CN106119457A - 直接还原含铁原料的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了直接还原含铁原料的方法和系統，其中，直接还原含铁原料的方法包括：将含铁原料与还原煤、蛭石、水进行混合成型处理，以便得到含水物料球团；将含水物料球团在转底炉内的进料区进行布料，并使含水物料球团依次经过爆裂区、烘干区、还原区和出料区，其中，含水物料球团在爆裂区发生爆裂，并得到物料碎块；物料碎块在烘干区内经过干燥处理，并得到干燥物料碎块；干燥物料碎块在还原区内发生还原反应，并获得含有金属铁的产物。由此采用该方法降低了粘结剂的用量，保证了湿球团强度，还可以加速含铁球团的爆裂，进而缩短了烘干时间，提高了含铁原料还原的效率，经济效益显著。

Description

直接还原含铁原料的方法和系统

技术领域

本发明属于能源与冶金领域，具体涉及一种直接还原含铁原料的方法和系统。

背景技术

随着社会和经济的发展，金属产量和消费量也在日益增加，并伴随着金属产品的冶炼过程，大量的冶炼渣和尾矿也被排放出来。对于冶金渣多仅采用简单的堆积处理，给环境带来污染，不利于行业的可持续发展。随着生产原料中优质资源的减少，寻求经济的技术途径，对难选矿的高效处理及冶金渣中的有价金属提取再利用，实现冶金渣的二次再利用成为研究重点。现有火法处理技术主要有回转窑工艺、隧道窑工艺、转底炉工艺法等。但回转窑工艺对原料要求较高，物料易结圈，且生产能力低，设备投资较大；隧道窑工艺的热效率低、能耗高、生产周期长、污染严重、产品质量不稳定，单机生产能力难以扩大；其中，由于转底炉还原工艺具有设备简单、操作容易、生产周期短、反应速度快、环境友好等优点，所以转底炉还原工艺已经引起了广泛的关注。但直接还原处理处理含碳球团的过程中，需要对原料先进行成型处理，在成型过程中要加入水或者液体粘结剂进行成型，得到的含碳球团经过烘干后才能进入转底炉内还原，流程长，且对球团的强度有更高的要求。因此，可以对转底炉直接还原处理含碳球团工艺进行改进。

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工艺简单、快速的直接还原含铁原料的方法和系统。

根据本发明的一个方面，本发明提出了直接还原含铁原料的方法，包括：将含铁原料与还原煤、蛭石、水进行混合成型处理，以便得到含水物料球团；将所述含水物料球团在转底炉内的进料区进行布料，并使所述含水物料球团依次经过爆裂区、烘干区、还原区和出料区，其中，所述含水物料球团在所述爆裂区发生爆裂，并得到物料碎块；所述物料碎块在烘干区内经过干燥处理，并得到干燥物料碎块；所述干燥物料碎块在还原区内发生还原反应，并获得含有金属铁的产物。

由此本发明通过在转底炉设备中增加一个区便于含铁球团的烘干，同时可以大量减少原料配料粘结剂用量；并通过在原料配料中加入蛭石不仅起到了粘结剂的作用，保证球团湿球强度，同时蛭石的加入，还可以在爆裂区加速含铁湿球团的爆裂，使大块的球团爆裂成小块，进而缩短烘干时间，提高了含铁原料还原的效率。

另外，根据本发明上述实施例的直接还原含铁原料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，所述含铁原料为含铁难选矿、含铁钢铁厂冶金固废和含铁有色冶金固废中的至少一种。由此有利于充分利用含铁难选矿、含铁钢铁厂冶金固废和含铁有色冶金固废等，实现资源充分利用。

在本发明的一些实施例中，所述蛭石的添加量为所述含铁原料的0.5-5重量％。

在本发明的一些实施例中，所述含水物料球团中水含量为8-15重量％。由此有利于保证球团的强度，便于后续烘干处理。

在本发明的一些实施例中，所述含水物料球团的平均粒径为20-40mm。由此有利于保证球团的强度，便于后续爆裂处理。

在本发明的一些实施例中，所述物料碎块的平均粒径为5-8mm。由此有利于保证球团的干、湿球的强度，便于进一步地烘干和还原。

在本发明的一些实施例中，所述爆裂区内的温度为800-1000℃。由此采用爆裂区内的温度为800-1000℃有利于得到所述物料碎块的平均粒径为5-8mm，便于后续进一步烘干和还原处理。发明人发现爆裂区温度过高有可能使得物料碎块爆裂成粉末，不利于后续加工处理，而温度过低则不利于形成平均粒径分布较窄的物料碎块，进而增加后续烘干难度、降低还原效率。

