CN1087124A - 含碳球团-铁浴熔融还原炼铁法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于不用高炉的生铁冶炼领域。其主要
特征是以煤(主要是非焦煤)为能源和还原剂，以冷固
结含碳球团为原料；在工艺上采用预还原-铁浴熔融
还原二步法或铁浴熔融还原一步法。在二步法中，含
碳球团的预还原温度为850～1250℃；在一步法中，
含碳球团预热温度为200～400℃。两种方法的铁浴
是预先准备的饱和碳或高碳铁浴，或由上炉预留部分
铁水，铁浴温度为1400～1550℃。经预还原或预热
的含碳球团，连续或分批加入铁浴炉中，进行终还
原。在铁浴炉中，顶吹或侧吹氧气，底吹多种气体和
多种粉剂。
Description
本发明属于不用高炉的生铁冶炼领域。
熔融还原作为冶金领域的一项重大新工艺，其主要特点是用非焦煤做为一次能源与还原剂，而且是将氧化铁在熔化状态下还原，具有以煤代焦，流程短，显著改善环境污染，降低基建和生产成本等优点，是目前各国钢铁工业竞相研究开发的重要领域。
在中国专利或专利申请中，CN85100843、CN86105271、CN87101210、CN87102252、CN88104282-U都提供了熔融还原炼铁的类似工艺，均取得了一定的效益。但仍存在各自的缺点：有的没有完全摆脱对焦煤或型煤的依赖;有的采用钢浴，限制了还原速度;有的是采用铁矿粉加喷煤技术，增加了原料的损失和基建投资。
现已投入工业生产的COREX法（熔融还原炼铁法）不用焦碳，其特点是以块矿、氧化球团和煤为原料，预还原金属化率高。但此工艺要求竖炉预还原气中的CO和H2含量较高，铁浴炉中无法进行二次燃烧，故能耗较高。
本发明的目的在于提供一种新的熔融还原炼铁法，即含碳球团-铁浴熔融还原炼铁法。
针对上述目的，本发明的主要技术措施是：
1.采用冷固结含碳球团为原料。该含碳球团是以煤粉、铁精矿粉以及粘结剂为原料，冷固结而成。
球团的特点是含煤量高，具有很强的自还原能力、高的还原速度和较高的抗氧化能力。
冷固结含碳球团的成分（重量%）为：铁精矿粉50～80%，煤粉7～30%（含碳5～25%），粘结剂1～11%，添加剂＜5%。
铁矿粉料是由磁铁矿、赤铁矿、氧化铁皮、含铁粉尘，含铁矿中的一种或两种以上组成;煤粉是由无烟煤或烟煤中的任意一种，也可以是由这两种煤混合而成;粘结剂主要是水玻璃型粘结剂;添加剂由石灰、石灰石、白云石、膨润土或萤石中的一种、两种或两种以上组成。
含碳球团可采用对辊压球、钢模压球、园盘和园筒造球方法制造。
2.在熔融还原炼铁方法上，采用预还原-铁浴熔融还原二步法和铁浴熔融还原一步法两种：
（1）预还原-铁浴熔融还原二步法。即首先将含碳球团在预还原炉中进行预还原，预还原温度为850～1250℃，预还原率20～85%;经过预还原的球团（仍为固态）随即进入铁浴炉中进行熔融还原。
预先准备一个饱和碳或高碳的铁浴，该铁浴也可由上炉预留一部分铁水做为铁浴。铁浴温度1400～1550℃。另外在铁浴炉中，可顶吹或侧吹氧气，并进行二次燃烧，二次燃烧率为20～60%;同时，底吹多种气体和多种粉剂，搅拌铁浴，以提高终还原率。熔化的铁水由出铁口出铁，炉渣由出渣口出渣。
（2）铁浴熔融还原一步法。铁浴熔融还原一步法是在铁浴炉中进行。预先准备一个饱和碳或高碳铁浴，也可由上一炉预留一部分铁水，然后将经过200～400℃预热的含碳球团加入炉中，进行熔融还原。在铁浴炉中，顶吹或侧吹氧气，强化二次燃烧，提高二次燃烧率，同时底吹多种气体和多种粉剂，加强搅拌，提高终还原率。终还原的铁水由出铁口出铁，炉渣由出渣口出渣。
