一种气基和煤基结合的直接还原铁方法技术

本发明专利技术属于黑色冶金技术领域，尤其涉及一种气基和煤基结合的直接还原铁方法。本发明专利技术结合煤基和气基直接还原铁生产工艺技术的各种优点和缺点，得出本发明专利技术的煤基和气基相结合复合式直接还原的方法，不但降低了DRI产品的成本，使其成本接近于煤基DRI产品的生产成本，还可获得等同于气基还原铁品质的DRI产品。本发明专利技术的还原温度低、还原速度快，还原率ηFe≥93％，甚至能够高达99％。

A method of direct reduction iron based on gas and coal based combination

The invention belongs to the technical field of ferrous metallurgy, in particular to a direct reduction iron method combining air base with coal base. The invention combines the advantages and disadvantages of the direct reduction of the coal based and gas base iron production technology. The method of combining the coal based and gas base combined with the compound direct reduction method has not only reduced the cost of the DRI product, but also makes the cost close to the production cost of the coal based DRI products, and can also be equal to the quality of the gas based reducing iron. DRI products. The reduction temperature of the invention is low, the reduction speed is fast, the reduction rate is Fe or more than 93%, or even up to 99%.

【技术实现步骤摘要】
一种气基和煤基结合的直接还原铁方法
本专利技术属于黑色冶金
，尤其涉及一种气基和煤基结合的直接还原铁方法。
技术介绍
国际上直接还原铁分为煤基法和气基法。顾名思义煤基法就是用煤炭、焦炭、兰炭甚至是生物质等含固定碳的原料为还原介质(还原剂)，在高温下而还原出的DRI等产品；气基法是以CO、H2为还原介质(还原剂)在高温下而还原出DRI等产品。全煤基还原铁方法，还原铁产品具有含碳量高、硫偏高、还原铁的颜色发黑、硬度较大等缺陷；而采用水电解制氢气、甲醇分解制氢、天然气裂解制氢、氨水分解制氢等方法制得氢气，在我国氢气价格大约在2.2元/m3以上，吨DRI需要大约680m3的氢气还原剂，吨DRI产品光是还原剂一项成本，就得1496元/t，其生产成本很高，因此，气基法直接还原铁方法，目前只适合在中东、俄罗斯等天然气资源丰富地区才能规模化建设，但气基还原铁具有清洁环保、产品含低碳、低硫、低硬度、低排放、DRI产品颜色为金属光泽(银灰色)，还原铁产品应用广泛(还可以用于粉末冶金等)，国家非常重视发展气基还原铁工艺技术的开发。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术存在的不足，提供一种低成本、低碳、低硫、低硬度、低排放、高还原率的气基和煤基结合的直接还原铁方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种气基和煤基结合的直接还原铁方法，步骤如下：(1)原料加工将TFe≥66％的含铁原料打磨至180目占60％以上的铁粉；(2)还原剂配加将步骤(1)的铁粉配加煤基还原剂，制得被还原物料，铁粉与还原剂用量的重量比为(80～85):(15～20)；或将步骤(1)的铁粉加工成球团后再配加煤基还原剂，制得被还原物料，球团与还原剂用量的重量比为(85～87):(13～15)，其中球团的重量按照步骤(1)的含铁原料计；(3)深度还原将步骤(2)的被还原物料加入气基隔焰式回转窑，采用天然气隔焰式加热，再在隔焰式回转窑出料端通入气基还原剂和饱和蒸汽，压力为800～1500Pa；控制还原温度为850～950℃，还原时间为1.5～2.5h；采用回转滚筒保护冷却，向滚筒内通入压力200Pa的气基还原剂，待物料温度达到80℃，取出还原铁粉，还原率ηFe≥93％。进一步，步骤(1)中所述的含铁原料为铁矿或氧化铁皮。进一步，步骤(2)中所述球团的制备方法为：将步骤(1)的铁粉打磨至325目占60％以上，配加高纯碳粉和有机粘结剂，其中铁粉、碳粉和有机粘结剂的重量比为(94-97):(2-4):(1-2)；混合均匀，进行混碾，采用造球盘造球，筛分出直径为￠2～5mm粒度的球团；将球团在100℃～150℃温度下进行烘干，使其水分＜0.5％。更进一步，所述的高纯碳粉为石油焦粉、木炭粉、煤炭或生物质碳浮选的高纯煤碳粉，细度为120～200目，其灰粉≤0.5％、挥发份≤40％、固定碳≥59.5％；所述的有机粘结剂为糊精、水溶性聚乙烯醇、糖稀、造纸废液、羧甲基纤维素钠或腐殖酸钠。进一步，步骤(2)中所述的煤基还原剂为石油焦、木炭、煤炭或生物质碳浮选的高纯碳粉，细度为100～120目，其灰粉≤0.5％、挥发份≤40％、固定碳≥59.5％。进一步，步骤(3)中所述的气基还原剂为纯度≥99％的氢气。进一步，步骤(3)中所述的气基隔焰式回转窑采用本申请人的专利201720855358.1【一种气基直接还原铁法装置】、201710575969.5【一种气基还原铁并热压延机械零部件的装置和方法】、201710575969.5【一种气基直接还原铁法装置及快速还原铁的方法】公开的隔焰式回转还原窑炉。