CN113005253A - 一种含碳球团生产铁水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含碳球团生产铁水的方法，属于钢铁冶炼技术领域，解决了现有高炉和熔融还原炼铁生产煤耗高、碳排放大和环境污染大等问题。本发明包括以下步骤：步骤S1、加热还原：将普通铁精矿粉制成的含碳球团加入上、下双向间接加热的密闭加热炉内进行加热还原，密闭加热炉内最高温度为1050℃～1200℃，物料在炉内停留15min～100min，物料厚度20mm～60mm，得到还原率超过85％的金属化球团；步骤S2、热出：金属化球团热出离开加热区进入高温料仓；步骤S3、电熔化：用电将热态金属化球团熔化形成铁水和炉渣。进一步的发明，在步骤S1和步骤S3中加入不同的添加剂，能够实现低碳、低成本、高效率、大规模生产低磷、低硅铁水，经济效益显著。

Description

一种含碳球团生产铁水的方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼领域，尤其涉及从铁矿粉生产铁水的方法。
背景技术
钢铁是重要的金属材料，其主要生产流程是高炉-转炉生成钢水，其中高炉炼铁是耗能大户、排放大户，因此多年来各国研究者都在试图开发非高炉炼铁新工艺流程。
COREX流程是最早工业化的熔融还原生产铁水工艺，但经过我国十几年的工业实践，发现煤耗高(约1000公斤)，同时还需要焦炭、烧结等制备污染工序，因此未能在我国推广。
Hismelt是澳大利亚开发的粉矿直接熔融还原生产铁水工艺，可直接使用粉矿、粉煤冶炼，这是技术进步，目前该工艺已能生产铁水，但生产尚不能长期稳定生产，另外，煤耗依然处于900公斤左右水平，限制了其发展空间。
FINEX是奥钢联、浦项联合开发的粉矿流化床还原+熔融气化炉冶炼铁水工艺，但存在工艺不稳定、工艺复杂、吨铁煤耗较高等问题，与高炉相比，优势不明显，因此其推广也受到限制。
其他生产铁水的非高炉工艺还有转底炉+熔分工艺，气基竖炉还原+熔分电炉等方式。
国内某团队曾提出了低温快速还原铁矿粉生产海绵铁的方法(ZL200410000815.6)，能够快速还原铁矿粉，但对粒度要求过高，要求2～80微米。而普通铁精矿粉粒度分布在200目占70～80％，尚达不到该专利使用的原料条件。如果使用，将需要进一步将铁矿粉进一步磨细。由于炼铁属于大规模生产，大规模制备细微铁矿粉的设备还需要进一步开发。
为了能适应普通粒度的铁精矿粉使用，促进大规模铁水生产，本发明提出了新型的冶炼工艺流程及冶炼参数，作为进一步的发明，在步骤S1和步骤S3加入不同的添加助剂，实现低温低碳制备低杂质含量的铁水。
发明内容
本发明提供了一种含碳球团生产铁水的方法，属于钢铁冶炼技术领域，解决了现有高炉和熔融还原炼铁生产煤耗高、碳排放大和环境污染大等问题。本发明包括以下步骤：步骤S1、加热还原：将普通铁精矿粉制成的含碳球团加入上、下双向间接加热的密闭加热炉内进行加热还原，密闭加热炉内最高温度为1050℃～1200℃，物料在炉内停留15min～100min，物料厚度20mm～60mm，得到还原率超过85％的金属化球团；步骤S2、热出：金属化球团热出离开加热区进入高温料仓；步骤S3、电熔化：用电将热态金属化球团熔化形成铁水和炉渣。
作为本发明的进一步发明，本发明在步骤S1和步骤S3中加入不同的添加剂，能够实现低碳、低成本、高效率、大规模生产低磷、低硅铁水，经济效益显著。
在加热还原步骤中加入第一助剂，有利于降低加热温度，降低能耗，并且提高金属转化率，降低产物中磷的含量，但是由于第一助剂的加入，会导致产品中硅和硫元素含量偏高，因而发明人进一步在电熔化步骤中加入第二助剂，其中的组分能够有效降低铁水中磷，硅，硫的含量。
具体的方案如下：
