CN108018391B - 一种多段还原复杂难选铁矿粉生产铁水的方法 - Google Patents

Abstract

一种复杂难选铁矿多段还原生产铁水的方法，属于钢铁冶金技术领域，其特征是将铁矿粉和煤粉通过配煤计算按比例混合，送入流化床反应器内加热到700～1100℃，停留0.2～1.0h，进行一段还原；然后将一段还原物料送入到温度为800～1300℃的二段还原反应罐内停留1.0～5.0h，进行二段还原过程，再将二段还物料送入温度为1200～1500℃的深度还原炉内停留2.0～5.0h，进行三段还原，并实现铁水和炉渣分离；深度还原炉排出的三段还原铁水的铁金属化率可达95％以上。

Description

一种多段还原复杂难选铁矿粉生产铁水的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种多段还原复杂难选铁矿粉生产铁水的方法。

背景技术

我国复杂难选铁矿石储量超200亿吨，主要包括鲕状赤铁矿石、微细粒赤铁矿石、难选镜铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿石等类型的铁矿石，由于以上类型铁矿石多嵌布粒度极细，矿物组成和矿石结构及构造复杂，采用常规的选矿方法难以选别富集，同时由于该类型铁矿石铁品位较低，杂质含量较多，无法实现直接冶炼生产铁水。因此在当前选矿、冶炼技术水平下，上述复杂难选铁矿石无法获得有效开发利用，导致我国不得不长期严重依赖国外进口铁矿石。

目前国内铁矿石炼铁生产过程，通常采用选矿-烧结-球团-高炉炼铁的工艺流程，工艺流程复杂，生产中同时需要大量焦煤炼焦，导致该工艺流程投资大，能耗高，污染大。

因此，取消当前炼铁过程中烧结-球团等高能耗高污染的生产工艺环节，实现我国难选铁矿石的资源化，并且在钢铁生产中利用非焦煤取代焦煤，开发绿色高效短流程炼铁工艺技术，具有十分重要的经济效益和社会效益，同时有助于我国钢铁行业自主健康的可持续发展。

发明内容

本发明针对当前复杂难选铁矿石无法高效利用、炼铁流程长和能耗高等技术问题，提供了一种多段还原复杂难选铁矿粉生产铁水的方法，该方法以前述的复杂难选铁矿石为原料，通过多段梯级还原过程从而获得金属化率达到95％以上的铁水，方法中具体包括以下步骤：

1、原料选备，本方法选用铁矿石铁品位为25～55％，主要包括鲕状赤铁矿石、微细粒赤铁矿石、难选镜铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿石和其他复杂难选的铁矿石为冶炼原料，选择固定碳含量≥70的各种类型非焦煤为还原剂；

2、原料粉碎，采用破碎机和磨矿机将复杂难选铁矿石粉碎至≤2mm，煤粉碎至≤2mm；

3、原料混合，按照质量比例配料混合获得混合物料，根据原料中铁矿物转变为Fe₃O₄所需要的碳含量，按照以下公式计算出理论配煤量。

理论配煤量的计算方法如3.1～式3.3所示：

(1)计算铁矿石原矿中的氧含量，具体见式3.1。

βO＝[βTFe-βFeO×56÷72]×48÷112+βFeO×16÷72 (3.1)

其中：βO—原矿中氧含量，按质量百分数计；

βTFe—原矿中全铁含量，％；

βFeO—原矿中FeO含量，％；

(2)计算还原原矿所需的理论配碳量，具体见式3.2.所示

Cr＝βO×12÷16 (3.2)

其中：Cr—原矿还原理论需要碳量，按质量百分数计。

(3)计算矿石全部还原所需理论配煤量，具体见式3.3所示。

∑C＝Cr÷Cd (3.3)

其中：∑C—理论配煤量，按质量百分数；

Cd—煤固定碳含量，按质量百分数计。

将原矿中TFe和FeO的相对含量代入式3.1，求得铁矿石中的氧含量βO；再将βO代入式3.2求得原矿的还原理论碳含量Cr，最终由3.3式获得理论配煤量；

选择的的配煤过剩倍数为1.1～1.2，即煤粉的实际配比量是理论配比量的1.1～1.2，实际应用时煤的配比量应保证在一次还原反应器内具有还原性氛围，并将反应器温度提高到所设计的温度，将矿石中的含铁矿物还原成Fe₃O₄相态为主；

4、一次还原，将按前述比例混合获得的混合物料送入流化床反应器内，在流化床反应器内加热还原，进行一段还原过程；流化床反应器内的温度为700～1000℃，混合物料在其中的停留时间为0.2～1.0h，然后排出流化床，获得金属化率为0％～20％的一段还原物料；