无论是预还原-铁浴熔融还原二步法，还是铁浴熔融还原一步法，进入铁浴炉中的预还原球团或预热球团，都是连续或分批加入铁浴炉中的，加入量以保证铁浴不固结，不产生严重的泡沫渣或喷溅为限。而且铁浴炉中可以加入固体料。
在预还原-铁浴熔融还原二步法的预还原炉中，含碳球团利用本身含有较高的含煤量，进行固相自还原。
在二步法和一步法中，加入铁浴中的含碳球团受热熔化，并进行部分固相自还原，熔化进入渣中的氧化铁向渣铁界面扩散，并与铁水中的[C]发生反应还原出铁，并进入铁浴中，在球团熔化和还原的孕育期，铁浴向球团的传热过程是还原速度的控制环节，在快速还原期，铁浴中的含碳球团的还原速度主要受到渣中FeO扩散控制，在还原终止期，各过程基本达到平衡，还原反应基本停止。
上述熔融还原炼铁的两种方法中所述的铁浴炉可以是专门设计的卧式或立式铁浴炉，也可以是现有的冶炼生产的反应器，如转炉、电弧炉、化铁炉、平炉、感应炉等。
通过本发明所述二步和一步铁浴熔融还原炼铁方法所得铁水成分（重量%）如下：
C2%～饱和，Si＜0.1%，Mn＜0.1%，
S＜0.08%，P＜0.06%。
所得炉渣成分（重量%）如下：
FeO＜5%，Al2O35～17%，MgO＜10%。
碱度：0.5～1.5。
铁水温度1400～1550℃。
炉渣温度1450～1600℃。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）采用铁矿精粉和煤经冷固结的含碳球团，制造成本低。
（2）铁浴为饱和碳或高碳的铁浴，有利于熔融还原反应的进行。
（3）含碳球团既可经过预还原，也可不经过预还原，直接加入铁浴，故本发明适应性广，便于推广。
（4）含碳球团的熔化速度很快，而且球团中的含碳越高，反应越快，缩短了冶炼时间，提高了生产率。
（5）由于含碳球团具有高的含碳量，可以抑制和控制泡沫渣。
（6）因本发明含碳球团具有很高的自还原速度和抗氧化能力，减轻了铁浴造气要求，可以简化或省去煤气改质工序，简化了工艺，降低了成本。
（7）采用本发明一步熔融还原法，可以解决设备联动问题。
（8）本发明生成的烟气，可作为熔融还原法的预还原的还原剂或预热气体，也可用于炼海绵铁，冶炼养生系统的能源，也可经净化后它用。
（9）本发明所采用的装置适应范围广，可用专门设计的卧式或立式铁浴炉，也可用氧气转炉、竖炉、电弧炉、化铁炉、感应炉或平炉等，还可采用高炉。
现结合附图对本发明作进一步说明。
附图1为本发明预还原-铁浴熔融还原二步法炼铁流程示意图。
附图2为本发明铁浴熔融还原一步法炼铁流程示意图。
附图1和2中，1为含碳球团，2为预还原炉，3为铁浴炉，4、5为除尘器，6为渣包，7为铁水包，8为氮气，9为煤粉，10为氧气，11为预还原气体，12为煤气输送管道，13为炉顶煤气，14为高温气体输送管道，15为高温煤气，16为预还原气体，17为预热炉。
预还原-铁浴熔融还原二步法炼铁工艺流程如下：
室温的冷固结含碳球团1由炉顶进入预还原炉2中，进行预还原，预还原的温度为850～1250℃，预还原率为20～85%。预还原过程中产生的炉顶煤气13经除尘器4除尘后，一部分炉顶煤气13作为预还原气11，经煤气输送管道12由炉底进入预还原炉2中，强化预还原，其余作为它用。经预还原的含碳球团仍为固相，随后进入铁浴炉3中。
