CN105755194B

CN105755194B - 一种铁矿粉融聚预还原方法

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Publication number: CN105755194B
Application number: CN201610138635.7A
Authority: CN
Inventors: 乔星星; 刘改换; 董跃; 齐庆; 赵秀丽; 贾江宁; 耿哲荣; 赵素雷; 白继源; 曾杰; 李艳霞; 魏征; 张永发
Original assignee: Taiyuan University of Technology; Taiyuan Heavy Industry Co Ltd
Current assignee: Taiyuan University of Technology; Taiyuan Heavy Industry Co Ltd
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2017-09-29
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: CN105755194A

Abstract

一种铁矿粉融聚预还原方法是将铁矿粉、混煤粉和融聚剂混合后置于预还原炉内，通入还原性气体混合物，调节气速，使混合料处于流化状态，控制融聚还原温度、压力以及还原时间，在非结渣情况下，还原后逐渐融聚成球，后借助重量差异，通过炉底选择性排料装置分离出融聚矿粉球，作为熔融还原炉优质炼铁原料。本方法采用熔融还原炉尾气/混煤粉混烧供热还原，利用特殊条件下铁矿粉与融聚剂间的融聚特性，实现铁矿粉气基和煤基共还原，还原速率快，且产品通过融聚方式实现与混合料分离，工艺简单。

Description

一种铁矿粉融聚预还原方法

技术领域

本发明涉及一种铁矿粉融聚预还原方法，尤其是将铁矿粉、混煤粉和融聚剂混合后置于预还原炉内，通入还原性气体混合物，调节气速，使混合料处于流化状态，控制融聚还原温度、压力以及还原时间融聚成球的一种铁矿粉融聚预还原的方法。

背景技术

熔融炼铁工艺是已实现工业化生产的非高炉炼铁技术之一，属于当今冶金领域前沿技术。目前熔融炼铁工艺技术有Hismelt、COREX、CCF等工艺，这些技术利用非焦煤煤粉及铁矿粉采取喷射冶金方式生产液态生铁，流程短，污染小，铁水质量好，是解决我国焦煤资源有限和环保问题的先进炼铁技术。现有的熔融还原技术分为预还原和铁浴还原两个过程。铁矿粉预还原度直接影响后续熔融还原炉产能，是炼铁工艺的重要环节，但普遍存在反应速率慢、预还原度低、黏结失流和设备成本高等问题。