在本发明的一些实施例中，所述烘干区内的温度为600-1000℃。由此有利于将物料碎块水分降至2％以下，进而提高还原效率。

在本发明的一些实施例中，上述实施例的直接还原含铁原料的方法进一步包括：利用所述爆裂和所述还原反应产生的烟气对所述物料碎块进行干燥处理。由此有利于充分利用工艺过程中剩余热量，实现能源二次利用。

根据本发明的另一方面，本发明还提出一种用于直接还原含铁原料的系统，该系统用于实施前面实施例的直接还原含铁原料的方法，该系统包括：混合成型设备，所述混合成型设备具有含铁原料入口、还原煤入口、蛭石入口、水入口和含水物料球团出口；转底炉，所述转底炉内按照原料运动方向依次为进料区、爆裂区、烘干区、还原区和出料区，所述进料区具有含水物料球团入口，所述出料区具有还原产物出口，所述含水物料球团入口与所述含水物料球团出口相连。

由此该直接还原含铁原料的系統可以解决混料过程中需要加入大量粘结剂来保证球团的干、湿球强度，同时还需要对球团进行烘干，前期球团处理流程长、需要增加烘干设备等问题。通过在转底炉设备中增加一个区达到球团烘干的目的，同时可以减少原料配料阶段粘结剂量的加入，进而实现了含铁难选矿、含铁钢铁厂冶金固废和含铁有色冶金固废等有效回收利用，降低生产成本，还原效率高，具有显著的经济效益。

另外，根据本发明上述实施例的处理含铜铁粉的系统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，所述爆裂区与所述进料区之间和所述爆裂区所述烘干区之间均设置有隔墙。由此有利于生产安全，避免燃烧爆裂过程中物料給生产带来的危险。

在本发明的一些实施例中，所述爆裂区内设置有燃烧器。

在本发明的一些实施例中，上述实施例的用于直接还原含铁原料的系统，进一步包括：引风机，所述引风机分别与所述爆裂区的烟气出口、所述还原区的烟气出口和所述烘干区的烟气入口相连。由此有利于将还原区和爆裂区的热烟气用于烘干碎块，实现资源二次利用。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的直接还原含铁原料的方法的流程图。

图2是根据本发明一个实施例的直接还原含铁原料的系统的结构示意图。

图3是根据本发明一个实施例的直接还原含铁原料的系统中转底炉的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种直接还原含铁原料的方法。根据本发明具体实施例的直接还原含铁原料的方法，包括：将含铁原料与还原煤、蛭石、水进行混合成型处理，以便得到含水物料球团；将含水物料球团在转底炉内的进料区进行布料，并使含水物料球团依次经过爆裂区、烘干区、还原区和出料区，其中，含水物料球团在爆裂区发生爆裂，并得到物料碎块；物料碎块在烘干区内经过干燥处理，并得到干燥物料碎块；干燥物料碎块在还原区内发生还原反应，并获得含有金属铁的产物。

传统的在转底炉内直接还原处理含碳球团的过程中，需要在混料过程中需要加入大量粘结剂来保证球团的干、湿球强度，同时还需要对球团进行烘干，因而造成了前期球团处理流程长、需要增加烘干设备的问题。而采用本发明实施例的直接还原含铁原料的方法，通过在转底炉内增加爆裂区和烘干区，并将含铁原料与还原煤、蛭石和水混合成型，得到含水物料球团，利用含水物料球团易爆裂的特点，使其在爆裂的同时实现碎块的预烘干，同时该方法还可以大量减少原料配料粘结剂用量。由此本发明通过在原料配料中加入蛭石不仅起到了粘结剂的作用，保证球团湿球强度，同时蛭石的加入，还可以在爆裂区加速含铁湿球团的爆裂，使大块的球团爆裂成小块，进而缩短烘干时间，提高了含铁原料还原的效率，得到的还原球团金属化率在90％以上，使得本发明的经济效益更加显著。

