一种粉状铁矿双窑双基联合式低温快速深度直接还原铁的方法技术

本发明专利技术属于黑色冶金技术领域，尤其涉及一种粉状铁矿双窑双基联合式低温快速深度直接还原铁的方法。本发明专利技术煤基还原窑和气基还原窑、煤基和气基的“双窑双基”方法，将粉状铁矿作为原料，先在950～1000℃条件下进行煤基法加热和还原30～60min，再在850～900℃条件下进行气基法还原30～90min，从而实现了低温快速深度还原。本发明专利技术采用部分高纯煤基碳粉替代昂贵的纯H2，以减少气基还原剂的用量，大大降低了还原成本，还原效果相同，还原率达到93％～95％，甚至达到99％，获得优质的还原产品。

A dual kiln dual base low temperature rapid deep direct reduction method for powdered iron ore

The invention belongs to the technical field of ferrous metallurgy, in particular to a method for rapidly and deeply reducing iron at low temperature in combination of two kilns and two bases of powdered iron ore. The coal based reduction kiln and gas base reduction kiln, coal based and gas base of the \double kiln double base\ method, the powder iron ore is used as the raw material, the coal base method is heated and reduced 30 ~ 60min at 950~1000 C, then the gas base reduction of 30 ~ 90min under the condition of 850~900 C, and the rapid and deep reduction of low temperature is realized. The invention adopts some high pure coal based carbon powder instead of expensive pure H2 to reduce the amount of gas based reducing agent, greatly reduces the reduction cost, the reduction effect is the same, the reduction rate is 93% to 95%, even up to 99%, and the high quality reducing product is obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种粉状铁矿双窑双基联合式低温快速深度直接还原铁的方法
本专利技术属于黑色冶金
，尤其涉及一种粉状铁矿双窑双基联合式低温快速深度直接还原铁的方法。
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。煤基还原铁方法，铁矿粉需要配料、润磨，再加水造球或压块、再烘干，工序多，繁琐复杂，增加能耗和设备投资，同时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、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，在我国纯氢气价格大约在2.2元/m3左右，吨DRI需要大约680m3的纯氢气还原剂，其生产成本很高，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，提供一种低温、低耗、低排放，快速深度还原、获得高品质DRI产品的粉状铁矿双窑双基联合式低温快速深度直接还原铁的方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种粉状铁矿双窑双基联合式低温快速深度直接还原铁的方法，步骤如下：(1)原料加工将TFe≥66％的含铁原料打磨至120～325目的铁矿粉；(2)煤基还原a、将步骤(1)的铁矿粉配加煤基还原剂，铁矿粉与煤基还原剂的重量比为(80～85):(15～20)；b、将步骤a的混合料加入煤基隔焰式回转窑，在950～1000℃条件下加热和预还原30～60min；同时，向回转窑内通入饱和蒸汽，蒸汽流量为0.5～0.6m/s，压力为800～1200Pa，得到预还原率75～85％的热态预还原物料；(3)气基还原a、将步骤(2)的预还原物料趁热密闭加入后续的气基隔焰式回转窑，在850～900℃条件下再深度还原30～90min；同时，向气基隔焰式回转窑出料端向回转窑内通入气基还原剂，流速为0.5～0.6m/s，压力为800～1200Pa，还原铁粉再进入冷却系统并进行保护冷却，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粉或氧化铁皮粉。