[发明专利]一种以生物质含碳球团为原料的转底炉炼铁方法

说明书

技术领域

本发明属于黑色冶金领域。适用于煤基转底炉炼铁流程，涉及一种使用生物质作为炼铁燃料和还原剂的转底炉炼铁工艺。 

背景技术

高炉炼铁是目前钢铁生产的主导流程，工艺技术十分完善。然而，该流程必须依靠污染严重的焦化和烧结等工序提供原料保障。转底炉（RHF）炼铁作为一种非高炉炼铁新工艺具有原料适应性强、生产周期短等特点，可以以各种级别的煤粉等为燃料和还原剂，以铁精矿粉等各种含铁粉料为原料，通过将原燃料及适量粘结剂按比例混合并压制成含碳球团，进而在高温下生产出符合要求的金属铁。因此，转底炉炼铁工艺摆脱了焦化和烧结的限制，工艺流程较简单，建造成本较低，环境污染较小，具有较好的应用前景。但是，尽管转底炉炼铁不需要焦炭，该工艺仍消耗大量的煤炭等不可再生化石能源，进而导致CO₂、SO₂等污染物的排放，并带来诸如产品硫含量较高等问题。因此，提高煤炭的利用率或者利用其它新型燃料从根本上替代煤炭，是降低炼铁工艺碳素消耗、实现节能减排及改善产品质量的重要途径。

生物质资源（废木料、秸秆等）是唯一的一种可再生碳源，具有分布广、产量大、可再生、碳中性等特点，与传统化石能源相比具有巨大的经济、环保优势和社会效益。一些发达国家已将生物质能的开发和利用作为解决能源危机的重要手段，如目前瑞典的生物质能已经占其国内能量消耗的近40%。生物质经一定温度（400-700℃）碳化后可得到生物质焦，它与煤炭相比具有低硫、低氮、低灰分、高反应性和良好可磨性等优点，是一种优质的燃料和还原剂。将生物质焦应用于转底炉炼铁工艺具有较多优势：可从根本上降低炼铁的煤炭消耗，降低对化石能源的依赖；可大大降低CO₂、SO₂、NO_x等污染物的排放，进一步实现绿色清洁生产；可改善工艺热效率及生产效率，提高产品质量。此外，生物质资源成本较低，处理简单，综合利用价值较高。

发明内容

本发明的目的是利用生物质代替煤炭应用于煤基转底炉炼铁工艺中，解决转底炉炼铁生产工艺的煤炭等化石能源消耗量较大，CO₂、SO₂、NO_x等排放量较大，产品硫含量较高，工艺热效率及生产率较低等问题。

本发明利用生物质含碳球团来代替传统转底炉炼铁工艺中的煤粉含碳球团，从根本上降低煤炭消耗，降低污染物排放，提高产品质量，改善热效率及生产率，降低工艺综合成本。

一种以生物质含碳球团为原料的转底炉炼铁方法（RHF-B），主要工艺过程如下：

（1）生物质焦的生产：将空气干燥的生物质（废木料、秸秆、工农业残余等）装入碳化装置，在400~900℃条件下无氧炭化30~90min，要求脱除其大部分挥发分，冷却后得到生物质焦（产率大于20%，碳含量大于70%，挥发分含量小于20%，其余为少量水分和灰分；产率是生物质原料经碳化后获得生物质焦的比率），碳化过程可由生物质提供能量，排出的热解气体可经处理后作为供热燃料；

（2）生物质含碳球团的制备：将生物质焦破碎、筛分至小于150μm后与矿粉按C/O=1.1~1.4进行配合，加入合适粘结剂混匀（总水分控制为6~8%）并用压球机压制成含碳球团后烘干备用，粘结剂可用膨润土等，配比为2~4%。

（3）生物质含碳球团的还原：在转底炉底部耐材上铺一层厚约5~10mm的生物质焦粉，而后在上面铺上单层配加生物质焦的含碳球团，转底炉可用生物质热解气体或煤气作为燃料进行加热，内部温度为1250~1450℃，球团还原时间为10~40min，而后得到金属化率大于80%的金属化球团。

以生物质含碳球团为原料的转底炉炼铁工艺与传统转底炉炼铁工艺相差不大，仅需增加一套简单的碳化装置以生产生物质焦；RHF-B工艺的能源主要来自于生物质和生物质焦，它们可提供吨铁能耗的85-100%。

RHF-B工艺的主要设备包括：生物质碳化炉、热解气体收集处理设备、混料机、压球机、转底炉等。