一种高还原气氛的转底炉炼铁方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种炼铁方法，具体涉及一种高还原气氛的新型转底炉直接还原炼铁方法，属于非高炉炼铁技术领域。
【背景技术】
[0002]直接还原铁(DRI)又叫海绵铁，以天然气或非焦煤作为还原剂还原铁矿石、铁精粉或含铁原料后形成。还原剂不同，所生产的DRI的化学成分也不同。随着冶炼钢种对残余元素要求越来越严，特别是核电、加氢、电站等产品钢，使用普通返回废钢和外购废钢冶炼时，已满足不了产品对残余元素的要求。直接还原铁因其杂质元素含量非常低，在炼钢中常用来代替部分废钢来解决炼钢过程中的残余元素问题，生产高品质纯净钢或特殊钢。
[0003]近年来全球直接还原铁产量持续增加，据统计，2010年世界直接还原铁的产量已达7037万t，约为我国高炉生铁产量的6.7%。受资源的制约，我国直接还原铁的生产发展缓慢，产量不到全球直接还原铁产量的1.0%。
[0004]传统的转底炉工艺已在处理钢铁厂含Fe、Zn、Cr、Ni粉尘方面实现了工业化生产，其不足之处在于海绵铁脉石和硫含量高，导致电炉炼钢渣量增加，电极消耗，难以直接用于生产炼钢用直接还原铁。其次转底炉采用敞焰加热方式加热炉料，由于燃料燃烧为氧化性气氛，而铁氧化物的还原需要还原性气氛，因此敞焰加热方式通常存在炉内气氛难以控制，还原产物易被二次氧化的问题，影响海绵铁最终质量。
[0005]为解决以上问题，本发明开发设计了一种高还原气氛的转底炉工艺，使得还原炉内气氛可控，可用于生产优质的海绵铁。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的关键问题是:针对现有技术提出一种高还原气氛的转底炉直接还原炼铁工艺。该工艺使用煤作为唯一的还原剂，摆脱了对焦炭的依赖，节能环保；还原区与燃烧区分开，使得还原炉内气氛可控，防止还原后的海绵铁二次氧化，可生产高金属化率的海绵铁；通过调节炉体转动速度可以控制还原速度，生产周期灵活可控，产品还原度可控，处理能力强。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
采用铁矿粉与煤粉混合造球，所得的含碳球团通过布料器连续地布到还原炉膛中，在外部加热的条件下含碳球团中的铁氧化物与碳发生还原反应生产海绵铁。燃烧室位于还原室的上部，与还原室之间使用高导热性的Si3N4结合SiC耐火材料隔开，使用天然气、焦炉煤气或者煤粉作为燃烧室的燃料，为还原室内的还原反应提供热量。还原室产生的还原煤气从还原室引出后，可视其热值高低酌量作为燃料通入燃烧室燃烧。燃烧室产生的高温废气可用来预热助燃空气。
[0008]具体实施步骤为:
步骤一、原料制备:铁矿粉与煤粉混匀后在圆盘造球机上造球，所得含碳球团直径为10~30mm，最佳为20mm，碳氧比为1.0~1.5 ；
步骤二、还原:将含碳球团通过布料器连续地均匀布于还原室内，布料厚度为3~5层含碳球团。与此同时，将天然气、焦炉煤气或煤粉等燃料喷入燃烧室内和助燃空气混合燃烧，产生的热量通过高导热的耐火材料隔板传递到还原室内，对还原室内的含碳球团进行加热，含碳球团在高温下发生自还原反应，从而生产海绵铁。还原反应产生的还原气体引入燃烧室内和助燃空气混合燃烧；
步骤三、排料:随着炉体的旋转，在转底炉的出口处，将金属化球团通过螺旋排料器排出并收集。
[0009]本发明中，碳氧比指配碳比，是碳与铁氧化物中的氧的物质的量(mol)之比。
[0010]本发明的原理是:(I)含碳球团自还原技术:含碳球团在无外界还原气氛条件下加热，自身发生的还原现象称为自还原。含碳球团的自还原有一系列复杂的化学反应，是包括碳的气化、直接还原、间接还原、传热、传质等的综合过程。在惰性气氛中，当温度大于900°C时，含碳球团内部会发生自还原反应，并且有抗CO2氧化的能力。由于铁矿和还原剂混合成球，含碳球团中铁氧化物的还原速度明显高于其它球团和矿石。(2)还原室与燃烧室分离，以辐射传热与热传导的方式为炉料提供还原所需热量，还原室内还原气氛可控，同时便于控制炉内温度。
[0011]本发明的优点是:(I)该工艺为隔焰加热直接还原，还原区与燃烧区分离，还原炉内为高还原气氛，可以防止生产的海绵铁二次氧化，能获得较高金属化率的海绵铁产品；