一种含碳球团生产铁水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、加热还原：将铁精矿粉制成的含碳球团加入上、下双向间接加热的密闭加热炉(1)内进行加热还原，密闭加热炉(1)内加热温度为1050℃～1200℃，物料在炉内停留15min～100min，物料厚度20mm～60mm，得到还原率超过85％的金属化球团；
步骤S2、热出：金属化球团热出离开加热区进入高温料仓；
步骤S3、电熔化：用电将热态金属化球团熔化形成铁水和炉渣。
进一步的，所述步骤S1中，含碳球团主要原料包括铁矿粉、碳质还原剂、熔剂和粘结剂，通过冷压成型或圆盘造球的方式形成一定粒度的含碳球团，球团平均粒度8mm～50mm，进入密闭加热炉前含碳球团的水分控制在5％以下；铁矿粉选自磁铁精矿粉或赤铁精矿粉，或普通粒度铁矿粉经过破碎球磨到100目以下；含碳还原剂和铁矿粉的质量配比按照碳还原剂中的碳元素和铁矿粉中的氧元素的质量比为C:O＝0.7～1.0配比；熔剂选自生石灰或白云石。
进一步的，含碳球团中还包括第一助剂，所述第一助剂与铁矿粉的质量配比按照9:100配比；所述第一助剂由以下质量比的组分组成：碳酸钠12份、木质素磺酸钠15份、硅藻土18份、过硼酸钠10份、和氧化硼9份。
进一步的，所述步骤S1中，采用密闭加热炉(1)内产生的煤气经过煤气净化单元(2)净化处理后返回密闭加热炉(1)作为加热主要热源，同时，补充热源单元(5)为密闭加热炉(1)提供部分补充热源，补充热源选自液化气、焦炉煤气、天然气或煤气发生炉煤气。
进一步的，其特征在于，所述密闭加热炉(1)的加热系统采用间接加热器加热；所述间接加热器选自U型热辐射管、W型热辐射管、P型热辐射管或者直型热辐射管，热辐射管的材质选自高温耐热钢、高温镍基合金或镍钴基合金；进一步优选的，所述步骤S1中，密闭加热炉(1)内压力为表显压力100Pa～5000Pa；进一步优选地，所述步骤S1中，所述间接加热器产生的高温废烟气经过两级换热将热量传给助燃风返回加热系统，两级换热后的废烟气温度为300℃～550℃，此废烟气用于原料干燥或者作为其它用途。
进一步的，其特征在于，所述步骤S2中，热出方式选自密闭高温螺旋、高温推杆、高温圆盘出料、钢带自身转弯时翻料的将热态金属化球团离开加热炉的出料方法。
进一步的，所述步骤S2和S3之间，还设置有热压块工序，增加金属化球团的密度，进而提高电熔化效率。
进一步的，所述步骤S3中，电熔化装备为的用电为主的加热装备，具体选自电弧炉、矿热电炉、感应加热炉、或微波加热炉。
进一步的，所述步骤S3中，加入第二助剂，所述第二助剂与所述金属化球团的质量配比按照3:100配比；所述第二助剂由以下质量比的组分组成，亚硝酸钙12份、高氯酸钙11份、硼砂20份和羟甲基纤维钠10份。
本发明具有如下有益效果：
(1)直接利用我国的铁矿粉资源，无烧结、氧化球团、焦化等高温、排放负荷大的原料预处理工序。
(2)通过在步骤S1和S3分别加入不同的添加剂，能够降低加工温度，降低能耗，降低产物杂质含量，提高产物纯度。具体的，利用熔剂生石灰在高温过程中与硅藻土的反应，能够有效破坏铁橄榄石物相，降低铁橄榄石形成，促进熔渣中铁橄榄石相的转型，促进磁铁矿的生成，并且碳酸钠和木质磺酸钠以及其他组分的共同作用能够提高碳团中的金属转化率；第二助剂中的组分能够有效降低铁水中磷，硅，硫的含量。
(3)上、下双向间接加热的密闭加热炉，实现上、下同时加热，加热效率高，并实现煤气简单、高效低成本返回使用回收，实现工艺“零化学热”煤气外排。无需变压吸附脱除CO2、煤气预热等工序。
(4)低温还原实现低配碳，并且返回煤气氧化度达到30％水平，还原化学热消耗少，总的能耗需求低。高温高金属化球团的热出、热装及熔分技术，进一步降低过程的能量损失。
