一种基于回转窑-熔分炉热风外循环的含铁球团直接还原工艺及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于回转窑

A direct reduction process and system of iron containing pellets based on the external circulation of hot air in rotary kiln melting furnace

【技术实现步骤摘要】
一种基于回转窑
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熔分炉热风外循环的含铁球团直接还原工艺及系统


[0001]本专利技术涉及含铁球团的直接还原技术，具体涉及一种基于回转窑
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熔分炉热风外循环的含铁球团直接还原工艺及含铁球团直接还原系统，属于炼铁生产


技术介绍

[0002]将金属铁从含铁矿物(主要为铁的氧化物)中提炼出来的工艺过程，主要有高炉法，直接还原法，熔融还原法等。从冶金学角度而言，炼铁即是铁生锈、逐步矿化的逆行为，简单的说，从含铁的化合物里把纯铁还原出来。在高温下，用还原剂将铁矿石还原得到生铁的生产过程。炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭；焦炭的作用是提供热量并产生还原剂一氧化碳。
[0003]高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。凡是采用高炉法炼铁存在生产周期长、生产效率低、能源消耗大、污染物产生量大等技术问题。
[0004]直接还原铁(DRI)是短流程炼钢流程中废钢的补充品和冶炼优质特钢的理想原料。近年来，世界范围内直接还原铁的生产得到迅速的发展。由于铁矿石资源和天然气缺乏，我国的直接还原工艺发展比较慢，研究和实践热点也集中于煤基直接还原工艺，采用非焦煤生产直接还原铁或金属铁。现有的煤基直接还原工艺中，一般使用氧化球团或者冷固结球团为原料在回转窑中进行反应生产DRI。煤基回转窑直接还原工艺中，炉料从入窑到产品出窑需6
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8h，生产周期较长、生产效率低。回转窑直接还原工艺的生产率即单位时间回转窑产出产品的多少通常与窑的尺寸和结构、原料和燃料条件、窑内温度及温度分布、气氛以及装料量等有关，而球团的还原速度是影响直接还原生产周期和生产效率的根本因素。
[0005]目前，煤基回转窑直接还原工艺中炉料从入窑到产品出窑需要的时间可长达8小时，生产周期较长、生产效率低。球团还原速度低、在回转窑中保温还原时间长是导致煤基回转窑直接还原工艺生产效率低、生产周期长的根本原因。为了提高直接还原的还原速度，研究人员和从业者提出了一些技术措施，在窑体设计(CN110229939A，一种两段回转窑法非焦炼铁装置)、球团配料(CN106591572A，一种强化铁矿内配碳球团制备及还原的方法)等方面提出了一些措施，但是工业应用的实用性较差，目前仍大都停留在实验阶段，尚未得到推广应用。
[0006]煤基回转窑直接还原工艺中还原剂为无烟煤，还原过程中主要涉及的是铁氧化物的简介还原反应和煤的气化反应，即：
[0007]Fe
x
O
y
+C＝Fe
x
O
y
‑1+CO
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0008]Fe
x
O
y
+CO＝Fe
x
O
y
‑1+CO2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0009]C+CO2＝2CO
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0010]式(1)的反应活化能为140
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400kJ/mol，式(2)反应活化能为60
‑
80kJ/mol，式(3)的
反应活化能为170
‑
200kJ/mol。实际上，反应式(1)相对于反应式(2)和(3)进行的很慢，可以忽略不计。目前研究者大都认为固体碳与铁氧化物之间一般是通过布多尔反应(式(3))生成CO而与铁氧化物进行反应，即固体碳主要是将CO2还原成CO，一般很少直接和铁氧化物直接发生反应。还原反应由球团外部向球团进行，碳的气化速度及气体在球团内部的扩散速度对还原反应的进行程度有较大影响。在还原过程中，球团的还原反应受界面化学反应和内扩散混合控制。随着还原反应的进行，化学反应阻力一直在减小，内扩散阻力一直在增大。因此，还原中后期还原气体难以进入球团内核、还原度增长愈发缓慢，是影响总体还原速度的重要原因。
[0011]为了提高直接还原的还原速度，研究人员和从业者提出了一些技术措施，在窑体设计(如CN110229939A，一种两段回转窑法非焦炼铁装置)、球团配料(如CN106591572A，一种强化铁矿内配碳球团制备及还原的方法)等方面提出了一些措施，但是工业应用的实用性较差，目前仍大都停留在实验阶段，尚未得到推广应用。

