專利名稱：粒鐵生產新方法
技術領域：
本發明涉及冶金領域，特別是涉及既不用焦炭又不用氧氣或天然氣的粒鐵生產新方法。
背景技術：
當代煉鐵的方法主要是高爐煉鐵法，它具有很高的生產率和較低的能耗，但是它必須使用焦炭，焦炭為高爐過程提供熱能、還原劑，并且維持爐內料柱的透氣性，這三種作用是其他燃料不能具備的。然而可供煉焦的焦煤日益匱乏，亟待探尋一種新的煉鐵方法。
廢鋼是現代煉鋼用的主要原料之一，目前廢鋼的供應緊張。此外，由于廢鋼作為煉鋼原料被反復使用，其中所含的不易氧化的元素，如Mo、Ni以及其他有害元素的含量越來越高，從而限制了廢鋼的再使用。直接還原鐵(DRI)可用于代替廢鋼作煉鋼原料。目前全世界90%以上的海綿鐵是用天然氣作還原劑生產的。我國天然氣的資源有限和價格過高， 限制了海綿鐵的發展。因此冶金工業急切需求能夠代替廢鋼和海綿鐵的產品。
中國專利授權公告號CN 1219078C公開了一種煤基熱風轉底爐熔融還原煉鐵法生產珠鐵，由于該方法能夠一步把金屬鐵與渣分離，因而能夠使用一般品位的鐵礦石。珠鐵作為一種煉鋼新原料，它在化學成分和性能上優于廢鋼和海綿鐵。因為它不含通常廢鋼含有的有害元素和雜質，如&1、Pb、Cu等；且由于珠鐵形狀為規整的珠粒，便于貯運和裝料。
然而，該中國專利CN 1219078C尚存在一些缺陷。例如，在原料配比方面，該專利僅簡單地以重量份來限定原料組成，并沒有考慮實際選取原料的品位對原料組成的影響， 包括但不限于實際選取的鐵礦石中的鐵氧化物含量、煤粉中的含碳量等等。而且，轉底爐內各工藝段的溫度區間比較寬泛，有些溫度區間的取值范圍也不甚合理。發明內容
本發明的目的在于解決現有技術中的至少一個缺陷，完善熔融還原煉鐵工藝。本發明的另一個目的提供一種新的粒鐵生產方法。
本發明是通過以下方案實現的
粒鐵生產新方法，包括
配料步驟選擇生產粒鐵所需的原料并按照預定的比例進行配料，所述原料包括鐵礦粉、煤粉、石灰石粉、白云石粉和粘結劑；所述原料中各組分的比例按照下述原則來確定，S卩煤粉所含固定碳與鐵礦粉所含氧的摩爾比例為0.8 1.5，優選為1.0 1.2，更優選為1. 0 1. 1 ；石灰石粉和白云石粉中所含CaO與原料中所含SiO2的摩爾比例滿足爐渣二元堿度0.8 1.4，優選為1.0 1.2 ；石灰石粉和白云石粉的重量比為1.5 4，優選為 2 3 ；粘結劑占原料總重量的1 5%，優選為2 4% ；
造塊步驟將配制好的原料加水混勻，制成一系列小體積團塊；
還原步驟將所述小體積團塊置于環形爐中進行熔融還原，形成粒鐵和爐渣；
分離步驟將在所述還原步驟中形成的粒鐵和爐渣分離，以獲得所需的粒鐵。
在本發明的方法中，所述環形爐優選包括具有不同溫度的第一區域、第二區域、第三區域和第四區域，所述小體積團塊在環形爐中順序經過所述第一至第四區域，并相應地經歷預熱、還原、熔融、凝固四個階段。在這種情況下，可以將所述環形爐的第一區域的溫度設定在1100 1200°C之間，優選在1120 1180°C之間，更優選在1140 1160°C之間。所述小體積團塊在所述環形爐的第一區域中經歷預熱階段的時間可以為3 5分鐘。可以將所述第二區域的溫度設定成高于所述第一區域的溫度，所述第二區域的溫度設定在1200 1350°C之間，優選在1230 1320°C之間，更優選在1260 1290°C之間。所述小體積團塊在所述環形爐的第二區域中經歷還原階段的時間可以為5 25分鐘。可以將所述第三區域的溫度設定成高于所述第二區域的溫度，所述第三區域的溫度設定在1350 1500°C之間，優選在1370 1460°C之間，更優選在1390 1420°C之間。所述小體積團塊在所述環形爐的第三區域中經歷熔融階段的時間可以為3 10分鐘。可以將所述第四區域的溫度設定成低于所述第一區域的溫度，所述第四區域的溫度設定在1000 1100°C之間，優選在 1020 1080°C之間，更優選在1040 1060°C之間。所述小體積團塊在所述環形爐的第四區域中經歷凝固階段的時間可以為4 10分鐘。
在一種實施方式中，在所述造塊步驟中，所述小體積團塊為壓制成型形成的壓塊， 所述壓塊的平均粒度為20 40mm。在這種情況下，所述鐵礦粉、煤粉、石灰石粉、白云石粉的粒度優選為小于或等于3mm。
