專利名稱：一種以生物質含碳球團為原料的轉底爐煉鐵方法
技術領域：
本發明屬于黑色冶金領域。適用于煤基轉底爐煉鐵流程，涉及一種使用生物質作為煉鐵燃料和還原劑的轉底爐煉鐵工藝。
背景技術：
高爐煉鐵是目前鋼鐵生產的主導流程，工藝技術十分完善。然而，該流程必須依靠污染嚴重的焦化和燒結等工序提供原料保障。轉底爐(RHF)煉鐵作為一種非高爐煉鐵新工藝具有原料適應性強、生產周期短等特點，可以以各種級別的煤粉等為燃料和還原劑，以鐵精礦粉等各種含鐵粉料為原料，通過將原燃料及適量粘結劑按比例混合并壓制成含碳球團，進而在高溫下生產出符合要求的金屬鐵。因此，轉底爐煉鐵工藝擺脫了焦化和燒結的限制，工藝流程較簡單，建造成本較低，環境污染較小，具有較好的應用前景。但是，盡管轉底爐煉鐵不需要焦炭，該工藝仍消耗大量的煤炭等不可再生化石能源，進而導致C02、SO2等污染物的排放，并帶來諸如產品硫含量較高等問題。因此，提高煤炭的利用率或者利用其它新型燃料從根本上替代煤炭，是降低煉鐵工藝碳素消耗、實現節能減排及改善產品質量的重要途徑。生物質資源(廢木料、秸桿等)是唯一的一種可再生碳源，具有分布廣、產量大、可再生、碳中性等特點，與傳統化石能源相比具有巨大的經濟、環保優勢和社會效益。一些發達國家已將生物質能的開發和利用作為解決能源危機的重要手段，如目前瑞典的生物質能已經占其國內能量消耗的近40%。生物質經一定溫度(400-700°C )碳化后可得到生物質焦， 它與煤炭相比具有低硫、低氮、低灰分、高反應性和良好可磨性等優點，是一種優質的燃料和還原劑。將生物質焦應用于轉底爐煉鐵工藝具有較多優勢可從根本上降低煉鐵的煤炭消耗，降低對化石能源的依賴；可大大降低C02、SO2, NOr等污染物的排放，進一步實現綠色清潔生產；可改善工藝熱效率及生產效率，提高產品質量。此外，生物質資源成本較低，處理簡單，綜合利用價值較高。
發明內容
本發明的目的是利用生物質代替煤炭應用于煤基轉底爐煉鐵工藝中，解決轉底爐煉鐵生產工藝的煤炭等化石能源消耗量較大，CO2、SO2、NOx等排放量較大，產品硫含量較高， 工藝熱效率及生產率較低等問題。本發明利用生物質含碳球團來代替傳統轉底爐煉鐵工藝中的煤粉含碳球團，從根本上降低煤炭消耗，降低污染物排放，提高產品質量，改善熱效率及生產率，降低工藝綜合成本。一種以生物質含碳球團為原料的轉底爐煉鐵方法(RHF-B)，主要工藝過程如下 (O生物質焦的生產將空氣干燥的生物質(廢木料、秸桿、工農業殘余等)裝入碳化裝
置，在40(T90(TC條件下無氧炭化3(T90min，要求脫除其大部分揮發分，冷卻后得到生物質焦(產率大于20%，碳含量大于70%，揮發分含量小于20%，其余為少量水分和灰分；產率是生物質原料經碳化后獲得生物質焦的比率)，碳化過程可由生物質提供能量，排出的熱解氣體可經處理后作為供熱燃料；
(2)生物質含碳球團的制備將生物質焦破碎、篩分至小于150 μ m后與礦粉按C/ 0=1. Γ1. 4進行配合，加入合適粘結劑混勻(總水分控制為61%)并用壓球機壓制成含碳球團后烘干備用，粘結劑可用膨潤土等，配比為廣4%。(3)生物質含碳球團的還原在轉底爐底部耐材上鋪一層厚約5 IOmm的生物質焦粉，而后在上面鋪上單層配加生物質焦的含碳球團，轉底爐可用生物質熱解氣體或煤氣作為燃料進行加熱，內部溫度為125(Tl450°C，球團還原時間為l(T40min，而后得到金屬化率大于80%的金屬化球團。