根据本发明的具体实施例，下面参考图1详细描述本发明具体实施例的直接还原含铁原料的方法。

S100：成型处理

根据本发明的具体实施例，首先将含铁原料与还原煤、蛭石、水进行混合成型处理，以便得到含水物料球团。

根据本发明的具体实施例，含铁原料为含铁难选矿、含铁钢铁厂冶金固废和含铁有色冶金固废中的至少一种。由此有利于充分利用含铁难选矿、含铁钢铁厂冶金固废和含铁有色冶金固废等，实现资源有效利用。同时提高该方法的适用性。

根据本发明的具体实施例，蛭石的添加量为含铁原料的0.5-5重量％。发明人发现，蛭石用量过少不能使球团爆裂，用量过多则爆裂后得到的碎块过小，不利于后续出料，同时增加成本，带入更多杂质。

根据本发明的具体实施例，含水物料球团中水含量为8-15重量％，由此采用的含水物料球团中水含量为8-15重量％，有利于保证球团的强度，便于后续烘干处理。根据本发明的具体实施例，含水物料球团的平均粒径为20-40mm。含水物料球团尺寸过小球团不易爆裂，球团尺寸过大，爆裂后得到的物料碎块的尺寸也过大，不利于后面的烘干和还原。因此，控制含水物料球团的平均粒径为20-40mm，更加有利于保证球团的强度，并且更加容易发生爆裂，并得到粒度合适的物料碎块。

S200：爆裂

根据本发明的具体实施例，使含水物料球团在爆裂区发生爆裂，并得到物料碎块。在爆裂区内，含水物料球团在突然的高温作用下，球团内部水分受热形成蒸汽，使得球团迅速爆裂成物料碎块，同时部分水分得到挥发，产生高温烟气。

根据本发明的具体实施例，爆裂区内的温度为800-1000℃。由此可以使得含水物料球团得到充分爆裂。根据本发明的具体示例，转底炉的爆裂区可以通过设置燃烧器达到上述爆裂所需温度。在该温度下，爆裂得到的物料碎块同时也得到了一定程度的干燥。具体地，可以根据含水物料球团的含水量，设置爆裂区的角度，进而可以使得爆裂后的物料碎块在爆裂区结束后的含水量低于2重量％。

另外，发明人发现爆裂区温度过高有可能使得含水物料球团爆裂成粉末，不利于后续烘干和还原处理，而温度过低则不利于形成平均粒径分布较窄的物料碎块，进而增加后续烘干难度、降低还原效率。根据本发明的具体实施例，采用上述爆裂温度，可以使得平均粒径为20-40mm含水物料球团爆裂后，得到的物料碎块的平均粒径为5-8mm。该粒度比较适合后续的烘干和还原处理，进而提高处理效率。

本发明实施例的直接还原含铁原料的方法，针对含铁原料不易成球的特点，通过加入蛭石将其制成含水物料球团，并在转底炉内设置一个单独的高温爆裂区，进而使得含水物料球团在爆裂的过程中实现初步干燥，爆裂后含水量在2重量％以下，同时得到粒度适合进行还原的物料碎块。该方法克服了前期球团处理流程长、需要额外添加烘干设备的难点，不仅起到了快速烘干物料碎块的目的，极大减少了原料配料阶段粘结剂量的加入量，提高了生产效率，具有更加显著地经济效益。

S300：烘干

根据本发明的具体实施例，使物料碎块在烘干区内经过干燥处理，并得到干燥物料碎块。由此便于下一步的还原处理。

根据本发明的具体实施例，烘干区内的温度为600-1000℃。由此可以使得物料碎块水分降至2重量％以下，进而提高还原效率。

根据本发明的具体实施例，在转底炉内直接对爆裂后的物料碎块进行烘干，不仅可以降低烘干效率，同时与现有的对含水物料球团直接烘干相比，可以显著降低烘干能耗。

根据本发明的具体实施例，可以利用爆裂产生的烟气对物料碎块进行干燥处理，可以避免排放更多的烟气，污染环境，同时有利于充分利用工艺过程中剩余热量，实现能源二次利用，进一步节省能耗。

