一种铁矿流态化还原炼铁的方法技术

本发明专利技术提供了一种流态化还原炼铁的方法，包括以下步骤：将铁矿粉与煤粉混合研磨，使煤粉包覆在铁矿粉表面；对所述包覆有煤粉的铁矿粉进行流态化还原。本发明专利技术首先将铁矿粉和煤粉混合研磨，使煤粉包覆在铁矿粉表面，然后进行流态化还原，能够有效抑制铁晶须的生长，抑制流化床黏结失流，提高预还原金属化率。同时，本发明专利技术提供的方法工艺简单，在工业上易于实施，对节能降耗、环境保护具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种铁矿流态化还原炼铁的方法
本专利技术属于炼铁
，尤其涉及一种流态化还原炼铁的方法。
技术介绍
经过一百多年的发展，高炉炼铁与其他炼铁工艺相比，具有技术最成熟、生产规模最大、燃料比最低等特点。然而高炉炼铁存在对优质炼焦煤资源的严重依赖，随着近年来钢铁工业生产规模和产量的飞速增长，焦炭的供应日趋紧张，价格飞涨，致使高炉炼铁成本进一步加大。与之相依相存的铁矿粉烧结造块及炼焦工序，不仅要消耗大量能源，而且排放多种对人体和自然环境造成严重危害的污染物，例如烧结过程中排放的碱金属和重金属的氯化物、二噁英等，炼焦过程排放的废水中含有大量的挥发酚、氰化物、油类、氨氮等难降解有毒成份，因而传统炼铁工艺是环境治理的主要对象。流态化还原是直接利用铁粉矿，CO、H2气体作还原剂，反应在气固两相中进行。由于处于流化状态的固体物料具有流体的性质，气固两相间的接触条件好，具有传质、传热效率高，温度均匀等突出特点，因而在冶金行业深受重视。在流态化状态下对铁矿进行预还原，可以省去粉矿造球或烧结造块的工艺过程，具有成本和环境优势，因而成为目前环境友好的炼铁生产工艺。虽然流态化技术炼铁工艺具有反应高效、能处理粉料等优点，但是，在流化还原过程中铁矿粉往往在远低于其熔化温度下发生黏结，导致正常运行的流化床受到破坏，流化效率降低，甚至形成固定床，这就是所谓的黏结失流现象。黏结失流是流化床工艺应用的一个重要瓶颈。大量研究表明(化工冶金,1980,2:100-116；华东冶金学院学报,1989,6(2):47-55；PowderTechnology.2002,124:28-39；ISIJInternational,2007,47(2):217–225；Chem.Eng.Technol.2009,32,(3):392-397)铁矿流态化还原过程中黏结失流的主要原因就是铁晶须的生成，导致颗粒之间互相勾连、结成大块。为了抑制铁矿粉流态化还原过程中黏结失流的难题，科技工作者已经做了大量工作。例如，郭磊等(钢铁,2015,50(6):15-20.)对巴西矿粉表面进行磷酸钙包覆，试验中发现包覆磷酸钙可以很好地抑制巴西矿粉还原过程中表面铁晶须的生长。然而，磷元素是钢铁材料的有害元素，磷酸钙的人为加入势必增加后续工艺的难度。铁矿粉表面附炭是抑制流化床黏结失流的有效方法。朱凯荪(钢铁研究,2000,116(5):4-7)、石耀军(钢铁,1993,28(11):1-6,13)在低温下对铁矿粉进行了附炭处理，结果表明附炭可改变铁矿粉在流态化还原过程中颗粒物性、结构，使还原速度加快同时抑制黏结。然而，附炭工艺条件难以控制，需要严格控制合适的温度、气体的成分等参数，才能使化学反应2CO＝CO2+C、CH4＝C+2H2进行，而反应析出的C要附着在铁矿粉表面也是很难控制的，因而该方法在工业上难于实施。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于一种流态化还原炼铁的方法，本专利技术提供的方法能够有效抑制还原过程中铁晶须的生长，而且操作过程简单，易于实施。本专利技术提供了一种流态化还原炼铁的方法，包括以下步骤：将铁矿粉与煤粉混合研磨，使煤粉包覆在铁矿粉表面；对所述包覆有煤粉的铁矿粉进行流态化还原。其中，所述铁矿粉选自磁铁矿粉或赤铁矿粉；所述煤粉选自无烟煤粉、烟煤粉或焦粉。在一个实施例中，所述铁矿粉的粒度小于1.0mm；所述煤粉的粒度小于1.0mm。在一个实施例中，所述研磨的时间不少于5分钟。在一个实施例中，使煤粉包覆于铁矿粉表面之后还包括：将包覆有煤粉的铁矿粉与煤粉分离。在一个实施例中，所述流态化还原的还原气体为CO、H2和N2的混合气体，温度为750℃～950℃，时间为30min～90min。具体而言，本专利技术可以包括两个工艺流程，分别参见图1和图2，图1是本专利技术提供的第一个流态化还原炼铁的工艺流程，图2是本专利技术提供的第二个流态化还原炼铁的工艺流程。