(5)废烟气热量梯级利用，用于干燥原料及球团。
(6)生产低磷、低硅铁水。
(7)低碳冶炼，吨铁水煤耗约300公斤(具体数值与煤粉成分相关)、天然气50m3、还原过程无需纯氧冶炼。
因此，本发明专利不仅提供了一种高产品质量的铁水生产，还实现了低碳、低成本生产，同时对原料粒度要求显著降低，更易大规模生产应用。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明的含碳球团生产铁水系统的结构示意图
图2为实施例1的工艺流程图
图3为实施例2的工艺流程图
图4为实施例3的工艺流程图
图5为实施例4的工艺流程图
附图标记：
1-密闭加热炉，2-煤气净化单元，3-煤气柜，4-熔分电炉，5-补充热源单元，6-高温料仓。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明提供了一种含碳球团制备铁水系统，包括密闭加热炉1、煤气净化单元2、电熔分炉4、补充热源单元5和高温料仓6；密闭加热炉1内设有传送钢带和加热系统，物料铺在钢带上，加热系统采用间接加热器加热，在钢带的上、下两侧双向加热；密闭加热炉1内产生的高温煤气经过煤气净化单元2净化处理后作为密闭加热炉1的主要加热热源，补充热源单元5为密闭加热炉1提供部分补充热源。
具体的，煤气净化单元2包括洗气塔、电除焦单元、间冷单元和煤气柜3。
具体的，在一种可能的设计中，煤气净化单元2还包括高温除尘单元。
具体的，如果还原剂的含硫量较高或环保要求对大气排放硫含量水平限制更加严格了，则还需要对煤气进行脱硫处理，因此，在一种可能的设计中，煤气净化单元2还包括脱硫单元。
密闭加热炉1内产生的高温煤气由变频引风机抽出，经由预热段与冷态物料交换热量后进入煤气净化单元2(若还原剂的含硫量较低，则先后经过除尘单元、电除焦单元和间冷单元；若还原剂的含硫量较高，则先后经过除尘单元、电除焦单元、间冷单元和脱硫单元)处理后得到净化后的煤气，净化后的煤气存入煤气柜3内，供给密闭加热炉1，作为密闭加热炉1的主要加热热源。具体的，经过煤气净化单元2净化处理后的高温煤气在加热段的辐射管中燃烧放热来加热物料。
具体的，补充热源包括热值为1GJ～3GJ/t铁粉的煤气，例如液化气、焦炉煤气、天然气或煤气发生炉煤气等。
密闭加热炉1内包括预热段和加热段。由于炉膛内的气氛是从加热段尾部向炉头流动的，因此在炉头设置预热段能有效利用炉膛内气氛的热量预热物料，提高能量利用率。
具体的，所述间接加热器为U型热辐射管、W型热辐射管、P型热辐射管或者直型热辐射管，热辐射管的材质为高温耐热钢、高温镍基合金或镍钴基合金。
具体的，间接加热器产生的高温废烟气经过两级换热将热量传给助燃风返回加热系统，两级换热后的废烟气温度为300℃～550℃，此废烟气可用于干燥球团的热源或者作为其它用途。
具体的，电熔化炉即用电熔化金属化球团，电加热装备有电弧炉、矿热电炉、感应加热炉和微波加热等多种类型的加热装备。
具体的，对于某些电加热装备，可能将需要增加金属化球团密度，则在高温料仓后增加热压块工序，然后热压块再进入电熔化炉熔化得到铁水和炉渣。
具体的，含碳球团制备铁水系统还包括含碳球团制备单元，将铁精矿粉、碳质还原剂粉、熔剂、粘结剂等按照一定比例混合成球，成球的方法包括圆盘造球、冷压成型等，成球后利用生产系统产生的废热进行干燥，便于系统节能。
本发明还提供了一种含碳球团制备铁水的方法，采用上述含碳球团制备铁水的制备系统，包括以下步骤：
步骤S1、加热还原：将普通铁精矿粉制成的含碳球团加入上、下双向加热且采用间接加热的密闭加热炉(1)内进行加热还原，密闭加热炉(1)内最高温度为1050℃～1200℃，物料在炉内停留15min～100min，物料厚度20mm～60mm，得到还原率超过85％的金属化球团；
步骤S2、热出：金属化球团热出离开加热区进入高温料仓；
