[发明专利]海绵铁的制备工艺及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种冶金工业炼钢原料，具体涉及一种海绵铁的制备工艺及设备。

背景技术

海绵铁是在铁的熔点温度以下，采用非高炉工艺，通过还原固态氧化铁粉(通常是赤铁矿)或其他含铁氧化物，经还原或脱氧获得的金属化的产品，通常叫做直接还原铁(DRI)。铁矿石还原过程中，由于失氧在内部形成大量孔洞，保留了铁矿石的外形和矿石中的脉石，其重量比铁矿石减少30％，比重约为4.4g/cm³。

海绵铁是废钢和生铁的替代品，其特点是碳含量较低(＜2％)，全铁在90％以上，不仅磷、硫含量低，与废钢相比不含铜、锌等杂质，成份稳定，是电炉炼钢较为理想的炉料，为炼钢用废钢的一种补充，特别有利于电炉冶炼优质特钢。

目前国内外生产海绵铁的工艺主要有气基还原法和煤基还原法二种。

气基法一般采用天然气进行还原，而天然气以CH₄等碳氢化物为主，在还原时，需将天然气通过裂解转化成以CO和H₂为主的还原性气氛，完成对铁矿石或人造块矿的还原而生成还原铁。该气基法具有还原速度块，产品质量好等优点，但气基法生产海绵铁工艺的主导条件要有丰富的天然气，在天然气匮乏的地区不能采用，且本身的价格和转化成本较高，而我国的天然气储备量还比较少，因此，该工艺目前尚不适合我国海绵铁的生产。

煤基法是用煤为还原剂直接对氧化铁进行还原，目前煤基法比较成熟的直接还原工艺主要有回转窑法、隧道窑法、转底炉法和竖炉法。

回转窑法，该法机械化程度高，建设周期短，产量高，适合大型化生产。但由于炉型较大，内外设施较多，一次性投资较大，维护费用高，对原料的要求苛刻，还容易发生结圈事故须停炉处理，固体炉料和气体各行其道，热效率低，还原铁出窑的温度较高，所生产的海绵铁易被氧化而影响金属化率，且操作控制困难，不适合中小型企业。

隧道窑法也称为罐装外热还原法(Hoganas)，它是将矿粉和还原剂按照一定的比例和装料方法一起装入还原罐中，然后把罐装在罐车上，推入隧道窑中，料罐经加热后在1150℃～1200℃加热焙烧数十小时，使精矿粉还原，经冷却后得到海绵铁。此方法可以生产出满足电炉炼钢需要的海绵铁，隧道窑可以就地砌筑，投资比回转窑法节省，操作也比较简单方便，但是单位产量低，占地面积大，且由于隧道窑需要大量的耐火材料的反应罐，这些反应罐需要反复的加热和冷却，既大量的浪费了能源，也延长了反应时间，降低了反应罐的寿命，增加了消耗，并需专门设置装罐和出罐的地方，导致占地面积大，劳动强度大，成本高，机械化程度低，热效率低，影响了经济效益，制约了海绵铁的发展。

转底炉法，它是将含铁粉料、还原剂和脱硫剂混合均匀后造球，然后经烘干并预热后加入转底炉中，随着炉底的旋转，炉料依次经过预热区，还原区，中性区反应完毕后卸入有耐火材料的热运输罐内或快速冷却。该工艺中普遍存在产品的含硫量高不能满足电炉炼钢的要求，且同时存在海绵铁的再氧化问题，降低了产品的金属化率。

竖炉法，它是以对流的方式工作，矿石从炉顶加入，固态炉料自上向下移动，还原气自还原带下部加入并向上移动，并与炉料形成对流，炉料铁矿石与还原气体都是逆向运动和移动的反应过程，其反应过程与高炉上部间接还原带相似，是一个不出现熔化现象的还原冶炼过程。入炉料与还原气分布均匀，竖炉内固体炉料向下运动时与上升的还原气体间的传质(还原)与热交换，是个接近理想状态的气-固逆流反应过程，还原完毕的海绵铁从炉底排除。目前国内外的竖炉均采用外部加热还原，由于料层高，阻力大，炉料中心和边缘气流不均匀，温差大，造成能耗高，产量和质量均不稳定。同时，由于采用外部加热，使炉体结构和风量配置不够理想，使得球团中心氧化亚铁未得到充分氧化而形成低熔点混合物，造成炉膛结瘤和大块造致使停炉，影响生产的进行。

在上述各种海绵铁的生产工艺中，采用原料均为精矿粉，受原料的制约和由于设备投资大及其工艺的复杂性，目前在我国仍难以取得迅速发展。

铁磷和铁红是轧钢厂和锻造厂在轧制和锻造过程中，钢材经高温加热后在空气冷却过程中与氧接触，在钢材的表面产生的含铁氧化物。是钢铁厂固体废弃物的重要来源，它占所处理钢材总量的3％～5％之间，任意排放将造成环境公害。铁磷和铁红的W(Fe)含量高达80％～90％，其它杂质含量较少，较之用矿石所生产的海绵铁不含脉石杂质。是生产海绵铁的优质原料，可作为直接还原生产炼钢用的海绵铁的二次冶金资源。