CN104328279B - 利用熔体余热进行碳热还原的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用熔体余热进行碳热还原的方法，包括：(1)将碳素原料和矿物原料混合成型后进行还原反应，以便得到高温熔体；(2)将碳素原料粉料和矿物原料粉料混合，以便得到混合粉料；以及(3)将所述混合粉料与所述高温熔体进行接触，以便使得所述混合粉料利用所述高温熔体的余热发生还原反应，以便得到还原产物。该方法可以使得还原反应得到的产物余热得以充分利用，并且解决粉料无法利用的难题，从而在降低能耗的同时实现资源的最大化利用。

Description

利用熔体余热进行碳热还原的方法

技术领域

本发明属于冶金与化工领域，具体而言，本发明涉及一种利用熔体余热进行碳热还原的方法。

背景技术

在冶金和化工领域，从现有工业成熟或不成熟生产工艺来看，众多半成品或最终产品的获得基本均需要经过高温的还原过程。在经历一定时间的高温还原过程后，半成品或最终产品往往以液态熔体形式进行出料，进入盛装容器或者模具后，缓慢冷却形成一定的形状。液态产品的温度大多在1000℃以上甚至2000℃以上，自身携带大量的物理热，然而在冷却过程中这些热量并没有得到有效利用，造成了能源的白白浪费。假定这些大量余热得到利用，则折算回去相当于省却相当可观的化学燃料和还原剂，即可达到了节能降耗的目的，也能降低生产成本。此外，在当前冶金和化工实际生产过程中，由于还原反应的发生，会生产大量的CO或CO₂气体，考虑到大量产物气体的逸出，同时为保证炉况顺行和生产安全，均采用具有一定强度的块状物料保持透气性，导致无法利用矿物原料和还原剂的粉料，这不仅造成资源的浪费，也带了粉尘污染，无形中也提升了生产成本。

在国家越来越注重可持续发展、环境保护和绿色制造的大环境里，在日益激烈的社会竞争条件下，为了促进冶金和化工企业的健康发展，能耗高、成本高及粉料无法利用的问题亟待解决。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用熔体余热进行碳热还原的方法，该方法可以使得还原反应得到的产物余热得以充分利用，并且解决粉料无法利用的难题，从而在降低能耗的同时实现资源的最大化利用。

在本发明的一个方面，本发明公开了一种利用熔体余热进行碳热还原的方法，包括：

(1)将碳素原料和矿物原料混合成型后进行还原反应，以便得到高温熔体；

(2)将碳素原料粉料和矿物原料粉料混合，以便得到混合粉料；以及

(3)将所述混合粉料与所述高温熔体进行接触，以便使得所述混合粉料利用所述高温熔体的余热发生还原反应，以便得到还原产物。

根据本发明实施例的利用熔体余热进行碳热还原的方法通过将碳素原料和矿物原料发生还原反应得到高温熔体余热用于碳素原料粉料和矿物原料粉料的还原反应，可以实现能源的充分利用，从而显著降低能耗，同时采用高温熔体与混合粉料接触的方式使得混合粉料发生还原反应，可以解决以往粉料无法直接使用的难题，从而拓宽了原料来源，并且实现了资源的最大化利用，另外，较传统工艺将粉料造球后再进行反应相比，本发明可以直接将粉料进行使用，进而节省了造球成本，从而显著降低生产成本。

另外，根据本发明上述实施例的利用熔体余热进行碳热还原的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述高温熔体的温度为1000～2800摄氏度。由此，可以利用其余热为混合粉料的还原反应供给热量。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中所述碳素原料和矿物原料与步骤(2)中所述碳素原料粉料和矿物原料粉料混合比例相同。由此，可以保证还原反应的顺利进行。

在本发明的一些实施例中，所述碳素原料粉料和所述矿物原料粉料的平均粒径分别独立地为5微米～3毫米。由此，可以显著提高还原反应效率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述混合粉料与所述高温熔体进行接触采用以下任意一种方式进行：a、将所述混合粉料铺于容器底部，然后向底部铺有所述混合粉料的容器内加入所述高温熔体，以便使得所述混合粉料利用所述高温熔体的余热发生还原反应；或b、采用喷吹方式使得所述混合粉料与所述高温熔体进行接触。由此，可以显著提高产品产量。

在本发明的一些实施例中，a方式中，所述混合粉料的质量为所述高温熔体质量的1～20％。由此，可以实现余热的最大化利用。

在本发明的一些实施例中，b方式中，所述混合粉料的质量为所述高温熔体的质量的1～50％。由此，可以使得混合粉料充分利用高温熔体到凝固时所携带的热量，从而避免能耗的浪费。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的利用熔体余热进行碳热还原的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种用熔体余热进行碳热还原的方法。下面参考图1对本发明实施例的用熔体余热进行碳热还原的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：

