[发明专利]焙熔还原炼铁方法及装置与原料

说明书

技术领域

本发明涉及熔融还原炼铁技术领域。特别是以含碳球团为原料的熔融还原的领域，具体涉及到一种在氧化气氛中进行还原的含碳球团。

背景技术

本发明构思从能耗角度切入背景技术。对现有炼铁技术和方法作能耗方面的评述。

炼铁领域的能耗问题由来巳久，也同样进入未来。多少代工匠、工程师和冶金研究者共同追寻一个目标，较少的煤碳冶炼出较多的金属铁。在现代人类活动大规模的消耗能源，二氧化碳高度量排放，全球变暖，降耗减排刻不容缓。

就高炉的降耗节能，世界各国都做了很大努力。2004年度中国上海宝钢以吨铁能耗为：焦化88.11kg标煤/吨铁、炼铁395.41kg标煤/吨铁排行先进行列榜首。

从另一个角度看，高炉炼铁工艺是一个夕阳工艺。首先高炉内部还原反应空间依附于焦碳骨架支撑，高炉的容积越大，要求焦碳骨架满足的力学强度越大，要求焦碳的质量越高，地球上结焦煤消耗的速度决定高炉生产退出炼铁领域的速度。

就能耗而言，焦化工序是高炉生产工序存在的必要条件，焦化工序专门为高炉炼铁工序设置，高炉炼铁工序的能耗应包括焦化工序的能耗。焦化工序造成对环境的破坏及治理的成本应迭加于高炉环境保护的成本之上。

高炉集燃烧设备和反应容器为一体。燃烧反应在充满碳构架的高温环境中进行，燃烧的产物气体百分之百是还原气体，燃料化学能的释放不到三分之一。所以高炉中热量的获得是相当昂贵。各种必不可少的工序热耗相应地压缩到三分之一是不可能的。只有提高矿石品位减少渣焓和增大容积减少单位铁量的炉体散热损失这两个十分有限的降低能耗空间。但是就目前两言，矿石品位提高到几乎是纯铁氧化物的地步，5000m³的容积使高炉增长高度导致对焦碳质量的要求相应提高和鼓风动能的增加。

高炉上部的间接还原及应对来自下部的还原气体的利用率终止于相应温度下的反应气相成份平衡曲线。间接还原对还原气体的需要量，取决于高炉中直接还原与间接还原的比例，间接还原发生在上部温度较低区域，反应速度慢，一般需要3—6小时，来不及还原的铁氧化物随着熔化转变直接还原。直接还原的产物气体是还原气体直接加入到燃烧产物还原气流中。还原气体数量远大于间接还原的需要量，大量的还原气体随炉气一起排出炉外。所以高炉对碳的利用率只能达到52—60％。利用高温空气回收热量只能回收到40％的排出炉外的炉气中的能量，剩余60％无法回收的能量是高炉降低能耗难跨越的门坎。焦炉和高炉的炉气发电回收能源的能量转化有效率只能达到20—35％。

近几十年来发展起来的直接还原和熔融还原两个炼铁工艺流程对发展了五百年的高炉进行挑战。这两种工艺流程解决了对焦碳的依附和简化革除了高炉的焦化工序，是极大的进步，但是在能耗的定性和定量上以高炉竞争有些显得泛力，直接还原有熔化分离渣铁和熔融还原采用全氧煤法，消耗大量的电力能源，电力是所有能源中最高级的和最清洁的能源，巨大的钢铁产业和整个人类生产与生活争抢能源中的高级精粮不是明智之举。就定量而言，直接还原流程中单是已金属化的物料熔化渣铁热焓就需2.1GJ/吨铁。折合电力为583kw.h/吨铁。熔融还原无论是一步法还是二步法，除极少数方法外，氧气的消耗都在500Nm³/吨铁以上，现在唯一商业运行的COREX法的吨铁氧耗达720Nm³，按生产1Nm³氧消耗1kw.h电力计，即熔解还原单氧气一项消耗电力在500kw.h以上。现在的火力发电平均每度电耗煤350克，不算其它运行成本，每公斤煤热值以20—25MJ计，每kw.h的电力就不是代表3.597MJ的能量，而是代表着350克煤的7.875MJ能量。从这方面讲，现有的直接还原和熔融还原技术甩掉了传统高炉工艺流程拖着的至少88.13kg标煤的焦化能耗尾巴，而又拖上了一条至少：500×0.35×0.0225÷0.02927＝134.5kg标煤的电力或氧气消耗能耗尾巴。

从排出还原炉的还原尾气或炉气看，无论是直接还原还是熔融还原，尾气中的还原气体量都高于高炉还原尾气中的还原气量。而且没有象高炉那样有高温空气回收部份热量的余地。一座熔融还原炉是一座炼铁炉同时又是一座煤气发生炉。带来两种后果：1、靠出售剩余的煤气冲抵冶金产品的成本。钢铁厂远离城市，销售煤气渠道费人、财物力。2、不管如何处理，剩余煤气都要转化为二氧化碳排入大气环境中，增加大气环境的暖室气体负荷。