[发明专利]一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺

说明书

技术领域

本发明属于铁冶金和矿物工程技术领域，涉及一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺。

背景技术

    目前，全世界生铁主要来源于高炉冶炼产品，高炉炼铁生产技术成熟，具有产量大、生产效率高的优点，但高炉炼铁必须依赖焦煤，且其生产工艺流程较长、环境污染较大、设备组成复杂，同时与之配套的炼焦、烧结、球团等工序生产的产品余热不能直接进入高炉进行利用，且各工序排出的高温废气也不能完全回收利用，造成整个工序的生产能耗较高。

非高炉炼铁是指以铁矿石为原料并使用高炉以外的冶炼技术生产铁产品的方法。在当今焦煤资源缺乏、非焦煤资源丰富的情况下，非高炉炼铁以非焦煤为能源，不但环境污染小，而且省去了炼焦、烧结、球团等工序，缩短了炼铁生产工艺流程。因此，非高炉炼铁一直被认为是一种环保节能、投资小、占地少、生产成本低的生产工艺。非高炉炼铁可分为直接还原炼铁工艺和熔融还原炼铁工艺两种。（1）直接还原炼铁是一种使用非焦煤、气体燃料或液体燃料为能源和还原剂，在铁矿石软化温度以下，将铁矿石中铁氧化物还原成金属铁的工艺。直接还原按还原剂的类型，分为气体还原剂法、固体还原剂法和电煤法(以电为热源、以煤为还原剂)；按还原反应器的类型，可分为竖炉法、流化床法、回转窑法、转底炉法及隧道窑法等。（2）熔融还原工艺主要是指用非焦煤生产液态铁水的方法，其还原过程以非焦煤、矿粉为原料进行的冶炼，无需炼焦、烧结、球团等生产工序。熔融还原的主要技术有：竖炉预还原加熔融还原工艺、快速流化预还原加熔融还原工艺、铁浴造气加终还原工艺、竖炉造气加终还原工艺等。

直接还原和熔融还原是现代非高炉炼铁的主体工艺，均是以摆脱高炉流程对炼焦煤依赖为目的的钢铁行业前沿技术。目前，世界上开发出的非高炉炼铁工艺有成百上千种，但产业化的生产工艺并不多，即使已经产业化或初步产业化的 COREX、FINEX、HIsmelt等方法除工艺设计及生产流程存在问题外，主体设备结构的选择也不尽合理，同时现有非高炉炼铁技术的能耗均高于高炉炼铁技术，有的甚至比高炉炼铁流程高出许多。此外，在铁矿石的直接还原及熔融还原中，国内外为降低生产成本和提高产品质量，目前普遍使用品位为66%以上的铁精矿或富矿，而对品位为40%以下的低品位铁矿石应用较少。

世界上有不少铁品位低、铁氧化物晶粒微细、与脉石嵌布紧密、单体解离度较低的铁矿石，其开发利用采用常规的磁选、浮选、磁化焙烧等选矿方法都无法得到较好结果。但当这类铁矿石在1050～1150℃温度下进行煤基直接还原时，矿石中铁氧化物晶粒在逐级还原过程中不仅不能得到长大，而且高温下矿石中石英、硅酸盐矿物与FeO、Fe₃O₄易于生成低熔点化合物铁橄榄石(2FeO.Si0₂)，当低熔点化合物发生软化和熔化后可形成液相，包裹在团块表面，影响还原气氛向团块内部扩散,使铁矿石的还原速度降低,并造成生产铁精粉的铁品位及金属回收率降低。同时，在直接还原过程中采用未氧化的球团矿，在还原的高温段球团强度较低，不能满足回转窑还原的生产需要。因此，在铁矿石直接还原中，生产原料一般为品位大于66～68%的铁矿石或球团矿，还原剂主要为气基，采用的生产流程为：低品位铁矿石磨选→配煤造球→煤基直接还原→无氧冷却→还原铁。

高硅低品位微细粒铁矿石为防止高硅低品位微细粒铁矿石还原过程中液相的出现其温度一般控制在900～1050℃，采用的还原设备主要有隧道窑、转底炉和回转窑。隧道窑设备对球团矿的强度要求较低，但球团矿在隧道窑内一般需要停留30～40h才能得到充分还原，造成隧道窑单窑产量较低；对于转底炉设备，由于物料在炉内停留时间一般为30～50min，较短的还原时间造成产品的金属化率较低，不能满足炼钢转炉或电炉对还原铁质量的要求，同时转底炉设备较难实现大型化；对于回转窑设备，由于原矿制备的球团矿在回转窑高温段还原时强度较低甚至发生粉化现象，造成还原产品的质量较低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，本发明工艺能够利用非焦煤资源在能耗较低的情况下生产高温铁水。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种铁矿石短流程直接还原生产铁水工艺，包括如下工艺步骤：

（1）磨选及造球：将难选铁矿石在磨矿到粒度-200目占80%以上后进行磁选富集，得到铁品位为35～45%的粗精铁矿粉，得到的粗精铁矿粉与膨润土按100:1～3质量比混合后进行润磨、造球，得到粒度为8～16mm的球团矿；