反应器分开配置的第二还原装置对粉铁矿或者球团矿进行还原，以进一步制造还原铁；及
使所述多级流化床还原反应器和第二还原装置排出的废气分流后，除去二氧化碳；
其中，在所述熔融气化炉中制造的还原气体供应到所述多级流化床还原反应器，所述除去二氧化碳的废气供应到所述第二还原装置。
17.根据权利要求16所述的还原铁及铁水制造方法，还包括：
在装入所述熔融气化炉之前，将通过所述多级流化床还原反应器和磁选装置制造的还原铁供应到装料仓储存或者进一步还原。
18.根据权利要求16所述的还原铁及铁水制造方法，还包括：
将通过所述多级流化床还原反应器和磁选装置制造的还原铁压制成块。
19.根据权利要求16所述的还原铁及铁水制造方法，还包括：
使所述多级流化床还原反应器排出的废气中的一部分分流后，除去二氧化碳并与所述熔融气化炉排出的还原气体混合。
20.根据权利要求19所述的还原铁及铁水制造方法，还包括：
所述熔融气化炉排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后分离出颗粒，将分离出的颗粒再装入所述熔融气化炉，
并将分离出颗粒的还原气体供应到所述多级流化床还原反应器或者装料仓。
21.根据权利要求16所述的还原铁及铁水制造方法，其中，
所述第二还原装置为多级流化床还原反应器或者竖炉。
22.一种还原铁及铁水制造方法，包括：
利用多级流化床还原反应器和磁选装置来还原并磁选粉铁矿，以制造还原铁，其中，所述多级流化床还原反应器和磁选装置为权利要求1-4中任一项所述的粉铁矿还原装置；
将所述还原铁和从外部供应的含碳材料装入熔融气化炉后喷入氧气，以制造铁水和还原气体；及
通过与所述多级流化床还原反应器分开配置的第二还原装置对粉铁矿或者球团矿进行还原，以进一步制造还原铁，
其中，在所述熔融气化炉中制造的还原气体供应到所述多级流化床还原反应器和所述第二还原装置。
23.根据权利要求22所述的还原铁及铁水制造方法，还包括：
在装入所述熔融气化炉之前，将通过所述多级流化床还原反应器和磁选装置制造的还原铁供应到装料仓储存或者进一步还原。
24.根据权利要求22所述的还原铁及铁水制造方法，还包括：
将通过所述多级流化床还原反应器和磁选装置制造的还原铁压制成块。
25.根据权利要求22所述的还原铁及铁水制造方法，还包括：
使所述多级流化床还原反应器排出的废气中的一部分分流后，除去二氧化碳并与所述熔融气化炉排出的还原气体混合。
26.根据权利要求25所述的还原铁及铁水制造方法，还包括：
所述熔融气化炉排出的还原气体与所述除去二氧化碳的废气混合后分离出颗粒，将分离出的颗粒再装入所述熔融气化炉，
并将分离出颗粒的还原气体供应到所述多级流化床还原反应器或者装料仓。
27.根据权利要求22所述的还原铁及铁水制造方法，其中，
所述第二还原装置为多级流化床还原反应器或者竖炉。
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