[发明专利]一种流固耦合的铁矿粉还原装置及方法

说明书

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种流固耦合的铁矿粉还原装置及方法。该装置包括流态化床型还原炉和竖炉，所述流态化床型还原炉与所述竖炉之间通过倾斜连接管相连，其中所述倾斜连接管为上口小、下口大的收缩型喷管，所述倾斜连接管的上口与所述流态化床型还原炉相连，所述倾斜连接管的下口与所述竖炉相连。本发明实现铁矿粉还原中的流化床技术和固定床技术耦合，从而兼顾流态化技术的反应高效快速及无需造块的优点和竖炉技术的反应稳定性好的优点，解决现有冶金行业铁矿粉还原的流态化技术因粘结失稳导致的铁矿粉还原不充分的问题，实现了铁矿粉的高效稳定还原。

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种流固耦合的铁矿粉还原装置及方法。

背景技术

随着近年来我国钢铁行业的快速发展，特别是高炉喷煤技术和富氧大喷煤技术的发展，我国炼铁技术的主体高炉流程已经发展到鼎盛时期。高炉流程具有技术成熟、生产能力大、效率高的优点，但同时也存在着必须使用焦炭、流程长、环境污染严重的缺点。

铁矿石直接还原技术作为典型的非高炉炼铁工艺，是实现钢铁生产短流程，即废钢/海绵铁—电炉流程的重要环节。与传统的高炉流程相比，直接还原炼铁流程具有流程相对较短、不用炼焦煤、节能减排效果明显的技术优势，是钢铁工业摆脱焦煤资源羁绊，降低能耗，减少CO₂排放，改善钢铁产品结构，提高钢铁产品质量，实现绿色冶金的重要发展方向。

目前，铁矿石直接还原技术还是以固定床还原为主，即在回转窑、隧道窑、转底炉、竖炉等设备内将固相铁矿石中的氧化铁还原。其中回转窑、隧道窑、转底炉等设备中采用煤作为还原剂，竖炉是用H₂和CO气体作为还原剂，都是将块状或球团的铁矿石进行还原，虽然反应稳定性好，但其不可避免的具有反应速度慢、生产率低、热效率低、能耗高、产品杂质较多等缺点，因此发展较为缓慢。

近年来以绿色环保著称的流化床预还原工艺冶炼国内铁矿资源具有巨大的经济效益和社会效益，正受到国内钢铁业的高度重视。流态化技术于冶金行业的应用最大优势主要有：1、可直接利用粉矿而且不需要焦炭炼铁，省去粉矿造块、炼焦等高污染、高耗能工序，不仅减少了对焦煤资源的消耗，还因矿有较大的比表面积，床层有良好的混合，强化了颗粒与气体间的传热、传质和还原过程，还原反应的动力学条件大幅度改善，生产效率得以提高；2、可处理复杂的共生矿，有利于资源的综合利用。我国要解决铁矿资源供给安全问题，必须立足于国内低品位、复合共生矿资源的利用，以减少对外矿的依赖，这也是解决我国铁矿石资源安全稳定供给的根本。只有这样，当国际形势较好且进口矿价格合理时，可以大量充分利用外矿，这既有利于节约国内资源，又有利于环境保护；3、物料呈流体状态，易于大量处理和实现自动控制。故流态化法在技术上、经济上有可能比竖炉、回转窑优越，在还原机理上是气基法中最合理的工艺方法，在直接还原开发和发展的过程倍受关注。

流态化技术用于冶金行业也出现了一些至今没有解决的问题。流化床是全混床，产品的还原程度不均匀。此外，铁矿粉在高温流化还原过程中，会出现的“失流”及粘结问题，导致流化床生产稳定等问题至今未得到有效的解决，制约着流化床技术在冶金行业的推广应用。为避免粘结,常采用低温、高气速、低还原率等条件操作,后果是降低了反应的动力学条件、反应速率大大减慢、生产效率不高、气体利用率低，致使全流程煤耗升高。

因此，如何设计出一种新的铁矿粉还原方法，能兼顾铁矿粉还原中的流化床技术与固定床技术两者的优缺点，是钢铁冶金技术中的难点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种流固耦合的铁矿粉还原装置及方法，能够兼顾流态化技术中铁矿粉无需造块、细粒矿粉还原速度较快的优点以及竖炉技术中反应稳定性好的优点，从而实现铁矿粉的高效稳定还原。

(二)技术方案