[发明专利]双基还原生产海绵铁的方法及其专用室式冶炼竖炉

说明书

技术领域

     本发明涉及铁的冶炼，具体而言，涉及在竖炉中直接还原炼海绵铁。

背景技术

海绵铁是电炉冶炼优质钢、特种钢的好原料。现行的海绵铁生产方法有两类：气体还原法和固体还原法，又称气基法和煤基法。气基法是用天然气、石油气、焦炉煤气和煤制气等经转换得到高纯度的气体还原剂一氧化碳和氢气，在竖炉或反应罐或流化床中将精铁矿还原成海绵铁；煤基法是用煤中固定碳作为铁氧化物的还原剂，多用回转窑、隧道窑、倒焰窑和转底窑作还原设备。无论气基法还是煤基法，都需要外加热源，以使反应物达到铁氧化物还原所需的温度，并能使还原反应进行彻底，才能得到合格的海绵铁产品。可见，优质铁矿、精煤是海绵铁生产的必须原料。近年来随着铁矿价格和能源价格的攀升，如何降低能源消耗就成为还原法生产海绵铁的技术难题。

中国专利数据库中，涉及海绵铁生产的申请件很多，涉及用煤作还原剂生产海绵铁的新技术方案也有，例如200510012508.4号《用微波竖炉制取低碳海绵铁的方法》，201010200213.0 号《用还原回转窑冶炼难选铁矿(渣)制取海绵铁的方法》和201210190427.3号《海绵铁的制造方法》等。但这些技术方案是否能够降低海绵铁的生产能耗不得而知。

发明内容

本发明的目的是提供双基还原生产海绵铁的方法，以充分利用还原过程产生的冶炼煤气和燃烧废气，节省还原剂固定碳和加热煤气，降低能源消耗，从而降低海绵铁生产成本。

本发明的又一目的是提供双基还原生产海绵铁方法的专用室式冶炼竖炉，以满足双基还原法海绵铁生产的需要。

发明人提供的双基还原生产海绵铁的方法，原理是既用固态的煤或焦炭作为还原剂，又用煤气中CO和H₂作为还原剂，在冶炼室中将精铁矿还原成为海绵铁。该方法的具体生产步骤是：

(1) 制备料球

取含铁的质量分数高于60％的精铁矿、灰分低于15％的煤或焦炭和除杂后的消石灰分别进行破碎，配料计量后进入球磨机混合并磨成混合细粉；得到的混合细粉送入成球盘，加水制成湿料球，筛分，取合格的湿料球送入烘干机，利用出竖炉的燃烧废气烘干成干料球，再筛去粉尘，得到合格的料球备用；两次筛分得到不合格的物料均返回成球盘用于制球；

(2) 冶炼还原

将干燥的料球从室式冶炼竖炉的顶部送入其冶炼室，冶炼室依靠竖炉的燃烧室燃烧煤气间接加热，料球下落过程中被加热、温度逐渐上升；同时从炉底通入回炉煤气，利用料球里煤焦的碳和回炉煤气中的CO及H₂还原料球中的铁氧化物；控制冶炼温度为<1050℃，直至料球中的铁氧化物90％以上被还原成金属铁，将冶炼室的粗铁球料从下部排出；

在这一步骤中，煤焦的碳在直接还原铁氧化物时产生以CO为主要成分的炼铁煤气；而炼焦煤气中的CH₄、C_mH_n在700℃以上会发生裂解生成单质C和H₂，从而增强还原效果；

(3) 冷却

从冶炼室排出的高温红热的粗铁球料进入冷却段，用即将燃烧的冷空气和冷煤气以及冷水进行间接冷却，又用冷的回炉气通入炉底直接冷却粗铁球料，使其温度降低至30℃以下，再运出炉外；

(4) 磨细、磁选、压块

运出炉外的粗铁球料送入球磨机磨细，再送到磁选机进行磁选，选出的海绵铁料总铁达到95％以上；再将合格的海绵铁料送至强力压块机压成块状，即得到海绵铁产品。

上述方法的第(1)步中，所述混合细粉的细度为-200目；所述湿料球含水的质量分数为8％～10％；所述筛分后合格的湿料球为直径8～25mm的球体；所述烘干成干料球含水的质量分数≦1％。

上述方法的第(2)步中，所述煤气是由两部分组成的，一部分是外供燃气或自备煤气发生炉制得的水煤气或半水煤气经过除尘、脱硫净化后的净煤气，另一部分是室式冶炼竖炉排出的炉顶气经过气液分离、冷却和净化的冶炼炉气。

上述方法的第(3)步中，所述冷的回炉气是冶炼煤气净化后再脱除CO₂和干燥、再冷却后的净煤气。

上述方法的第(4)步中，所述磨细、磁选、压块过程要用惰性气体保护，以防止新生态的单质铁被氧化，所述惰性气体是经过脱硫、除尘、冷却后的燃烧废气或氮气；所述送入球磨机磨细的粗铁球料细度为-200目。