进一步，步骤(2)中，所述的煤基还原剂为石油焦粉、木炭粉、煤炭或生物质碳浮选的高纯煤碳粉，细度为120～160目，其灰份≤0.5％、挥发份≤40％、固定碳≥59.5％；所述的煤基隔焰式回转窑采用本申请人的专利201510078928.6【一种通体外加热隔焰式回转】、201620075171.5【一种煤基隔焰式回转窑】、201520108511.5【一种通体外加热隔焰式回转窑】、201610890815.0【通体双面隔焰式加热回转窑及生产直接还原铁联产碳基肥方法】公开的隔焰式回转还原窑炉。进一步，步骤(3)中，所述的气基还原剂为纯度≥99％的氢气；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、本专利技术在煤基还原过程中，通入饱和蒸汽的目的是在700～800℃时，水分子遇到高温C时，可分解成H2和O2，使高纯碳粉挥发成水煤气，增加气体的含氢量，这是由于H2还原速度是CO还原速度的8倍左右，而且还原温度相对较低，铁矿粉的预还原率基本达到75％～85％。2、本专利技术煤基还原窑和气基还原窑、煤基和气基的“双窑双基”方法，将粉状铁矿作为原料，先在950～1000℃条件下进行煤基法加热和还原30～60min，再在850～900℃条件下进行气基法还原30～90min，从而实现了低温快速深度还原。3、本专利技术采用部分高纯煤基碳粉替代昂贵的H2制品，减少气基还原剂的用量，降低还原成本，还原效果相同，还原率达到93％～95％，甚至达到99％，获得优质的还原产品。本专利技术配碳总量按照180kg/t矿计算，吨碳粉按照900元计算，吨DRI煤基还原剂成本为224元/tDRI，加上气基还原需要纯H2需要大约100m3×2.2元/m3＝220元/tDRI，二项还原剂成本总和为444元/tDRI；而纯H2气基法的还原剂成本为680m3×2.2元/m3＝1496元/tDRI；因此，本专利技术方法在还原剂消耗这一项，就低于气基还原法的生产成本1000元/tDRI左右。4、本专利技术的煤基还原剂灰份极低，一般≤5％，而且配加量是欠配，在还原时，煤基还原剂在还没有出高温区前均全部热解气化，几乎不残留固定碳和灰粉，即便有残留的≤0.1％的灰粉(理论计算的含量)，影响还原铁的总品位也只有0.1％，也可忽略不计，不影响还原铁的品位，因此，DRI中几乎不残留杂质；而被还原物料在煤基还原窑炉的高温区末段，理论上会出现暂短的缺乏煤基还原剂热解形成的气体还原剂，因此，本专利技术在气基还原隔焰式回转窑的出料端会人为通入部分纯H2气基还原剂，过剩的H2会直接从煤基隔焰式回转窑出料端进入煤基还原窑炉的高温区，以解决煤基还原剂欠配加出现的还原剂短缺的问题，实际上整个双窑双基还原过程中，始终未缺乏还原剂，最后，使终还原的DRI达到气基还原的效果。5、核心特点：1)还原脱氧往炉膛内打入热态还原介质氢气，以及高纯碳粉热解气化的气体为焦炉煤气成份，高纯碳粉逐渐可转化为气基还原剂。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℃下，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)饱和蒸气的作用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↑饱和水蒸汽在反应过剩后，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，最后使还原铁粉的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉状铁矿双窑双基联合式低温快速深度直接还原铁的方法，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120～325目的铁矿粉；(2)煤基还原a、将步骤(1)的铁矿粉配加煤基还原剂，铁矿粉与煤基还原剂的重量比为(80～85):(15～20)；b、将步骤a的混合料加入煤基隔焰式回转窑，在950～1000℃条件下加热和预还原30～60min；同时，向回转窑内通入饱和蒸汽，蒸汽流量为0.5～0.6m/s，压力为800～1200Pa，得到预还原率75～85％的热态预还原物料；(3)气基还原a、将步骤(2)的预还原物料趁热密闭加入后续的气基隔焰式回转窑，在850～900℃条件下再深度还原30～90min；同时，向气基隔焰式回转窑出料端向回转窑内通入气基还原剂，流速为0.5～0.6m/s，压力为800～1200Pa，还原铁粉再进入冷却系统并进行保护冷却，还原铁粉还原率ηFe≥93％。

【技术特征摘要】
1.一种粉状铁矿双窑双基联合式低温快速深度直接还原铁的方法，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120～325目的铁矿粉；(2)煤基还原a、将步骤(1)的铁矿粉配加煤基还原剂，铁矿粉与煤基还原剂的重量比为(80～85):(15～20)；b、将步骤a的混合料加入煤基隔焰式回转窑，在950～1000℃条件下加热和预还原30～60min；同时，向回转窑内通入饱和蒸汽，蒸汽流量为0.5～0.6m/s，压力为800～1200Pa，得到预还原率75～85％的热态预还原物料；(3)气基还原a、将步骤(2)的预还原物料趁热密闭加入后续的气基隔焰式回转窑，在8...

【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