在一種實施方式中，在所述造塊步驟中，所述小體積團塊為滾動成球形成的生球， 所述生球的直徑為10 20mm。在這種情況下，所述鐵礦粉、煤粉、石灰石粉、白云石粉的粒度優選為小于或等于0. 074mm。
在一種實施方式中，在所述造塊步驟和還原步驟之間還包括干燥步驟，用于對在所述造塊步驟中形成的所述小體積團塊用烘干機進行干燥。
本發明的粒鐵生產新方法，至少具有以下有益效果
(1)可以使用一般品位的鐵礦石，拓寬鐵礦石的適用范圍，從而在一定程度上緩解對高品位礦石需求的緊迫性，降低了鐵礦石的成本。
(2)以資源更為豐富的非焦煤取代相對緊缺的焦煤，無需煉焦，減少了生產工序， 減少了煉焦工業帶來的環境污染問題；同時也大大降低了成本。
(3)其產品代替廢鋼作為煉鋼原料具有純凈(CiuZnlb等有害元素少)、節能降電耗(產品含碳可提供部分熱量)等優點。
(4)本發明中原料配比和熱工制度有利于得到鐵含量高而雜質含量少的粒鐵。
圖1為本發明的一個實施例的粒鐵生產新方法的工藝流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖，詳細描述本發明。
圖1為本發明的一個實施例的粒鐵生產新方法的工藝流程圖。料倉1用于裝載生產粒鐵所需的各種原料組分，其包括鐵礦石粉倉、煤粉倉、熔劑倉、粘結劑倉。按比例配好的原料經料倉1進入混料機2，在此處將原料加水，混合均勻，然后送入壓球機3制成一系列壓塊形式的小體積團塊。在其它實施方式中，混料機2中的原料也可以送入其它成型設備中， 如送入造球盤中進行滾動成球，從而形成一系列生球形式的小體積團塊。將這些小體積團塊送入烘干機4進行干燥，當然，在其它實施方式中，也可以省略該干燥步驟。然后，這些小體積團塊經布料器5被送入環形爐6。布料方式可以是振動給料或刮板給料，使小體積團塊均勻分布在爐底上。環形爐6的爐底能夠連續地旋轉，例如可以是轉底爐。環形爐6可以具有四個不同的溫度區域，爐內溫度可以從其進料口的1100 1200°C逐步上升到1200 1350°C，再上升到1350 1500°C，之后逐漸降低到1100 1000°C。小體積團塊在環形爐中順序經過上述四個區域，相應地經預熱、還原、熔融、凝固后得到固態的粒鐵和爐渣；然后經出料口排出爐外。本發明所用的環形爐爐底旋轉一周所用的時間為15 50分鐘，因原料的性質不同，時間可以有長有短。排出環形爐6的粒鐵和爐渣直接進入冷卻破碎機7冷卻破碎，然后用磁選機8把粒鐵9和爐渣10分離開。
從環形爐排出的廢氣溫度很高(1100 1300°C )，可以用空氣換熱器11和煤氣換熱器12回收廢氣攜帶的熱能，同時提高了溫度的空氣和煤氣在鼓風機13的作用下通過燒嘴14進入環形爐內燃燒，另一部分熱空氣經過噴嘴15進入爐內，為煤粉的揮發份和鐵氧化物還原產生的CO助燃。這樣既回收了廢氣的熱能，又保證了環形爐需要的溫度。經過烘干機的廢氣溫度降到80 150°C，已經沒有利用的價值，經過除塵器16引風機17自煙囪18 排出。
下面結合具體實施例，闡述本發明的方法。
配料步驟
選擇生產粒鐵所需的原料并按照預定的比例進行配料，原料包括鐵礦粉、煤粉、石灰石粉、白云石粉和粘結劑；原料中各組分的比例按照下述原則來確定煤粉含固定碳與鐵礦粉含氧的摩爾比例為0. 8 1. 5，優選為1. 0 1. 2，更優選為1. 0 1. 1 ；石灰石粉和白云石粉中所含CaO與原料中所含SW2的摩爾比例滿足爐渣二元堿度0. 8 1. 4，優選為 1. 0 1. 2 ；石灰石粉和白云石粉的重量比為1. 5 4，優選為2 3 ；粘結劑占原料總重量的1 5%，優選為2 4%。
對鐵礦粉中!^e的品位沒有特殊要求，可以為一般品位的鐵礦石，也可以為鐵精礦。在本發明的方法中，還原后粒鐵和爐渣會分離，并且可以進行脫硫，所以對作為還原劑的煤粉的要求不高，可以是各種煤。
在原料的配比中，煤粉含固定碳與鐵礦粉含氧的摩爾比例，即配碳比(C/0)對熔分(即熔融分離過程)影響顯著。配碳比增加，球團能更快速地形成粒鐵。原因是配碳比提高，則球團的還原速率加快，金屬鐵的滲碳期提前，滲碳量增加，使得金屬鐵的熔化溫度降低，因此形成粒鐵的時間縮短；配碳比低，則由于碳幾乎消耗于還原中，因此，過剩碳少， 滲碳速率和滲碳量都降低，鐵的熔化溫度高，形成粒鐵的時間延長。但是，配碳量過高則會由于過剩的碳顆粒太多，渣粘度增大，阻礙鐵和渣的聚集，使得球團最后分散成幾個更小的粒鐵，而非整個粒鐵，同時又浪費了資源。在本發明中，煤粉含固定碳與鐵礦粉含氧的摩爾比例在0. 8 1. 5之間，優選在1. 0 1. 2之間，更優選在1. 0 1. 1之間。實驗證明，按照本發明的方法選擇的配碳比，可以在提高還原速度以及提高最終產品粒鐵的粒度這兩方面上均獲得令人滿意的效果。在實際工藝過程中，根據具體選擇的鐵礦粉和煤粉的種類，并根據本發明的教導，本領域技術人員能夠很容易地確定鐵礦粉和煤粉的具體配比及用量。