S100：将碳素原料和矿物原料混合成型后进行还原反应

根据本发明的实施例，将碳素原料和矿物原料混合成型后进行还原反应，从而可以得到高温熔体。

根据本发明的实施例，高温熔体的温度可以为1000～2800摄氏度。由此，可以将高温熔体的余热用于后续混合粉料的还原反应。

根据本发明的实施例碳素原料可以为选自焦炭、兰炭和无烟煤中的至少一种，矿物原料可以为铁精矿、钒钛磁铁矿、红土镍矿、铬铁矿、冶金渣、冶金粉尘、高磷铁矿、赤泥或石灰。由此，可以制备得到高温液态的电石或铁水。

S200：将碳素原料粉料和矿物原料粉料混合

根据本发明的实施例，将碳素原料粉料和矿物原料粉料混合，从而可以得到混合粉料。由此，可以使得两种粉料充分接触。

根据本发明的实施例，碳素原料粉料和矿物原料粉料的粒径并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，碳素原料粉料和矿物原料粉料的平均粒径可以分别独立地为5微米～3毫米。由此，可以显著提高原料的利用率。

根据本发明的实施例，碳素原料粉料和矿物原料粉料混合比例与步骤S100中碳素原料和矿物原料混合比例相同。由此，可以保证产品质量。

S300：将混合粉料与高温熔体进行接触

根据本发明的实施例，将混合粉料与高温熔体进行接触，以便使得混合粉料利用高温熔体的余热发生还原反应，从而可以得到还原产物。发明人发现，通过将碳素原料和矿物原料发生还原反应得到高温熔体余热用于碳素原料粉料和矿物原料粉料的还原反应，可以实现能源的充分利用，从而显著降低能耗，同时采用高温熔体与混合粉料接触的方式使得混合粉料发生还原反应，可以解决以往粉料无法直接使用的难题，从而拓宽了原料来源，并且实现了资源的最大化利用，另外，较传统工艺将粉料造球后再进行反应相比，本发明可以直接将粉料进行使用，进而节省了造球成本，从而显著降低生产成本。

根据本发明的实施例，混合粉料与高温熔体进行接触可以采用以下任意一种方式进行：例如可以采用a方式：首先将混合粉料铺于容器底部，然后向底部铺有混合粉料的容器内加入高温熔体，以便使得混合粉料利用高温熔体的余热发生还原反应。根据本发明的具体实施例，混合粉料的质量可以为高温熔体质量的1～20％。发明人发现，若混合粉料质量过多会产生大量气体造成液体喷溅，并且使得混合粉料还原反应不充分，而若混合粉料质量过低，使得高温熔体所携带的余热不能充分利用，从而造成能源的浪费，由此选择混合粉料的质量为高温熔体质量的1～20％，不仅可以避免液体的喷溅，又能使得高温熔体的余热得以充分利用。

例如也可以采用b方式：可以采用喷吹方式使得混合粉料与高温熔体进行接触。具体的，可以在高温熔体出料过程中，采用气体输送装置通过控制流速向高温熔体喷入一定质量的混合粉料，载气可以为氩气或氮气，并且可以采用边排出熔体边喷粉料的方式或在高温熔体占到容器体积的三分之一时，开始喷加混合粉料，从而使得混合粉料利用高温熔体的余热进行还原反应。发明人发现，采用喷吹方式使得混合粉料与高温熔体进行接触可以显著增加产品的产量，进而显著降低单位产品的能源消耗。根据本发明的实施例，该方式中，混合粉料的质量可以为高温熔体的质量的1～50％。发明人发现，采用该混合配比可以使得混合粉料充分利用高温熔体到凝固时所携带的热量，从而避免能耗的浪费。

根据本发明实施例的利用熔体余热进行碳热还原的方法通过将碳素原料和矿物原料发生还原反应得到高温熔体余热用于碳素原料粉料和矿物原料粉料的还原反应，可以实现能源的充分利用，从而显著降低能耗，同时采用高温熔体与混合粉料接触的方式使得混合粉料发生还原反应，可以解决以往粉料无法直接使用的难题，从而拓宽了原料来源，并且实现了资源的最大化利用，另外，较传统工艺将粉料造球后再进行反应相比，本发明可以直接将粉料进行使用，进而节省了造球成本，从而显著降低生产成本。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

