[发明专利]底部加热式固定炉床还原炼铁工艺

说明书

技术领域

本发明属于冶金工业领域，涉及一种直接还原铁生产方法，特别是一种底部加热式固定炉床还原炼铁工艺。

背景技术

直接还原铁(DRI)又叫海绵铁，以天然气或非焦煤作为还原剂还原铁矿石、铁精粉或含铁原料后形成。还原剂不同，所生产的DRI的化学成分也不同。随着冶炼钢种对残余元素要求越来越严，特别是核电、加氢、电站等产品钢，使用普通返回废钢和外购废钢冶炼时，已满足不了产品对残余元素的要求。直接还原铁因其杂质元素含量非常低，在炼钢中常用来代替部分废钢来解决炼钢过程中的残余元素问题，生产高品质纯净钢或特殊钢。

近年来全球直接还原铁产量持续增加，据统计，2010年世界直接还原铁(DRI/HBI)的产量已达7037万t，约为我国高炉生铁产量(9.52亿t)的6.7％，受资源的制约，我国直接还原铁生产的发展缓慢，产量不到全球直接还原铁(DRI)产量的1.0％。

按还原剂的不同直接还原分为气基还原和煤基还原。MIDREX和HYL是两种主要的气基竖炉还原工艺，其产量占全球直接还原铁产量的70％以上，在直接还原铁生产中占主导地位。气基竖炉还原装置不需要配套建设大型的烧结、炼焦设备，也不需要焦炭和焦煤，因此在天然气丰富的发展中国家得到了快速的发展。气基还原规模大，单炉产能可达190万t/年。

煤基直接还原工艺大部分规模较小，能耗也较高。常见的煤基直接还原工艺包括转底炉、隧道窑和回转窑等。隧道窑是欧洲开发的专门用于生产高附加值的粉末冶金铁粉的主要工艺手段。由于正规设计的直接还原隧道窑长达160－270米，产能小(单窑最大年产6万吨)热损失大、能耗很高(耗煤约1t/t，其中还原用煤450～650kg/t，加热用煤450～550kg/t)，生产周期长(48～76小时)；污染严重(还原煤灰、废还原罐等固体废弃物多，粉尘多)，产品质量不稳定等问题国外已不用隧道窑生产炼钢用DRI。回转窑是目前国内较常用的直接还原铁生产方法。因对原燃料要求苛刻，单位产能投资和运行费用偏高，稳定运行难度偏大，生产规模偏小(最大15万t/年座)，难以成为我国直接还原铁发展的主体工艺。

转底炉已在处理钢铁厂含Fe、Zn、Cr、Ni粉尘方面实现了工业化生产，其不足之处在于海绵铁(DRI)脉石和硫含量高，导致电炉炼钢渣量增加，电极消耗，难以直接用于生产炼钢用直接还原铁。其次转底炉采用敞焰加热方式加热炉料，由于燃料燃烧为氧化性气氛，而铁氧化物的还原需要还原性气氛，因此敞焰加热方式通常存在炉内气氛难以控制，还原产物易被二次氧化的问题，影响海绵铁最终质量。

发明内容

本发明目的在于提供一种还原炼铁工艺，该工艺将直接还原区与燃烧区分开，使得还原炉内气氛可控，防止还原后的海绵铁二次氧化，生产高质量海绵铁。

一种固定炉床还原炼铁工艺，所述炉床下方设置有炉膛，炉床上方设置有密封料层的炉盖；所述炉膛内通过燃料燃烧产生热量，热量经传导扩散到炉床上的料层，料层发生氧化还原反应，生成海绵铁。

按上述方案，所述料层的布置方式为：采用型煤先直接布置于炉床上，然后将铁精粉球团布于型煤上。

按上述方案，所述铁精粉球团直径为10～30mm，型煤的平均尺寸为铁精粉球团的1.1-1.5倍。

按上述方案，所述铁精粉球团碳氧摩尔比1.0～1.5。

一种固定炉床还原炼铁装置，所述炉床下方设置有炉膛，炉床上方设置有密封料层的炉盖。

按上述方案，所述炉膛下底面为炉箅子，炉膛下沿设置有炉墙。

块煤球团还原技术：型煤在高温作用下发生不完全燃烧反应生成还原性气体CO(2C+O₂＝2CO)，CO与铁精粉球团发生还原反应生成CO₂(Fe₂O₃+CO＝2Fe+CO₂和FeO+CO＝Fe+CO₂)，生成的CO₂遇到型煤后发生碳素溶损反应(CO₂+C＝2CO)，就地转化为CO，继续与铁精粉发生还原反应。②以辐射传热的方式为炉料提供还原所需热量，还原炉内还原气氛可控，同时便于控制炉内温度。

本发明的有益效果：

创新的炉型及生产方式：该工艺将直接还原区与燃烧区分开，使得还原炉内气氛可控，防止还原后的海绵铁二次氧化，生产高质量海绵铁。

采用固定式炉床，取消了大多数直接还原炉窑庞大复杂的传动装置，节省能源，便于扩大生产规模。根据我国资源特点，使用廉价煤作为加热热源，采用廉价块煤作为还原剂。