[发明专利]一种铁精矿粉体流态化直接还原的系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于化工、冶金领域，特别涉及采用流化床对铁精矿粉体进行直接还原的系统及方法。

背景技术

随着钢铁工业的快速发展，高炉炼铁工艺对冶金焦过度依赖、要求使用高品质球团矿、能耗高、污染严重等缺点越来越突出，因而无需使用冶金焦的直接还原炼铁工艺愈来愈受重视。2011年全球直接还原铁产量达7332万吨，且随着世界钢铁工业短流程工艺和电炉炼钢工艺的不断发展，对优质炼钢原料-直接还原铁的强劲需求，还将继续推高直接还原铁产量。直接还原炼铁技术已成为新一代钢铁技术的重要发展方向之一。

目前，国内外提出的直接还原炼铁方法很多，根据还原反应器类型，可分为回转窑(如SL/RN法、中国专利申请200710138915.9)、转底炉(如中国专利申请200810302482.0和201110236682.2)、竖炉(如Midrex法、HYL III法、中国专利申请20111044319.4)和流化床(如FIOR法、FIMET法、Carbide法、HIB法、中国专利申请201110006745.5)等直接还原工艺。

与其他工艺相比，流态化直接还原具有明显的优势：(1)可直接处理铁精矿粉状物料、省去了烧结或球团工序，且随着铁矿资源的不断开发，贫矿磨细精选得到的铁精矿越来越细，流态化工艺直接处理矿粉的优势也更为突出；(2)采用气体流态化还原具有较大比表面的粉矿，传质阻力小、传热效率高，实现了低温还原，可望突破常规直接还原在效率和成本方面的瓶颈；(3)可用于处理复杂的共生矿，如钒钛磁铁精矿流态化直接还原-熔分后，既可得到铁，又将钒、钛富集于渣中。

但是，由于铁精矿直接还原需要消耗大量的还原性气体，且还原反应为吸热反应，除了需要将物料加热至高温外，还需要为流态化还原过程提供足够的热量，保证反应的顺利进行。根据相关工业试验数据，FIOR/FINMET生产每吨热压块的能耗约为15.0GJ，远高于基于竖炉的MIDREX工艺的10.5GJ，说明基于流化床工艺的技术在能耗降低方面尚有很大的提升空间。因此，如何合理提高热量利用率和还原效率，是实现铁精矿流态化直接还原大规模工业应用的关键。

现有的工艺流程通常采用2～4级流化床进行铁精矿的流态化直接还原。在FIOR法(如美国专利US5082251)、FIMET法(Gerhard Deimek.钢铁,2000,第12期:13-15)和FINEX法(张寿荣,张绍贤.钢铁,2009,第5期:1-5)工艺流程中，采用四级流化床，矿粉未经预热直接送入一级流化床中，预热后的还原气体由末级流化床进入、串联通过多级流化床。由于没有中间补充热量，在前1～2级流化床温度以降低至600℃以下，在此温度下矿物的还原速率很慢，故主要起到矿粉的预热作用，矿粉的还原主要发生在后续串联的第3～4级流化床，降低了流化床还原系统的还原效率。与FIOR/FINMET和FINEX主流工艺相似，采用四级流化床还原的专利还包括：US20120328465(2012)、CN101892339(2012)、CN101397597(2010)、CN101519707(2010)、CN100560739(2009)、US20080277842(2008)、AU2001265669(2001)等。在这些工艺中，还原气体均串联操作方式，操作压力高，压缩气体功耗大；还原尾气(由后级还原流化床产生)在前级流化床中预热矿粉，仅利用尾气中的显热，矿粉预热和还原效果差。

德国Lurgi公司开发的Circored法(S A Elmquist,P Weber,H Eichberger,王玉明.世界钢铁,2009,第2期:12-16)，以氢气为还原剂，铁矿粉与预热快速床尾气经文丘里和旋风器，进入以燃料燃烧直接供热的快速流化床进行干燥、预热至850～900℃，经空气提升至矿斗后送入温度630～650℃的循环流化床(第一级)中进行预还原，采用流化床对铁矿粉进行预热，与在FIOR法和FIMET法相似，但操作相对复杂；由循环床排出的预还原矿粉送入温度约680℃、压力0.4MPa的鼓泡流化床(第二级)中进行终还原。循环流化床排出的高温尾气，与循环气换热、净化、压缩再循环。