一步法生產(chǎn)直接還原鐵的工藝方法及生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)

煤氣一步法生產(chǎn)直接還原鐵的工藝方法，是在還原豎爐中以８５０～１４００℃的高溫還原氣體，對原料含碳鐵球團礦進(jìn)行直接還原，以生產(chǎn)還原鐵，其特征是在豎爐中設(shè)置有還原氣室、還原室和集氣室，原料含碳鐵球團礦從還原室中落下，高溫還原氣體從還原氣室噴出，進(jìn)入還原室中，斜向透穿物料層，對物料進(jìn)行還原后，還原尾氣由集氣室收集，以實現(xiàn)對原料含碳鐵球團礦的直接還原。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種直接還原鐵冶煉工藝方法，特別是涉及一種利用煤氣生產(chǎn)直接還原鐵的工藝方法，本專利技術(shù)還涉及一種適合于上述工藝方法使用的生產(chǎn)直接還原鐵用生產(chǎn)設(shè)備。北京冶金設(shè)計院研制完成了煤基直接還原法生產(chǎn)直接還原鐵的豎爐裝置和生產(chǎn)方法，并分別申報了國家專利(專利申請?zhí)柗謩e為96205053和98119030)，其主要工藝路線是(1)鐵精礦粉與粘結(jié)劑混合攪拌，壓制成型后烘干，制成冷固結(jié)鐵球團礦備用；(2)煤粉與粘合劑混合，壓制成型煤備用；(3)將冷固結(jié)鐵球團礦，專用型煤、小塊煙煤和小塊石灰石按一定比例混合后，加入還原豎爐中，經(jīng)外加熱和內(nèi)加熱產(chǎn)生煤氣，由煤氣將冷固結(jié)球團礦直接還原，富余煤氣用于外加熱；(4)直接還原鐵與煤渣經(jīng)篩分和磁選后，實現(xiàn)分離。上述工藝方法在生產(chǎn)直接還原鐵時，需要另外加入型煤和石灰石等原料，生產(chǎn)的產(chǎn)品中含有煤渣和還原鐵，需分離處理。而且加入的型煤和小塊煙煤只能生產(chǎn)出半焦，生產(chǎn)不出型焦，利用價值不大。本專利技術(shù)人參與專利技術(shù)的“利用含碳冷固結(jié)鐵球團礦生產(chǎn)海綿鐵的工藝方法和生產(chǎn)設(shè)備”(01130434.0)專利中，采用了類似機焦?fàn)t和生產(chǎn)型焦的斜底爐的結(jié)構(gòu)，將焦?fàn)t的炭化室改為還原室，燃燒室與還原室并排間隔設(shè)置，以含碳冷固結(jié)鐵球團礦為原料，以焦?fàn)t煤氣或發(fā)生爐煤氣為還原氣，采用間接加熱和直接加熱與間接加熱相結(jié)合的方法，使含碳冷固結(jié)鐵球團礦在900～1300℃溫度下直接還原為海綿鐵。以含碳冷固結(jié)鐵球團礦為原料，發(fā)生爐煤氣和焦?fàn)t煤氣做還原氣生產(chǎn)直接還原鐵時，還原氣主要起了傳熱作用和保護(hù)還原過程正常進(jìn)行的作用，即稀釋還原過程產(chǎn)生的CO2和H2O的作用及向爐中的含碳冷固結(jié)鐵球團礦傳遞熱能的作用，而起主要還原作用的是含碳冷固結(jié)鐵球團礦中的內(nèi)配碳，即含碳冷固結(jié)鐵球團礦中的煤粉、焦粉、粘結(jié)劑中的碳起主要的還原作用。在內(nèi)配炭低于還原反應(yīng)所需C時還原氣中的CO和H2作為還原劑起重要還原作用。還原反應(yīng)在溫度升至大于1000℃時，在最初的0.5～1小時內(nèi)，是CO2集中產(chǎn)生最多的時段，是吸熱散熱最多的時段，也是還原反應(yīng)最快的時段。在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，用磁鐵礦粉為原料作成的含碳冷固結(jié)鐵球團礦，在還原氣氛下，溫度300～700℃之間，有一個造成含碳冷固結(jié)鐵球團礦惡性膨脹的溫度區(qū)間，其膨脹幅度可達(dá)30～200％。若發(fā)生這一情況，會造成球團強度的大幅度下降，在爐料重壓下粉化，堵塞氣流，造成還原反應(yīng)停止、損壞設(shè)備的惡性事故，這與有關(guān)資料報道的“磁鐵礦一開始就產(chǎn)生體積收縮”、“磁鐵礦在還原過程中不產(chǎn)生體積膨脹”的說法完全不同。解決這一問題的辦法之一，就是提高升溫速度，使原料迅速升溫至還原溫度，從而避開膨脹溫度區(qū)間，阻止球團礦的惡性膨脹。在生產(chǎn)實踐中還發(fā)現(xiàn)，冷制球團、冷固結(jié)球團和含炭球團，在預(yù)熱段溫度升至700～1000℃時是最佳的脫S溫度，此段的爐料下降運行時間要大于30分鐘，以保證直接還原鐵含S低于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。提供一種適合于上述工藝方法采用的生產(chǎn)設(shè)備，是本專利技術(shù)的另一專利技術(shù)目的。本專利技術(shù)目的的實現(xiàn)方法是在還原豎爐中以850～1400℃的高溫還原氣體，對原料含碳鐵球團礦進(jìn)行直接還原，以生產(chǎn)還原鐵。其中，在豎爐中設(shè)置有還原氣室、還原室和集氣室，原料含碳鐵球團礦從還原室中落下，高溫還原氣體從還原氣室噴出，進(jìn)入還原室，斜向透穿物料層，對物料進(jìn)行還原后，還原尾氣由集氣室收集，以實現(xiàn)對原料含碳鐵球團礦的直接還原。