CN104232826A - 用低品位难选铁矿炼铁的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用低品位难选铁矿进行炼铁，具体为用低品位难选铁矿炼铁的方法及其设备。解决现有用低品位难选铁矿炼铁的方法流程长、能耗高的问题。炼铁方法是将低品位难选铁矿与还原煤混合并粉碎，加入助熔剂、催化剂与水搅拌，成型为长方体块，长方体块干燥后送入隧道还原炉进行固态初还原；然后送入三相电弧炉。其中，低品位难选铁矿与还原煤混合时是按C/O＝1.2计算配煤为基础，再过剩配碳2—4%；所述的助熔剂为白云石粉或石灰石粉，助熔剂加入量以下式计算：CaO＋MgO/SiO2＝0.8；所述催化剂为含钠离子的盐类物，其用量是配煤量的3—5%。所述炼铁设备是在原有隧道还原炉的基础上增设了卸车段，并配置了传送带及三相电弧炉。

Description

用低品位难选铁矿炼铁的方法及其设备

技术领域

本发明涉及炼铁领域，特别涉及用低品位难选铁矿进行炼铁，具体为用低品位难选铁矿炼铁的方法及其设备。

背景技术

低品位难选铁矿，又称呆滞铁矿，是指含铁量低于45%以下且难以选矿的铁矿石(如赤铁矿、褐铁矿等)。已经探明，我国低品位难选铁矿的储量500多亿吨。目前，用低品位难选铁矿炼铁成本过高，低品位难选铁矿无法得到有效利用。用低品位难选铁矿炼铁的方法也鲜有报道。

CN 201653126 公开了一种节能隧道还原炉，该隧道还原炉可用于一般的还原铁即炼铁。也可用于低品位难选铁矿炼铁：将低品位矿与还原煤分别细化后，进行配料。然后将混合料压块码到窑车上，经过干燥、隧道还原炉尽可能深度还原、还原铁块和冷煤气换热冷却到≤200°C出炉；冷还原铁块经过破碎、球磨、磁选，选出铁粉及磁性氧化铁，杂质进入尾矿，可作为制砖原料；铁粉及磁性氧化铁再经烘干、压块、熔化、精炼得到铁水或半钢水。这种方法流程长、能耗高，成本高，因而不适合产业化应用。

发明内容

本发明为了解决现有用低品位难选铁矿炼铁的方法流程长、能耗高，因而缺乏成熟的、可产业化利用的用低品位难选铁矿炼铁的方法的问题，提供一种用低品位难选铁矿炼铁的方法，并提供实现该方法的设备。

本发明是采用如下技术方案实现的：用低品位难选铁矿炼铁的方法，是由如下步骤实现的：将低品位难选铁矿与还原煤混合并粉碎，粉碎后的矿煤混合物中加入助熔剂、催化剂与水搅拌，经过陈化后成型为长方体块，长方体块干燥后送入隧道还原炉，在1150－1200℃下进行固态初还原（所谓固态初还原是指在还原过程中长方体块不熔融，是相对于高炉高温1450—1550℃下液态）1.8－2.2小时（达到氧化铁还原度85—90%）；然后，在长方体块的温度不小于900℃的状况下送入三相电弧炉继续冶炼，实现终还原并渣铁分离，得到熔融的铁水或钢水；

其中，低品位难选铁矿与还原煤混合时是按C/O＝1.2计算配煤为基础，再过剩配碳（C）2—4%；所述的助熔剂为白云石粉或石灰石粉，助熔剂加入量以下式计算：CaO＋MgO/SiO2＝0.8；所述催化剂是含有钠离子的盐类物资（如氯化钠或硅酸钠），催化剂的用量为配煤量的3—5%，水的添加量以能够成型为准。

本发明所述的炼铁方法为二步法非高炉炼铁法，是一种短流程的炼铁方法。隧道还原炉将已还原好的热铁块趁热卸车，热装入电弧炉，隧道还原炉主要实施低温固态深度初还原，电弧炉主要实施熔融终还原并渣铁分离。电弧炉得到的优质铁水或钢水，按照铸件成分要求合金化后，直接浇注铸件，热处理，生产合格铸件。

隧道还原炉实施呆矿配煤真空挤压块的低温固态深度初还原，深度初还原是控制氧化铁还原度85—90%,不必苛求更高还原度，因为一方面在低品位矿中含有硅酸铁等复杂含铁化合物，在初还原的温度下难以还原；另一方面在下道工序电弧炉熔分时需要造氧化性沸腾渣脱磷、脱气、去杂质，液态的渣铁需要相平衡，必然要有一部分含铁物溶于渣相,如氧化亚铁等，而且在熔融终还原时，如果渣相的氧化性不强，还不利于脱磷、去杂质。