石灰石粉和白云石粉在粒鐵生產過程中用作熔劑，以便于在粒鐵生產過程中使得渣鐵熔融分離順利進行。并且石灰石粉和白云石粉還用于在粒鐵生產過程中脫去鐵礦粉和煤粉中所攜帶的硫( 成分，以降低最終產品粒鐵中的硫含量。調節爐渣二元堿度(CaO/ SiO2)對降低粒鐵中S含量是十分有效的。本申請的發明人發現，在一定范圍內，粒鐵中的含硫量會隨著堿度的上升而降低，而當堿度進一步增大時，則對粒鐵中的含硫量影響不大。而且，堿度對粒鐵生產中的熔分過程有顯著影響，過高或過低的堿度都可能惡化渣鐵的分離。 在本發明的方法中，石灰石粉和白云石粉中所含CaO與原料中所含SW2的摩爾比例滿足爐渣二元堿度0. 8 1. 4，優選為1. 0 1. 2，例如可選擇為1. 05，1. 1或1. 15。實驗證明，按照本發明的方法選擇的爐渣二元堿度，可以在降低粒鐵含硫量以及優化渣鐵分離這兩方面上均獲得令人滿意的效果。
原料中的白云石粉在高溫時生成CaO和MgO，CaO用來在爐渣中固S，從而使粒鐵中S含量減小；適量的MgO有助于粒鐵和爐渣的分離。在本發明中，石灰石粉和白云石粉的重量比為1. 5 4，優選為2 3，例如為2. 3，2. 5或2. 9。在實際工藝過程中，根據具體選擇鐵礦粉、煤粉、石灰石粉和白云石粉的種類，并根據本發明的教導，本領域技術人員能夠很容易地分別確定石灰石粉和白云石粉的具體配比及用量。
原料中的粘結劑可以為有機粘結劑和/或無機粘結劑。有機粘結劑例如可以為糖漿廢液；無機粘結劑例如可以為膨潤土。粘結劑可以占原料總重量的1 5%，優選為2 4%。
在一些更具體的實施例中，配料步驟中各原料的配比可以按照表1中給出的實例進行選擇。其中，C/0表示的是煤粉所含固定碳與鐵礦粉所含氧的摩爾比例；CaCVSiO2表示的是石灰石粉和白云石粉中所含CaO與原料中所含SW2的摩爾比例，即爐渣二元堿度；石灰石/白云石表示的是石灰石粉和白云石粉的重量比；粘結劑表示的是粘結劑占原料總重量的百分比。
表1不同實施例中各原料配比
C/0Ca0/Si02石灰石/白云石粘結劑實例10. 80. 82. 91實例20. 91. 41. 53. 0實例31. 01. 23. 02. 5實例41. 11. 12. 05. 0實例51. 151. 052. 33. 0實例61. 21. 04. 04實例71. 40. 92. 53. 權利要求
1.粒鐵生產新方法，包括配料步驟選擇生產粒鐵所需的原料并按照預定的比例進行配料，所述原料包括鐵礦粉、煤粉、石灰石粉、白云石粉和粘結劑；所述原料中各組分的比例按照下述原則來確定， 即煤粉所含固定碳與鐵礦粉所含氧的摩爾比例為0. 8 1. 5，優選為1. 0 1. 2，更優選為 1. 0 1. 1 ；石灰石粉和白云石粉中所含CaO與原料中所含SiO2的摩爾比例滿足爐渣二元堿度0.8 1.4，優選為1.0 1.2 ；石灰石粉和白云石粉的重量比為1.5 4，優選為2 3 ；粘結劑占原料總重量的1 5%，優選為2 4% ；造塊步驟將配制好的原料加水混勻，制成一系列小體積團塊；還原步驟將所述小體積團塊置于環形爐中進行熔融還原，形成粒鐵和爐渣；分離步驟將在所述還原步驟中形成的粒鐵和爐渣分離，以獲得所需的粒鐵。
2.如權利要求1所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，所述環形爐包括具有不同溫度的第一區域、第二區域、第三區域和第四區域，所述小體積團塊在環形爐中順序經過所述第一至第四區域，并相應地經歷預熱、還原、熔融、凝固四個階段。
3.如權利要求2所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，將所述環形爐的第一區域的溫度設定在1100 1200°C之間，優選在1120 1180°C之間，更優選在1140 1160°C之間。