(2)使用煤粉作为还原剂，摆脱了常规炼铁工艺对焦炭的依赖，节能环保；(3)通过控制炉体的旋转速度控制生产速度，生产周期灵活可控，处理能力强。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的工艺流程示意图。
[0013]图2为本发明的炉型结构图。
【具体实施方式】
[0014]下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明，但不构成对本发明的限制。
[0015]首先，如附图2所示，本发明采用的转底炉内部具有和常规的转底炉所不同的结构。本发明的转底炉，上部为燃烧室，下部为还原室，燃烧室与还原室之间使用高导热性的耐火材料，如Si3N4结合SiC耐火材料隔开。
[0016]燃烧室用于燃烧产生热量，对还原室供热，有燃料入口和废气出口。还原室内含碳球团在高温作用下发生自还原反应，生成金属化球团，而且自还原反应产生的还原气体可以从还原室引出，通过燃料入口送入到燃烧室。
[0017]如附图1所示，一种高还原气氛的转底炉炼铁方法，包括如下步骤:
步骤一、原料准备:将铁矿粉、煤粉混匀后在造球机上造球形成含碳球团，球团配碳比为1: 1，配加5%的水，球团直径为20mm ；
步骤二、还原:将含碳球团通过布料器连续地均匀布于还原室内，布料厚度为3~5层含碳球团。与此同时，将天然气、焦炉煤气或煤粉等燃料喷入燃烧室内和助燃空气混合燃烧，产生的热量通过高导热的耐火材料隔板传递到还原室内，对还原室内的含碳球团进行加热，还原室内的炉温稳定控制在1000~1150°C，最优为1100°C，含碳球团在高温下发生自还原反应，从而生产海绵铁。还原反应产生的还原气体引入燃烧室内和助燃空气混合燃烧；步骤三、排料:随着炉体的旋转，在转底炉的出口处，将金属化球团通过螺旋排料器排出并收集。得到的金属化球团或压块后贮存与运输，或直接热送到转炉、电炉等后续工序进行冶炼。
【主权项】
1.一种高还原气氛的转底炉炼铁方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤一、原料准备:将铁矿粉、煤粉混匀，配加占混合物重量5%的水，在造球机上造球形成含碳球团，球团的碳氧比为1.0-1.5，球团直径为10~30mm ； 步骤二、还原:将含碳球团通过布料器连续地均匀布于还原室内，布料厚度为3~5层含碳球团；然后，将燃料喷入燃烧室内和助燃空气混合燃烧，产生的热量通过高导热的耐火材料隔板传递到还原室内，对还原室内的球团进行加热，还原室内的炉温稳定控制在1000~1150°C，球团在高温下发生自还原反应，从而生产海绵铁；还原反应产生的还原气体引入燃烧室内和助燃空气混合燃烧； 步骤三、排料:随着转底炉炉体的旋转，在转底炉的出口处，将金属化球团通过螺旋排料器排出并收集。
2.根据权利要求1所述的高还原气氛的转底炉炼铁方法，其特征在于所述的含碳球团直径为20_。
3.根据权利要求1所述的高还原气氛的转底炉炼铁方法，其特征在于所述的燃料为天然气、焦炉煤气或煤粉。
4.根据权利要求1所述的高还原气氛的转底炉炼铁方法，其特征在于所述还原室内的炉温为1100°C。
5.根据权利要求1所述的高还原气氛的转底炉炼铁方法，其特征在于所述的燃烧室位于还原室的上部，与还原室之间使用高导热性的耐火材料隔开。
6.根据权利要求5所述的高还原气氛的转底炉炼铁方法，其特征在于所述的高导热性的耐火材料为Si3N4结合SiC耐火材料。
【专利摘要】本发明公开了一种高还原气氛的转底炉炼铁方法，包括如下步骤：步骤一、原料准备：将铁矿粉、煤粉混匀，造球形成含碳球团；步骤二、还原：将含碳球团通过布料器连续地均匀布于还原室内，布料厚度为3~5层含碳球团；然后，将燃料喷入燃烧室内和助燃空气混合燃烧，产生的热量通过高导热的耐火材料隔板传递到还原室内，对还原室内的球团进行加热，还原室内的炉温稳定控制在1000~1150℃，球团在高温下发生自还原反应，从而生产海绵铁；步骤三、排料。本发明为隔焰加热直接还原，还原区与燃烧区分离，还原炉内为高还原气氛，可以防止生产的海绵铁二次氧化，能获得较高金属化率的海绵铁产品；使用煤粉作为还原剂，节能环保。
【IPC分类】C21B13-00
【公开号】CN104878148
【申请号】CN201510302579
【发明人】唐恩, 王君
【申请人】中冶南方工程技术有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月4日