过剩配碳目的一是保护热还原铁块在运输入电弧炉过程中，防止或减少二次氧化；二是有利电弧炉熔分时熔融终还原并形成沸腾渣、加速渣铁界面反应物扩散及铁水渗碳，电弧炉产品是钢时，取过剩配碳比下限，是铁时取上限，让更多的碳渗透到铁液中。

本发明所述的炼铁方法独特地给出了二步法的流程设计，并创造性地精确给出了低品位难选铁矿炼铁的配煤比例和助熔剂的添加量以及催化剂的用量。本发明具体的技术效果如下：

1.本发明所述炼铁方法是一种短流程、低投资、低成本、低能耗、低排放、低碳、高效益、符合我国国情、完整体现循环经济的新型炼铁短流程铸造法。以全铁40%的低品位难选铁矿利用本法炼铁为例，约需2.8吨矿，0.7吨煤，850度电炼1吨铁水。按现行价：90元/吨矿入厂，700元/吨煤入厂，0.52元/度电计，同时考虑人工费、修理费、财务费、折旧费、销售费等，每吨铁出厂成本≤1800元，比我国高炉炼铁平均成本约低700—800元/吨铁。

2.本发明所述炼铁方法直接用低品位难选铁矿炼铁，不需要高甚至特高品位铁矿或精矿粉，让呆矿变废为宝，相当于给国家找到数百亿吨铁矿。

3.本发明所述炼铁方法不用焦炭，是以煤为基础还原剂和燃料的煤气基还原铁法，即使用我国分布广储量大的普通褐煤做还原剂，效果也极好。

4.本发明所述炼铁方法非高炉炼铁，用呆矿不用精矿做原料，用褐煤不用焦炭做还原剂及燃料、采用改进型节能隧道还原炉煤、气基深度初还原，综合能耗低。900℃以上热装电弧炉终还原熔分，电耗低（入炉铁块温度每高100℃约节电耗58度/吨铁）。

用低品位难选铁矿炼铁的设备，包括隧道还原炉，隧道还原炉由预热段、还原段、保温段、和冷却段构成，在预热段的前段部分（即整个隧道还原炉的入口部分）间隔设有可密闭升降的外一门和内一门，在冷却段的尾端（即整个隧道还原炉的尾端）设有可密闭升降的外二门，还原段的炉道两侧是燃烧室；在保温段的后段部分间隔设有可密闭升降的内二门和内三门，内二门和内三门之间作为卸车段；在卸车段上部设有一个以垂直于卸车段轴线方向穿过卸车段并支撑于卸车段上的、可往复运动的被驱动杆，被驱动杆向下垂直设有卸车杆，卸车杆端部固定有卸车推板；在卸车段的底部设有传送仓，传送仓内设有传送带，卸车段与传送仓之间设有穿过卸车段底板、用于将窑车上的物料传送至传送带上的溜槽；传送带的端部设有承接物料的三相电弧炉。该设备在现有隧道还原炉的基础上，增设了卸车段、传送带及配套的三相电弧炉，为实现本发明所述的炼铁方法奠定了基础。工作时，外一门、内一门、内二门、内三门、外二门相互配合地开、闭，实现窑车密闭进、出隧道还原炉及相应段（不致破坏炉内的还原气氛），当窑车运行至卸车段时（此时，内二门和内三门是闭合的），被驱动杆在驱动机构的驱动下往复运动，被驱动杆上的卸车杆及其上的卸车推板一次或多次（多次时需配合窑车的移动）将窑车上的热物料推下窑车，经溜槽滑至传送带，传送带再将热物料送入三相电弧炉。

本发明所述的设备将隧道还原炉（也称隧道窑）和三相电弧炉通过溜槽、传送带有机地结合起来，为实现上述结合，对隧道还原炉进行了结构上的改进，增设了卸车段，为实现本发明所述炼铁方法提供了设备保障。该设备结构合理、独特，不但能很好地实现本发明所述的炼铁方法，而且可使还原铁块（长方体块）是240×240×140MM的大块，这样既有利增加产量，又利于热装入电弧炉，块大比表面小，不易或大大减少运输入炉过程的二次氧化。

