[发明专利]熔融还原预还原方法及装置

说明书

本发明属于熔融还原技术领域。适用于用铁矿粉和煤粉为熔融还原终还原生产预还原金属化球团。

直接还原法作为熔融还原预还原手段其主要特点是用熔融还原终还原炉产生的煤气作为还原剂和热载体，将预还原炉料加热，并将其在固态下还原成具有一定金属化率的预还原炉料，再进入终还原炉进一步还原和熔化。直接还原作为熔融还原预还原的一种手段具有减轻熔融还原终还原热负荷、提高终还原炉热效率和生产率、降低全流程能耗、延长终还原炉寿命等优点，直接还原也是二步熔融还原必不可少的阶段。

在现有的熔融还原预还原技术中，与本发明较为接近的是奥钢联开发的COREX法CN(ZL87108012)，该预还原方法的特点是，以MIDREX式竖炉(US37346123)作为预还原反应器，以氧化球团或块矿为原料，以终还原产生的高温(1100℃)高纯煤气(CO+H2＞90％)；入口煤气温度为850℃左右，还原温度在800℃左右，产品的金属化率大于90％。该方法由于使用氧化球团或块矿作为原料，而且要求产品的金属化率很高，气体扩散速度慢，还原速度低，使炉料在竖炉中的停留时间过长，导致气体热效率和化学能利用率降低，单位产量的金属化球团需要的煤气量很大，预还原设备过高，并产生过多的剩余煤气，致使整个工艺生产率低，能耗氧耗高，投资大，与现有高炉相比，缺乏竞争力。

本发明的目的在于提供一种能耗氧耗低，设备生产效率高，能量利用率高的熔融还原预还原的方法及装置。

本发明采用了如下技术方案：以冷固结含碳球团为原料，用终还原煤气作热载体和还原剂，还原气中以CO为主；还原反应在经改进的竖炉中进行。本发明的熔融还原预还原装置包括：上料系统、预还原竖炉、煤气系统和排料设备。

本发明采用含碳2-12％的冷固结球团的原料，具体的组成(重量％)；铁精矿80-93％，煤粉2-15％，粘结剂2-10％。

本发明采用以CO为主的终还原煤气作为热载体和还原剂，即所述煤气成分为(重量％)：CO 60-90％，H₂ 5-30％，CO₂ 2-15％，N₂ 1-8％，余为O₂，煤气入炉温度为800-950℃，还原煤气量为800-1500M³/T产品，

本发明还原温度为700-900℃，球团在竖炉内总停留时间为2-6小时，球团在高温还原带停留时间为30-90分钟。

本发明在进行预还原竖炉向终还原铁浴炉排料时，排料温度为700-850℃，下料线速度为0.3-3M/h。

本发明预还原采用中等还原度，即预还原矿在预还原竖炉出口处的金属化率达到50-80％。 

本发明熔融还原预还原装置，包括上料系统、预还原竖炉、煤气系统和排料设备；所述上料系统包括料车、上料斜桥、料斗和布料器，预还原竖炉由干燥带、预热带、还原带和均热带组成，由干燥带、预热带、还原带组成的炉身有一定的锥角(5-20℃)；煤气系统由热煤气总管、环管、煤气入口和终还原煤气检测与温度调节装置组成，所述煤气入口与水平方向具有一定的倾角(0-30°)，所述排料设备包括排料机和下料管，所述下料管与终还原炉入口密封连接。所述预还原竖炉还原带高度与还原带内径之比小于4∶1。

利用本发明的方法和装置，生产终还原所需的预还原炉料，其特征在于：使用含碳2～12％的冷固结球团为原料；用以CO为主的终还原煤气作为热载体和还原剂；竖炉内的高温还原温度确定在比球团软化温度低50～100℃；预还原煤气的入口温度高于还原温度50～100℃，CO+H2大于80％，煤气量同时满足预还原化学平衡和热平衡的需要。

冷固结含碳球团在竖炉内还原经过以下几个过程：

(1)干燥

冷固结含碳球团在竖炉上部，由上升的煤气加热到300～400℃，其内部的残余水分被蒸发。

(2)预热

球团经过干燥带后进入预热带，从300～400℃被加热至700～950℃。在这一过程中，将发生高价铁氧化物被煤气中的CO和H2还原成低价铁氧化物及少量金属铁的间接还原反应，与此同时，球团中的煤发生分解反应。预热带发生的主要还原反应如下：