针对现有技术问题，陈辉报道的《煤与铁矿石共处理的低碳炼铁技术研究[C].//北京金属学会第六届冶金年会论文集.2010:303-306.》将澳大利亚Robe矿粉和煤粉以30:70的比例混合，经800℃干馏后，矿粉的还原度可达到85.49%，矿粉经磁选分离后用于优质燃料。朱凯荪报道《二步熔融还原中附碳处理加速流态化预还原过程机理研究[J]. 华东冶金学院学报，1989，6(3): 74-81.》在流态化预还原前，在550℃和0.15 MPa条件下利用CO分解产生的碳对矿粉进行碳吸附处理，附碳量可达10.26%，附碳后还原速度大大增加。CN1818082A公开了“铁矿粉预还原气基熔融还原炼铁、炼钢工艺”，其具体是将铁矿粉、煤粉或低质焦粉、石灰粉细磨，加热至500 ~ 700℃左右预还原，然后预还原铁粉经800 ~ 950℃精还原成含铁95%的洁净还原铁粉。CN103924024A公开了“一种铁浴熔融还原炉预还原方法”，将煤粉与铁矿粉通过旋风熔融分离器的多层物料喷枪分别沿分离器的切线方向吹入分离器，同时通过多层氧气喷枪喷入氧气，加氧过剩系数为0 ~ 0.05。该法使煤粉在旋风熔融分离器中完成热解形成半焦，并与熔化的矿料相混，形成预还原矿粉与半焦的熔融混合物，半焦与渣混合充分，提高了熔池的还原能力。CN101333575B公开了“一种预还原粉铁矿工艺及其装置”，其具体是将＜6mm铁矿粉预热到700℃，然后在还原煤气中流态化并发生还原反应，气速为0.2~6.0m/s，压力为0.3 ~ 1.0 MPa，温度保持在700~850℃，还原度达到80~ 90%的直接还原铁加入到熔融气化炉中冶炼铁水。再如CN 101397606B公开了“一种适合宽粒度分布的粉铁矿预还原工艺及其装置”，将＜8mm铁矿粉添加到圆柱型流化床中，底部通入煤气，组合式流化床反应器内温度保持在650 ~ 950℃，压力为0.2 ~ 1.0 MPa，气速为3 ~ 25m/s的条件下进行预还原，反应后的铁矿粉经过下料管进入下一级流化床反应器或熔融还原炉。还有CN100500873C公开了“熔融还原快速预还原细微铁矿粉的方法”，其特征在于磁铁矿粉粒度为2 ~ 40μm，赤铁矿粉粒度为2 ~ 70μm，细微铁矿粉的预还原率控制在70 ~ 85%，反应温度控制在580 ~ 750℃，细微铁矿粉在各级气基低温快速预还原反应器中的停留时间不超过5min，预还原所用的熔融气化炉产生的经调整成分的煤气中CO + H₂＞90%，还原后的固态产物经压块或喷粉送入熔融气化炉内继续还原或熔化分离。这些方法都是让铁矿粉在还原性气氛中流态化，然后进行预热还原，还原速率快，但随着流化床内还原度的升高容易出现黏结失流问题，而且对还原设备要求也高，一般为多级流化床。

能够获得的现有技术还有，CN86105494A公开了“褐煤预还原矿石直接炼钢轧材”，其具体是将TFe＞60%的铁矿石破碎至40mm以下，褐煤破碎至50mm以下，按照铁矿石、煤的比例为1 : 1.5 ~ 2.0进行配料，然后由回转窑尾部加入，控制窑内温度为900 ~ 1100℃，还原后得到固态海绵铁。CN1903487A公开了“一种用铁矿粉生产铁颗粒的方法”，其具体是按重量百分含量将60 ~ 85%的铁矿粉、8 ~ 18%的焦粉或煤粉、3 ~ 22%的消石灰、0 ~ 5%的萤石混匀，经造球或压块、干燥后，在1300 ~ 1450℃的高温炉内自还原，还原时间为15 ~60min，然后冷却、渣相自然粉化，通过筛分或磁选将铁颗粒与渣子分离。该方法利用造球或压块的方法使矿粉和煤粉充分接触，然后在高温下进行自还原，普遍存在还原速率慢，工序相对较为复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁矿粉融聚预还原方法，以进一步简化工艺，克服黏结失流以及还原速率慢的问题。

实现上述目的的技术方案如下。

一种铁矿粉融聚预还原方法，所述方法是按下列步骤进行的：

（1）将粒度为20 ~ 100目铁矿粉、20 ~ 100目混煤粉、100 ~ 200目融聚剂按质量份为50 ~ 80份、15 ~ 30份、5 ~ 20份均匀混合后，调节混合料中铁钙比ω_(Fe2O3)/ω_(CaO)＞3.0和融聚系数＜1050，置于预还原炉中，炉底部通入还原性载热气体，调节气速为0.5 ~2.0 m/s，使混合料处于流化状态；

（2）控制融聚还原条件：预还原炉内融聚温度为950 ~ 1050℃，压力为0.03 ~2.0MPa，流化状态下进行气基和煤基共还原10 ~ 30 min；

（3）在非结渣情况下，预还原炉内铁矿粉还原度达到60 ~ 80%后会逐渐融聚成球，黏度＜25Pa·s，后借助重量差异，通过炉底部设置的选择性排料装置分离出温度为800 ~900℃的融聚矿粉球，作为熔融还原炉优质炼铁原料；

