CN113502363A - 金属物料的还原方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属物料的还原方法，所述金属物料的还原方法，包括以下步骤：向点燃后的混合料表面喷洒物料；将喷洒的物料在混合料的外部引燃生成燃烧产物，将燃烧产物引入至混合料内部，所述燃烧产物与混合料反应生成还原性介质，并使还原性介质与混合料燃烧后的产物发生氧化还原反应。本发明的金属物料的还原方法，通过在生产时向混合料料面喷加物料，使物料的燃烧产物或物料进入混合料内部，燃烧产物与混合料中的成分发生氧化还原反应，将燃烧产物还原成具有还原性的还原性介质，有效的调节混合料内部的还原性气氛，以此同时，该还原性介质能够将氮氧化物还原成氮气，从而减少氮氧化物的排放量，实现脱硝的目的，成本低廉。

Description

金属物料的还原方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼设备技术领域，特别是一种金属物料的还原方法。
背景技术
直接金属物料的还原生产主要工艺有：回转窑法、转底炉法、隧道窑法。其中回转窑法是设备庞大，投资多，单位面积产能低且存在“结圈”现象，造成了大量的能源浪费；转底炉法采用内配碳球团为原料，产品铁品位低、硫高，难以用于生产炼钢用直接金属物料的还原；隧道窑法存在热效率低、能耗高、生产周期长、污染严重、产品质量不稳定、单机生产能力较小等问题。因此发明一种可供高炉直接使用的金属物料的还原且能耗低、生产效率高、污染小的方法和装备已经迫在眉睫。
发明内容
本发明公开了一种金属物料的还原方法，解决了现有技术中金属物料的还原的生产工艺所存在的能源浪费、产品铁品位低、污染严重且生产能力较低的问题。
根据本发明的一个方面，公开了一种金属物料的还原方法，包括以下步骤：
S1、配置混合料，将含金属原料和燃料混合构成混合料；
S2、布置和引燃混合料，将混合料布置成混合料层，并使混合料燃烧；
S3、喷洒物料，向混合料表面喷洒物料，并使物料在混合料的外部引燃生成燃烧产物；
S4、还原含金属原料，将所述燃烧产物引入至所述混合料内部，所述燃烧产物与所述混合料反应生成还原性介质，并使所述还原性介质与含金属原料发生氧化还原反应。
进一步的，所述燃料包括碳添加剂，在将燃烧产物引入至混合料内，所述燃烧产物与所述混合料反应生成还原性介质中还包括，燃烧产物与碳添加剂反应生成还原性介质。
进一步的，还原性介质包括以下一种或多种物质：一氧化碳、氢气、硫化氢、甲烷、一氧化硫。
进一步的，所述物料包括可燃烧物质和/或还原剂。
进一步的，所述物料包括以下一种或多种物质：甲烷、丙烷、乙炔、氢气、甲醇、乙醇、煤气、天然气、汽油、重油、煤粉、木炭、焦炭、木屑、硫化氢、氰化氢、光气、正丁烷、正己烷、正庚烷、正戊烷、丙醇、甲乙酮、醋酸乙烯、硅烷、环己烷、氯化氢、丁炔、液化气、石油气、乙醚、甲苯、苯、丙酮、丙炔、乙烯、丙烯、丁烯、丁烷、水煤浆。
进一步的，所述物料还包括：助燃剂，所述助燃剂包括氧气、空气或循环废气中的一种或多种。
进一步的，所述燃料包括以下一种或多种物质：煤、焦炭、生物质燃料、酒精、油页岩。
进一步的，在步骤S4之前还包括：重复至少一次步骤S2和步骤S3形成多层燃烧结构。
根据本发明的另一方面，公开了一种金属物料的还原方法，包括以下步骤：
A1、配置混合料，将含金属原料和燃料混合构成混合料；
A2、布置和引燃混合料，将混合料布置成混合料层，并使混合料燃烧；
A3、喷洒物料，向引燃后的混合料表面喷洒物料；
A4、还原含金属原料，将所述物料引入至所述混合料内部，所述物料与所述混合料反应生成还原性介质，并使所述还原性介质与含金属原料发生氧化还原反应。
进一步的，所述混合料包括碳添加剂，在将所述物料引入至混合料内，所述物料与所述混合料反应生成还原性介质中还包括：物料与碳添加剂反应生成还原性介质。
进一步的，所述物料包括以下一种或多种物质：水、水蒸气、二氧化碳、循环废气。
金属物料的还原方法，包括以下步骤：向点燃后的混合料内部引入物料，所述物料与混合料反应生成还原性介质，并使还原性介质与混合料燃烧后的产物发生氧化还原反应。
