[发明专利]还原室和加热室多层密闭间隔和熔融气化联合金属冶炼法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种主要应用铁和其它金属氧化物还原的新技术，应用于金属冶炼领域，尤其是铁的冶炼。

背景技术

目前，由铁矿石为原料冶炼金属铁主要有高炉冶炼和非高炉冶炼两类方法：

1、高炉炼铁法

高炉是一种气固液逆流还原反应装置，可以直接生成熔融液态铁，由于是气固液逆流需要对原料的透气性要求比较严格，需要炼焦和烧结作为其原料造块和改善冶金性能，还需要炉渣有良好的流动性。高炉炼铁法是目前应用最广泛、单体规模最大、劳动生产效率最高、成本最低、技术最成熟的炼铁方法，但是它也遇到了下列无法解决的问题：焦炉和烧结工序对环境污染比较严重导致运用高炉生产的企业社会环保压力不断增大，焦煤资源不足导致焦炭价格不断攀升，优质铁矿石资源逐渐紧张导致不利于炉渣流动性的高氧化铝含量的矿石使用量被迫增加，并导致各种经济技术指标下降。

2、非高炉炼铁法

针对高炉存在的问题，出现了多种非高炉炼铁法，这些方法均不需要炼焦和烧结，对煤和铁矿石原料的要求也没有高炉严格，这些还原法可以分为气基和煤基两类。气基法都属于直接还原，由于主要使用天然气为还原剂，故只有在海湾国家和委内瑞拉等天然气价格极为低廉的又缺乏煤炭资源的国家应用才有经济效益。煤基法又可以分为直接还原和熔融还原两类，直接还原法的产品只能是海绵铁，需要使用电炉才能生产铁水，由于电熔炼成本较高影响了直接还原法的成本，故直接还原一般只有直接出售海绵铁替代废钢时才有较好的效益，无法替代高炉炼铁法。煤基直接还原的技术没有气基直接还原法成熟，常见的几种方法都有比较难解决的技术难题，比如竖窑的结瘤问题、流化床法的流态化控制的问题、回转窑法的结圈问题、敞焰含碳球团还原法的难脱硫和脉石选别难的问题，以及隧道窑的产能低能耗偏大间歇作业的问题。一般煤基熔融还原法存在两个问题，一个是炉渣氧化亚铁含量高造成铁损大且炉衬寿命太短；二是煤单耗太大，只能通过提高煤气二次燃烧率的方法降低煤耗。多种耗费巨资进行工业化试验的熔融还原法成功生产出铁水，因不能很好地解决上述两个问题造成成本偏高无法投入工业运用，现已投入工业生产的煤基熔融还原法只有三种：

1)CROEX法

CROEX法由德米克斯公司和奥钢联联合开发，该法以球团和部分块矿为含铁原料，焦炭和焦煤的使用量也低于高炉。该法的特点是第一步使用来自熔融气化炉煤气直接还原球团和块矿，实质就是德米克斯气基还原法除去脱除二氧化碳部分，第二步再将还原生成的团块状海绵铁和块煤一起落入熔融气化炉，在熔融气化炉底部吹入纯氧，通过类似高炉的气固液逆流换热和部分还原产生铁水，并把炉渣中的氧化亚铁降低到一般高炉渣的水平，同时直接还原的使用减少了熔融气化炉对热量的需求，纯氧使用又提高了热效率，又产生了适用于直接还原的高CO浓度的煤气，所以该法即保证了炉衬寿命，又无需进行二次燃烧就可产生铁水炉渣，故获得了工业应用的成功。CROEX投入工业应用已经二十多年了，但目前世界只有4座CROEX炉在生产，该法得不到广泛应用的原因主要有：1、纯氧的大量使用增加了电耗；2、CROEX炉的煤耗仍然高于高炉40％～50％，但其煤气热值也要高于高炉煤气很多，只有充分利用其煤气才能较好的消化其煤耗成本高的问题；3、设备太高、投资太大、单体炉产量规模低于高炉；4、专利和技术费用太高；5、不能使用粉矿和烧结矿，只能用成本较高的块矿和球团；6、对煤的品质要求比较严格，还得使用部分焦煤。

针对CROEX不能使用低成本粉矿的问题，印度京德尔公司采用了向熔融气化炉内喷吹部分粉矿的方法，在一定程度上降低了成本，但粉矿率只有10％左右。

2)FINEX法

FINEX法是由韩国浦项公司在CROEX法的基础上，借鉴了FINMET气基流化床粉矿还原法，研究发展出来的一种炼铁法。韩国浦项公司所处的地理位置决定粉矿是成本最低的铁矿石，但该公司的CROEX炉只能使用球团和块矿使原料成本偏高，故韩国浦项公司开发FINEX法是以使用粉矿为目的的。FINEX法的第一步是使用熔融气化炉产生的煤气通过流化床还原粉矿，再将还原成的海绵铁使用压块机热压成块，通过带保护气的输送带送入熔融还原炉，第二步熔融气化炉内的反应过程和CROEX完全一样。FINEX法虽然原料成本低于CROEX法，但CROEX法的其它缺点仍然没有解决，投资还要高于CROEX法20％左右，技术成熟度比CROEX法低。

3)Hismelt法