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术结合煤基和气基直接还原铁生产工艺技术的各种优点和缺点，得出本专利技术的煤基和气基相结合复合式直接还原的方法，不但降低了DRI产品的成本，使其成本接近于煤基DRI产品的生产成本，还可获得等同于气基还原铁品质的DRI产品。2、本专利技术的还原温度低、还原速度快，还原率ηFe≥93％，甚至能够高达99％。3、核心特点：1)氢气主要成份就是H2，高纯碳粉热解挥发的煤气主要成份是H2和CO，在850～950℃温度下，原料发生激烈的还原反应，其化学反应式为：Fe3O4+4H2＝3Fe+4H2OFe3O4+4CO＝3Fe+4CO2↑二氧化碳与碳粉在高温下又可发生如下反应：CO2+C＝2CO↑CO2与CO进行循环往复反应，最后完成氧化铁还原成金属铁的过程，其还原率ηFe最高达到99％；2)饱和蒸汽的作用：①热解水煤气饱和蒸汽在700～800℃高温时，与碳迅速接触，可以将水分子迅速裂解，形成CO和H2，这就是水煤气，H2含量超过50％、CO一般在40％左右，热值可达10.38MJ；其化学反应方程式：C+H2O＝CO+H2↑C+2H2O＝CO+2H2↑②脱去还原铁中的碳本专利技术由于采用了煤基还原剂和气基还原剂复合型还原剂，最后形成气基还原剂，所以其CO含量较多，完成氧化铁还原是没有问题，但可能会造成还原铁粉中的C含量较高，主要为游离碳形式存在，大约含量在0.5～1.0％，因此还需要脱碳处理；本专利技术的方法是向炉膛内通入部分饱和蒸汽和H2，压力在800～1000Pa即可，由于水在700～800℃时开始分解成H2和O2，而在高温充分还原环境下，饱和蒸汽会形成如下反应，其反应方程式为：C+H2O＝CO+H2↑从而实现DRI中C含量很低，达到C≤0.02％；饱和水蒸气在反应过剩后，又会与部分金属铁反应生成Fe2O3·nH2O，而Fe2O3又是形成水煤气(碳与水反应)的催化剂，同时，又会被CO和H2再还原成Fe；最终使还原铁粉中的C≤0.02％，而且DRI产品呈现为金属光泽(银白色)；③脱硫H2在高温时还具有脱硫功能，最后使还原铁粉的S≤0.015％；其反应方程式为：FeS+H2＝Fe+H2S↑④减排环保采用气基隔焰式回转窑炉进行低温还原，虽然是煤基和气基相结合的方法，但也类似于全气基还原，无粉尘排放，也无NOx排放，CO2的排放量比传统的隧道窑法、内燃式回转窑法等低很多，最大限度做到了节能减排环保。4、本专利采取部分高纯煤基碳粉替代昂贵的H2制品，用于做气基还原剂，这种复合式还原剂应用，取得了跟H2作为气基还原剂相同的产品结果，而且其生产运行成本几乎接近于煤基还原铁的成本，也达到了气基还原产品的品质，甚至可应用于粉末冶金行业，扩大了这种还原铁产品的应用领域和应用空间；本专利技术配碳总量按照220kg/t矿计算，吨碳粉按照900元计算，吨DRI煤基还原剂成本为273元/tDRI，加上气基还原大约需要纯H280m3×2.2元/m3＝176元/tDRI，二项还原剂成本总和为383元/tDRI，本专利技术方法仅是还原剂消耗这一项，就低于气基还原法的生产成本1000元/tDRI以上。附图说明图1为本专利技术的实施例1的工艺流程图；图2为本专利技术的实施例2的工艺流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1一种气基和煤基结合的直接还原铁方法，步骤如下：(1)原料加工将TFe73.2％的普通钢的氧化铁皮打磨至细度为180目通过率100％；(2)还原剂配加将步骤(1)的铁粉配加优质木炭粉(细度100～120目，灰份0.3％、挥发份6％、固定碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气基和煤基结合的直接还原铁方法，其特征在于，步骤如下：(1)原料加工将TFe≥66％的含铁原料打磨至180目占60％以上的铁粉；(2)还原剂配加将步骤(1)的铁粉配加煤基还原剂，制得被还原物料，铁粉与还原剂用量的重量比为(80～85):(15～20)；或将步骤(1)的铁粉加工成球团后再配加煤基还原剂，制得被还原物料，球团与还原剂用量的重量比为(85～87):(13～15)，其中球团的重量按照步骤(1)的含铁原料计；(3)深度还原将步骤(2)的被还原物料加入气基隔焰式回转窑，采用天然气隔焰式加热，再在隔焰式回转窑出料端通入气基还原剂和饱和蒸汽，压力为800～1500Pa；控制还原温度为850～950℃，还原时间为1.5～2.5h；采用回转滚筒保护冷却，向滚筒内通入压力200Pa的气基还原剂，待物料温度达到80℃，取出还原铁粉，还原率ηFe≥93％。

【技术特征摘要】
1.一种气基和煤基结合的直接还原铁方法，其特征在于，步骤如下：(1)原料加工将TFe≥66％的含铁原料打磨至180目占60％以上的铁粉；(2)还原剂配加将步骤(1)的铁粉配加煤基还原剂，制得被还原物料，铁粉与还原剂用量的重量比为(80～85):(15～20)；或将步骤(1)的铁粉加工成球团后再配加煤基还原剂，制得被还原物料，球团与还原剂用量的重量比为(85～87):(13～15)，其中球团的重量按照步骤(1)的含铁原料计；(3)深度还原将步骤(2)的被还原物料加入气基隔焰式回转窑，采用天然气隔焰式加热，再在隔焰式回转窑出料端通入气基还原剂和饱和蒸汽，压力为800～1500Pa；控制还原温度为850～950℃，还原时间为1.5～2.5h；采用回转滚筒保护冷却，向滚筒内通入压力200Pa的气基还原剂，待物料温度达到80℃，取出还原铁粉，还原率ηFe≥93％。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的含铁原料为铁矿或氧化铁皮。3.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐竹胜，陶立群，唐佳，
申请(专利权)人：唐竹胜，
类型：发明
国别省市：山东,37