一种铁矿石直接还原高温物料熔分电炉热装工艺

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种铁矿石直接还原高温物料熔分电炉热装工艺。

背景技术

目前，在铁矿石炼铁的非高炉直接还原工艺中，一般采用铁矿石经直接还原工艺生产高温金属化物料，然后将高温金属化物料经无氧冷却后得到低温金属化物料，低温金属化物料再经分选工艺去除还原过程中剩余的残炭和灰分，得到的洁净金属化物料再冷装入熔分电炉进行熔分，可得到高温铁水。可以看出，高温金属化物料经无氧冷却去除其中的残炭和灰分后，在熔分前还需加热到较高的温度，存在着生产工艺复杂、电炉产能较低、热量损失大、能耗较高的问题。

由于铁矿石直接还原工艺生产的高温金属化物料中含有一定量的残炭和灰分，致使从铁矿石还原炉排出的高温金属化物料不能热装加入电炉进行熔分，需将还原后的高温金属化物料在无氧化的情况下冷却到200℃以下，才能去除还原物料中的残炭和灰分。如果从铁矿石还原炉排出的高温金属化物料采用风选机进行残炭和灰分分离时，则由于高温金属化物料直接与空气进行接触，会产生高温金属化物料二次氧化问题，降低金属化物料的金属化率；如果高温金属化物料采用干式磁选的方法进行残炭和灰分分离时，则由于金属化物料温度较高，会造成磁选机的磁性降低，影响高温金属化物料与残炭和灰分的分离效率，使其磁选的精度降低、金属回收率较低。

为避免高温金属化物料在空气中冷却和分选过程中产生二次氧化，目前，对于高温金属化物料的余热回收一般采用的主要方法有：（1）通过在铁矿石还原炉的出料端设置竖式冷却器，利用高温物料的显热通过直接换热的方法来预热还原煤气，可在将还原煤气从常温预热到较高温度的同时，高温金属化物料冷却到200℃以下，达到了防止高温金属化物料无氧冷却的目的。可以看出，这种方法存在着高温金属化物料余热回收率较低和生产工艺复杂的问题。（2）将高温金属化物料采取直接入水或雾化喷水的方式，使其温度迅速下降到200℃以下。这种高温金属化物料的冷却方式不仅造成热量的损失和水耗的增加，而且高温金属化物料在冷却中会产生含尘蒸汽，造成一定的环境污染。

发明内容

本发明提供了一种铁矿石直接还原高温物料熔分电炉热装工艺，使铁矿石经直接还原生产的高温金属化物料，大部分在不进行无氧冷却的情况下，对高温金属化物料中的残炭和灰分进行去除，达到大部分直接还原高温物料直接热装进入电炉进入熔分生产高温铁水，以便解决现有铁矿石直接还原和熔分工艺存在的生产工艺复杂、电炉产能低、热量损失大、能耗高的问题。

为此，本发明采用如下技术方案：

本发明一种铁矿石直接还原高温物料熔分电炉热装工艺，采用如下的技术方案：

1）铁矿石和高挥发分还原煤按一定比例加入到铁矿石还原炉内，在还原炉内的高温作用下，铁矿石经过一段时间还原后得到高温还原物料，高温还原物料中含有一定量的残炭；

2）高温还原物料从铁矿石还原炉内排出后，在残碳的保护作用下，采用高温振动筛进行粒度分级，得到粒度4mm以上的高温洁净还原物料和粒度4mm以下的高温还原物料与残炭和煤灰的混合物；

3）将粒度4mm以下的高温还原物料与残炭和煤灰的混合物加入到无氧冷却机内，经与常温水进行间接换热后，在产出高压的高温蒸汽同时，可使还原物料与残炭和煤灰混合物的温度降低到200℃以下；

4）将低温还原物料与残炭和煤灰的混合物加入到干式磁选机中，在干选场强1000-1500 Oe的作用下，可将物料分级为磁性料和非磁性料；

5）将非磁性料加入到风选机中，在风力气流的作用下，根据物料粒度的不同，可将非磁性料分选为粗粒残炭和细粒煤灰，细粒煤灰可作为粉煤灰进行排放，粗粒残炭可返回到铁矿石还原炉的原料系统，与铁矿石一起进行配料利用；

6）将常温磁性料与粒度4mm以上的高温洁净还原物料一起加入到熔分电炉中，在熔分电炉内的高温作用下，还原物料经过一段时间升温和高温熔化后，可得到碳含量较低的半钢水和炉渣。

本发明铁矿石与高挥发煤混合物经铁矿石还原炉高温还原后，由于煤中挥发分已全部析出，煤变成强度较低的蜂窝状残炭，蜂窝状残炭在还原炉内流动过程中会碎化成4mm以下的残炭，从而高温还原物料采用4mm的振动筛进行粒度分级后，筛上物料中所含的残炭量很少，可直接热装电炉进行利用。

本发明选用粒度4-20mm的铁矿石进行高温还原，铁矿石在铁矿石还原炉内进行还原过程中粉化率在5%以下，高温还原物料经高温筛分后，其筛下粒度4mm以下物料占比为10%以下，筛上90%以上的高温还原物料可热装进入电炉中。