进一步的，所述混合料包括碳添加剂，在将喷洒的物料引入至混合料内与混合料反应生成还原性介质中还包括：物料与碳添加剂反应生成还原性介质。
进一步的，所述物料包括以下一种或多种物质：水、水蒸气、二氧化碳。
进一步的，在步骤A4之前还包括：重复至少一次步骤A2和步骤A3形成多层燃烧结构。
本发明的金属物料的还原方法，通过在包括含金属原料的混合物燃烧时向混合料料面喷加物料，使物料在混合料的上方燃烧形成燃烧产物，燃烧产物进入混合料内部与混合料中进行反应生成具有还原性的还原性介质，或者利用物料直接进入混合料内部与混合料中进行反应生成具有还原性的还原性介质，然后利用还原性介质能够对含金属原料进行还原，从而减少氮氧化物的排放量的同时实现金属物料的还原的目的，克服了现有技术中金属物料的还原的生产工艺所存在的能源浪费、产品铁品位低、污染严重且生产能力较低的问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不局限于说明书上的内容。
作为本发明的一个实施例，公开了一种金属物料的还原方法，包括以下步骤：S1、配置混合料，将含金属原料(金属物料)和燃料混合构成混合料；S2、布置和引燃混合料，将混合料布置成混合料层，并使混合料燃烧；S3、喷洒物料，向混合料表面喷洒物料，并使物料在混合料的外部引燃生成燃烧产物；S4、还原含金属原料，将所述燃烧产物引入至所述混合料内部，所述燃烧产物与所述混合料反应生成还原性介质，并使所述还原性介质与含金属原料发生氧化还原反应。优选的，所述物料喷洒于所述混合料的上方，且所述物料在所述混合料的上方燃烧，同理，所述物料也可以在混合料上部以外的其他地方燃烧。
本发明的金属物料的还原方法，含金属原料的混合物燃烧时在风箱等下部抽风装置的作用下，其燃烧带逐渐下移，同时通过在包括含金属原料的混合物燃烧时向混合料料面喷加物料，使物料在混合料的上方燃烧生成燃烧产物，然后在风箱等下部抽风装置的作用下将燃烧产物吸入至混合料内部，在混合料的温度条件下，燃烧产物与混合料中的成分发生氧化还原反应，将燃烧产物还原成具有还原性的还原性介质，如燃烧产物中的二氧化碳与混合料中的碳单质反应生成一氧化碳，有效的调节混合料内部的还原性气氛，以此同时，该还原性介质能够与混合料中的含金属原料发生反应，将含金属原料还原成单质铁或者低价铁，达到金属物料的还原的目的，从而在减少氮氧化物的排放量的同时实现金属物料的还原的目的，克服了现有技术中金属物料的还原的生产工艺所存在的能源浪费、产品铁品位低、污染严重且生产能力较低的问题。
在上述实施例中，所述混合料包括碳添加剂，在将燃烧产物引入至混合料内，所述燃烧产物与所述混合料反应生成还原性介质中还包括，燃烧产物与碳添加剂反应生成还原性介质。所述碳添加剂的种类为本领域技术人员所公知，所述碳添加剂是指能够直接或间接使混合料形成含碳混合物的材料，如碳酸盐(碳酸钙、碳酸镁等)、煤炭、碳粉等，其中碳酸盐等在混合料的温度条件下进行分解。利用碳添加剂中的碳在混合料内的温度条件下与燃烧产物发生氧化还原反应，而碳将燃烧产物还原成一氧化碳和/或氢气等具有还原性的还原性介质，从而能够调节混合料中的还原性气氛，保证对含金属原料的处理，实现金属物料的还原的目的，其中碳和燃烧产物反应的具体化学方程式举例如下：
C+H2O(g)→CO+H2；
C+CO2→CO。
在上述实施例中，还原性介质包括以下一种或多种物质：一氧化碳、氢气、硫化氢、甲烷、一氧化硫。具体根据喷加至混合料表面的物料成本确定，优选的，为了不引入其他污染物，还原性介质选择一氧化碳、氢气、甲烷中的一种或几种。
所述物料包括可燃烧物质和/或还原剂。
在上述实施例中，物料包括以下一种或多种物质：甲烷、丙烷、乙炔、氢气、甲醇、乙醇、煤气、天然气、汽油、重油、煤粉、木炭、焦炭、木屑、硫化氢、氰化氢、光气、正丁烷、正己烷、正庚烷、正戊烷、丙醇、甲乙酮、醋酸乙烯、硅烷、环己烷、氯化氢、丁炔、液化气、石油气、乙醚、甲苯、苯、丙酮、丙炔、乙烯、丙烯、丁烯、丁烷、水煤浆、焦炭、木屑等可燃烧物质，或高温下可分解出氢气的水、水蒸气，氢气可以对含金属原料进行还原反应。本发明中采用的还原剂，可以是上述材料中的一种，也可以是多种上述材料的混合物，如多种气体混合，固体混合、气体和液体混合等均能够实现，这些混合物成本都很低廉，而且不会产生污染。