本專利技術(shù)可以在豎爐中設(shè)置若干個還原氣室和相對應(yīng)的集氣室，高溫還原氣體通過每個還原氣室進(jìn)入還原室中，對物料進(jìn)行還原后，還原尾氣由相對應(yīng)的集氣室收集，以對物料進(jìn)行分段還原。為使還原室中物料層各點處溫度均衡，爐內(nèi)溫度梯度小，可以在還原室的兩側(cè)均設(shè)置有還原氣室和集氣室，并使還原氣室與集氣室交錯布置。這樣，從還原氣室噴出的高溫還原氣體可以從兩個相對應(yīng)的方向進(jìn)入還原室中，多次斜穿物料層后，還原尾氣由對應(yīng)側(cè)的集氣室收集，盡量保持還原室中物料在各點處的溫度均衡。本專利技術(shù)中采用的原料含碳鐵球團礦，可以是機械壓制的含碳冷固結(jié)鐵球團礦，也可以是用圓盤造球機制造的含碳鐵球團礦。在入爐前含碳鐵球團礦一般需要烘干，使其在常溫下保持一定的強度，在裝爐時不至破碎。根據(jù)鐵精礦粉或鐵原礦粉的不同質(zhì)量和對直接還原鐵產(chǎn)品質(zhì)量的不同要求，以及可供還原氣體的多少，球團礦的配碳總量也不相同，一般控制在2～18％之間。本專利技術(shù)所采用的高溫還原氣體，可以是焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣、化工尾氣等煤基氣，也可以采用裂解天然氣或天然氣。由還原豎爐最上段集氣室收集的還原尾氣，直接排出豎爐外，經(jīng)回收熱能，凈化處理后用于燃燒加熱焦?fàn)t、熱風(fēng)爐、煤氣加熱爐等工業(yè)窖爐使用；其下各集氣室收集的還原尾氣則在排出豎爐外，經(jīng)回收熱能，凈化處理后，再補充以新的還原氣，加熱為高溫還原氣體后，進(jìn)入還原氣室中循環(huán)使用。原料含碳鐵球團礦進(jìn)入到還原室中，在很短時間內(nèi)就會被加熱到900～1200℃，開始還原反應(yīng)，若物料溫度低于900℃，反應(yīng)速度太慢，低于850℃就基本不反應(yīng)，而物料溫度高于1200℃后，物料粘結(jié)較嚴(yán)重，也會造成還原氣流不暢甚至堵塞還原氣流，使還原過程停止。因此一般應(yīng)控制高溫還原氣體的溫度在850～1400℃之間。一般地，物料在還原室中、高溫還原氣體的氣氛下，還原反應(yīng)時間為2～5小時。實際上，在溫度達(dá)到1050℃后，還原反應(yīng)速度會很快，0.5～1小時還原率即可達(dá)到80～90％，為提高還原率，可適當(dāng)延長反應(yīng)時間，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。本專利技術(shù)脫S方法在上還原段采用預(yù)熱脫S或弱氧化焙燒脫S，在爐內(nèi)溫度達(dá)到700℃即通過惡性膨脹溫度區(qū)，在預(yù)熱溫度升至700～1000℃時，是最佳的脫S溫度，溫度越高脫S越快，預(yù)熱時間越長脫S率越高，一般情況下上還原段預(yù)熱脫S時間，也是爐料下降運行時間要大于30分鐘，要求直接還原鐵含S＜0.03％，以保證直接還原鐵質(zhì)量。尾氣經(jīng)回收熱能、凈化處理后用于燃燒加熱。預(yù)熱脫S也可與球團烘干工序合并，以上還原段尾氣或其它燃料為能源，脫S溫度700～1000℃，時間＞30分鐘。為實現(xiàn)上述工藝方法，本專利技術(shù)還提供了一種適合于上述工藝方法的生產(chǎn)設(shè)備，其整體結(jié)構(gòu)為一個還原豎爐，進(jìn)料用料斗11設(shè)在豎爐的爐頂，料斗11下方連接進(jìn)料分配器12，并在料斗11與進(jìn)料分配器12之間設(shè)置有上氣封13。整個還原豎爐主要由位于豎爐中央及外圍的若干個還原氣室和集氣室、夾在還原氣室與集氣室之間的還原室1以及位于爐底部的下氣封裝置組成，其中還原室1從爐頂進(jìn)料分配器12以下貫穿至爐底部，其還原室底部為一個斜面，在斜面最下端的爐墻上設(shè)置有出料拱門2，并通向爐底中央的出料口3，所述的還原氣室和集氣室分為上還原段和下還原段。上還原段包括一個位于爐頂部，進(jìn)料分配器12外側(cè)的集氣室21和位于豎爐中央與外圍的兩個還原氣室23及24，在集氣室21上還設(shè)置有上還原尾氣出口22。下還原段包括位于豎爐中央及外圍、間隔排列的集氣室和還原氣室，其中豎爐中央自上而下為集氣室25和還原氣室26，豎爐外圍自上而下順序為還原氣室27和集氣室28。在還原氣室23、24、26、27上分別設(shè)有還原氣進(jìn)氣口41，還原氣噴出孔42設(shè)在與還原室1相鄰的爐墻上，通向還原室1，集氣室25、28的上部設(shè)有還原尾氣排出口43，還原尾氣進(jìn)氣孔44設(shè)在與還原室1相鄰的爐墻上，并與還原室1連通。下氣封裝置包括本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蘇亞杰，杜英虎，尹年方，蘇亞達(dá)，
申請(專利權(quán))人：蘇亞杰，
類型：發(fā)明
國別省市：