技术实现思路

[0012]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于回转窑
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熔分炉热风外循环的含铁球团直接还原工艺及和含铁球团直接还原系统。针对现有煤基回转窑直接还原工艺中还原中后期还原气体扩散速度慢、球团还原速度低导致全流程球团还原速度慢、球团在窑体中保温还原时间长的问题，本专利技术采用回转窑预还原
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熔分炉深度还原的方法，将煤基回转窑依次划分为干燥段、预热段、等离子还原段、还原焙烧段和缓冷阶段，同时在回转窑与熔分炉之间设置有煤气重整竖井和灰分分离装置。将熔分炉炉顶溢出的高温煤气经竖井进行重整，以及将回转窑尾气循环至竖井或灰分分离段，将它们的部分显热转化为CO和H2化学能潜能，然后再将CO和H2活化为等离子态CO
+
或H
+
后通过料层下部通入，增强了料层的还原气氛、强化了还原剂在含铁球团矿颗粒中的扩散、强化了低温段还原剂在球团颗粒界面的还原反应。
[0013]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案具体如下所述：
[0014]根据本专利技术的第一种实施方案，提供一种基于回转窑
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熔分炉热风外循环的含铁球团直接还原工艺。
[0015]一种基于回转窑
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熔分炉热风外循环的含铁球团直接还原工艺，该工艺包括：
[0016]1)根据物料的走向，将含铁球团从窑尾送入回转窑，并依次经过干燥段、预热段、等离子还原段、还原焙烧段和缓冷段进行预还原处理，获得预还原产物。然后将预还原产物经过竖井或依次经过竖井和灰分分离装置后送至熔分炉内进行深度还原处理，得到铁水。
[0017]2)将熔分炉内产生的高温煤气经过煤气重整后获得重整气，然后再将重整气输送至回转窑内参与含铁球团的预还原处理。同时将回转窑尾气循环参与高温煤气的重整处理。
[0018]作为优选，步骤2)具体为：
[0019]201)将熔分炉炉顶高温煤气输送至竖井内进行重整后获得重整气，然后再将重整气进行等离子活化后输送至等离子还原段参与含铁球团的预还原处理。同时将回转窑尾气抽送至竖井内，并根据竖井内物料的实时温度变化调节回转窑尾气的抽取量。
[0020]或者，步骤2)具体为：
[0021]202)将熔分炉炉顶高温煤气输送至竖井内进行重整后获得重整气，然后再将重整气进行等离子活化后输送至等离子还原段参与含铁球团的预还原处理。同时将回转窑尾气抽送至灰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于回转窑
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熔分炉热风外循环的含铁球团直接还原工艺，其特征在于：该工艺包括：1)根据物料的走向，将含铁球团从窑尾送入回转窑，并依次经过干燥段、预热段、等离子还原段、还原焙烧段和缓冷段进行预还原处理，获得预还原产物；然后将预还原产物经过竖井或依次经过竖井和灰分分离装置后送至熔分炉内进行深度还原处理，得到铁水；2)将熔分炉内产生的高温煤气经过煤气重整后获得重整气，然后再将重整气输送至回转窑内参与含铁球团的预还原处理；同时将回转窑尾气循环参与高温煤气的重整处理。2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤2)具体为：201)将熔分炉炉顶高温煤气输送至竖井内进行重整后获得重整气，然后再将重整气进行等离子活化后输送至等离子还原段参与含铁球团的预还原处理；同时将回转窑尾气抽送至竖井内，并根据竖井内物料的实时温度变化调节回转窑尾气的抽取量；或者，步骤2)具体为：202)将熔分炉炉顶高温煤气输送至竖井内进行重整后获得重整气，然后再将重整气进行等离子活化后输送至等离子还原段参与含铁球团的预还原处理；同时将回转窑尾气抽送至灰分分离装置内，并根据灰分分离装置内烟尘的实时温度变化调节回转窑尾气的抽取量；最后再将灰分分离装置排出的尾气进行等离子活化后输送至等离子还原段参与含铁球团的预还原处理。3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：在步骤201)中，根据竖井内物料的实时温度变化调节回转窑尾气的抽取量具体为：设定竖井内物料的设定温度为T1
±
C1(C1的范围为0～50)，℃；实时检测竖井内物料的实时温度为T2，℃；则：当T2＞(T1
±
C1)时，增大回转窑尾气的抽取量，直至竖井内物料的实时温度回到预设温度(T1
±
C1)内；当T2∈(T1
±
C1)时，维持当前工艺条件不变；当T2＜(T1
±
C1)时，减少回转窑尾气的抽取量，直至竖井内物料的实时温度回到预设温度(T1
±
C1)内；或者，在步骤202)中，根据灰分分离装置内烟尘的实时温度变化调节回转窑尾气的抽取量具体为：设定灰分分离装置内烟尘的设定温度为T3
±
C2(C2的范围为0～50)，℃；实时检测灰分分离装置内烟尘的实时温度为T4，℃；则：当T4＞(T3
±
C2)时，增大回转窑尾气的抽取量，直至灰分分离装置内烟尘的实时温度回到预设温度(T3
±
C2)内；当T4∈(T3
±
C2)时，维持当前工艺条件不变；当T4＜(T3
±
C2)时，减少回转窑尾气的抽取量，直至灰分分离装置内烟尘的实时温度回到预设温度(T3
±
C2)内。4.根据权利要求2或3所述的工艺，其特征在于：熔分炉炉顶排出的高温煤气的温度大于1400℃，优选为大于1500℃，更优选为大于1600℃；和/或在重整气中，CO的含量高于30vol％，优选CO的含量高于35vol％，更优选CO的含量高于40vol％；H2的含量高于2vol％，优选H2的含量高于3vol％，更优选H2的含量高于5vol％。5.一种用于如权利要求1
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4中任一项所述工艺的含铁球团直接还原系统，其特征在于：该系统包括回转窑(1)、熔分炉(2)和微波等离子体激发器(3)；根据物料的走向，所述回转
窑(1)依次设有干燥段(101)、预热段(102)、等离子还原段(103)、还原焙烧段(104)以及缓冷段(105)；缓冷段(105)的出料口直接通过竖井(4)与熔分炉(2)的进料口相连通；或者缓冷段(105)的出料口先通过竖井(4)与灰分分离装置(5)的进料口相连通，灰分分离装置(5)的出料口再与熔分炉(2)的进料口相连通；所述微波等离子体激发器(3)设置在等离子还原段(103)的外部，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡兵，刘臣，郑富强，师本敬，王兆才，张震，何璐瑶，
申请(专利权)人：中冶长天国际工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：