所述混煤粉是燃烧煤和还原煤按质量份为30 ~ 50份和50 ~ 70份混合构成；其中燃烧煤的灰分＜14%，挥发分＞20%，灰熔点＞1350℃，热值＞5500 kcal/kg，燃点300~500℃；还原煤的挥发分＜10%，固定碳＞89%，灰熔点＞1350℃，热值＞7500 kcal/kg，燃点＞600℃。

所述融聚剂是吸附剂生物秸秆和助熔剂生石灰按质量份为30 ~ 50份和50 ~ 70份混合构成；

所述混合料的融聚系数是100×[19ω_(Al2O3)+15ω_(SiO2)+10ω_(CaO+MgO)+6ω_(Fe2O3)]，其中ω为混合料内各物质的质量分数；

所述选择性排料装置是由中心进气管、环形进气管和出料口构成。

在上述方案中，所述铁矿粉TFe＞60%，Fe₂O₃为80 ~ 95%，SiO₂＜10%，Al₂O₃＜5%；所述通入还原性载热气体是熔融还原炉尾气或是CO为20 ~ 75%，CO₂为20 ~ 75%，H₂＞5%的气体混合物，其温度为1050 ~ 1250℃；所述生物秸秆是稻草、麦秸或玉米秸秆；所述生石灰是镁质石灰或是CaO＞90%和MgO为5 ~ 10%的混合物。

本发明上述所提供的一种铁矿粉融聚预还原方法，是利用铁矿粉与融聚剂间的融聚特性，采用熔融还原炉的尾气/燃烧煤混烧供热技术，迅速将混合料温度升高至950 ~1050℃，矿粉随着温度升高表面还原铁含量增加而具有一定的黏结性，高燃点还原煤在气流作用下附着其表面，起到气基和煤基共还原铁矿粉的作用，进一步促进还原速率，提高铁矿粉的预还原度，进而达到后续熔融还原炉的产能，并通过此技术提高装置整体能源利用率。

与现有技术相比，现有铁矿粉预还原温度为600 ~ 900℃，还原速率慢，而且在多级流化床还原中易出现黏结失流的问题。本方法以生物秸秆和生石灰作为融聚剂，利用熔融还原炉尾气/混煤粉进行预热还原，并通过调整配比对炉内的温度及还原气氛进行调整，融聚还原温度高达950 ~ 1050℃，还原度高达60 ~ 80%的融聚矿粉球，再经预还原炉底部的选择性排料装置分离，作为熔融还原炉优质炼铁原料，大大提高了还原速率，且生成具有一定温度和还原度的融聚矿粉球经选择性排料装置分离，在单预还原炉内完成预还原和分离等过程，工艺过程简单。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

实施本发明上述所提供的一种铁矿粉融聚预还原方法，该方法是按照下列步骤进行的。

首先、选用或者加工粒度为20 ~ 100目的铁矿粉、20 ~ 100目的混煤粉、100 ~200目的融聚剂作为原料，并按原料的质量份为50 ~ 80份、15 ~ 30份、5 ~ 20份均匀混合均匀后，再进行调节混合料中的铁钙比为ω_(Fe2O3)/ω_(CaO)＞3.0，融聚系数为＜1050，并将调制好的混合料置于预还原炉中，再在炉底部通入还原性载热气体，然后调节气速为0.5 ~2.0 m/s，使混合料处于流化状态。

其次、控制调节融聚还原条件为：预还原炉内的融聚温度为950 ~ 1050℃，压力为0.03 ~ 2.0MPa，流化状态下进行气基和煤基共还原10 ~ 30 min。

