[发明专利]三步法金属还原的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及金属氧化物熔融还原金属的方法，具体说是一种铁的氧化物“三步法”还原金属铁的方法。

背景技术

铁氧化物的一步法熔融还原是上世纪初提出的，是将铁矿粉和煤粉直接喷到移动着的高温高碳的铁熔池表面，CO在熔池上部燃烧，产生大量的热量满足系统需要。在实际应用中一步法有其局限性，主要有如下原因①CO燃烧产生的大量的热不能有效地传递到还原区②高FeO渣对炉衬严重侵蚀③高温煤气排出反应器热能利用下降。

铁氧化物的二步法熔融还原，是上世纪70年代开始开发的。主要由还原器及终还原炉组成。二步法有很多种类，典型的预还原器是竖炉，使用天然块矿或人造块矿，预还原阶段使用的还原气来自终还原产生的煤气，很多情况下，这些煤气还兼做热载体气，预还原后的物料紧接着送入终还原器，在终还原炉内送入煤粉和氧气，在高温熔融状态下进一步进行还原、渗碳，渣铁分离。由于预还原器往往是竖炉同时又采用块矿，预还原速度较低，容易造成粘结排料不畅，终还原炉出来的煤气利用率不高，热效率低，竖炉顶部排出煤气温度往往较高，终还原炉加热燃料主要靠煤的燃烧产生，在终还原炉中就产生额外的熔渣。

以上一步法或典型的二步法铁氧化物熔融还原成功地解决了生产铁水不使用焦炭，而只使用非炼焦煤，二步法中还摆脱了高炉炼铁中软融带的不利影响，改变了原有的高炉炼铁的透气性问题，但一步法，二步法熔融还原都有其固有的弱点。现代冶金技术要求精细化，要求改变粗放式的设计生产方法。

发明内容

为克服现有技术的不足，充分利用还原过程析出的气体，提高熔融还原产品的质量，本发明提供一种三步法金属还原的方法

三步法铁的氧化物还原分为三步。第一步是通过一定量的碳与铁氧化物直接接触或者一氧化碳和某些碳氢化合物及氢气等与铁氧化物接触，这种接触是在一定温度下，在隔绝空气，隔绝氧气的情况下进行的，在这种温度下，铁的大部分氧化物被还原成金属铁，而这个温度可以是接近金属铁熔化温度，也可以是某个较低的温度。不同的温度有不同的还原时间。铁的氧化物与含碳的物质如煤，半焦，焦炭，焦油等接触，一般还应混合有类似CaO的溶剂及某些粘结剂和水，制成成型物，然后在某个温度下进行加热，加热在还原炉内进行，并且隔绝空气或氧气，如在接近铁熔化的温度加热则还原的速度很快，如比此温度较低的温度加热，还原速度则相对要低，还原的结果是大部分铁的氧化物都转为金属铁，含碳高的成型物可能得到含碳较高的还原炉产品，含碳低的成型物可能得到含碳较低的还原炉产品。还原炉可以是竖炉，辊道式炉，推板式炉，罩式炉，焦炉等。不论何种炉型，都有如下特点：装有成型物并隔绝空气，隔绝氧气，还原炉所需的相当一部分或大部分以上的热量来自析出气体，析出气体转化成还原炉所需热量的方法多种多样，在还原炉内对成型物加热可以在金属铁接近熔化的温度，也可以在与之相比较低的温度，还原炉产品在隔离空气的情况下排出还原炉及很多情况下析出气体在还原炉中的温度逐渐降低，从气体出口离开还原炉时温度相对较低。第二步是含碳的成型物在还原炉内进行还原的过程，还是一个含碳气体产生和析出的过程。析出气体主要有一氧化碳，碳氢化合物，氢气，二氧化碳，氮气等，这些析出气体在排出还原炉之后有两个途径：第一个途径，收集这些气体进入气体处理装置，在气体处理装置里完成除尘降温脱焦油，脱硫，脱氮氧化物，脱二恶英，脱水并加压工作，使析出气体适宜于进入各类自动控制烧嘴进行加热。如有必要可加入气体改质流程，使气体组分更适宜于用还原炉使用。第二个途径是收集这些气体不进行气体处理或只进行简单的气体处理，很多情况下，析出气体仍保持与出还原炉时相近的温度，直接用于类似终还原炉和各种蓄热器的加热方面。第三步是：使用析出气体，在如下方面进行运用。①在终还原炉内与被换热过的空气或富氧混合燃烧，也可与纯氧混合燃烧，对还原炉产品进行终还原或进行终还原并熔化，除渣，产生铁水或直接还原钢水。析出气体燃烧提供了终还原炉要求的全部热量也可提供其要求的部分热量，其余热量由其它燃料或能源提供。根据成型物的成分，还原炉产品在终还原炉内进行终还原并熔化，可加入部分含碳物质如煤粉喷入燃烧并可以参与还原过程，也可不加含碳物质只采用还原炉产品内剩余的含碳物质完成终还原。②提供熔池加热炉，高温换热装置，空气换热装置，外热式加热还原炉、调节熔炼炉等所需全部热量或部分热量，这些热量可能直接来自析出气体的燃烧，也可能来自终还原炉高温烟气热载体加热，也可能两者都有之。③将析出气体用于系统外的发电装置然后使用电能作为三步法铁氧化物还原的全部或部分能源。