以生物質含碳球團為原料的轉底爐煉鐵工藝與傳統轉底爐煉鐵工藝相差不大，僅需增加一套簡單的碳化裝置以生產生物質焦；RHF-B工藝的能源主要來自于生物質和生物質焦，它們可提供噸鐵能耗的85-100%。RHF-B工藝的主要設備包括生物質碳化爐、熱解氣體收集處理設備、混料機、壓球機、轉底爐等。生物質焦與煤粉的各種差別使得利用生物質含碳球團與煤粉含碳球團相比具有較大的優勢。首先，在碳素的物理結構上，生物質焦的孔隙率較高，比表面積遠大于煤粉，這有助于反應物之間的充分良好接觸，從而可促進反應。其次，生物質焦灰分遠低于普通煤粉 (通常為O. 5(Tl. 50%)，硫含量遠低于煤粉(通常小于O. 10%)，這使得因還原劑帶入產品中的灰分很少，產品的雜質元素含量很低，尤其是解決了煤粉還原時產品硫含量高的問題。再次，生物質焦具有碳中性和氮含量低(約O. 10%)等特點，用其取代含碳球團中的煤粉碳素可以大大降低化石能源消耗，降低大氣中的碳排放及其他污染物排放。此外，生物質含碳球團的轉底爐還原最終反應與煤粉含碳球團的基本相同，反應式均為
C(s)+C02(g)=2C0(g)(I)
FeO (s)+CO (g) =Fe (s)+CO2 (g)(2)
然而與煤粉相比，生物質焦與CO2開始反應的溫度較低(約低50°C )，反應過程較快，即反應式(I)的進行得到了強化，進而可以促進整個還原過程，提高反應效率。另外，生物質能源可再生、成本較低；轉底爐還原生物質含碳球團一定程度上可以提高生產率和熱效率; 生物質碳化過程收集的氣體可以提供生產所需的部分能量。使用生物質含碳球團的轉底爐煉鐵工藝(RHF-B)主要有以下特點
(O以廢木料、秸桿等工農業殘余為原料和主要能量來源，儲量較大，可更新，可實現資源合理利用，基本不消耗煤炭，生產成本低；
(2)生物質焦可磨性好，處理過程類似于煤炭，但是成分組成優于煤粉(低灰分、低硫、 低氮等)，可實現清潔生產，實現節能減排(減排C02、SO2> NOx),并獲得高質量(低硫、低雜質) 的最終廣品；
(3)生物質碳化所得氣體成分主要為CO、C02、H2、CH4，它經簡單處理之后可以作為炭化爐或轉底爐的燃料用氣，也可用來燃燒發電等；
(4)轉底爐的生產率可以得到提高，技術經濟指標得到改善，冶煉過程得到全面優化， 冶煉效率提高，工藝熱效率得到改善，還原反應得到促進；
(5)解決了煤基轉底爐煉鐵產品硫含量過高、化石能源消耗較大等問題。
圖I為使用生物質含碳球團的轉底爐煉鐵方法(RHF-B)流程示意圖。圖2為使用生物質含碳球團的轉底爐煉鐵方法(RHF-B)的碳循環示意圖。圖中I一生物質的光合作用過程；2—生物質的熱解碳化過程；3—生物質焦的氧化和燃燒過程；過程I吸收的CO2量等于過程2、3排放CO2量之和。
具體實施例方式實施例I
將干燥后的廢木料在500°C炭化爐中碳化40min后得到生物質焦(M=L 20%, A=O. 75%， V=16. 50%, FC=81. 55%)，破碎篩分至150 μ m以下。按C/0=1. 15將一定量的品位為65%的磁鐵礦粉與生物質焦粉混合，加入3%的膨潤土粘結劑及總質量6%的水，混勻后制成含碳球團，烘干后鋪入轉底爐內進行還原，還原溫度為1280°C，還原時間為25min，得到金屬化率為80%，硫含量O. 007%的金屬化球團。實施例2
