[发明专利]一种金属氧化物高效还原系统及方法

说明书

一种金属氧化物高效还原系统及方法，包括：燃烧室、蓄热体、还原室、烟道、物料承托透气台、还原气体净化提质装置、第一烟气开关；所述燃烧室设置在还原室的上方，燃烧室与还原室连通；蓄热体设置在燃烧室与还原室之间，蓄热体为透气结构；还原室的下端与烟道连通；第一烟气开关设置在还原室与烟道之间；其中，物料承托透气台设置在还原室内，物料承托透气台的底部为透气隔板，还原气体净化提质装置的抽风口管道与物料承托透气台的底部连通。本申请提供的技术方案，通过将加热和还原两个步骤分开，同时通过蓄热体对还原性气体进行加热，使得与加热物料反应的还原性气体也为高温气体，从而提高物料还原效果，提高产品质量。

技术领域

本发明涉及一种金属氧化物高效还原系统，属于铁矿还原技术领域。本发明还涉及一种金属氧化物高效还原方法。

背景技术

自18世纪末提出了直接还原技术的设想，20世纪60年代开始得到发展。至今总共提出过数十种工艺，按照所用还原剂来分类则有气基和煤基两种工艺。从直接还原的发展来看，无论是直接还原的实际产量还是生产能力，气基直接还原法一直占主导地位(约80％)，煤基直接还原法占20％左右。气基工艺主要集中在伊朗、沙特阿拉伯、墨西哥和俄罗斯等天然气资源丰富的地区。而对于其它非焦煤资源丰富的地区，煤基直接还原工艺则成为首选。煤基直接还原流程按生产设备分类主要包括回转窑流程、转底炉流程和隧道窑流程。

在所有煤基直接还原工艺中回转窑法占绝对优势，煤基直接还原铁产量的98％由煤基回转窑生产。回转窑法主要原料为氧化球团矿，所用的还原剂主要为非结焦性高反应性煤(次烟煤、烟煤、褐煤)，还原煤80％与矿石一起自窑尾加入，20％自窑头喷入。还原温度为1050℃左右，原料在窑内停留时间约为10～12h，每吨海绵铁约消耗还原煤800kg，净能耗在13.4GJ.t-1左右。存在流程长、投资大、总体能耗高，球团在窑内停留时间长，易产生低温还原粉化，产品开裂，窑容利用系数偏低，窑内粉末量大，回转窑易结圈等方面的问题，仍需进一步完善。

转底炉法最早用于从合金钢冶炼废料中回收镍、铬和铁，实践证明，用该法生产海绵铁也是可行的。该法的主体设备是一个环形炉，环形炉呈密封的圆盘状，炉体在运动中以垂线为轴作旋转运动。以矿粉或冶金废料作为含铁原料，焦粉或煤作为内配还原剂。工艺过程为：将原燃料混匀磨细、造球，生球连续加入转体炉，炉料厚度约为球团直径的3倍，采用天然气、煤或燃煤烧嘴加热焙烧球团，还原温度1250℃～1350℃。该工艺遇到的主要问题有：转底炉的加热完全依靠辐射传热，燃烧火焰及燃烧废气完全不能接触含碳球团的料层，热量供给与还原势保证成为一对矛盾体，产品金属化率不高(70％～80％)；装备类似于环型加热炉，结构复杂，运行费用较高；生产的控制要求较高，生产的稳定性(产品的质量、设备的运行)未达到人们预期的水平。

隧道窑法是最古老的直接还原炼铁方法之一，通常仅用于粉末冶金还原铁粉生产的一次还原工序。其技术含量低，适合于小规模生产，投资小，符合小型企业投资需要，近期建设热潮有增无减。隧道窑法热效率低，能耗高(还原煤450～650k/t·DRI，加热用煤450～550kg/t·DRI)，生产周期长(48～76h)，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，单机生产能力难以扩大等问题，难以满足钢铁工业发展的需要。

目前，钢铁工业规模在不断扩大，钢铁生产技术处于不断发展和完善之中，工艺流程也在不断向紧凑化、高效化、连续化、高洁净化及对环境友好的方向发展。现今钢铁生产主体流程为炼焦、烧结→高炉炼铁→转炉炼钢(又称为长流程)，仍存在明显不合理的地方(如高炉炼铁—转炉炼钢中氧位和碳位反复变动的情况)，而且传统长流程焦化和烧结等辅助工序能耗占钢铁生产能耗的60％～70％。此外传统钢铁生产长流程污染严重，是国民生产的污染大户，尤其是炼铁生产中的烧结、炼焦工序的污染排放指数较高、污染物种类多，是环境治理的主要对象。近年来，随着“直接还原—电炉炼钢”短流程的兴起，尤其作为复杂多金属资源利用有效手段的直接还原技术日益受到广泛关注。由于资源状况的差异，国内外直接还原工艺发展重点不同。我国以煤为主要能源，侧重于煤基直接还原工艺，包括回转窑、转底炉和隧道窑等流程，但是都没有能实现较好的突破和发展。