生产海绵铁的工艺与设备制造技术

本发明专利技术是一种生产海绵铁的工艺与设备。它采用活动炉底运载料层（铁矿和还原剂），通过敞焰加热的炉膛进行还原焙烧。采取了料层上表面覆盖一定厚度的碳粒层保护，避免了焙烧过程中还原剂被烧损和海绵铁被氧化，从而可以在较宽的料层厚度、炉膛温度、焙烧时间等操作参数的范围内获得很高的金属化率。本发明专利技术既适用于内配碳团矿也适用于非内配碳团矿和原矿，具有工艺简单、生产率高、成本低、不易发生故障等优点。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种生产海绵铁的工艺与设备。海绵铁(又称直接还原铁或金属化球团)是一种重要的冶金原料。它是将铁矿石或含铁原料，在低于铁的熔化温度的条件下进行还原所得到的产品。海绵铁是废钢的代用品，是冶炼优质钢的重要原料，也可加工成铁粉用作粉末冶金和化工原料。目前国内外市场上急需大量海绵铁产品。生产海绵铁的核心设备是还原焙烧炉，在其中，铁矿石中的氧被还原剂夺走后转变成金属铁。生产海绵铁的方法，依还原剂的物态分为气基直接还原法(用气体还原剂)和煤基直接还原法(用固体还原剂)。煤基直接还原法可用天然矿块，也可用人造块矿。所用的人造块矿依其中配碳与否分为内配碳团矿和无内配碳团矿(通常所称的团矿)。常用的团矿的形状多为球形，故常称为球团矿。气基海绵铁生产法以竖炉为主，它需要用天然气为原料制备还原气，因此受到资源的限制。煤基海绵铁生产法的还原剂来源广泛，其主要方法有回转窑法、罐装法和转底炉法。回转窑法的典型代表是8L/RN法，它的特点是铁矿块或非内配碳团矿与固体还原剂一起，在回转窑内滚动的过程中进行焙烧。由于炉料不断滚动，因此，要求矿块具有较高的强度。此方法的加热时间长，生产率低，而且容易产生“结圈”事故。罐装法的典型代表是Hoganas法，它是将矿粉和还原剂一起装入罐中，间接加热进行还原。此方法虽能防氧化，但加热时间很长。转底炉法的典型代表是Fastmet法和Inmetco法。此法使用薄料层内配碳球团矿并用敞焰加热，因此还原速度快，焙烧时间短。但料层表面受炉气的氧化，因此难以获得很高的金属化率。要获得一定程度的高金属化率，需严格控制操作参数，过大或过小都达不到要求。本专利技术的目的是采用活动炉底运载炉料，使炉料和炉底之间无相对运动，因此可以使用低强度团矿，其中包括内配碳团矿。在被加热的料层表面上覆盖一定厚度的碳粒层，防止炉气对炉料的氧化，即在加热初期防止炉气对还原剂的烧损，在后期防止炉气对海绵铁的氧化。因此，可以在较大的操作参数范围内获得很高的金属化率。本专利技术所用的矿块，包括天然矿块、人造内配碳团矿或人造无内配碳团矿，其形状可为球形或别的形状。所用的还原剂可以是煤、焦碳、木炭等。附图说明图1表示使用内配碳球团矿生产海绵铁的工艺流程。进入还原焙烧炉的内配碳球团矿的制备方法是，在铁精矿粉、含铁粉尘、或铁鳞(氧化铁皮)粉中配加适量的还原剂粉，再加入适量粘结剂和水，搅拌均匀后，在造球机上制球。原则上，原料粒度越细，越有利于加速还原过程。但要粉碎过细会消耗大量能源。一般矿粉和还原剂的粒度都要求通过60目，其中通过80目的占80％以上。粘结剂选用有机粘结剂，如羟甲基纤维素钠(CMC)、纸浆废液、糊精等。加入量为3‰—3％，水分为7-14％。如果使用一般球团矿，则还原剂不需要粉碎，造块时不需配碳，只用矿粉(包括铁鳞粉等)、加入粘结剂和水制备团矿。本专利技术生产海绵铁的工艺方案在水平连续移动的活动炉底(2)上，铺置20-100mm厚的由铁矿和还原剂组成的料层(3)，炉料粒度为1-30mm，在炉料层的上表面铺盖厚度为5-50mm的炭粒层(4)，碳粒的粒度为1-30mm，该复盖的碳粒层和炉料层一起随活动炉底运动，经过低温区炉膛(11)和高温区炉膛(13)焙烧后还原成海绵铁。炉膛内炉气含氧量为0-10％，炉膛温度为800-1450℃，在炉膛内的焙烧时间为30-240分钟，还原出的海绵铁的金属化率大于85％。本专利技术在使用内配碳团矿的情况下，用铁精矿粉、含铁粉尘或铁鳞(氧化铁皮)粉，加入固体还原剂粉，包括煤粉、焦炭粉、木炭粉等制备球团矿，还原剂的量按化学反应所需碳量的0.8-1.5倍配入，还原剂和铁鳞皆粉碎至全部通过60目，其中通过80目的占80％以上。制备的内配碳球团矿直径为5-30毫米，铺置的料层厚度为20-100mm。