S400：还原

根据本发明的具体实施例，将干燥物料碎块在还原区内发生还原反应，并获得含有金属铁的产物。

根据本发明的具体实施例，可以利用物料碎块还原产生的高温烟气通入烘干区内对物料碎块进行干燥处理，进而可以进一步节省能耗，同时减少烟气排放。

根据本发明的另一方面，本发明还提出一种用于直接还原含铁原料的系统，根据本发明的具体实施，该系统适于实施前面实施例的直接还原含铁原料的方法。下面参考图2-3详细描述本发明具体实施例的直接还原含铁原料的系统。

根据本发明的具体实施例地直接还原含铁原料的系统包括：混合成型设备100，混合成型设备具有含铁原料入口101、还原煤入口102、蛭石入口103、水入口104和含水物料球团出口105；

转底炉200，转底炉内按照原料运动方向依次为进料区210、爆裂区220、烘干区230、还原区240和出料区250，进料区210具有含水物料球团入口211，出料区250具有还原产物出口251，含水物料球团入口211与含水物料球团出口105相连。

根据本发明的具体实施例，利用实施例的直接还原含铁原料的系统对含铁原料进行处理，具体可以按照下列步骤进行：

首先，利用混合成型设备100将含铁原料与还原煤、蛭石、水进行混合成型处理，以便得到含水物料球团；其次，将含水物料球团在转底炉内的进料区210进行布料，并使含水物料球团依次经过爆裂区220、烘干区230、还原区240和出料区250，其中，含水物料球团在爆裂区220发生爆裂，并得到物料碎块；物料碎块在烘干区230内经过干燥处理，并得到干燥物料碎块；干燥物料碎块在还原区240内发生还原反应，并获得含有金属铁的产物。

传统的在转底炉内直接还原处理含铁球团的过程中，需要在混料过程中需要加入大量粘结剂来保证球团的干、湿球强度，同时还需要对球团进行烘干，因而造成了前期球团处理流程长、需要增加烘干设备的问题。而采用本发明实施例的直接还原含铁原料的系统，通过在转底炉设备中增加一个单独的高温爆裂区，使得含水物料球团在爆裂的过程中实现初步干燥，爆裂后含水量在2重量％以下，通过加入蛭石还可以加速爆裂区含铁湿球团的爆裂，使大块的球团爆裂成小块，得到粒度适合进行还原的物料碎块。同时，根据本发明具体实施例的直接还原含铁球团的系统还可以利用爆裂和还原反应产生的烟气对物料碎块进行干燥处理，可以避免排放更多的烟气，污染环境，同时有利于充分利用工艺过程中剩余热量，实现能源二次利用，进一步节省能耗，降低了生产成本。因此采用本发明实施例的直接还原含铁原料的系统不仅有利于烘干含铁球团，还可以大量减少原料配料粘结剂的用量，进而缩短烘干时间，提高了含铁原料还原的效率，得到的还原球团金属化率在90％以上，使得本发明的经济效益更加显著。

根据本发明的具体实施例，爆裂区220与进料区210之间和爆裂区220与烘干区230之间均设置有隔墙221。由此，可以防止含水物料球团在爆裂的过程中溅射到其它区域内，进而提高爆裂区域的可控性和安全性。

根据本发明的具体实施例，爆裂区220内设置有燃烧器222。由此可以使得爆裂区的温度可以达到800-1000摄氏度。由此可以使得含水物料球团得到充分爆裂。根据本发明的具体示例，转底炉的爆裂区可以通过设置燃烧器达到上述爆裂所需温度。在该温度下，爆裂得到的物料碎块同时也得到了一定程度的干燥。具体地，可以设置爆裂区的角度，进而可以使得爆裂后的物料碎块在爆裂区结束后的含水量低于2重量％。

在本发明的一些实施例中，的用于直接还原含铁原料的系统，其特征在于，进一步包括：引风机300，引风机分别与爆裂区220的烟气出口、还原区240的烟气出口和烘干区230的烟气入口相连。由此，利用引风机300，可以将爆裂区220和还原区240内产生的高温烟气通入烘干区230内，对物料碎块进行烘干处理，进而可以进一步节省能耗，同时减少烟气排放，实现资源二次利用。