5、二次还原，将一段还原物料送入还原反应罐内，并向还原反应罐内喷入煤粉，喷入煤粉量根据一段还原物料产品未转化为金属铁的铁矿石原矿相含量计算，其选择的的配煤过剩倍数为1.2～1.4；即实际配煤量与理论配煤量的比值1.2～1.4；

在还原反应罐中加热温度维持在800～1300℃，进行二段还原过程，提高金属化率，停留1.0～5.0h，还原反应罐排出的二段还原物料的铁金属化率为10％～70％以上。

6、三段还原炉采用电加热和给入少量煤粉燃料方式进行保温和保证还原气氛，并将二段还原物料送入深度还原炉内，在深度还原炉中加热，进行三段还原过程，提高金属化率，并实现铁水和炉渣分离；维持深度还原炉温度在1200～1500℃，停留2.0～5.0h，深度还原炉排出的三段还原铁水的铁金属化率为95％以上。

本发明的优点：

1.该种方法实现了多种复杂难选铁矿石的有效利用，铁回收率高，经三段梯级还原即可直接生产铁水。

2.该种方法采用价格低的非焦煤取代焦煤在生产铁水中的应用，可以大大降低铁水的生产成本。

3.该种方法三段还原过程连续，无降温过程，热利用效率高。

4.该种方法生产流程简单，复杂难选铁矿石和煤粉两段还原直接生产铁水，省去了选矿，烧结，球团，炼焦等高能耗高污染的环节，实现了复杂难选铁矿石的资源化、高效化、绿色化开发利用。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面对本发明作进一步的说明，但不构成对本发明的限制。

实施例1

本实施例以一种辽宁本溪地区微细粒赤铁矿石为原料，以本溪地区普通煤为还原剂采用本发明的方法生产铁水，经过以下步骤：

1.微细粒赤铁矿石的组成主要为：TFe:28.25％，FeO:2.83％，SiO₂:52.88％，Al₂O₃:0.15％，CaO:1.25％，MgO:1.90％，P:0.88％，S:0.46％。煤粉为本溪地区普通煤粉，煤粉中的固定碳含量为82.3％。

2.原料粉碎，采用破碎机和磨矿机将复杂难选铁矿石粉碎至-1mm，煤粉碎至-1mm。

3.原料混匀，按照质量比例配料混合，根据配煤计算和实际需要确定，原料混合中配煤过剩倍数为1.1。

4.将按比例混合后的原料送入流化床反应器内，在流化床反应器内加热还原，进行一段还原过程；流化床反应器加热到800℃，停留0.5h，流化床反应器排出的一段还原物料铁金属化率为2％。

5.将一段还原物料送入还原反应罐内，并向还原反应罐内喷入煤粉，根据配煤计算确定，配煤过剩倍数为1.3；在还原反应罐中加热温度维持在1250℃，进行二段还原过程，提高金属化率，停留2.0h，还原反应罐排出的二段还原物料的铁金属化率为40％以上。

6.将二段还原物料送入深度还原炉，在深度还原炉加热，进行三段还原过程，提高金属化率，并实现铁水和炉渣分离；维持深度还原炉温度在1400℃，停留3.0h，深度还原炉排出的三段还原铁水的铁金属化率为96％以上。

实施例2

本实施例以一种安徽地区的褐铁矿石为原料，以安徽地区煤为还原剂采用本发明的方法生产铁水，经过以下步骤：

1.褐铁矿石的组成成分主要为：TFe:46.51％，FeO:0.16％，Fe₂O₃:67.98％，SiO₂:17.31％，Al₂O₃:3.67％，CaO:0.16％，MgO:0.28％，P:0.07％，S:0.13％，褐铁矿含量占80％，煤粉为安徽地区的煤，煤粉中的固定碳含量为81.6％。

2.原料粉碎，采用破碎机和磨矿机将复杂难选铁矿石粉碎至-0.5mm含量占60％，煤粉碎至-0.5mm含量占50％。

3.原料混匀，据配煤计算和实际需要，原料混合中配煤过剩倍数为1.15。

4.将按比例混合后的原料送入流化床反应器内，在流化床反应器内加热还原，进行一段还原过程；流化床反应器加热到900℃，停留1.0h，流化床反应器排出的一段还原物料铁金属化率为10％。

5.将一段还原物料送入还原反应罐内，并向还原反应罐内喷入煤粉，据配煤计算和实际需要，配煤过剩倍数为1.3，在还原反应罐中加热温度维持在1300℃，进行二段还原过程，提高金属化率，停留2.0h，还原反应罐排出的二段还原物料的铁金属化率为40％以上。

6.将二段还原物料送入深度还原炉，在深度还原炉中加热，进行三段还原过程，提高金属化率，并实现铁水和炉渣分离；维持深度还原炉温度在1400℃，停留3.5h，深度还原炉排出的三段还原铁水的铁金属化率为96％以上。