在上述实施例中，物料还包括：助燃剂，助燃剂包括氧气、空气或循环废气中的一种或多种，可燃性物质的材料和助燃性物质按照设定比例进行混合，根据不同气体氛围的要求进行适当的配比。通过增加助燃剂，可以提高反应效率，有助于进一步增加对含金属原料的还原效率。
所述燃料包括以下一种或多种物质：煤、焦炭、生物质燃料、酒精、油页岩。燃料的作用是用于混合料能够进行燃烧而形成一定的温度，从而方便物料、还原性介质等在需要的温度下进行反应，保证金属物料的还原的目的。燃料的成分根据实际需要进行确定。
在步骤S4之前还包括：重复至少一次步骤S2和步骤S3形成多层燃烧结构。也即对混合料进行多次布置，每布置一层混合料，点燃该混合料，并在其表面喷洒一次物料，引燃该物料，最终形成多层结构，并且每层混合料均处于燃烧状态的结构，也可以说沿竖直方向存在多个燃烧层，其中可以使用多个布料结构对混合料进行布料，其中多个布料结构沿所述混合料的移动方向的反方向依次排列，优选的，应用该金属物料的还原方法的设备包括依次排列的布料结构、喷洒物料结构、布料结构、喷洒物料结构……(具体数量根据混合料的布置层数进行确定)，从而形成所述多层燃烧结构。
本实施例相对于现有技术中的回转窑法、转底炉法、隧道窑法等技术方案，不仅能够有效的降低成本，而且经过本申请的金属物料的还原方法所产生的产物只存在二氧化碳、氮气、水蒸气等空气中已经存在的成分，不需要进一步处理即可直接排放，有效的克服了现有技术中存在污染的问题。
作为本发明的另一个实施例，公开了一种金属物料的还原方法，包括以下步骤：A1、配置混合料，将含金属原料和燃料混合构成混合料；A2、引燃混合料，使混合料燃烧；A3、喷洒物料，向引燃后的混合料表面喷洒物料；A4、还原含金属原料，将所述物料引入至所述混合料内部，所述物料与所述混合料反应生成还原性介质，并使所述还原性介质与含金属原料发生氧化还原反应。
本发明的金属物料的还原方法，含金属原料的混合物燃烧时在风箱等下部抽风装置的作用下，其燃烧带逐渐下移，同时通过在包括含金属原料的混合物燃烧时向混合料料面喷加物料，利用风箱等下部抽风装置直接将物料引入至混合料内部，在混合料的温度条件下，物料与混合料中的成分发生氧化还原反应，将物料还原成具有还原性的还原性介质，如物料中的二氧化碳与混合料中的碳单质反应生成一氧化碳，从而有效的调节混合料内部的还原性气氛，以此同时，该还原性介质能够与混合料中的含金属原料发生反应，将含金属原料还原成单质铁或者低价铁，达到金属物料的还原的目的，从而在减少氮氧化物的排放量的同时实现金属物料的还原的目的，克服了现有技术中金属物料的还原的生产工艺所存在的能源浪费、产品铁品位低、污染严重且生产能力较低的问题。
进一步的，所述混合料包括碳添加剂，在将喷洒的物料引入至混合料内与混合料反应生成还原性介质中还包括：物料与碳添加剂反应生成还原性介质。所述碳添加剂的种类为本领域技术人员所公知，所述碳添加剂是指能够直接或间接使混合料形成含碳混合物的材料，如碳酸盐(碳酸钙、碳酸镁等)、煤炭、碳粉等，其中碳酸盐等在混合料的温度条件下进行分解。利用碳添加剂中的碳在混合料内的温度条件下与燃烧产物发生氧化还原反应，而碳将燃烧产物还原成一氧化碳和/或氢气等具有还原性的还原性介质，从而能够调节混合料中的还原性气氛，保证对氮氧化物的处理，实现对烧结烟气进行脱硝的目的，其中碳和燃烧产物反应的具体化学方程式举例如下：
C+H2O(g)→CO+H2；
C+CO2→CO。
进一步的，所述物料包括以下一种或多种物质：水、水蒸气、二氧化碳。例如物料可以为经过本申请的金属物料的还原方法处理后所排出的循环废气，也可以为钢铁工业废气。