附图说明

图1为本发明所述的用低品位难选铁矿炼铁的设备的整体结构示意图（图中，隧道还原炉是其卸车段的剖面）；

图2为图1的局部放大图；

图3为图2的局部放大图；

图4为隧道还原炉的整体结构示意图；

图5为图4的局部放大图；

图6为图4的另一局部放大图；

图7为隧道还原炉的还原段的剖面图；

图8为图7的局部放大图；

图9为三相电弧炉的结构示意图；

图10为图9的俯视图；

图11为三相电弧炉的炉门的结构示意图。

图中：1－外一门，2－内一门，3－外二门，4－燃烧室，5－内二门，6－内三门，7－被驱动杆，8－卸车杆，9－卸车推板，10－传送仓，11－传送带，12－溜槽，13－三相电弧炉，14－大孔耐火格子砖，15－蜂窝蓄热体，16－含锆保温棉吊顶，17－电极孔，18－加料口，19－煤气回收口，20－炉门。

具体实施方式

用低品位难选铁矿炼铁的方法，是由如下步骤实现的：将低品位难选铁矿与还原煤混合并粉碎，粉碎后的矿煤混合物中加入助熔剂、催化剂与水搅拌，经过陈化72小时后成型为外形尺寸为240×240×140mm长方体块，长方体块干燥后送入隧道还原炉，在1150－1200℃（可选1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃、1200℃）下进行固态初还原（所谓固态初还原是指在还原过程中长方体块不熔融，是相对于高炉高温1450—1550℃下液态）1.8－2.2小时（可选1.8小时、1.9小时、2.0小时、2.1小时、2.2小时；所述还原时间是指在高温还原段累计停留时间，与产量有关的是还原炉进、出车频率，本发明根据操作温度的高低，进、出车频率可为10—15分钟/顶车）；然后，还原好的长方体块在温度不小于900℃的状况下送入三相电弧炉继续冶炼，实现终还原并渣铁分离，得到熔融的铁水或钢水；

其中，低品位难选铁矿与还原煤混合时是按C/O＝1.2计算配煤为基础，再过剩配碳（C）2—4%（可选择2%，此时是低碳钢；选3%时是高碳钢；或者选择4%，此时是铁）；所述的助熔剂为白云石粉或石灰石粉，助熔剂加入量以下式计算：CaO＋MgO/SiO2(低品位难选铁矿中所含的SiO2)＝0.8（当选用石灰石粉时MgO是零）；所述催化剂是含有钠离子的盐类物资（可选食盐或水玻璃或其它含钠离子的盐类物质），其用量为配煤量的3—5%（可选3%、4%、5%），水的添加量以能够成型为准，一般可选定混合搅拌料含水19±0.5%为宜，再通过实践调整。

用低品位难选铁矿炼铁的设备，包括隧道还原炉，隧道还原炉由预热段、还原段、保温段和冷却段构成，在预热段的前段部分（即整个隧道还原炉的入口部分）间隔设有可密闭升降的外一门1和内一门2，在冷却段的尾端（即整个隧道还原炉的尾端）设有可密闭升降的外二门3，还原段的炉道两侧是燃烧室4；在保温段的后段部分间隔设有可密闭升降的内二门5和内三门6，内二门5和内三门6之间的保温段作为卸车段；在卸车段上部设有一个以垂直于卸车段轴线方向穿过卸车段并支撑于卸车段上的、可往复运动的被驱动杆7（具体实施时，被驱动杆7是两根，以保证卸料的平稳），被驱动杆7向下垂直设有卸车杆8，卸车杆8端部固定有卸车推板9；在卸车段的底部设有其轴线方向与卸车段轴线方向垂直的传送仓10，传送仓10内设有传送带11，卸车段与传送仓之间设有穿过卸车段底板、用于将窑车上的物料传送至传送带上的溜槽12；传送带的端部设有承接物料的三相电弧炉13。所述的传送带11采用热送链板机。

具体实施时，还原段的炉道两侧的燃烧室4在炉道上部相互连通，这样，还原段的炉道顶部形成辐射传热的通道，有利于均化温度场，更节能，传热效率更高，还原铁质量更稳定，炉道可以更宽，单炉产量可以更大。所述的隧道还原炉有多个并排的炉道，还原段的各炉道两侧的燃烧室4在各炉道上部相互连通；各炉道有各自的内二门5和内三门6，各炉道在卸车段融为一个空间（即各炉道在卸车段没有相互间的隔墙），各炉道有各自的都固定于被驱动杆7上的卸车杆8及卸车杆端部的卸车推板9。燃烧室4的顶部设有含锆保温棉吊顶16。在每个燃烧室的两端设有大孔耐火格子砖14，大孔耐火格子砖14的上方设有蜂窝蓄热体15（φ4—φ6MM小孔），这样，在不影响通道阻力的前提下大大增大了换热面积，燃烧室4的蓄热效果更好，尾气温度更低，并且延缓了蓄热体小孔的堵塞。预热段、保温段、冷却段的顶部呈高、低交错的凸凹结构，用以通畅或阻挡循环煤气的流动，辅助强制循环煤气按照工艺设定的通路流动，防止或减少乱溢。