在球团矿层的上表面铺盖的碳粒的粒度为1-20mm，碳粒层厚度为5-50mm。在活动炉底运载下，盖碳的内配碳球团矿经炉膛温度为800-1450℃低温区炉膛(11)和高温区炉膛(13)，焙烧30-120分钟后还原成海绵铁。本专利技术在使用内配碳团矿的情况下，较好的工艺是，使用铁精矿粉、含铁粉尘或铁鳞(氧化铁皮)粉，加入固体还原剂粉制备球团，还原剂的量按化学反应所需碳量的0.8-1.5倍配入，还原剂和铁鳞皆粉碎至全部通过80目，其中通过100目的占80％以上。制备的内配碳球团矿直径为8-20毫米，铺置的料层厚度为25-80mm。在球团矿层的上表面铺盖的碳粒的粒度为3-12mm，碳粒层厚度为10-30mm。在活动炉底运载下，盖碳的内配碳球团矿经炉膛温度为800-1400℃低温区炉膛(11)和高温区炉膛(13)，焙烧30-100分钟后还原成海绵铁。本专利技术在使用一般团矿的情况下，团矿或原矿的粒度为5-20mm和固体还原剂的粒度为1-20mm，料层铺置的厚度为20-100mm。在球团矿层的表面上铺盖的碳粒的粒度为1-15mm，碳粒层厚度为10-40mm。在活动炉底运载下，盖碳的内配碳球团矿经炉膛温度为900-1400℃低温区炉膛(11)和高温区炉膛(13)，焙烧60-240分钟后还原成海绵铁。本专利技术实现上述工艺的装置见附图2，包括推料机(1)，活动炉底(2)，固定炉底(5)，炉料铺料漏斗(8)，保护碳铺料漏斗(9)，炉体(12)，低温区炉膛(11)，高温区炉膛(13)，燃烧口(14)，排烟口(10)，下部水冷却器(6)，上部水冷器(15)和输送带(7)组成。在推料机的推动下，活动炉底(2)在固定炉底(5)上往前移动，通过销料漏斗(8)先销炉料(3)，然后在其表面上用漏斗(9)再铺保护碳层(4)。在碳层的保护下，炉料依次经过低温区炉膛(11)和高温区炉膛(13)焙烧后被还原成海绵铁。成品海绵铁经过上、下水冷却器构成的冷却室，将其冷却到700℃以下，卸在输送带(7)上运走。燃烧煤气、油或煤的高温火焰从燃烧口(14)供入炉内，烟气通过排烟口(10)排出炉外。炉料的冷却方式之一是，在炉膛内焙烧完成后，海绵铁在盖碳的情况下，通过由水冷却器(6)和(15)组成的冷却室冷至700℃以下出料，并卸在输送带(7)上运走。本专利技术的运载炉料的活动炉底可以是移动式的料盘、链带、台车、环形旋转炉底等多种型式。其功能是装载炉料沿水平方向运动，炉料经过焙烧炉烧成海绵铁并卸料后，活动炉底返回炉前循环使用。本专利技术与Fastmet法和Inmetco法相比，由于采用了炉料上表面盖碳保护的措施，防止了炉气对炉料的氧化作用，从而使海绵铁能达到很高的金属化率。由于解决了防氧化问题因而对料层厚度、炉膛温度、加热时间等参数放宽了要求，使生产中容易实现、便于掌握。尽管覆盖碳层后增加了传热热阻，使加热时间有所延长，但通过优化所确定的保护碳层厚度并不大，因此增加的加热热阻有限，加热时间延长不多。本专利技术与罐装料间接加热生产海绵铁的Hoganas法比较，加热速度快，生产率高，而且不需消耗保护罐，降低了生产成本。本专利技术与回转窑海绵铁生产法比较，由于海绵铁生产过程中，炉底与炉料间无相对运动，炉料不会在运行中摔碎，因此，对球团矿的强度要求不高，从而简化了造球工艺，也不会产生困扰回转窑正常运转的“结圈”现象。本专利技术的附图1为海绵铁生产的流程图，附图2(a)为海绵铁生产设备的纵剖面图。附图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产海绵铁的焙烧工艺，在水平续移动的活动炉底（２）上，铺置铁精矿球团或铁矿石和固体还原剂等炉料（３），其特征在于铺置的炉料厚度为２０－１００ｍｍ，炉料粒度为１－３０ｍｍ，在炉料层的上表面铺盖厚度为５－５０ｍｍ的炭粒层（４），碳粒的粒度为１－３０ｍｍ，该复盖的碳粒层和炉料层一起随活动炉底运动，经过低温区炉膛（１１）和高温区炉膛（１３）焙烧后还原成海绵铁。炉膛内炉气含氧量为０－１０％，炉膛温度为８００－１４５０℃，在炉膛内的焙烧时间为３０－２４０分钟，还原出的海绵铁的金属化率大于８５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王尚槐，冯俊小，王月，赵平，姚夏漪，刘国惠，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]