步骤S3、电熔化：用电将热态金属化球团熔化形成铁水和炉渣。
具体的，含碳球团主要原料有铁矿粉、碳质还原剂、熔剂、粘结剂等，可通过冷压成型或圆盘造球等方式形成一定粒度的含碳球团，平均粒度8mm～50mm，铁矿粉可用磁铁精矿粉或赤铁精矿粉，不必进一步细磨了；或普通粒度铁矿粉经过破碎球磨到100目以细水平。根据本发明装备特点，含碳还原剂和铁精矿粉的质量配比按照C:O＝0.7～1.0配比。熔剂一般选择生石灰等，如果考虑再熔分炉中补加部分熔剂，含碳球团则可以不加熔剂或少加，这要根据具体的冶炼制度需求决定。
粘结剂有膨润土、水玻璃、有机粘结剂、无机-有机混合粘结剂等多种方式，由于本冶炼工艺球团是固定的，对球团强度要求较低。因此加入量可少一些粘结剂，降低过程成本。
造球后，含碳球团要进行干燥，将水分控制在5％以下。
具体的，本发明方法采取了双向加热，并在自产煤气保护下反应，因此还原效果明显优于转底炉还原体系。但在同等温度下，还原速度要差于ZL200410000815.6的还原效果，其原因是本发明采用了普通粒度的铁精矿粉，而ZL200410000815.6使用了粒度更细的铁矿粉，还原动力学条件更加优越。为此，经过多年研究，开发了上、下同时加热方式，通过改善热传递，可以适度提高反应速度，另外为了实现快速反应，还适度地提高了反应温度。但所选择的温度范围要适合新型加热炉耐热材料的要求。并设计了返回煤气回收、废热能量梯级利用和热出、热送进熔分电炉等整个完整冶金流程，降低冶炼能耗和提高生产效率。经过研究，发现固态还原的金属化球团还原率达到85％以上，整体流程更节能、效率更高。为此得到本发明上下双向间接加热密闭加热炉的适宜冶炼条件：炉膛内最高温度1050℃～1200℃，停留时间为15min～100min，物料厚度20mm～60mm，可以得到还原率达到85％以上的金属化球团。温度较高、铺料厚度较薄时，球团停留时间短，反之亦然。当然物料厚度、加热温度或停留时间某个条件超出本发明的适宜条件，也能得到金属化球团，不过综合效率会差一些。
由于炉内采用间接加热方式，炉内可自产煤气，从而本发明的含碳球团的C:O可以低于1：1，这样降低了碳质材料添加量，同时还可以保证高的金属化率。
更进一步的发明，在加热还原步骤中加入第一助剂，有利于降低加热温度，降低能耗，并且提高金属转化率，降低产物中磷的含量，但是由于第一助剂的加入，会导致产品中硅和硫元素含量偏高，因而发明人进一步在电熔化步骤中加入第二助剂，其中的组分能够有效降低铁水中磷，硅，硫的含量。
具体的，上述步骤S1中，采用此密闭加热炉1内产生的经过煤气净化单元2净化处理的煤气(净化除去煤气中的粉尘和油等杂质)作为加热主要热源，同时补充热值为1GJ～3GJ/t铁水的煤气。由于密闭加热炉1内要实现炉内自产煤气回收，为了保证设备安全，密闭加热炉1内要保证炉内的压力为表显压力100Pa～5000Pa(表压)的正压，因此传送钢带进入预热段、加热段均要有严格的密闭措施，示例性的，在炉头和炉尾采用氮气密封、水封等。
具体的，采用密闭加热炉(1)内产生的煤气经过煤气净化单元(2)净化处理后作为加热主要热源，同时，补充热源单元(5)为密闭加热炉(1)提供部分补充热源，包括液化气、焦炉煤气、天然气或煤气发生炉煤气等。
具体的，所述密闭加热炉(1)的加热系统采用间接加热器加热；所述间接加热器为U型热辐射管、W型热辐射管、P型热辐射管或者直型热辐射管，热辐射管的材质为高温耐热钢、高温镍基合金或镍钴基合金。
具体的，上述步骤S1中，煤气净化单元2净化处理煤气根据还原剂含硫量以及各地的环保政策可添加脱硫工序。
具体的，所述间接加热器产生的高温废烟气经过两级换热将热量传给助燃风返回加热系统，两级换热后的废烟气温度为300℃～550℃，此废烟气用于原料干燥、球团干燥或者作为其它用途。