4.如權利要求2或3所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，所述小體積團塊在所述環形爐的第一區域中經歷預熱階段的時間為3 5分鐘。
5.如權利要求2 4中任一項所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，將所述第二區域的溫度設定成高于所述第一區域的溫度，所述第二區域的溫度設定在1200 1350°C之間，優選在1230 1320°C之間，更優選在1260 1290°C之間。
6.如權利要求2 5中任一項所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，所述小體積團塊在所述環形爐的第二區域中經歷還原階段的時間為5 25分鐘。
7.如權利要求2 6中任一項所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，將所述第三區域的溫度設定成高于所述第二區域的溫度，所述第三區域的溫度設定在1350 1500°C之間，優選在1370 1460°C之間，更優選在1390 1420°C之間。
8.如權利要求2 7中任一項所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，所述小體積團塊在所述環形爐的第三區域中經歷熔融階段的時間為3 10分鐘。
9.如權利要求2 8中任一項所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，將所述第四區域的溫度設定成低于所述第一區域的溫度，所述第四區域的溫度設定在1000 1100°C之間，優選在1020 1080°C之間，更優選在1040 1060°C之間。
10.如權利要求2 9中任一項所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，所述小體積團塊在所述環形爐的第四區域中經歷凝固階段的時間為4 10分鐘。
11.如權利要求1所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，在所述造塊步驟中，所述小體積團塊為壓制成型形成的壓塊，所述壓塊的平均粒度為20 40mm。
12.如權利要求11所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，所述鐵礦粉、煤粉、石灰石粉、 白云石粉的粒度小于或等于3mm。
13.如權利要求1所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，在所述造塊步驟中，所述小體積團塊為滾動成球形成的生球，所述生球的直徑為10 20mm。
14.如權利要求13所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，所述鐵礦粉、煤粉、石灰石粉、白云石粉的粒度小于或等于0. 074mm。
15.如權利要求1所述的粒鐵生產新方法，其特征在于，在所述造塊步驟和還原步驟之間還包括干燥步驟，用于對在所述造塊步驟中形成的所述小體積團塊用烘干機進行干燥。
全文摘要
本發明公開了一種粒鐵生產新方法，包括配料步驟選擇生產粒鐵所需的原料并按照預定的比例進行配料，原料包括鐵礦粉、煤粉、石灰石粉、白云石粉和粘結劑；原料中各組分的比例按照下述原則來確定，即煤粉所含固定碳與鐵礦粉所含氧的摩爾比例為0.8～1.5；石灰石粉和白云石粉中所含CaO與原料中所含SiO2的摩爾比例滿足爐渣二元堿度0.8～1.4；石灰石粉和白云石粉的重量比為1.5～4；粘結劑占原料總重量的1～5％；造塊步驟將配制好的原料加水混勻，制成一系列小體積團塊；還原步驟將所述小體積團塊置于環形爐中進行熔融還原，形成粒鐵和爐渣；分離步驟。本發明的方法原料配比科學合理，有利于得到含鐵高雜質少的粒鐵。
文檔編號C21B11/00GK102559977SQ201210026568
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月7日 優先權日2012年2月7日
發明者任大寧, 劉發明, 劉有淇, 周傳緒, 孔令壇, 潘毓淳, 翟緒圣 申請人:劉發明