三相电弧炉13的固定式炉盖上设三个电极孔17、三个可外封闭加料口18、三个煤气回收口19。三相电弧炉13的炉门20为可调节开启度的密封炉门。在熔融终还原初期，渣液未高于炉门口底部时，要关闭炉门20，在熔融终还原中、后期，渣液高于炉门口底部时调节炉门20开启度略低于渣液上平面，保持炉门20与渣液流共同封闭炉门口，杜绝空气入炉和熔融终还原副产煤气外溢，确保回收高纯度熔融副产煤气。回收的高纯度熔融还原副产煤气将与回收的初还原副产煤气及煤中挥发份混合，一部分送入节能隧道还原炉燃烧室，燃烧放热供初还原反应吸热，其余部分从节能隧道还原炉出口前送入，在冷却段回收空窑车物理潜热、在保温段煤气中来至挥发份的CnHm大分子可燃气在高温海绵铁的催化下，裂解重整强化煤气的还原性、在主还原段参与气固间接还原铁反应、在预热段作为还原性热载体传热给待还原铁块及窑车。

该设备的具体工作过程如下：进车摆渡顶车机将干燥窑出口处已烘干预热的压块及窑车，摆渡到改进型节能隧道还原炉入口前，开启外一门1，顶入携带压块的窑车，关闭外一门1，开启内一门2、内二门5，将刚顶入到外一门1与内一门2之间的窑车，顶入内一门2内，同时将原停留在内一门2及内二门5之间的所有窑车都向前移动一个车位，其中原靠近内二门5的窑车，大部分车身被顶出内二门外，由步进机将该窑车完全拉出内二门5，并将车上第一垛压块对齐卸块位（卸车推板），关闭内一门2、内二门5，被驱动杆7在动力驱动下向前运动，卸车推板将车上第一垛所有已初还原好的热还原铁块推下车，经溜槽12滑落到车下的传送带11（热送链板机）上并由传送带送入三相电弧炉，被驱动杆7退原位，开启内三门6，步进机将窑车继续向前拉进，并将车上第二垛压块对齐卸块位，被驱动杆7及其上的卸车推板9将车上第二垛所有已初还原好的热还原铁块推下车经溜槽12滑落到车下的传送带11（热送链板机）上并由传送带送入三相电弧炉，被驱动杆退原位，同时步进机将全部卸块的空窑车完全拉进内三门6内，同时将内三门6与外二门3之间的所有空窑车都向前移动一个车位，关闭内三门6，开启外二门3，由出车渡车的步进机将外二门3内的一辆空窑车拉出外二门外，并拉上出车渡车，关闭外二门3。

热还原块运送到三相电弧炉入口处的保温储料罐内，电炉加料时，由加料机构将热还原铁块从保温储料罐的底部开口处，连续从3个可外封闭加料口18送入电炉，热还原铁块受3000多度的弧光辐射传热，不断熔化，熔化的铁液沉于炉底，渣液浮在铁液上，在渣液中悬浮的初还原剩碳，发生2种主要反应：其一，向铁液内渗碳；其二，与渣液中未还原的氧化铁夺氧还原铁，亦还原部分硅、锰等；渣液中被还原的铁、硅、锰等下沉溶入铁液，渗碳到铁液中的碳，在渣铁界面亦发生夺氧还原铁、硅、锰等反应，碳夺氧还原反应副产的CO气体，及部分CO气再夺氧还原反应副产的CO2气体上浮时，将渣液吹成泡沫沸腾状，沸腾渣液有利于渣铁界面反应物的传质，此种渣液有利于脱磷、去杂质。当沸腾渣液超过炉口时，从炉口溢流出，此时必须调整可调节开启度的密封炉门20，保持炉内渣液上平面略高于密封炉门20的开启高度，封闭空气不能进入炉内，防止终还原副产煤气在炉内直接燃烧。沸腾渣液从密封炉门20开启处自动溢流，或落于水淬池，副产水渣用于制水泥；或落于喷吹玻璃丝渣包，喷吹玻璃丝制保温棉。熔化结束后，及时停止终还原煤气的回收,彻底扒出初渣，加入造渣料造高碱度稀簿渣，升温脱硫。按球墨铸造生铁调整成分和温度，然后渣铁混出出铁，注意剩留少部分铁水便于下一炉起弧。铁水进入铁水包，可通过铸铁机生产球磨铸造生铁块，也可直接转入铸造工序盈育、浇注球墨铸铁铸件。若属于其他合金铸件，如ZGMn13球磨机衬板或高铬13白口耐磨铸球等，可将铁水加入中频感应电炉,中频感应电炉中铁水被磁场搅动上下翻滚，高合金成分不易偏析，随后再进入下道工序铸造。