将石灰和兰炭混合成型后进行还原反应，得到液态电石(高温熔体，温度为2100摄氏度)，然后将干燥磨细后所得到的石灰粉料和兰炭粉料(二者平均粒径为5μm～30μm)按照石灰和兰炭混合成型比例进行混合，得到混合粉料，采用底部加料方式，在容器底部铺入混合粉料，然后加入液态电石，使得混合粉料中的石灰和兰炭利用液态电石的余热发生还原反应，从而得到电石产品，其中，混合粉料质量占液态电石质量的5％，待反应结束后，取出电石产品在空气中缓慢冷却后，取底部试样进行发气量测定，结果为302L/kg，电石产品为优级品。

实施例2

将石灰和焦炭混合成型后进行还原反应，得到液态电石(高温熔体，温度为2000摄氏度)，然后将干燥磨细后所得到的石灰粉料和焦炭粉料(二者平均粒径中小于74微米的占80％)按照石灰和焦炭混合成型比例进行混合，得到混合粉料，采用底部加料方式，在容器底部铺入混合粉料，然后加入液态电石，使得混合粉料中的石灰和焦炭利用液态电石的余热发生还原反应，从而得到电石产品，其中，混合粉料质量占液态电石质量的10％，待反应结束后，取出电石产品在空气中缓慢冷却后，取底部试样进行发气量测定，结果为297L/kg，电石产品为一等品。

实施例3

将石灰和无烟煤混合成型后进行还原反应，得到液态电石(高温熔体，温度为2200摄氏度)，然后将干燥磨细后所得到的石灰粉料和无烟煤粉料(二者平均粒径中小于74微米的占80％)按照石灰和无烟煤混合成型比例进行混合，得到混合粉料，采用喷吹粉料方式，边排出液态电石边喷吹混合粉料，使得混合粉料中的石灰和无烟煤利用液态电石的余热发生还原反应，其中，混合粉料的质量为液态电石质量的20％，待反应结束后，取出电石产品在空气中缓慢冷却后，取底部试样进行发气量测定，结果为284L/kg，电石产品为一等品。

实施例4

将铁精矿和焦炭混合成型后进行还原反应，得到液态铁水(高温熔体，温度为1580摄氏度)，然后将干燥磨细后所得到的赤铁矿粉料和焦炭粉料(二者平均粒径为0.15～3mm)按照赤铁矿和焦炭混合成型比例进行混合，得到混合粉料，采用喷吹粉料方式，在液态铁水出料占容器三分之一时开始喷加混合粉料，使得混合粉料中的氧化铁和焦炭利用液态铁水的余热发生还原反应，其中，混合粉料的质量为液态铁水质量的5％，由于脉石成分组成的熔渣密度较铁水低，会上浮到铁水表面，待出料结束时除去表层熔渣即获得铁水产品。

实施例5

将铁精矿和兰炭混合成型后进行还原反应，得到液态铁水(高温熔体，温度为1600摄氏度)，然后将干燥磨细后所得到的赤铁矿粉料和兰炭粉料(二者平均粒径中小于74微米的占80％)按照赤铁矿和兰炭混合成型比例进行混合，得到混合粉料，采用喷吹粉料方式，在液态铁水出料占容器三分之一时开始喷加混合粉料，使得混合粉料中的氧化铁和兰炭利用液态铁水的余热发生还原反应，其中，混合粉料的质量为液态铁水质量的15％，由于脉石成分组成的熔渣密度较铁水低，会上浮到铁水表面，待出料结束时除去表层熔渣即获得铁水产品。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种利用熔体余热进行碳热还原的方法，其特征在于，包括：

(1)将碳素原料和矿物原料混合成型后进行还原反应，以便得到高温熔体；

(2)将碳素原料粉料和矿物原料粉料混合，以便得到混合粉料；以及

(3)将所述混合粉料与所述高温熔体进行接触，以便使得所述混合粉料利用所述高温熔体的余热发生还原反应，以便得到还原产物，

其中，在步骤(3)中，在所述高温熔体的出料过程中，采用喷吹方式使得所述混合粉料与所述高温熔体进行接触，所述喷吹按照下列方式进行：

在高温熔体出料过程中，采用气体输送装置通过控制流速向高温熔体喷入一定质量的混合粉料，载气为氩气或氮气，并且采用边排出熔体边喷粉料的方式或在高温熔体占到容器体积的三分之一时，开始喷加混合粉料，从而使得混合粉料利用高温熔体的余热进行还原反应，

所述混合粉料的质量为所述高温熔体的质量的20～50％，

所述高温熔体的温度为1000～2800摄氏度，

步骤(1)中所述碳素原料和矿物原料与步骤(2)中所述碳素原料粉料和矿物原料粉料混合比例相同，

所述碳素原料粉料和所述矿物原料粉料的平均粒径分别独立地为5微米～3毫米。