[发明专利]用于铁矿粉直接还原的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁矿粉还原方法，尤其是一种用于铁矿粉直接还原的方法。此外，本发明还涉及一种冶金设备，尤其是一种用于铁矿粉直接还原的设备。

背景技术

钢铁工业是将铁矿粉经过烧结再送至高炉熔炼成铁水，继而成为下道工序的具有高热能的主原料，长期的工业生产实践形成了规模化成熟的传统工艺。随着技术研究和进步，这种传统工艺由于其高能耗、高投资、高污染和高运行成本，而受到直接还原铁工艺技术的挑战。目前直接还原铁研究和生产主要是以气基还原和煤基还原为主，相对于传统工艺，将铁矿粉中的氧化铁还原成金属铁产品，一套直接还原铁设备功能可取代传统工艺的烧结、焦化、高炉的功能。但是，就直接还原铁研究和生产的现状而言：①铁矿粉作为主原料因试验、生产的工艺或还原产品的用途不同，在物料准备阶段就存在不同程度的差异，不仅包括煤基、粒度、脱硫剂、催化剂等组分配伍不同，而且有的将铁矿粉直接装入容器、有的则挤压或压制成球团和其它形状。组分配伍的不同，直接决定还原反应所需要的温度和在该温度下的反应速度；铁矿粉直接装入容器进行还原，虽然省却了铁矿粉成型过程，但在试验中尽管将组分配伍进行若干调整，结果发现热传导是铁还原反应实现的条件和反应速度的限制性因素；球团或其它形状的铁还原反应，在试验和实践中往往因组分配伍、密实程度和供热方式不匹配或因其一因素不合适，在形状的表面形成“蛋壳”效应，其机理是物料被直接加热，其表面受热速度远大于物料内部热传导速度，结果表面物料已呈熔融状而内部还没有达到反应所需的温度，“蛋壳”就产生了，既影响反应速度又影响还原率；②在铁矿粉直接还原工艺的研究与应用方面，归纳起来有两大主流：一是与电炉冶炼特种钢而形成的电炉短流程；二是随着粉末冶金相关技术的研究成果不断涌现，促进了粉末冶金行业的大力发展，铁矿粉直接还原海绵铁粉作为粉末冶金的主原料。就还原设备而言，煤基还原的炉窑有隧道窑、回转窑、转底炉等，这些炉窑单机生产能力不高，只适合中小规模的生产；用于气基直接还原的竖炉，虽然可以进行规模化生产，但是对天然气的依赖性较强，在没有天然气的情况下，必须用煤粉通过“煤制气炉”生产煤气，同时要求被还原的物料必须是氧化球团，如上所述的弊端也会出现。③铁矿粉直接还原的研究和应用需要进一步地拓展，其关键环节是：更合理的进行适合工艺装备的物料配伍，增大反应界面，提高热传导速度，进而整体提高还原反应速度；优化并创造性地设计炉窑装备，尽可能兼备其它炉窑装备的特优点，供热状况、过程温度、炉窑的还原气氛、余热利用、物料装入、产品产出和冷却等实现自动化监测及控制；最终实现整体工艺装备产能规模化、产品高品质、运行低成本低能耗、过程控制规范。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种避免“蛋壳”效应的用于铁矿粉直接还原的方法。

本发明解决其技术问题所采用的用于铁矿粉直接还原的方法，包括以下步骤：

A、将磁铁精矿粉、煤粉与催化剂混匀；磁铁精矿粉、煤粉与催化剂的使用比例应按照具体使用的原料而定，其选用方法与传统的直接还原方法类似；

B、将混匀后的物料压制成带孔物料块，带孔物料块上形成有蜂窝孔，即在带孔物料块上形成孔阵列，类似蜂窝煤状的结构；这些蜂窝孔可供热气流通过，增大了物料块受热的表面积，其孔洞使物料受热均匀，有效的减少了整个带孔物料块的温差；

C、将带孔物料块送入隧道窑中直接还原，其中隧道窑的炉膛用导热材料板隔开成上下两层，形成燃烧室和反应室；带孔物料块被送入反应室中，利用燃烧室中产生的热量间接加热带孔物料块。本步骤中的隧道窑结构可参见后续所述的设备，但不仅限于本发明中的设备。燃烧室中一般利用煤气或天然气进行燃烧加热，选用的燃料需根据需实际情况而定，不必限于本方法推荐的燃料。用导热材料板板将炉膛隔开，在连续加热运行中，燃烧室的热能能够与反应室的热能接近平衡，由于带孔物料块并不受到直接的加热，而是出于较为均匀温度的反应室中，这样带孔物料块的内外部温度更加均匀，用这种间接加热的方式就破解了“蛋壳”效应。

进一步的是，在A步骤中，使用粒度为-320～100目的钒钛磁铁精矿粉与粒度-20～30目的煤粉和钠盐催化剂按质量比3～4：0.8～1.2:0.3～0.4的比例混匀。