Claims (10)

1.一种用低品位难选铁矿炼铁的方法，其特征在于是由如下步骤实现的：将低品位难选铁矿与还原煤混合并粉碎，粉碎后的矿煤混合物中加入助熔剂、催化剂与水搅拌，经过陈化后成型为长方体块，长方体块干燥后送入隧道还原炉，在1150－1200℃下进行固态初还原1.8－2.2小时；然后，在长方体块的温度不小于900℃的状况下送入三相电弧炉继续冶炼，实现终还原并渣铁分离，得到熔融的铁水或钢水；

其中，低品位难选铁矿与还原煤混合时是按C/O＝1.2计算配煤为基础，再过剩配碳（C）2—4%；所述的助熔剂为白云石粉或石灰石粉，助熔剂加入量以下式计算：CaO＋MgO/SiO2＝0.8；所述的催化剂为含钠离子的盐类物质，其加入量是配煤量的3—5%，水的添加量以能够成型为准。

2.根据权利要求1所述的用低品位难选铁矿炼铁的方法，其特征在于陈化时间为72小时。

3.根据权利要求1或2所述的用低品位难选铁矿炼铁的方法，其特征在于长方体块外形尺寸为240×240×140mm。

4.用低品位难选铁矿炼铁的设备，包括隧道还原炉，隧道还原炉由预热段、还原段、保温段和冷却段构成，在预热段的前段部分间隔设有可密闭升降的外一门（1）和内一门（2），在冷却段的尾端设有可密闭升降的外二门（3），还原段的炉道两侧是燃烧室（4）；其特征在于，在保温段的后段部分间隔设有可密闭升降的内二门（5）和内三门（6），内二门（5）和内三门（6）之间的保温段作为卸车段；在卸车段上部设有一个以垂直于卸车段轴线方向穿过卸车段并支撑于卸车段上的、可往复运动的被驱动杆（7），被驱动杆（7）向下垂直设有卸车杆（8），卸车杆（8）端部固定有卸车推板（9）；在卸车段的底部设有传送仓（10），传送仓（10）内设有传送带（11），卸车段与传送仓之间设有穿过卸车段底板、用于将窑车上的物料传送至传送带上的溜槽（12）；传送带的端部设有承接物料的三相电弧炉（13）。

5.根据权利要求4所述的用低品位难选铁矿炼铁的设备，其特征在于，还原段的炉道两侧的燃烧室（4）在炉道上部相互连通。

6.根据权利要求4所述的用低品位难选铁矿炼铁的设备，其特征在于，所述的隧道还原炉有多个并排的炉道，还原段的各炉道两侧的燃烧室（4）在各炉道上部相互连通；各炉道有各自的内二门（5）和内三门（6），各炉道在卸车段融为一个空间，各炉道有各自的都固定于被驱动杆（7）上的卸车杆（8）及卸车杆端部的卸车推板（9）。

7.根据权利要求4或5或6所述的用低品位难选铁矿炼铁的设备，其特征在于，燃烧室（4）的顶部设有含锆保温棉吊顶（16）；在每个燃烧室的两端设有大孔耐火格子砖（14），大孔耐火格子砖（14）的上方设有蜂窝蓄热体（15）。

8.根据权利要求4或5或6所述的用低品位难选铁矿炼铁的设备，其特征在于，预热段、保温段、冷却段的顶部呈高、低交错的凸凹结构。

9.根据权利要求4或5或6所述的用低品位难选铁矿炼铁的设备，其特征在于，三相电弧炉（13）的固定式炉盖上设三个电极孔（17）、三个可外封闭加料口（18）、三个煤气回收口（19）。

10.根据权利要求4或5或6所述的用低品位难选铁矿炼铁的设备，其特征在于，三相电弧炉（13）的炉门（20）为可调节开启度的密封炉门。