最后、在炉内气基和煤基共还原后，在非结渣情况下，而且预还原炉内铁矿粉还原度达到60 ~ 80%后，逐渐融聚成球，且黏度在＜25Pa·s时，再借助重量差异，通过炉底部设置的选择性排料装置，分离出温度为800 ~ 900℃的达到一定还原度的融聚矿粉球，作为熔融还原炉优质炼铁原料。

在上述实施方案中，所采用的混煤粉是由燃烧煤和还原煤构成，其组成及其含量是燃烧煤和还原煤按质量份为30 ~ 50份和50 ~ 70份混合而构成，其中燃烧煤是：灰分＜14%，挥发分＞20%，灰熔点＞1350℃，热值＞5500 kcal/kg，燃点300 ~ 500℃；还原煤是：挥发分＜10%，固定碳＞89%，灰熔点＞1350℃，热值＞7500 kcal/kg，燃点＞600℃。

在上述实施方案中，所采用的融聚剂是生物秸秆和生石灰构成，其组成及其含量是按质量份为30 ~ 50份和50 ~ 70份混合而构成。

在上述实施方案中，所采用的混合料融聚系数为100×[19ω_(Al2O3)+15ω_(SiO2)+10ω_(CaO+MgO)+6ω_(Fe2O3)]，其中ω为混合料内各物质的质量分数。

在上述实施方案中，所采用的选择性排料装置是由中心进气管及其环形进气管，并在中心进气管及其环形进气管下端连通有出料口构成。

在上述的具体实施方式中，在铁矿粉中配入质量份为15 ~ 30份、燃点为300 ~500℃的燃烧煤和燃点为＞600℃的还原煤的混煤粉。当预还原炉中通入1050 ~ 1250℃还原性载热气体时，气固传热速率加快，混合料升温，超过燃烧煤燃点后，燃烧煤燃烧供热，此时混合料迅速升温至950 ~ 1050℃，此时高燃点还原煤在炉内回旋气流作用下附着在黏结性矿粉表面对矿粉进行煤基还原。

在上述的具体实施方式中，添加的融聚剂由生物秸秆和生石灰混合构成，生物秸秆是天然的有机高分子化合物，是纤维素、半纤维素和木质素紧密结合、相互缠绕构成的粗纤维构成，当磨细至100 ~ 200目时，在本发明的限氧升温熔融方法中，表现出较强的吸附性，吸附到矿粉表面促进矿粉融聚。调节混合料中铁钙比ω_(Fe2O3)/ω_(CaO)＞3.0是保证混合料在融聚温度950 ~ 1050℃下不结渣的必要条件，调节混合料中各物质配比含量，满足融聚系数＜1050，此时随着矿粉还原度升高至60 ~ 80%，铁矿粉表面还原铁含量增加而具有一定的黏结性，在炉内气流作用下逐渐融聚成球，黏度＜25Pa·s，当达到一定重量后，将通过炉底部设置的选择性排料装置分离出800 ~ 900℃的达到一定还原度的融聚矿粉球，作为熔融还原炉优质炼铁原料。

在上述的具体实施方式中，预还原炉底部的选择性排料装置是由中心进气管及其外套设的环形进气管，以及下端连通的出料口构成，中心进气管进气在炉内形成局部的高温区，促使混合料团聚成球，后再通过环形进气管在炉内形成的环形气流，将融聚矿粉球有选择的经出料口排出预还原炉，避免出现因炉温高而出现黏结失流的问题。

在上述具体实施方案的基础上，进行如下优先的具体技术方案实施。

在进一步的具体实施方案中，选用铁矿粉＞60%，Fe₂O₃为80 ~ 95%，SiO₂＜10%，Al₂O₃＜5%进行实施。

在进一步的具体实施方案中，选用通入还原性载热气体为熔融还原炉尾气或者是CO为20 ~ 75%，CO₂为20 ~ 75%，H₂＞5%的气体混合物，其温度为1050 ~ 1250℃进行实施。

