[发明专利]金属氧化物高温高料层直接还原工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属氧化物高温高料层直接还原工艺，是对于各种金属氧化物特别是铁系氧化物（如高品位铁精矿及鲕状赤铁矿、赤铁矿、羚羊石矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿等低品位复杂难处理矿以及红土镍矿、钒钛磁铁矿、硫酸渣、铜渣、铅锌尾矿等多金属氧化物尾矿及炉渣）高温高料层直接还原的工艺，属于金属冶金技术领域。

背景技术

近年来，随着高炉炼铁的迅猛发展，其面临的问题也日趋严峻，主要体现在：1）高炉炼铁需要块矿和一定粒级的炉料，但随着钢铁工业规模的快速发展，品位高的铁矿石逐年减少，贫矿则只能磨细精选，再对细料进行烧结造块，炼铁成本高居不下；2）高炉生产需要消耗大量价格昂贵的焦炭，焦炭需求快速增长，但焦炭储量有限，资源日趋贫乏，价格也逐渐增高，促使炼铁成本增加；3）炼焦，烧结，球团及高炉生产过程中产生的“三废”污染严重。另外，我国铁矿资源虽然丰富，但铁矿石的主要特点是“贫”、“细”、“杂”，平均铁品位32％，比世界平均品位低11个百分点。其中97％的铁矿石需要选矿处理，并且复杂难选的铁矿（如鲕状赤铁矿、赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿等复杂难选矿）所占比例大(约占铁矿石储量的20.8%)。由于铁品位低且复杂难选，采用常规选矿技术无法或只能部分选取金属物。目前国内外有不少用直接还原技术将高品位铁精矿及复杂难选矿制成还原铁的工艺，但所有这些工艺均存在生产效率低、投资大、能耗高、污染环境等缺点。因此，为了实现可持续发展，开发不依赖于焦炭的且能耗水平低、生产效率高以及不但能处理高品位铁精矿也能处理各种复杂难选矿和含铁尾渣的非高炉炼铁工艺非常必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属氧化物高温高料层直接还原工艺，提高生产效率、能源利用率、产品的金属化率及直接还原铁的强度与密度，解决背景技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

金属氧化物高温高料层直接还原工艺，包含如下工艺过程：金属氧化物与还原剂、脱硫剂、粘结剂充分混合制成球团，球团直径在5mm~30mm之间，制备好的球团进入还原设备中进行高温高料层直接还原；直接还原后的热态产品直接入电炉或转炉炼钢或水淬磨选后制成冷压块作为炼钢原料；所说的高温，即让还原剂完全燃烧，提高燃料利用率同时有利于热量传递，还原温度为1350～1550℃；所说的高料层，即球团总高度为60～200mm。 

所说的金属氧化物是铁系氧化物，包含如高品位铁精矿及鲕状赤铁矿、赤铁矿、羚羊石矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿等低品位复杂难处理矿以及红土镍矿、钒钛磁铁矿、硫酸渣、铜渣、铅锌尾矿等多金属氧化物尾矿及炉渣。

所说的还原剂是碳C、脱硫剂是石灰石、粘结剂是水玻璃和膨润土。金属氧化物：还原剂：石灰石：粘结剂=1：0.1～0.3：0.02～0.06：0.001～0.006。

所说的还原设备，包含并行直底炉、往复式车底炉、转底炉、隧道窑、辊道窑、抽屉窑、多层炉。

在还原反应中，由于下层球团还原产生的自下而上CO气流对上层已还原的直接还原铁（简称DRI）具有保护作用，因此防止了DRI被CO₂再氧化甚至熔化问题的发生。只有到还原后期时，若希望底层球团充分收缩，具有足够的密度和强度，顶层球团才可能被部分氧化，使顶层球团金属化率略有降低（约1～2%）。因此，整个过程中，可使C完全转化为CO₂，产生的热量可用于加热空气和含碳球团，有效提高了燃料利用率，降低燃耗。还原后的产物出炉后可直接作为炼钢原料，也可进行磨矿磁选，对磁选后的物料进行压块作为炼钢的优质原料。

本发明其特别之处是在还原过程中采用高温高料层工艺，研究表明，热量传输是整个工艺过程（包括质量传输和热量传输）的限制性环节。还原初期，热量的传递方式是辐射传热，第一层球团经还原体积收缩后，料层空隙度增大，有利于对第二层球团的辐射传热，依次类推……。但还原后期底层球团所需要的热量来自辐射和传导传热的共同作用（此时上层球团的良好还原和收缩使DRI具有优良的导热性能）。由于高料层的存在，下层球团产生的还原性气氛可以保护上层已经被还原的球团，防止其被再氧化，上层球团可以长时间处于高温状态下，使得DRI金属化率高，强度高，且工艺生产率高，能源利用率高。本发明另一特别之处是在该高温高料层直接还原工艺过程中采用的还原设备为并行直底炉或往复式车底炉，也可采用隧道窑、转底炉、辊道窑、抽屉窑、多层炉等还原设备。