[发明专利]还原炉及煤基外预热含煤球团直接还原工艺

说明书

技术领域

本发明属于冶金工业炼铁领域，是一种非高炉炼铁的方法，尤其涉及一种还原炉及煤基外预热含煤球团直接还原工艺。

背景技术

直接还原铁（DRI）又叫海绵铁，以天然气或非焦煤作为还原剂还原铁矿石、铁精粉或含铁原料后形成。还原剂不同，所生产的DRI的化学成分也不同。随着冶炼钢种对残余元素要求越来越严，特别是核电、加氢、电站等产品钢，使用普通返回废钢和外购废钢冶炼时，已满足不了产品对残余元素的要求。直接还原铁因其杂质元素含量非常低，在炼钢中常用来代替部分废钢来解决炼钢过程中的残余元素问题，生产高品质纯净钢或特殊钢。

近年来全球直接还原铁产量持续增加，据统计，2010年世界直接还原铁（DRI/HBI）的产量已达7037万t，约为我国高炉生铁产量（9.52亿t）的6.7%，受资源的制约，我国直接还原铁生产的发展缓慢，产量不到全球直接还原铁（DRI）产量的1.0%。

按还原剂的不同直接还原分为气基还原和煤基还原。MIDREX和HYL是两种主要的气基竖炉还原工艺，其产量占全球直接还原铁产量的70%以上，在直接还原铁生产中占主导地位。气基竖炉还原装置不需要配套建设大型的烧结、炼焦设备，也不需要焦炭和焦煤，因此在天然气丰富的发展中国家得到了快速的发展。气基还原规模大，单炉产能可达190万t/年。

煤基直接还原工艺大部分规模较小，能耗也较高。常见的煤基直接还原工艺包括转底炉、隧道窑和回转窑等。转底炉已在处理钢铁厂含Fe、Zn、Cr、Ni粉尘方面实现了工业化生产，其不足之处在于海绵铁（DRI）脉石和硫含量高，导致电炉炼钢渣量增加，电极消耗，难以直接用于生产炼钢用直接还原铁。转底炉工艺包括干铁法（Dryiron）、FASTMET、INMETCO法等，单炉产能最大可达50万t/a，但与竖炉相比，仍显得较小。

隧道窑是欧洲开发的专门用于生产高附加值的粉末冶金铁粉的主要工艺手段。由于正规设计的直接还原隧道窑长达160－270米，产能小（单窑最大年产6万吨）热损失大、能耗很高（耗煤约1t/t，其中还原用煤450～650kg/t，加热用煤450～550kg/t），生产周期长（48～76小时）；污染严重（还原煤灰、废还原罐等固体废弃物多，粉尘多），产品质量不稳定等问题国外已不用隧道窑生产炼钢用DRI。

回转窑是目前国内较常用的直接还原铁生产方法。因对原燃料要求苛刻，单位产能投资和运行费用偏高，稳定运行难度偏大，生产规模偏小（最大15万t/年座），难以成为我国直接还原铁发展的主体工艺。

 发明内容

本发明的目的在于提供一种还原炉及煤基外预热含煤球团直接还原工艺，其综合了竖炉的生产能力高、可向大型化发展，煤基还原采用非焦煤粉作为还原剂，以廉价的煤炭作为热源等优点，生产炼钢用直接还原铁。

本发明解决上述问题的技术方案是：

还原炉，其特征在于，它包括炉墙、至少一个还原罐、及至少一个燃烧罐，所述至少一个还原罐与所述至少一个燃烧罐交替设置；每个还原罐的顶端连接有原料加料装置，每个还原罐的底端设置有出料口；每个燃烧罐的顶端连接有燃料加料装置，每个燃烧罐的底端设置有出灰口。

上述方案中，每个还原罐与每个燃烧罐的横截面的宽度比为1:0.7-0.3。

上述方案中，每个还原罐与每个燃烧罐的横截面均为四边形，所述至少一个还原罐与所述至少一个燃烧罐沿水平方向交替设置。

上述方案中，所述还原罐与燃烧罐的横截面均为环形，所述至少一个还原罐与所述至少一个燃烧罐同心交替设置。

煤基外预热含煤球团直接还原工艺，它包括以下步骤：

1）原料制备：将含铁原料、煤粉、与粘结剂混合造球得到煤球团，其中所述煤粉与含铁原料按照碳氧摩尔比为1.1-1.2配料，所述粘结剂与含铁原料、煤粉、及粘结剂三者总量的质量比为2-5：100；

2）提供上述还原炉，将球团通过原料加料装置加入至还原罐中，将燃煤通过燃料加料装置加入至燃烧罐内，球团和燃煤自上而下独立运行，球团经预热、还原形成海绵铁后排出，其中还原温度为800℃-1400℃，还原时间为5-20h。

上述方案中，还包括对步骤2）所得到的还原铁进行送电炉炼钢或压制成热压块的步骤。

上述方案中，当燃煤为块煤时，采用抽风或鼓风燃烧；当燃煤为煤粉时，采用喷吹鼓风燃烧。

上述方案中，所述还原罐自上而下的2/3高度处的温度控制在800℃以上。