具体的，所述步骤S2中,热出方式有密闭高温螺旋、高温推杆、高温圆盘出料、钢带自身转弯时翻料等各种将热态金属化球团离开加热炉的出料方法。
具体的，所述步骤S3中，电熔化装备包括电弧炉、矿热电炉、感应加热、微波加热等用电为主的加热装备。这些加热装备对金属化球团使用性能有一定差距，要根据金属化球团属性和所选熔分设备选择后匹配参数。熔化过程中，由于少量FeO存在，保证了产品中的硅和磷含量低，简化了后续的脱磷任务，也将改变后续的炼钢模式，实现低成本、少渣炼钢。
具体的，所述步骤S2和S3之间，还可以增加热压块工序，增加金属化球团的密度，这样可以提高电熔化效率。
本发明与转底炉单向内燃烧加热还原相比，本发明还原温度明显降低，并且产品还原率提高，含碳球团的C:O比可以小于1，而转底炉C:O是大于1的。
本发明可以实现冶炼一吨铁水仅需300公斤煤耗，远低于高炉炼铁和现有的各种熔融还原工艺，并且不用烧结、焦化等高能耗、高污染工序，实现低碳炼铁。
实施例1
本实施例提供了一种含碳球团制备铁水方法，采用上述的制备系统及制备方法，工艺流程图如图2所示。具体的细节如下：
磁铁精矿粉主要成分见表1，-200目为70％。还原剂为无烟煤粉，成分见表2，平均粒度100目。熔剂为生石灰粉，成分见表3，平均粒度为100目，压球粘结剂为工业废糖浆。
表1磁铁精矿粉主要成分/wt％
Figure BDA0002947965790000111
表2无烟煤粉主要成分/wt％
挥发份 灰份 固定碳 水份 S
7.1 10.8 78.5 3.1 0.5
表3生石灰主要成分/wt％
CaO SiO<sub>2</sub> MgO LOI
79.33 5.05 3.27 10.69
其中，LOI为烧损量。磁铁精矿粉、无烟煤、熔剂的干基质量比为100：19：4，工业废糖浆按照总质量的4％加入。上述原料然后在连续混碾机中混匀，在对辊式压球机上压球，球形20mm×30mm的椭球，并在链板式干燥机上干燥得到水分小于2％的含碳球团，供后序工序使用。
上、下双向间接加热的密闭加热炉传送钢带材质为253MA；采用W型热辐射管加热，材质为高温镍钴基合金；炉内加热段最高温度1200℃。铺料厚度30mm，物料在炉内停留30min。
密闭加热炉内设定压力为2000Pa(表压)可调，传送钢带进入密闭加热炉采用水密封，传送钢带离开冷却水套采用水密封。
密闭加热炉内自产的煤气由变频引风机抽出，先后经过旋风除尘、洗气塔、电除焦、间接冷却得到净化后清洁的煤气。净化后的煤气存入煤气柜内，供给密闭加热炉。部分烧嘴采用天然气加热，一吨铁水的消耗气量的总热值为2GJ～3GJ。辐射管产生的高温废烟气经过两级换热将热量传给助燃风返回加热系统，两级换热后的废烟气温度为450℃。此废热烟气作为原料预处理和球团预热的热源。
密闭加热炉得到还原率90％±5％的金属化球团，通过密闭高温螺旋将物料从钢带上导出落入高温料仓内，然后供给感应炉使用。
在感应炉内将热态的金属化球团熔化分离得到铁水和炉渣。其中铁水中磷含量为<0.01％、硅含量<0.01％、S含量0.08％±0.02％、碳含量为2.5％±0.5％。
实施例2
本实施例提供了一种含碳球团制备铁水方法，采用上述的制备系统及制备方法，工艺流程图如图3所示。具体的细节如下：
赤铁精矿粉主要成分见表4，-200目为80％。还原剂为烟煤，成分见表5，平均粒度100目。熔剂为白云石，成分见表6，平均粒度为100目，压球粘结剂为工业废糖浆和消石灰粉混合体，各占50％。
表4赤铁精矿粉主要成分/wt％
Figure BDA0002947965790000131
表5烟煤主要成分/wt％
挥发份 灰份 固定碳 水份 S
31.2 7.3 55.5 5.1 0.9
表6白云石主要成分/wt％
Figure BDA0002947965790000132
