[发明专利]一种短流程煤基直接还原铁的生产设备和方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种以煤炭为还原剂对铁氧化物经焙烧后进行直接还原的方法。

背景技术

非高炉炼铁技术是钢铁工业发展的前沿技术之一，其中直接还原生产金属铁已成为世界钢铁工业生产不可缺少的组成部分，发展直接还原铁生产弥补废钢的短缺，是我国钢铁工业发展中急需解决的问题之一。中国虽然是世界第一大钢产量国，2011年钢产量突破了7亿吨，但直接还原铁的年产量却一直徘徊在40～50万吨，不到世界还原铁总产量的1％，而且还存在着工艺技术的难题。

截止目前，全世界已有十几种直接还原铁的生产制造方法实现了工业化，使用的设备包括Midrex、HyL--Ⅲ、煤基回转窑、转底炉、隧道窑等方法。其中气基竖炉生产工艺Midrex和HyL-Ⅲ可以实现大型化生产，产品质量高、投资省，能够适合大型钢铁企业的生产应用。但是气基还原方法需要依赖天然气作为资源进行生产。Midrex和HyL气基竖炉尽管可以不依赖天然气，可直接使用Corex工艺产生的煤气、煤制气、焦炉煤气等进行生产，但煤转气及脱硫再处理的过程也会浪费很多的能源。

中国是一个煤炭资源比较丰富的国家，开发以煤炭为能源和还原剂的直接还原铁生产方法理应是直接还原铁生产的一个主要方向。但中国还原铁工艺技术的研发、推广起步较晚，而且基本上以隧道窑法进行生产。因为成本高、产量低，单条生产线年产量只有3～5万吨，无法满足大型钢铁企业工业化生产中对于还原铁的需求。

本项发明的目的是想以回转窑生产出的氧化球团为原料，结合国外竖炉还原方法和本公司以往的发明的各专利技术，优化各项工艺，设计出一种稳妥的以煤炭为主要能源制取还原铁的方法及相关设备，同时提高单条生产线的生产能力，年达到百万吨级的生产能力，采用本方法可以提供热态金属化球团，直接热装热送到熔分炉或电弧炉内熔分成铁水，也可以提供冷态的金属化球团的供磁选或炼钢使用。

发明内容

我国煤基直接还原铁产能低下，生产方式落后、生产运行成本高、质量低，严重制约了我国直接还原铁的发展，甚至影响了钢铁行业的发展。但我国的回转窑法制取氧化球团的生产工艺和装备非常已经非常成熟和稳定，而且单条生产线的生产能力已经达到上百万吨，甚至几百万吨。

中国的煤基竖炉法制取还原铁的工艺至今仍不够成熟，主要是生产竖炉中间的温度无法掌控在950℃～1000℃范围内，当炉中心温度超过1000℃时，会造成球团与球团间的粘接、同时还容易出现球团与炉壁的粘结，称为“结瘤”，甚至发送棚料现象；有时也因温度变化较大，会发生球团粉化，也会为炉壁结瘤提供条件；物料冷却时也容易造成产品二次氧化等问题，因此至今煤基竖炉法生产还原铁的生产技术一直没有得到很好的推广。

针对上述国内直接还原铁生产工艺和装备的情况，发明了一套较为实用的短流程、高产能制取直接还原铁的方法，为我国煤基还原铁的发展，奠定了设备基础和合理的工艺路线。

回转窑氧化球团生产工艺，生产出的单个球团常温下平均抗压强度可达1500N/个球，但球团烧结后的温度在1100℃以上，对于这种炙热的氧化球团需要采用缓冷机将其冷却到200℃以下后，再作为高炉的炼铁原料使用，缓冷过程浪费了许多能源。本项申请结合回转窑氧化球团的工艺技术和装备，进一步进行优化，设法将完成氧化焙烧后的氧化球团所含的热能充分利用起来，以便将能耗降低到最低程度，同时可以获得金属化球团产品。

煤基直接还原铁工艺和气基直接还原铁工艺都是依据相同的还原理论进行生产，其还原过程中存在4大要素：

(1)还原温度：在一定温度范围内，还原温度越高，还原速度越大；

(2)还原时间：还原时间越长，还原程度越充分；

(3)还原气体浓度：还原气体浓度越高，还原速度越大，还原程度越充分；

(4)还原气体压力：还原炉内还原气体压力越大，还原程度越高。

基于以上直接还原铁生产工艺的4大要素，本项发明首先采用回转窑氧化球团生产装备制取氧化球团，然后在回转窑的窑头处加大其内径，并在其后增加了具有具有还原竖炉功能的还原炉装置，控制还原炉内的气氛和温度，对氧化球团进行高温还原，最终在650℃～800℃温度下将被还原的物料自还原炉下部排出，为熔分炉或电弧炉提供高温热料，降低能耗；也可将物料温度降低到200℃以下，实行冷态出料，生产出冷态的金属化球团产品。