CN1102215A - 生产直接还原铁的方法 - Google Patents

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汪琦
田济民
李文忠
杨迪光
宋阳生
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Abstract

本发明公开了一种生产直接还原铁的方法。其 特点是：用煤作还原剂制成的含碳球团为炉料，用高 炉煤气或空气发生炉煤气作热源和冷却气体，在一座 炉料与炉气相向运动的竖炉中，直接还原含碳球团。 整个还原过程都是在氧化气氛中完成的。
本发明打破了用竖炉作为直接还原装置，必须要 用天然气作一次能源和用煤作一次能源，必须采用外 加热式的传统做法。本发明设备简单、投资少、操作 灵活方便、显著降低能耗。

Description

本发明涉及一种以含碳球团为原料，直接还原铁的方法，特别是以煤作还原剂，制成含碳球团为炉料，在炉料和炉气相向运动的竖炉中生产直接还原铁的方法。
按使用一次能源种类的不同，直接还原铁的方法分为两种类型：一种是以天然气为一次能源;另一种是以煤为一次能源。以天然气为一次能源的直接还原铁方法，由于受到天然气资源分布集中，贮量少的限制，难于大规模推广和发展。因此，用贮量丰富，分布面广的煤作为一次能源直接还原铁的方法已成为人们关注的问题。
现有的煤基直接还原铁的方法主要有：回转窑法和外热式竖炉法。回转炉设备庞大、效率低、易结圈等技术问题至今没有显著改善，所以推广缓慢。外热式竖炉法生产周期长，生产能力也不高。还有一种把煤气化，间接使用煤的直接还原铁方法，由于装置投资高，目前无法实施。
美国伊尔萨公司1992年1月1日公开了一件名为“用于热态直接还原铁的生产方法和装置”的专利申请，申请号为91103958.9。该申请以铁矿石为原料，在竖直移动床反应器中，由一氧化碳和氢气组成的热还原气体将矿石颗粒还原。该申请使用的原料、反应器外部设备、内部气体运动状态及热源和冷却气体与本发明截然不同，并且要用天然气为能源，存在前面所述的缺点。因此可以认为不对本发明构成影响。
本发明的目的在于：提供一种以煤作还原剂制成含碳球团为炉料，用低热值煤气作热源和冷却气体，在简单的竖炉中生产直接还原铁的方法，使生产设备简单、操作灵活方便、可靠性强、热效率高，并且显著减少投资降低生产成本。
本发明的目的靠以下方案实现。
一种在一座移动床竖直反应器中，用煤作还原剂制成的含碳球团为炉料，用高炉煤气或发生炉煤气作热源和冷却气体，生产直接还原铁的直接还原方法，该方法包括以下内容：
上述反应器是一座上部有还原区，中间有过渡区，下部有冷却区及燃烧室的竖炉，待还原的含炭球团装入竖炉顶部，形成移动床，在还原区内，沉降的含碳球团与逆流向上流动的燃烧产生的热气体接触，获得加热还原的热量，生成还原铁，从还原区排出的还原铁，继续沉降经过过渡区，进入冷却区后，与逆流向上流动的冷却煤气接触，被冷却，得到最终还原铁产品;冷却煤气由冷煤气入口通入，从冷煤气出口排出进入燃烧室，燃烧室内，通入的燃烧煤气和冷却区进入的煤气与助燃空气燃烧，生成高温气体，从喷火口进入还原区的下部，还原产生的废气从竖炉顶部排出。
本发明实现了用煤作一次能源，在竖炉反应器中，在炉料与气流相向运动条件下生产直接还原铁。打破了用竖炉作为直接还原装置，必须要用天然气作为一次能源和用煤作一次能源必须采用外加热方式的传统做法。
本发明与气基竖炉直接还原法比较，取消了还原气体的转化制取、加热，使工艺过程大为简化，与外热式竖炉比较，将传导传热改为对流传热，传热速度加快、热效率提高、生产周期缩短、生产率得到提高。与回转窑工艺比较，竖炉的设备简单、投资少、操作灵活方便、生产安全可靠。工艺能耗和实际能耗分别比回转窑工艺降低15.88%和27.08%，达到了气基竖炉直接还原实际能耗10×106KJ/tFe的水平。
附图为生产直接还原铁的工艺流程图。
下面结合附图用实施例对本发明进一步详细说明。
含碳球团的制取采用冷压-冷固方法。其配煤比按煤中碳的摩尔数nc与含铁矿物中与铁氧化物结合的氧原子的摩尔数no之比及生产还原铁对金属化率的要求确定。如金属比率为90～95%，由nc/no＝0.8～0.9。
制成的含碳球团21通过装料管2进入竖炉1。在还原区3内，含碳球团吸收逆流向上流动的热气体22的热量，被加热还原，转化为还原铁。还原铁沉降，经过过渡区5至冷却区7后，被冷却煤气6冷却后，经排料器8排出炉外。
在现有钢铁企业中，高炉冶炼过程由于受到化学平衡的限制，煤气的CO利用率为45%～52%，发热值为3000KJ/m3。因此用高炉煤气作为该方法的热源和冷却气体。
将用作燃烧的高炉煤气24从燃烧煤气入口12通入燃烧室10，与从冷却煤气出口6通入的，已被预热的煤气25一起，在燃烧室内与从助燃空气入口13通入的空气燃烧，生成成份为CO2+N2，温度为1200～1250℃的燃烧气体22，从喷火口4进入竖炉内的还原区的下部。在还原区内，炉料与炉气相向运动，进行热交换，使含碳球团在高温的氧化性气氛中金属化。向上流动的热气体从炉顶废气出口管14排出炉外。
炉料在炉内的顺行是保证竖炉正常生产的必要条件。由于含碳球团的固有特性，在高温1200～1500℃下，不会发生粘结。因此，不仅保证了生产的可靠性和高效率，而且高温下的还原，对处理多金属共生的复合矿极为有利。
由Fe-O-C平衡状态图可见，用高炉煤气作冷却气体，还原铁会被氧化。但这种氧化过程很快就因球团表面生成氧化物层而停滞。这不仅保证了还原铁的冷却，而且使其表成“纯化”，防止产品的再氧化，有利于运输和贮存。
按上述的实施方案，生产一吨还原铁的热平衡及经济指标见表1和表2。由表可见，从炉顶排出的废气仍具有2500～3000KJ/m3的热值。因此本方案是将炉顶排出的废气经脱水冷却器15进入除尘器16再经加压泵17进入冷却煤气入口9，作为冷却煤气的补充循环使用。
本实施例中的冷却煤气23，是从煤气发生炉18中产生的，经脱水器19进入除尘器20，再进入冷却煤气入口9。对于现有的钢铁企业，可以用高炉煤气直接作为冷却煤气。图中还有一个标记11是燃烧室的排灰口。
Figure 931158761_IMG2