其中，LOI为烧损量。赤铁精矿粉、烟煤、熔剂的干基质量比为100：23：5，工业废糖浆按照总质量的4％加入。上述原料然后在连续混碾机中混匀，在对辊式压球机上压球，球形20mm×30mm的椭球，并在链蓖式干燥机上干燥得到水分小于3％的含碳球团，供后序工序使用。
上、下双向间接加热的密闭加热炉传送钢带材质为SUS 310S；采用W型热辐射管加热，材质为高温镍基合金；炉内加热段最高温度1150℃。铺料厚度55mm，物料在炉内停留90min。
密闭加热炉内设定压力为300Pa(表压)可调，传送钢带进入密闭加热炉采用氮气密封，传送钢带离开冷却水套采用氮气密封。
密闭加热炉内自产的煤气由变频引风机抽出，先后经过旋风除尘、洗气塔、电除焦、间接冷却和脱硫得到净化后清洁的煤气。
净化后的煤气存入煤气柜内，供给密闭加热炉。部分烧嘴采用液化气加热，一吨铁水的消耗气量的总热值为2GJ。辐射管产生的高温废烟气经过两级换热将热量传给助燃风返回加热系统，两级换热后的废烟气温度为550℃。此废热烟气可用于原料预处理或球团预热的热源。
密闭加热炉得到还原率88％±3％的金属化球团，通过密闭高温推杆将物料从钢带上导出落入高温料仓内，然后供给电弧炉使用。
在电弧炉内主要冶炼废钢，配加20～30％的热态金属化球团，吹氧助熔，将热态的金属化球团熔化分离得到铁水和炉渣。其中铁水中磷含量为0.018％±0.02％、硅含量<0.01％、S含量0.04％±0.01％、碳含量为0.3％±0.1％。
实施例3
本实施例提供了一种含碳球团制备铁水方法，采用上述的制备系统及制备方法，工艺流程图如图4所示。具体的细节如下：
磁铁精矿粉主要成分见表1，-200目为70％。还原剂为焦粉，成分见表7，平均粒度100目。熔剂为生石灰粉，成分见表3，平均粒度为100目，圆盘造球粘结剂为膨润土。
表7焦粉主要成分/wt％
挥发份 灰份 固定碳 水份 S
2.3 9.2 85.5 2.4 0.6
磁铁精矿粉、焦粉、熔剂的干基质量比为100：18：2，膨润土按照总质量的3％加入。上述原料混匀后在圆盘造球机中成球，球直径20mm，并在滚筒干燥机上干燥得到水分小于2％的含碳球团，供后序工序使用。
上、下双向间接加热的密闭加热炉传送钢带材质为SUS 310S；采用U型热辐射管加热，材质为高温镍基合金；炉内加热段最高温度1100℃。铺料厚度40mm，物料在炉内停留80min。
密闭加热炉内设定压力为500Pa(表压)可调，传送钢带进入密闭加热炉采用水密封，传送钢带离开冷却水套采用水密封。
密闭加热炉内自产的煤气由变频引风机抽出，先后经过旋风除尘、洗气塔、电除焦、间接冷却和脱硫得到净化后清洁的煤气。净化后的煤气存入煤气柜内，供给密闭加热炉。部分烧嘴采用焦炉煤气加热，一吨铁水的消耗气量的总热值为2GJ～3GJ。辐射管产生的高温废烟气经过两级换热将热量传给助燃风返回加热系统，两级换热后的废烟气温度为300℃。此废热烟气可用于原料预处理或球团预热的热源。
密闭加热炉得到还原率89％±4％的金属化球团，通过密闭高温圆盘排料机将物料从钢带上导出落入高温料仓内，再经过热压块压成海绵铁块，加入矿热电炉内使用。
在矿热炉内将热态海绵铁块熔化分离得到铁水和炉渣，炉料中补加块状生石灰。其中铁水中磷含量为0.015％±0.003％、硅含量0.02％～0.04％、S含量0.08％±0.02％、碳含量为3.0％±0.5％。
实施例4
本实施例提供了一种含碳球团制备铁水方法，采用上述的制备系统及制备方法，工艺流程图如图5所示。具体的细节如下：
铁矿粉采用澳矿粉，原始粒度<8mm，经过破碎和球磨后得到平均粒度为100目的铁矿粉。主要成分见表8。还原剂为无烟煤粉，成分见表2，平均粒度100目。熔剂为生石灰粉，成分见表3，平均粒度为100目。压球粘结剂为聚乙烯醇粉和消石灰粉混合体，比例为8：2。
