[发明专利]一种基于回转窑-熔分炉热风外循环的含铁球团直接还原工艺及系统

说明书

本发明公开了一种基于回转窑‑熔分炉热风外循环的含铁球团直接还原工艺及系统，为实现煤基回转窑的低温快速还原，采用回转窑预还原‑熔分炉深度还原的方法，将煤基回转窑依次划分为干燥段、预热段、等离子还原段、还原焙烧段和缓冷段；将熔分炉炉顶溢出的煤气进行重整，将其部分显热转化为CO和H₂化学能潜能，然后再将CO和H₂活化为等离子态CO⁺或H⁺后通过料层下部通入，增强了回转窑内料层的还原气氛、强化了还原剂在铁矿球团颗粒中的扩散、强化了低温段还原剂在铁矿球团颗粒界面的还原反应，达到节能减排提高生产效率的目的。

技术领域

本发明涉及含铁球团的直接还原技术，具体涉及一种基于回转窑-熔分炉热风外循环的含铁球团直接还原工艺及含铁球团直接还原系统，属于炼铁生产技术领域。

背景技术

将金属铁从含铁矿物(主要为铁的氧化物)中提炼出来的工艺过程，主要有高炉法，直接还原法，熔融还原法等。从冶金学角度而言，炼铁即是铁生锈、逐步矿化的逆行为，简单的说，从含铁的化合物里把纯铁还原出来。在高温下，用还原剂将铁矿石还原得到生铁的生产过程。炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭；焦炭的作用是提供热量并产生还原剂一氧化碳。

高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。凡是采用高炉法炼铁存在生产周期长、生产效率低、能源消耗大、污染物产生量大等技术问题。

直接还原铁(DRI)是短流程炼钢流程中废钢的补充品和冶炼优质特钢的理想原料。近年来，世界范围内直接还原铁的生产得到迅速的发展。由于铁矿石资源和天然气缺乏，我国的直接还原工艺发展比较慢，研究和实践热点也集中于煤基直接还原工艺，采用非焦煤生产直接还原铁或金属铁。现有的煤基直接还原工艺中，一般使用氧化球团或者冷固结球团为原料在回转窑中进行反应生产DRI。煤基回转窑直接还原工艺中，炉料从入窑到产品出窑需6-8h，生产周期较长、生产效率低。回转窑直接还原工艺的生产率即单位时间回转窑产出产品的多少通常与窑的尺寸和结构、原料和燃料条件、窑内温度及温度分布、气氛以及装料量等有关，而球团的还原速度是影响直接还原生产周期和生产效率的根本因素。

目前，煤基回转窑直接还原工艺中炉料从入窑到产品出窑需要的时间可长达8小时，生产周期较长、生产效率低。球团还原速度低、在回转窑中保温还原时间长是导致煤基回转窑直接还原工艺生产效率低、生产周期长的根本原因。为了提高直接还原的还原速度，研究人员和从业者提出了一些技术措施，在窑体设计(CN110229939A，一种两段回转窑法非焦炼铁装置)、球团配料(CN106591572A，一种强化铁矿内配碳球团制备及还原的方法)等方面提出了一些措施，但是工业应用的实用性较差，目前仍大都停留在实验阶段，尚未得到推广应用。

煤基回转窑直接还原工艺中还原剂为无烟煤，还原过程中主要涉及的是铁氧化物的简介还原反应和煤的气化反应，即：

Fe_xO_y+C＝Fe_xO_y-1+CO (1)

Fe_xO_y+CO＝Fe_xO_y-1+CO₂ (2)

C+CO₂＝2CO (3)