在铁浴炉3中，预先准备一定量的饱和碳或高碳铁浴，或由上炉预留部分铁液做为铁浴。铁浴温度1400～1550℃，经预还原的含碳球团，进入铁浴炉3中，进行终还原。同时，氧气10由炉顶吹入铁浴炉，进行二次燃烧，二次燃烧率可达20～60%;由炉底吹入氮气8，以搅拌铁浴，提高终还原率，并由炉底喷入一定量的煤粉，强化还原。铁浴炉3中产生的高温煤气15，经除尘器5除尘后，可作为预还原气11，输入预还原炉2中，用于含碳球团的预还原。
铁浴熔融还原一步法炼铁工艺流程如下：
在铁浴炉3中，预先准备一定量的饱和碳或高碳铁浴，或由上炉预留部分铁液做为铁浴。铁浴温度1400～1550℃。
经预热炉17预热到200～400℃的含碳球团，连续或分批加入铁浴炉3中，受热熔化，并进行一部分固相自还原，氧气10由炉顶吹入铁浴炉3中，进行二次燃烧，二次燃烧率可控制在20～60%。同时，由炉底吹入氮气8和煤粉9，强化搅拌，提高终还原率。还原过程中所产生的高温煤气15，经除尘器5除尘后，一部分作为预热气体16，用于含碳球团的预热，其余的作为它用。
在一步法或二步法的熔融还原炼铁过程中，含碳球团均是连续或分批加入铁浴炉3中。加入量以保证铁浴不固结，不产生严重的泡沫渣喷溅，能正常冶炼为准。随着含碳球团的不断加入，渣量增加，为保证冶炼的正常进行，可以适当去除一部分渣，以提高熔化速度;在还原结束后，可以采用连续出铁法，也可采用分炉出铁。无论采用哪种方法出铁，都要保留一部分铁水作为下一炉的铁浴，以便熔融还原过程的连续进行。
Claims (8)
1、一种含碳球团-铁浴熔融还原炼铁法，包含铁浴熔融还原一步法和预还原-铁浴熔融还原二步法，以含铁固体料作为原料，其特征在于：
A采用煤(主要非焦煤)为能源和还原剂，以冷固结含碳球团为原料；
B在含碳球团预还原-铁浴熔融还原二步法中，含碳球团在预还原炉中的预还原温度为850～1250℃；
C在铁浴熔融还原一步法中，含碳球团预热后进入铁浴炉中，预热温度为200～400℃；
D在铁浴熔融还原一步法或预还原-铁浴熔融还原二步法中，铁浴炉中预先准备一个饱和碳或高碳铁浴，或由上一炉预留一部分铁水；
E在铁浴炉中，顶吹或侧吹氧气，可底吹多种气体和多种粉剂；
F铁浴炉中的熔融还原温度为1400～1550℃；
2、根据权利要求1所述的熔融还原炼铁法，其特征在于所用的含碳球团可以直接加入铁浴中进行铁浴熔融还原一步法，或经过预还原后加入铁浴中，进行二步法冶炼铁水。
3、根据权利要求1所述的熔融还原炼铁法，其特征在于所用铁浴可以是专门设计的卧式或立式铁浴炉，也可以是转炉、电弧炉、化铁炉、感应炉、平炉等铁浴反应器。
4、根据权利要求1所述的熔融还原炼铁法，其特征在于所用的铁浴炉中可以加入固体料。
5、根据权利要求1所述的熔融还原炼铁法，其特征在于在预还原-铁浴熔融还原二步法中，经预还原后的球团仍为固态。
6、根据权利要求1所述的熔融还原炼铁法，其特征在于经预还原或预热的含碳球团，都是连续或分批加入铁浴炉（13）中，其加入量以保证铁浴不固结，不产生严重的泡沫渣喷溅为限。
7、根据权利要求1所述的熔融还原炼铁法，其特征在于在预还原-铁浴熔融还原二步法中，预还原过程中产生的炉顶煤气（13）和铁浴炉（3）中产生的高温煤气（15）均可作为预还原气（11）输入预还原炉（2）中，或作它用。
8、根据权利要求1所述的熔融还原炼铁法，其特征在于铁浴熔融还原一步法中，铁浴炉（3）产生的高温煤气（15），一部分作为含碳球团的预热气体（16），其余的作它用。
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