Claims (5)

1、一种在一座移动床竖直反应器中，用煤作还原剂制成的含碳球团为炉料，用高炉煤气或发生炉煤气作热源和冷却气体，生产直接还原铁的直接还原方法，该方法包括以下内容：
上述反应器是一座上部有还原区，中间有过渡区，下部有冷却区及燃烧室的竖炉，待还原的含炭球团装入竖炉顶部，形成移动床，在还原区内，沉降的含碳球团与逆流向上流动的燃烧产生的热气体接触，获得加热还原的热量，生成还原铁，从还原区排出的还原铁，继续沉降经过过渡区，进入冷却区后，与逆流向上流动的冷却煤气接触，被冷却，得到最终还原铁产品；冷却煤气由冷煤气入口通入，从冷煤气出口排出进入燃烧室，燃烧室内，通入的燃烧煤气和冷却区进入的煤气与助燃空气燃烧，生成高温气体，从喷火口进入还原区的下部，还原产生的废气从竖炉顶部排出。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：其中竖炉内的过渡区、还原区和冷却区的气体被炉料隔离，并有序分流。
3、按照权利要求2所述的方法，其特征在于：其中的冷却煤气在冷却区被预热后进入燃烧室。
4、按照权利要求3所述的方法，其特征在于：其中的含碳球团的还原和金属化球团的冷却都是在氧化性气氛中进行的。
5、按照权利要求1至4中任何一个权利要求所述的方法，其特征在于：从竖炉顶部排出的废气经脱水净化后，既可在本方法的操作系统内作为煤气循环使用，又可作为其他部门的燃料。
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