在步骤A4之前还包括：重复至少一次步骤A2和步骤A3形成多层燃烧结构。也即对混合料进行多次布置，每布置一层混合料，点燃该混合料，并在其表面喷洒一次物料，引燃该物料，最终形成多层结构，并且每层混合料均处于燃烧状态的结构，也可以说沿竖直方向存在多个燃烧层，其中可以使用多个布料结构对混合料进行布料，其中多个布料结构沿所述混合料的移动方向的反方向依次排列，优选的，应用该金属物料的还原方法的设备包括依次排列的布料结构、喷洒物料结构、布料结构、喷洒物料结构……(具体数量根据混合料的布置层数进行确定)，从而形成所述多层燃烧结构。
本实施例相对于现有技术中的回转窑法、转底炉法、隧道窑法等技术方案，不仅能够有效的降低成本，而且经过本申请的金属物料的还原方法所产生的产物只存在二氧化碳、氮气、水蒸气等空气中已经存在的成分，不需要进一步处理即可直接排放，有效的克服了现有技术中存在污染的问题。
显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (12)

1.一种金属物料的还原方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配置混合料，将含金属原料和燃料混合构成混合料；
S2、布置和引燃混合料，将混合料布置成混合料层，并使混合料燃烧；
S3、喷洒物料，向混合料表面喷洒物料，并使物料在混合料的外部引燃生成燃烧产物；
S4、还原含金属原料，将所述燃烧产物引入至所述混合料内部，所述燃烧产物与所述混合料反应生成还原性介质，并使所述还原性介质与含金属原料发生氧化还原反应。
2.根据权利要求1所述的金属物料的还原方法，其特征在于，所述燃料包括碳添加剂，在将燃烧产物引入至混合料内，所述燃烧产物与所述混合料反应生成还原性介质中还包括，燃烧产物与碳添加剂反应生成还原性介质。
3.根据权利要求1所述的金属物料的还原方法，其特征在于，
还原性介质包括以下一种或多种物质：一氧化碳、氢气、硫化氢、甲烷、一氧化硫。
4.根据权利要求1所述的金属物料的还原方法，其特征在于，
所述物料包括可燃烧物质和/或还原剂。
5.根据权利要求1或4所述的金属物料的还原方法，其特征在于，
所述物料包括以下一种或多种物质：甲烷、丙烷、乙炔、氢气、甲醇、乙醇、煤气、天然气、汽油、重油、煤粉、木炭、焦炭、木屑、硫化氢、氰化氢、光气、正丁烷、正己烷、正庚烷、正戊烷、丙醇、甲乙酮、醋酸乙烯、硅烷、环己烷、氯化氢、丁炔、液化气、石油气、乙醚、甲苯、苯、丙酮、丙炔、乙烯、丙烯、丁烯、丁烷、水煤浆。
6.根据权利要求4所述的金属物料的还原方法，其特征在于，
所述物料还包括：助燃剂，所述助燃剂包括氧气、空气或循环废气中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的金属物料的还原方法，其特征在于，
所述燃料包括以下一种或多种物质：煤、焦炭、生物质燃料、酒精、油页岩。
8.根据权利要求1所述的金属物料的还原方法，其特征在于：在步骤S4之前还包括：
重复至少一次步骤S2和步骤S3形成多层燃烧结构。
9.一种金属物料的还原方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1、配置混合料，将含金属原料和燃料混合构成混合料；
A2、布置和引燃混合料，将混合料布置成混合料层，并使混合料燃烧；
A3、喷洒物料，向引燃后的混合料表面喷洒物料；
A4、还原含金属原料，将所述物料引入至所述混合料内部，所述物料与所述混合料反应生成还原性介质，并使所述还原性介质与含金属原料发生氧化还原反应。
10.根据权利要求9所述的金属物料的还原方法，其特征在于，
所述混合料包括碳添加剂，在将所述物料引入至混合料内，所述物料与所述混合料反应生成还原性介质中还包括：
物料与碳添加剂反应生成还原性介质。
11.根据权利要求9所述的金属物料的还原方法，其特征在于，
所述物料包括以下一种或多种物质：水、水蒸气、二氧化碳、循环废气。
12.根据权利要求9所述的金属物料的还原方法，其特征在于：在步骤A4之前还包括：
重复至少一次步骤A2和步骤A3形成多层燃烧结构。
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