將干燥后的廢木料在600°C炭化爐中碳化50min后得到生物質焦(M=O. 80%, A=O. 85%， V=12. 50%，FC=85. 85%)，破碎篩分至150 μ m以下。按C/0=1. 25將一定量的品位為60%的赤鐵礦粉與生物質焦粉混合，加入2. 5%的膨潤土粘結劑及總質量7%的水，混勻后制成含碳球團，烘干后鋪入轉底爐內進行還原，還原溫度為1350°C，還原時間為35min，得到金屬化率為85%，硫含量O. 009%的金屬化球團。實施例3
將干燥后的廢木料在700°C炭化爐中碳化30min后得到生物質焦(M=O. 75%，A=O. 95%， V=12. 30%，FC=86. 00%)，破碎篩分至150 μ m以下。按C/0=1. 20將一定量的品位為55%的含鐵粉料與生物質焦粉混合，加入3. 5%的膨潤土粘結劑及總質量6. 5%的水，混勻后制成含碳球團，烘干后鋪入轉底爐內進行還原，還原溫度為1300°C，還原時間為30min，得到金屬化率為82%，硫含量O. 008%的金屬化球團。
權利要求
1.一種以生物質含碳球團為原料的轉底爐煉鐵方法，其特征在于步驟一、生物質焦的生產將空氣干燥的生物質原料在40(T900°C條件下無氧炭化 3(T90min，冷卻后得到生物質焦，生物質焦碳含量大于70%、揮發分含量小于20%，其余為水分和灰分；步驟二、生物質含碳球團的制備將生物質焦破碎、篩分至粒度小于150 μ m生物質焦粉，將篩分后的生物質焦粉與礦粉按C/0=1. Γ1. 4進行配合，加入粘結劑混勻制成混合物， 粘結劑的加入量為混合物總質量的2 4%，將混合物用壓球機壓制成含碳球團后烘干備用；步驟三、生物質含碳球團的還原在轉底爐底部耐材上鋪一層厚為5 10mm的生物質焦粉，在上面鋪上單層配加生物質焦的含碳球團，轉底爐用生物質熱解氣體或煤氣作為燃料進行加熱，內部溫度為125(Tl450°C，球團還原時間為l(T40min，而后得到金屬化球團。
2.如權利要求I所述的以生物質含碳球團為原料的轉底爐煉鐵方法，其特征在于所述的生物質原料為廢木料、鋸末、秸桿或稻殼中的一種或多種的混合。
3.如權利要求I所述的以生物質含碳球團為原料的轉底爐煉鐵方法，其特征在于所述的粘結劑為膨潤土。
全文摘要
一種以生物質含碳球團為原料的轉底爐煉鐵方法，屬于黑色冶金領域；涉及一種使用生物質作為煉鐵燃料和還原劑的轉底爐煉鐵工藝，該工藝利用可再生的碳中性生物質焦粉代替煤粉，將生物質焦粉與鐵礦粉按C/O=1.1~1.4進行配合，并加入合適粘結劑混勻造球，進入轉底爐進行加熱、還原得到金屬化球團。生物質焦具有碳中性，可從根本上降低煤炭消耗帶來的CO2等污染物排放；生物質焦雜質含量少，可解決使用煤炭導致的產品硫含量過高的問題，并改善產品綜合質量；生物質焦制備過程的能量可由生物質本身提供，基本實現綠色循環生產。本發明拓寬了轉底爐煉鐵的能量來源、降低了生產成本、提高了產品質量及生產效率，降低了環境污染。
文檔編號C21B13/00GK102586529SQ20121008075
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月23日 優先權日2012年3月23日
發明者左海濱, 張建良, 楊天鈞, 胡正文 申請人:北京科技大學