[发明专利]颗粒直接还原铁的生产方法、生产系统和应用

说明书

本发明提供了一种颗粒直接还原铁的生产方法、生产系统和应用，涉及冶炼技术领域。该生产方法将特定粒径及特定预热温度下的颗粒状铁矿石与特定预热温度下的原料气逆流接触使进行还原反应，得到颗粒直接还原铁；其中，由于颗粒状铁矿石的颗粒尺寸较小，相同温度下的还原反应速度快于传统的球团矿，且无需引入其它粘结剂和烧结过程，大大降低能耗以及污染，同时将特定预热温度的颗粒状铁矿石与原料气直接进行还原反应，利用物料本身的热量实现低温下还原反应的进行，低温还原反应不仅无需特殊耐高温材料，减小了还原过程中颗粒直接还原铁的粘结机率；采用特定的原料气的平均流速，可使原料气和颗粒状铁矿石接触更充分，原料气的利用效率大幅提高。

技术领域

本发明涉及冶炼技术领域，尤其是涉及一种颗粒直接还原铁的生产方法、生产系统和应用。

背景技术

目前全球钢铁冶炼行业，炼铁的技术有多种，包括高炉炼铁技术和非高炉炼铁技术，非高炉炼铁技术又分直接还原和熔融还原，直接还原又分气基还原和煤基还原。其中高炉炼铁技术生产规模和使用量最大，在高炉炼铁过程中炼焦和烧结过程中会排放大量的粉尘、二氧化碳和其它气体，给环境带来了很大的压力。非高炉炼铁技术中，气基还原工艺使用还原性气体将铁矿石中的氧化铁还原为金属铁单质，比传统的碳还原法炼铁效率更高，不需要炼焦和烧结，生产过程更清洁。

目前气基还原技术以Midrex气基竖炉技术和HYL气基竖炉技术为主，使用气基竖炉需要先把铁矿和粘结剂混合、高温焙烧获得氧化球团，然后使用还原性气体高温下进行还原。还原气主要来自于天然气经过水蒸气变换或重整得到的合成气、煤气化得到的合成气或焦炭行业的焦炉尾气等。Midrex气基竖炉中还原性气体在850-950℃下进入竖炉，反应压力在0.5MPa左右，能获得金属化率92-93％的金属化球团；HYL气基竖炉的还原气需要预热至900-960℃，反应压力在0.4-0.6MPa，H₂/CO为5.6-5.9，可获得平均金属化率在91-95％的金属化球团。

除了竖炉技术以外，气基还原技术还有流化床技术，其中最具代表性的是FINMET技术和H-IRON技术。FINMET是流化床直接还原的代表性技术，也是目前唯一在生产的流化床直接还原流程，由奥钢联与委内瑞拉FIORe公司联合开发，其采用四级串联的流化床，最终得到93％左右金属化率的产品，并将产品热压块得到最终产品。H-IRON技术是一种高压低温流化还原技术，该技术由Hydro carbon Research Inc和Bethlehom Steel Conp联合开发，还原气中含96％的氢气，采用包含三段床层的流化床，矿粉在还原床内共停留45h，操作气速使床层操作在鼓泡床的范围，在各段分别获得47％(第一段)、87％(第二段)、98％(第三段)的还原度，H₂单程转化率为5％左右，间断操作，本技术由于经济效益问题已无商业装置运行。

目前直接还原技术基本大部分都采用竖炉技术，少量采用煤基直接还原技术，以产出高金属化率的金属球团，或将球团热压成块作为产品。以铁粉为产品的流化床技术由于铁矿粉停留时间长、还原气利用效率低、产品金属化率低、高温下铁颗粒之间相互粘结影响流态化、装置运行不平稳，经济效益差等原因，仅有极少数工厂还在运行。

因此，研究开发出一种反应温度低、还原气利用率高，无需引入粘结剂和烧结过程的铁矿石气基还原方法，以缓解现有铁矿石气基竖炉还原技术铁矿石原料处理流程长，能耗高，污染大的问题，以及气基流化床还原技术还原气利用效率低、产品金属化率低、反应时间长、能耗高、高温下铁颗粒之间相互粘结影响流态化的问题，变得十分必要和迫切。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种颗粒直接还原铁的生产方法，该生产方法无需引入其它粘结剂进行成球和高温焙烧过程，大大降低污染和能源消耗，同时上述还原方法采用低温还原的方法不仅无需特殊耐高温材料，更减小了还原过程中的粘结机率，降低能耗。

本发明的第二目的在于提供一种采用上述颗粒直接还原铁的生产方法的生产系统。