表8铁矿粉主要成分/wt％
Figure BDA0002947965790000161
铁矿粉、无烟煤、熔剂的干基质量比为100：17：5，聚乙烯醇粉和消石灰粉混合体按照总质量的2％加入。上述原料然后在连续混碾机中混匀，在对辊式压球机上压球，球形20mm×30mm的椭球，并在链蓖式干燥机上干燥得到水分小于2％的含碳球团，供后序工序使用。
上、下双向间接加热的密闭加热炉传送钢带材质为SUS 310S；采用W型热辐射管加热，材质为高温镍基合金；炉内加热段最高温度1120℃。铺料厚度60mm，物料在炉内停留100min。
密闭加热炉内设定压力为300Pa(表压)可调，传送钢带进入密闭加热炉采用氮气密封，传送钢带离开冷却水套采用氮气密封。
密闭加热炉内自产的煤气由变频引风机抽出，先后经过旋风除尘、洗气塔、电除焦、间接冷却得到净化后清洁的煤气。
净化后的煤气存入煤气柜内，供给密闭加热炉。部分烧嘴采用天然气加热，一吨铁水的消耗气量的总热值为3GJ。辐射管产生的高温废烟气经过两级换热将热量传给助燃风返回加热系统，两级换热后的废烟气温度为550℃。此废热烟气可用于原料预处理或球团预热的热源。
密闭加热炉得到还原率88％±3％的金属化球团，通过钢带在高温传动滚侧的翻转将还原后的金属化球团导出落入高温料仓内，再经过热压块压成海绵铁块，然后供给电弧炉使用。
在电弧炉内冶炼100％的热态金属化球团，吹氧助熔和采用留渣操作，适当补充部分生石灰。将热态的金属化球团熔化分离得到铁水和炉渣。其中铁水中磷含量为<0.01％、硅含量<0.01％、S含量0.04％±0.02％、碳含量为0.5％±0.2％。
实施例5
采用实施例1的制备系统及制备方法，不同之处在于，在制备含碳球团时加入第一助剂，所述第一助剂与铁矿粉的质量配比按照9:100配比；所述第一助剂由以下质量比的组分组成：碳酸钠12份、木质素磺酸钠15份、硅藻土18份、过硼酸钠10份、和氧化硼9份；
上、下双向间接加热的密闭加热炉传送钢带材质为253MA；采用W型热辐射管加热，材质为高温镍钴基合金；炉内加热段最高温度1050℃。铺料厚度30mm，物料在炉内停留30min。
密闭加热炉内设定压力为2000Pa(表压)可调，传送钢带进入密闭加热炉采用水密封，传送钢带离开冷却水套采用水密封。
密闭加热炉内自产的煤气由变频引风机抽出，先后经过旋风除尘、洗气塔、电除焦、间接冷却得到净化后清洁的煤气。净化后的煤气存入煤气柜内，供给密闭加热炉。部分烧嘴采用天然气加热，一吨铁水的消耗气量的总热值为2GJ～3GJ。辐射管产生的高温废烟气经过两级换热将热量传给助燃风返回加热系统，两级换热后的废烟气温度为450℃。此废热烟气作为原料预处理和球团预热的热源。
密闭加热炉得到还原率92％±5％的金属化球团，通过密闭高温螺旋将物料从钢带上导出落入高温料仓内，然后供给感应炉使用。
在感应炉内将热态的金属化球团熔化分离得到铁水和炉渣。其中铁水中磷含量为<0.005％、硅含量0.02％±0.005％、S含量0.15％±0.02％、碳含量为2.5％±0.5％。
实施例6
采用采用实施例5的制备系统及制备方法，不同之处在于，在感应炉内将热态的金属化球团加入第二助剂，所述第二助剂与所述金属化球团的质量配比按照3:100配比；所述第二助剂由以下质量比的组分组成，亚硝酸钙12份、高氯酸钙11份、硼砂20份和羟甲基纤维钠10份。熔化分离得到铁水和炉渣。其中铁水中磷含量为<0.005％、硅含量0.005％±0.001％、S含量0.02％±0.005％、碳含量为2.5％±0.5％。