第一种工艺流程主要包括以下步骤：(1)将铁矿粉与煤放入球磨机内一起研磨，使铁矿粉外表面被煤粉包覆，得到煤粉包覆铁矿粉。(2)根据碳包覆铁矿粉和残余煤粉的特性采用不同的方法将二者进行分离，例如磁铁矿粉可以采用外加磁场的方式分离，赤铁矿粉可以利用重力使其与煤粉分离。(3)将碳包覆铁矿粉加入到流化床中，通入CO、H2等还原性气体在高温下流态化还原。(4)得到直接还原铁粉。第二种工艺流程主要包括以下步骤：(1)将铁矿粉与煤放入球磨机内一起研磨，使铁矿粉外表面被煤粉包覆。(2)将煤粉包覆铁矿粉和残余的煤粉加入到流化床中，即不对研磨产物进行分离，通入CO、H2等还原性气体在高温下流态化还原。(3)得到直接还原铁粉。本专利技术首先将铁矿粉和煤粉混合研磨，使煤粉包覆在铁矿粉表面，然后进行流态化还原，能够有效抑制铁晶须的生长，抑制流化床黏结失流，提高预还原金属化率。同时，本专利技术提供的方法工艺简单，在工业上易于实施，对节能降耗、环境保护具有重要意义。附图说明图1是本专利技术提供的第一个流态化还原炼铁的工艺流程；图2是本专利技术提供的第二个流态化还原炼铁的工艺流程；图3为本专利技术实施例提供的方法还原得到的铁；图4为本专利技术比较例提供的方法还原得到的铁。具体实施方式实施例1(1)将小于1.0mm的磁铁矿粉和无烟煤粉放入到球磨机内研磨20分钟。(2)然后采用磁力选矿的方法将铁矿粉分离出来，得到煤粉包覆铁矿粉。(3)将煤粉包覆铁矿粉加入流化床中，在850℃，通入CO＝40％、H2＝10％、N2＝50％的混合气体，流态化还原60分钟。结果流化床未发生黏结失流，还原后样品未发现铁晶须，金属化率85.7％。对得到的样品进行电子显微镜扫描，结果参见图3，图3为本专利技术实施例提供的方法还原得到的铁，由图3可知，样品中无铁晶须。比较例1将小于0.15mm的磁铁矿粉加入流化床中，在780℃，通入CO＝40％、H2＝10％、N2＝50％的混合气体，流态化还原30分钟。结果流化床发生黏结失流。对得到的样品进行电子显微镜扫描，结果参见图4，图4为本专利技术比较例提供的方法还原得到的铁，由图4可知，样品表面存在大量铁晶须。实施例2(1)将小于1.0mm的磁铁矿粉和无烟煤粉放入到球磨机内研磨15分钟。(2)直接将研磨产物(包括煤粉包覆的铁矿粉和煤粉)加入流化床中，在870℃，通入CO＝40％、H2＝10％、N2＝50％的混合气体，流态化还原60分钟。结果流化床未发生黏结失流，还原后样品未发现铁晶须，金属化率90.3％。实施例3(1)将小于1.0mm的赤铁矿粉和无烟煤粉放入到球磨机内研磨10分钟。(2)然后采用重力选矿的方法将铁矿粉分离出来，得到煤粉包覆铁矿粉。(3)将煤粉包覆铁矿粉加入流化床中，在820℃，通入CO＝45％、H2＝15％、N2＝40％的混合气体，流态化还原50分钟。结果流化床未发生黏结失流，还原后样品未发现铁晶须，金属化率89.6％。实施例4(1)将小于1.0mm的赤铁矿粉和无烟煤粉放入到球磨机内研磨5分钟。(2)直接将研磨产物(包括煤粉包覆的铁矿粉和煤粉)加入流化床中，在860℃，通入CO＝45％、H2＝15％、N2＝40％的混合气体，流态化还原50分钟。结果流化床未发生黏结失流，还原后样品未发现铁晶须，金属化率92.2％。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
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【技术保护点】
一种流态化还原炼铁的方法，包括以下步骤：将铁矿粉与煤粉混合研磨，使煤粉包覆在铁矿粉表面；对所述包覆有煤粉的铁矿粉进行流态化还原。

【技术特征摘要】
1.一种流态化还原炼铁的方法，包括以下步骤：将铁矿粉与煤粉混合研磨，使煤粉包覆在铁矿粉表面；对所述包覆有煤粉的铁矿粉进行流态化还原。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁矿粉选自磁铁矿粉或赤铁矿粉；所述煤粉选自无烟煤粉、烟煤粉或焦粉。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁矿粉的粒度小于1.0mm；所述煤粉的粒度小于1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智慧，张玉柱，龙跃，邢宏伟，李俊国，胡长庆，孙彩娇，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：河北,13