根据本发明的具体实施例，引风机300可以通过烟道260与烘干区230相连。

实施例1

将某难选赤铁矿破碎至1mm以下，将破碎后的赤铁矿、还原煤、蛭石按赤铁矿：还原煤：蛭石＝100：28：3的比例混合均匀后，加入水将混合料压制成球团，球团水分为10％，球团的直径为30mm。将含水的球团投入到转底炉内，在经过900℃的高温区域后球团爆裂成5mm左右的碎块，经过烘干区域后，碎块的水分降至2％，球团进入到还原区，在还原区域内还原煤将赤铁矿还原，最终得到金属化率为90％的团块。

实施例2

将钢铁厂粉尘、还原煤、蛭石按赤铁矿：还原煤：蛭石＝100：25：1.5的比例混合均匀后，加入水将混合料压制成球团，球团水分为10％，球团的直径为40mm。将含水的球团投入到转底炉内，在经过900℃的高温区域后球团爆裂成8mm左右的碎块，经过烘干区域后，碎块的水分降至2％，球团进入到还原区，在还原区域内还原煤将赤铁矿还原，最终得到金属化率为90％的团块。

实施例3

将铅锌渣、还原煤、蛭石按铅锌渣：还原煤：蛭石＝100：20：4的比例混合均匀后，加入水将混合料压制成球团，球团水分为12％，球团的直径为35mm。将含水的球团投入到转底炉内，在经过850℃的高温区域后球团爆裂成6mm左右的碎块，经过烘干区域后，碎块的水分降至2％，球团进入到还原区，在还原区域内还原煤将赤铁矿还原，最终得到金属化率为90％的团块。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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 (10)

1.一种直接还原含铁原料的方法，其特征在于，包括：

将含铁原料与还原煤、蛭石、水进行混合成型处理，以便得到含水物料球团；

将所述含水物料球团在转底炉内的进料区进行布料，并使所述含水物料球团依次经过爆裂区、烘干区、还原区和出料区，

其中，所述含水物料球团在所述爆裂区发生爆裂，并得到物料碎块；

所述物料碎块在烘干区内经过干燥处理，并得到干燥物料碎块；

所述干燥物料碎块在还原区内发生还原反应，并获得含有金属铁的产物。

2.根据权利要求1所述的直接还原含铁原料的方法，其特征在于，所述含铁原料为含铁难选矿、含铁钢铁厂冶金固废和含铁有色冶金固废中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的直接还原含铁原料的方法，其特征在于，所述蛭石的添加量为所述含铁原料的0.5-5重量％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的直接还原含铁原料的方法，其特征在于，所述含水物料球团中水含量为8-15重量％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的直接还原含铁原料的方法，其特征在于，所述含水物料球团的平均粒径为20-40mm，

任选地，所述物料碎块的平均粒径为5-8mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的直接还原含铁原料的方法，其特征在于，所述爆裂区内的温度为800-1000℃，

任选地，所述烘干区内的温度为600-1000℃。

7.根据权利要求1-6任一项所述的直接还原含铁原料的方法，其特征在于，进一步包括：

利用所述爆裂和所述还原反应产生的烟气对所述物料碎块进行干燥处理。

8.一种用于直接还原含铁原料的系统，所述系统适于实施权利要求1-7任一项所述直接还原含铁原料的方法，其特征在于，包括：

混合成型设备，所述混合成型设备具有含铁原料入口、还原煤入口、蛭石入口、水入口和含水物料球团出口；

转底炉，所述转底炉内按照原料运动方向依次为进料区、爆裂区、烘干区、还原区和出料区，所述进料区具有含水物料球团入口，所述出料区具有还原产物出口，所述含水物料球团入口与所述含水物料球团出口相连。所述的烘干区内设置有烟道。

9.根据权利要求8所述的用于直接还原含铁原料的系统，其特征在于，所述爆裂区与所述进料区之间和所述爆裂区所述烘干区之间均设置有隔墙，

任选地，所述爆裂区内设置有燃烧器。

10.根据权利要求8或9所述的用于直接还原含铁原料的系统，其特征在于，进一步包括：

引风机，所述引风机分别与所述爆裂区的烟气出口、所述还原区的烟气出口和所述烘干区的烟气入口相连。