上述实施例1-6中生产1吨铁水还原配煤270kg～360kg，远远低于目前的高炉炼铁基各种熔融还原炼铁煤耗。并且进一步的实施例6中的磷，硅和硫的含量远低于其他实施例，为本发明的进一步发明。并且本工艺可直接使用我国的铁精矿粉，免去了烧结、焦化、氧化球团等高温前处理工序，实现了连续化、快节奏生产。本申请的工艺方法生产铁水具有低碳、低成本、低排放等优势，经济及环保效益显著。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种含碳球团生产铁水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、加热还原：将铁精矿粉制成的含碳球团加入上、下双向间接加热的密闭加热炉(1)内进行加热还原，密闭加热炉(1)内加热温度为1050℃～1200℃，物料在炉内停留15min～100min，物料厚度20mm～60mm，得到还原率超过85％的金属化球团；
步骤S2、热出：金属化球团热出离开加热区进入高温料仓；
步骤S3、电熔化：用电将热态金属化球团熔化形成铁水和炉渣。
2.根据权利要求1所述的含碳球团生产铁水的方法，其特征在于，所述步骤S1中，含碳球团主要原料包括铁矿粉、碳质还原剂、熔剂和粘结剂，通过冷压成型或圆盘造球的方式形成一定粒度的含碳球团，球团平均粒度8mm～50mm，进入密闭加热炉前含碳球团的水分控制在5％以下；铁矿粉选自磁铁精矿粉或赤铁精矿粉，或普通粒度铁矿粉经过破碎球磨到100目以下；含碳还原剂和铁矿粉的质量配比按照碳还原剂中的碳元素和铁矿粉中的氧元素的质量比为C:O＝0.7～1.0配比；熔剂选自生石灰或白云石。
3.根据权利要求2所述的含碳球团生产铁水的方法，含碳球团中还包括第一助剂，所述第一助剂与铁矿粉的质量配比按照9:100配比；所述第一助剂由以下质量比的组分组成：碳酸钠12份、木质素磺酸钠15份、硅藻土18份、过硼酸钠10份、和氧化硼9份。
4.根据权利要求1所述的含碳球团生产铁水的方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用密闭加热炉(1)内产生的煤气经过煤气净化单元(2)净化处理后返回密闭加热炉(1)作为加热主要热源，同时，补充热源单元(5)为密闭加热炉(1)提供部分补充热源，补充热源选自液化气、焦炉煤气、天然气或煤气发生炉煤气。
5.根据权利要求1所述的含碳球团生产铁水的方法，其特征在于，所述密闭加热炉(1)的加热系统采用间接加热器加热；所述间接加热器选自U型热辐射管、W型热辐射管、P型热辐射管或者直型热辐射管，热辐射管的材质选自高温耐热钢、高温镍基合金或镍钴基合金；进一步优选的，所述步骤S1中，密闭加热炉(1)内压力为表显压力100Pa～5000Pa；进一步优选地，所述步骤S1中，所述间接加热器产生的高温废烟气经过两级换热将热量传给助燃风返回加热系统，两级换热后的废烟气温度为300℃～550℃，此废烟气用于原料干燥或者作为其它用途。
6.根据权利要求1所述的含碳球团生产铁水的方法，其特征在于，所述步骤S2中，热出方式选自密闭高温螺旋、高温推杆、高温圆盘出料、钢带自身转弯时翻料的将热态金属化球团离开加热炉的出料方法。
7.根据权利要求1-6任一项所述的含碳球团生产铁水的方法，其特征在于，所述步骤S2和S3之间，还设置有热压块工序，增加金属化球团的密度，进而提高电熔化效率。
8.根据权利要求1所述的含碳球团生产铁水的方法，其特征在于，所述步骤S3中，电熔化装备为的用电为主的加热装备，具体选自电弧炉、矿热电炉、感应加热炉、或微波加热炉。
9.根据权利要求3所述的含碳球团生产铁水的方法，其特征在于，所述步骤S3中，加入第二助剂，所述第二助剂与所述金属化球团的质量配比按照3:100配比；所述第二助剂由以下质量比的组分组成，亚硝酸钙12份、高氯酸钙11份、硼砂20份和羟甲基纤维钠10份。
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