[发明专利]自燃还原法炼铁工艺

说明书

技术领域

本发明属于冶金与能源技术领域，特别涉及一种炼铁工艺。

背景技术

钢铁是工业的粮食，是国民经济的命脉，因此炼铁工艺的发展进步对整个国家的科技与经济都具有重要的影响。

目前最为成熟的炼铁工艺为高炉炼铁，其优点在于高炉的炉龄长、产能大、能耗低、操作简易。但高炉炼铁对炉料的要求十分苛刻，必须进行烧结和炼焦，这两个步骤生产线的建设投资巨大，要消耗大量的热量，且环境污染严重。为摆脱对烧结和炼焦这两个步骤的依赖，炼铁工业的研究者进行了艰苦卓绝的努力，希望能找到可以取代高炉炼铁工艺。

目前国内外已有的非高炉炼铁工艺，可分为“直接还原法”和“熔融还原法”两大类，但直接还原法只能生产半成品的海绵铁，熔融还原法则是将直接还原法获得的不同金属化率的海绵铁进一步熔炼成金属铁，是直接还原法的继续。因此，这两类方法都不是独立、完整的炼铁工艺，并且具有产能较低、能耗较大、炉龄短、对原料的含铁品位要求高等一系列的缺点。除COREX炉实现规模生产外，其他的非高炉炼铁工艺都还没有获得规模生产的技术水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自燃还原法炼铁工艺，使炼铁工业不再需要烧结和炼焦，实现节能减排、降耗增效。

为解决上述技术问题，本发明所提供的自燃还原法炼铁工艺，包含以下步骤：

(1)炉料制备：将炉料的各组分：铁精粉、煤炭、助熔剂和粘结剂，研磨成粉状，混合均匀，得到粉状炉料；根据工艺要求，将各组分粉状物料进行称量，按比例一次性完成配料；再将配好的炉料加水搅拌、挤压成条、切坯，得到炉料块，将炉料块码放到隧道窑的窑车上，自然风干等待进窑；

(2)干燥、预热和焙烧：上述窑车装载炉料块进入隧道窑，由窑头向窑尾运动；温度为1250～1350℃的炉气从窑尾向窑头流动，以对流传热的方式对炉料块进行干燥、预热和焙烧，炉料块升温至500℃～550℃时点火自燃，出窑时炉料块的温度达到1000℃～1200℃；炉料块不经冷却，由设置在隧道窑窑尾的高温卸料装置将其倾斜到辐射炉。

(3)熔炼：焙烧后的炉料块经隧道窑窑尾的高温卸料装置卸入辐射熔炼炉的下料烟道，炉料块在下料烟道中被高温炉气继续加热至1250～1350℃，开始软化熔化；炉料块进入辐射熔炼炉内形成料堆，炙热的炉气和炉壁辐射熔体和料堆，在高温高碳缺氧条件下持续燃烧完成铁的氧化物的还原和熔炼过程；生铁溶液和熔渣在辐射炉炉头的沉淀区进行分离，分别从辐射熔炼炉的放铁口和排渣口排出。

以下对各个步骤及其效果作具体阐述：

步骤(1)炉料制备：

本发明所使用的铁精粉为含铁品位大于55％(质量百分比)的铁的氧化物。铁精粉的有害杂质(硫、磷等)含量执行国家标准，对粉状铁精粉的颗粒大小不作限制，进入生产线的铁精粉的水分(包括重力水、毛细水和结晶水)要少于铁精粉质量的10％。

在本发明中所使用的煤炭中的固定碳既是还原剂又是燃料。对于煤炭的品种没有严格的要求，焦炭、烟煤、无烟煤均可。所用煤炭的有害杂质的含量(硫、磷等)执行国家标准。所用煤炭的发热量最好大于5800大卡/kg煤，不要低于5300大卡/kg煤。此外，对所使用的煤炭的挥发份和灰分没有严格要求。所使用的煤炭必须经过破碎研磨成粉状，筛除颗粒直径大于5mm的粗颗粒，返回研磨机重新加工。控制煤炭的水分含量少于10％。上述铁精粉与煤炭的投料量使铁元素与碳元素的质量比范围为1：0.26～1：0.4。

本发明采用生石灰作为助熔剂。生石灰的用量根据炉料中酸性物质的质量和渣的酸碱度来确定，酸碱度一般为1.1～1.2；其中，生石灰的有害杂质含量执行国家标准。生石灰的水分少于5％，生石灰必须经过破碎研磨成粉状。

本发明采用膨润土作为粘结剂。膨润土的用量一般为炉料总质量的2％～3％；由于膨润土的吸水能力强，对水分不作硬性规定。膨润土的蒙脱石成分含量要求大于90％。

本发明中，炉料制备方法区别于现有炼铁工艺的配料方法，具体来说，本发明根据物料平衡和热量平衡计算成果，将全部炉料(铁精粉、煤炭、助熔剂和粘结剂)一次称量，混合配料，均匀地固化在炉料块中。炉料块将各个组分的物料直接带入熔炼炉，用不着附加喷(加)煤和喷入天然气或专门的渗碳作业，也不再添加助熔剂等。其次，各种组分的物料均匀混合，不存在还原剂与氧化剂的接触机会问题，在炉料没有熔化之前，他们始终在一起，用不着在熔炼过程中进行强烈搅动，避免了高强度的搅拌作业以及由于强烈搅拌对炉衬的冲刷。

步骤(2)干燥、预热和焙烧：