在进一步的具体实施方案中，选用生物秸秆为稻草、麦秸和玉米秸中的一种，或者是任意秸秆的任意混合，也可以采用其它生物秸秆进行实施。

在进一步的具体实施方案中，选用生石灰为镁质石灰或者是CaO＞90%，MgO为5 ~10%的混合物。

下面通过具体实施例对本发明的具体实施方式作出说明，但并不限于本具体实施方式。

实施例1

分别称取700g澳大利亚PB粉、80g长焰煤、120g无烟煤、40g玉米秸、60g生石灰混匀后置于自制预还原反应炉内，底部通入温度为1050 ~ 1250℃自调节成分的熔融还原炉尾气，调节气速为1.5m/s，使混合料处于流化状态，通过限氧升温控制炉内融聚温度至1000℃，压力为1.0MPa，进行气基和煤基共还原20 min，随着反应进行，炉底部不断有融聚矿粉球排出，预还原度达78%，其表面黏度为22 Pa·s，可进一步作为熔融还原炉优质炼铁原料。

本实施案例中，澳大利亚PB粉、生石灰成分和熔融还原炉尾气成分详细见下表1 ~3。

表1 澳大利亚PB粉

TFe	Fe₂O₃	SiO₂	Al₂O₃	其他	合计
						62	88	3.57	2.33	6.9	100

表2 生石灰成分

CaO	MgO	其他	合计
				92	6.5	1.5	100

表3 熔融还原炉尾气成分

CO	CO₂	H₂	H₂O	N₂	合计
						20.7	22.9	5.1	2.9	47.4	100

上表1 ~ 3是澳大利亚PB粉、生石灰成分和熔融还原炉尾气成分。

Claims

1.一种铁矿粉融聚预还原方法，所述方法是按下列步骤进行的：

（1）将粒度为20 ~ 100目铁矿粉、20 ~ 100目混煤粉、100 ~ 200目融聚剂按质量份为50 ~ 80份、15 ~ 30份、5 ~ 20份均匀混合后，调节混合料中铁钙比ω_(Fe2O3)/ω_(CaO)＞3.0和融聚系数＜1050，置于预还原炉中，炉底部通入还原性载热气体，调节气速为0.5 ~ 2.0m/s，使混合料处于流化状态；

（2）控制融聚还原条件：预还原炉内融聚温度为950 ~ 1050℃，压力为0.03 ~ 2.0MPa，流化状态下进行气基和煤基共还原10 ~ 30 min；

（3）在非结渣情况下，预还原炉内铁矿粉还原度达到60 ~ 80%后会逐渐融聚成球，黏度＜25Pa·s，后借助重量差异，通过炉底部设置的选择性排料装置分离出温度为800 ~ 900℃的融聚矿粉球，作为熔融还原炉优质炼铁原料；

其中，所述混煤粉是燃烧煤和还原煤按质量份为30 ~ 50份和50 ~ 70份混合构成，燃烧煤的灰分＜14%，挥发分＞20%，灰熔点＞1350℃，热值＞5500 kcal/kg，燃点300~500℃；还原煤的挥发分＜10%，固定碳＞89%，灰熔点＞1350℃，热值＞7500 kcal/kg，燃点＞600℃；

所述融聚剂是生物秸秆和生石灰按质量份为30 ~ 50份和50 ~ 70份混合构成；

2.如权利要求1所述的方法，所述铁矿粉TFe＞60%，Fe₂O₃为80 ~ 95%，SiO₂＜10%，Al₂O₃＜5%。

3.如权利要求1所述的方法，所述通入还原性载热气体是熔融还原炉尾气或是CO为20~ 75%，CO₂为20 ~ 75%，H₂＞5%的气体混合物，其温度为1050 ~ 1250℃。

4.如权利要求1所述的方法，所述生物秸秆是稻草、麦秸或玉米秸秆。

5.如权利要求1所述的方法，所述生石灰是镁质石灰或是CaO＞90%和MgO为5 ~ 10%的混合物。