本发明铁矿石在铁矿石还原炉内进行还原的还原剂采用高挥发分还原煤，在高挥发分还原煤中含有40-45%的碳氢化合物等挥发分，在煤的加热过程中从400℃以上开始析出挥发分，挥发分在铁矿石还原炉内800-900℃作用下，最终可充分分解为H2和活性颗粒碳，H2可作为还原剂进行铁矿石的氢基还原，提高还原质量。本发明为提高铁矿石在还原炉内的金属化率，在铁矿石内配入过量的还原煤，还原煤在还原铁矿石后残余的物质为残炭和煤灰。

本发明从铁矿石还原炉排出的900-1200℃高温还原物料在进行高温筛分时，高温还原物料直接与空气接触，由于高温还原物料中含有一定比例的残炭和煤灰，空气与高温还原物料直接接触后，空气中的氧气先与高温还原物料中的残炭进行化学反应并产出CO，CO可对高温还原物料中的金属铁进行无氧保护，实现高温物料的无氧化筛分。

本发明非磁性料在风选机内进行风选时，根据不同粒度的物料其风选特性即对风力场的敏感程度不同，在风力场气流的作用下，将非磁料分选为粗粒残炭和细粒煤灰。

本发明高挥发分还原煤选用粒度5-25mm的煤炭，煤炭经800-900℃高温充分热解后，其内部会产生较多的裂纹和孔隙，块状物料的强度较低，在铁矿石还原炉内与粒状铁矿石一起流动时会发生块料碎化现象，从铁矿石还原炉排出的高温物料中粒度4mm以上占5%以下。

本发明所涉及的铁矿石指铁品位40%以上的块状铁矿石、铁品位50%以上的氧化球团矿及粒度5-20mm的烧结矿。

本发明的有益效果在于：

1.通过选择粒度5-25mm高挥发分煤作为铁矿石的还原剂，由于还原煤中挥发分含量高达40-45%，可使粒煤还原铁矿石后从铁矿石还原炉排出的残炭粒度大部分在4mm以下，从而可使用高温筛分的方法实现粒度4mm以上还原物料与残炭和煤灰的分离，达到大部分高温还原物料热装加入电炉的目的。

2.从铁矿石还原炉排出的高温还原物料，由于物料中含有一定比例的残炭，在物料筛分和输送过程中，残碳与空气中的氧气优先结合生成CO，CO可对高温还原物料中的金属铁进行保护，实现高温还原物料在高温筛分和输送过程中不会产生二次氧化。

3.本发明高温还原物料筛分得到的粒度4mm以下的物料，由于其中含有残炭和煤灰，为实现还原物料与残炭和粉煤灰的分离，先将高温还原物料加入到无氧冷却机中，通过高温物料与水的间接换热，可在回收高温还原物料余热产生高温蒸汽的同时，将高温还原物料的温度降低到200℃以下，为后续还原物料与残炭和粉煤灰的分离奠定了基础。

4.本发明为回收粒度4mm以下高温还原物料的余热，采用无氧冷却机以水为冷却介质通过间接冷却的方式，可在产出高温蒸汽的同时，达到了高温还原物料冷却和余热回收的目的。

5.本发明由于加入熔分电炉的90%以上物料实现了900℃以上的热装，大大缩短了电炉的熔分时间，提高了电炉产能，降低了电炉的能耗。

附图说明

图1是本发明铁矿石直接还原高温物料熔分电炉热装工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

一种铁矿石直接还原高温物料熔分电炉热装工艺，所涉及的机械设备有：铁矿石还原炉、高温筛分设备、无氧冷却机、风选机、熔分电炉；所涉及的物料有：铁矿石、还原煤、高温还原物料、水、高温蒸汽、粗粒残炭、细粒残碳、炉渣、半钢水、粉煤灰。

本发明的实施方式为：

1）铁矿石和高挥发分还原煤按10：25-35比例加入到铁矿石还原炉内，在还原炉内的900-1200℃高温作用下，铁矿石经过40-60min还原后得到高温还原物料，高温还原物料中含有3-5%的残炭。

2）高温还原物料从铁矿石还原炉内排出后，在残碳的保护作用下，采用筛孔4mm的高温振动筛进行粒度分级，得到粒度4mm以上的高温洁净还原物料和粒度4mm以下的高温还原物料与残炭和煤灰的混合物。

3）将粒度4mm以下的高温还原物料与残炭和煤灰的混合物加入到无氧冷却机内，经与常温水进行间接换热后，在产出压力3.82MPa、温度450℃的蒸汽同时，可使还原物料与残炭和煤灰混合物的温度降低到200℃以下。

4）将低温还原物料与残炭和煤灰的混合物加入到干式磁选机中，在干选场强1250Oe的作用下，可将物料分级为磁性料和非磁性料。

5）将非磁性料加入到风选机中，在风力气流的作用下，根据物料粒度的不同，可将非磁性料分选为粗粒残炭和细粒煤灰，细粒煤灰可作为粉煤灰进行排放，粗粒残炭可返回到铁矿石还原炉的原料系统，与铁矿石一起进行配料利用。

6）将常温磁性料与粒度4mm以上的高温洁净还原物料一起加入到熔分电炉中，在熔分电炉内的1550℃作用下，还原物料经过60min升温和高温熔化后，可得到碳含量较低的半钢水和炉渣。