[发明专利]全煤基自供热直接还原工艺及全煤基自供热直接还原竖炉

说明书

技术领域

本发明属于非高炉炼铁技术领域，具体涉及一种全煤基自供热直接还原工艺及一种全煤基自供热直接还原竖炉。

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年世界直接还原铁的产量已达7037万t，约为我国高炉生铁产量的6.7%。受资源的制约，我国直接还原铁的生产发展缓慢，产量不到全球直接还原铁产量的1.0%。

按还原剂的不同直接还原分为气基还原和煤基还原。气基还原工艺主要以天然气为还原剂，常见的有竖炉、反应罐等；由于我国天然气资源较匮乏，因此气基还原工艺的应用受到限制。煤基直接还原工艺以煤作为还原剂，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，正规设计的直接还原隧道窑长达160－270米，存在产能小（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。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。

因此有必要设计一种全煤基自供热直接还原工艺及一种全煤基自供热直接还原竖炉，以克服上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种全煤基自供热直接还原工艺及一种全煤基自供热直接还原竖炉，其使用煤作为还原剂，还原过程产生的煤气及煤中分解的挥发分燃烧作为热源，能耗低，节能环保。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种全煤基自供热直接还原工艺，还原炉采用竖炉，所述竖炉包括至少一个还原室，每个所述还原室由至少一个燃烧室供热；

所述工艺包括以下步骤：

原料准备步骤：将含铁矿料造球形成球团，还原剂采用块煤，所述块煤中，以质量百分比计，固定碳含量为65%~75%，挥发分含量为20%~35%；

布料步骤：将块煤及所述球团布料至各所述还原室内，每个所述还原室内，原料中碳氧摩尔比为1~1.5；

直接还原步骤：各所述燃烧室内通入外供燃气进行燃烧烘炉，烘炉过程中各还原室内原料发生还原反应，还原反应产生的煤气及煤中受热分解产生的挥发分从各还原室内引出并均匀通入各燃烧室内燃烧，当通入燃烧室内的煤气及挥发分燃烧可满足还原反应的热量需求时，停止燃气供应；

排料步骤：将产生的海绵铁及煤灰分废料从各还原室底部排出，并分离回收。

进一步地，所述竖炉包括一个燃烧室，各所述还原室均呈竖直设置的圆柱体结构，各所述还原室阵列布置于所述燃烧室内；各所述还原室产生的煤气及煤中受热分解产生的挥发分均匀通入该燃烧室内燃烧。

进一步地，直接还原步骤中，各所述还原室内产生的煤气及挥发分通入所述燃烧室位于竖直方向上的中段部分燃烧，各所述还原室内，自上而下依次形成预热段、还原段和冷却段。

进一步地，所述直接还原步骤中，还原反应温度在1000~1150℃范围内。

进一步地，所述原料准备步骤中，所述块煤的粒度为所述球团粒度的1.1~1.5倍。

进一步地，所述球团的直径为10~30mm。

进一步地，所述布料步骤中，所述块煤及所述球团均为多层布料，且多层所述块煤与多层所述球团依次相间排列。