实施例3

本实施例以一种甘肃地区菱铁矿石为原料，以当地煤为还原剂采用本发明的方法生产铁水，经过以下步骤：

1.菱铁矿石的组成成分主要为：TFe:26.75％，FeO:20.23％，SiO₂:30.23％，Al₂O₃:8.65％，CaO:0.68％，MgO:1.89％，P:0.03％，S:0.15％，矿石中菱铁矿含量为70％。煤粉为当地的煤，煤粉中的固定碳含量为82.9％。

2.原料粉碎，采用破碎机和磨矿机将复杂难选铁矿石粉碎至-0.1mm含量占50％，煤粉碎至-0.1mm含量占30％。

3.原料混匀，据配煤计算和实际需要，原料混合中配煤过剩倍数为1.1。

4.将按比例混合后的原料送入流化床反应器内，在流化床反应器内加热还原，进行一段还原过程；流化床反应器加热到1000℃，停留0.5h，流化床反应器排出的一段还原物料铁金属化率为5％。

5.将一段还原物料送入还原反应罐内，并向还原反应罐内喷入煤粉，据配煤计算和实际需要，配煤过剩倍数为1.4，在还原反应罐中加热温度维持在1250℃，进行二段还原过程，提高金属化率，停留3.0h，还原反应罐排出的二段还原物料的铁金属化率为45％以上。

6.将二段还原物料送入深度还原炉，在深度还原炉加热，进行三段还原过程，提高金属化率，并实现铁水和炉渣分离；维持深度还原炉温度在1350℃，停留3.0h，深度还原炉排出的三段还原铁水的铁金属化率为98％以上。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域的普通技术人员在本发明的范围内对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种多段还原复杂难选铁矿粉生产铁水的方法，其特征在于本方法包括以下步骤：

(1)原料选备，本方法选用铁矿石铁品位为30～55％，主要包括鲕状赤铁矿石、微细粒赤铁矿石、难选镜铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿石和其他复杂难选的铁矿石为冶炼原料，选择固定碳含量≥70的各种类型非焦煤为还原剂；

(2)原料粉碎，采用破碎机和磨矿机将复杂难选铁矿石粉碎至≤2mm，煤粉碎至≤2mm；

(3)原料混合，按照重量比例配料混合获得混合物料，根据原料中铁矿物转变为Fe₃O₄所需要的碳含量计算，选择的的配煤过剩倍数为1.1～1.2；煤粉的配比量应保证在一次还原反应器内具有还原性氛围，并将反应器温度提高到所设计的温度，将矿石中的含铁矿物还原成Fe₃O₄相态为主；

(4)一次还原，将按前述比例混合获得的混合物料送入流化床反应器内，在流化床反应器内加热还原，进行一段还原过程；流化床反应器内的温度为700～1000℃，混合物料在其中的停留时间为0.2～1.0h，然后排出流化床，获得金属化率为0％～20％的一段还原物料；

(5)二次还原，将一段还原物料送入还原反应罐内，并向还原反应罐内喷入煤粉，喷入煤粉量根据一段还原物料产品未转化为金属铁的铁矿石原矿相含量计算，其选择的的配煤过剩倍数为1.2～1.4；理论配煤量的计算方式法如3.1～式3.3所示：

铁矿石原矿中的氧含量见式3.1，

βO＝[βTFe-βFeO×56÷72]×48÷112+βFeO×16÷72 (3.1)

其中，βO—原矿中氧含量，按质量百分数计％；

βTFe—原矿中全铁含量，％；

βFeO—原矿中FeO含量，％；

还原原矿所需的理论配碳量见式3.2，

Cr＝βO×12÷16 (3.2)

其中，Cr—原矿还原理论需要碳量，％；

矿石全部还原所需理论配煤量如式3.3所示，

∑C＝Cr÷Cd (3.3)

其中，∑C—理论配煤量，％；

Cd—煤固定碳含量，％；

将原矿中TFe和FeO的相对含量代入式3.1，求得铁矿石中的氧含量βO；再将βO代入式3.2求得原矿的还原理论碳含量Cr，最终由3.3式获得理论配煤量；二次还原中，选择的的配煤过剩倍数为1.2～1.4，即实际配煤量与理论配煤量的比值1.2～1.4；

在还原反应罐中加热温度维持在800～1300℃，进行二段还原过程，提高金属化率，停留1.0～5.0h，还原反应罐排出的二段还原物料的铁金属化率为10％～70％以上；

(6)三段还原炉采用电加热和给入少量煤粉燃料方式进行保温和保证还原气氛，并将二段还原物料送入深度还原炉内，在深度还原炉中加热，进行三段还原过程，提高金属化率，并实现铁水和炉渣分离；维持深度还原炉温度在1200～1500℃，停留2.0～5.0h，深度还原炉排出的三段还原铁水的铁金属化率为95％以上。