CN102994679A - 一种生产还原铁粉用优质海绵铁的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产还原铁粉用优质海绵铁的方法及设备，方法为将铁精矿粉制成复合固化球团，复合固化球团或铁块矿与固体还原剂混合加入组合反应罐竖炉反应室中，炉料在反应室内经过预热段到800～900℃再到还原段达1100～1200℃进行还原反应12h～18h，反应后的物料经过冷却段冷却后通过变频调速出料系统进入滚动筛分系统进行在线筛分，筛分后废还原剂通过真空负压吸送系统输送到储料仓；筛分后得到的海绵铁根据使用的原料不同而采用常规不同后续处理得到还原铁粉或海绵铁压块。本发明生产过程使用自动化控制，机械化程度高，工人劳动强度降低，生产环境改善；通过自动筛分和真空负压吸送系统对海绵铁球团与还原剂进行分离，部分还原剂重新利用，节约能耗。

Description

一种生产还原铁粉用优质海绵铁的方法及设备

技术领域

本发明涉及一种生产还原铁粉用优质海绵铁的方法及配套设备，能够使用超级铁精矿粉/轧钢铁鳞等含铁氧化物（Fe≥71.5%）生产出满足粉末冶金行业还原铁粉用的海绵铁，同时也能够使用普通铁精矿粉/高品位块矿等（Fe≥68%）生产钢铁行业用炼钢海绵铁。

背景技术

直接还原铁，简称DRI(Direct Reduction Iron)，也称海绵铁，是用高品位铁矿、球团矿或轧钢铁鳞等杂质含量低的含铁氧化物在固态直接还原生产的冶金产品，其化学成分稳定，杂质含量少，可作为优质废钢的代用品，炼钢中配加直接还原铁是控制、稀释钢中有害元素的重要手段之一，同时也是改善钢材质量、增加钢材品种、发展钢铁冶金超短流程的重要原料，因此它成为世界各国具备资源条件的地区发展钢铁工业的选择；除此之外，直接还原铁还可以用作转炉炼钢冷却剂、高炉炼铁用的还原球团、水处理脱氧剂、有色冶金置换剂等；用超级铁精矿粉/轧钢铁鳞等含铁氧化物（Fe≥71.5%）生产的高品质海绵铁经过二次还原还可以供粉末冶金行业生产还原铁粉使用，市场前景十分广阔。

粉末冶金是一门金属粉末的制取和以金属粉末或金属粉末与非金属的混合物为原料，经压制成形、高温烧结等工序加工制造各种零件和材料的新兴工艺方法和技术，属于新工艺、新技术、新材料领域。因技术含量高，又属于典型的节能、节材项目而倍受重视，世界各国均将其列入重点发展的高新技术产业。金属粉末是生产粉末冶金零件与材料的基础原料，是粉末冶金产业的基础，其中铁粉是一种应用最广泛，用量最大的一种金属粉末，约占金属粉末总产量的80～85％。用铁粉制造机械零部件时，其材料利用率达95%以上，而用金属材料切削加工时，其材料利用率在45%左右，国际上普通认为1吨铁粉的产品相当于3吨钢材的利用率。世界各国都非常重视铁粉的生产，全世界每年生产100多万吨铁粉，我国已达30余万吨的生产能力，其中还原铁粉产量占60%，能否生产出优质海绵铁是关系到能否生产还原铁粉的关键工序。

以往粉末冶金行业生产还原铁粉用优质海绵铁主要采用以下工艺：“超纯铁精矿粉/轧钢铁鳞等→烘干→磁选→粉碎→筛分→装罐→隧道窑→卸罐→清刷→优质海绵铁”。生产优质海绵铁是生产还原铁粉的关键工序，传统粉末冶金企业生产优质海绵铁所使用的是隧道窑，多年来国内还原铁粉生产厂家也对隧道窑进行了大量改进，部分隧道窑也实现了机械化装卸罐操作，加热方式也由原来的煤加热改进为发生炉煤气/天然气/煤层气等，生产环境比以前有所改善，但是仍然存在以下问题：

1、机械化装卸罐装置运行不稳定，导致很多企业不得不改为人工装罐，致使生产人员劳动强度增大；2、隧道窑生产运行成本高，由于台车上的反应罐要不断经过“预热→高温→冷却”因此造成反应罐寿命很低，生产吨铁粉反应罐耐材损耗就占到成本的1/3左右，同时损坏的反应罐再处理很麻烦，很容易造成环境污染；3、隧道窑生产环境差，装卸罐过程中粉尘污染大；4、机械化程度不高，生产效率低；5、占地面积大；6、热能利用低。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的问题，而提供一种既可以生产还原铁粉用优质海绵铁也可以生产炼钢用海绵铁的生产工艺和配套设备。

一种生产还原铁粉用优质海绵铁的设备，包括防偏析布料小车、组合反应罐竖炉、煤气回收系统、排烟系统、燃气系统、专用燃烧器、空气预热系统、真空负压吸送系统、冷却系统、变频调速出料系统、滚动筛分系统、储料罐、储料仓，其特征在于：防偏析布料小车、煤气回收系统分别安装在组合反应罐竖炉的顶部，排烟系统、燃气系统、专用燃烧器、空气预热系统分别安装在组合反应罐竖炉的四周，冷却系统安装在组合反应罐竖炉出料口与变频调速出料系统之间，变频调速出料系统的出料口对着滚动筛分系统进料口，滚动筛分系统与储料罐之间安装真空负压吸送系统，真空负压吸送系统另一端连接到车间外细粉储料仓，燃气系统的燃气和空气预热系统的预热空气均进入专用燃烧器。

所述的组合反应罐竖炉是由长寿命Si₃N₄结合SiC组合反应罐砖砌成。

所述的储料罐为带有保护气氛。

本发明的排烟系统、燃气系统、专用燃烧器、空气预热系统、冷却系统、变频调速出料系统、滚动筛分系统、储料罐、储料仓等均采用现有结构。

一种生产还原铁粉用优质海绵铁的方法，其特征在于按以下步骤进行：

在粉状铁精矿粉中按一定质量比加入粘接剂，其中铁精矿粉质量：粘接剂质量=1：0.001～0.03，制成复合固化球团；复合固化球团或铁块矿与固体还原剂混合成炉料，由炉顶的防偏析布料小车连续加入由Si₃N₄结合SiC组合反应罐砖砌成的多个反应室中，燃料和预热空气通过专用燃烧器加热反应室；炉料在封闭的反应室中经过预热段到800～900℃再到还原段达1100～1200℃进行还原反应12h～18h，还原反应后的物料经过冷却段冷却后通过变频调速出料系统进入滚动筛分系统进行在线筛分，筛分后的废还原剂通过真空负压吸送系统输送到车间外的密闭细粉储料仓，通过转运汽车将筛分下的废固体还原剂运送至废料场再经过磁选后回收部分固体废还原剂；

(2)经过筛分后得到的海绵铁球团根据使用的原料和工艺不同而采用不同后续处理：

a、原料：Fe≥71.5%的超级铁精矿粉或轧钢铁鳞等含铁氧化物生产的海绵铁球团再经过“清刷→破碎→磁选→包装→一次还原铁粉→混料→二次还原炉→粉块→解碎→磁选→筛分→分级→混料→包装→还原铁粉；

或，b、原料：Fe≥68%的普通铁精矿粉或铁块矿等含铁氧化物生产的海绵铁球团经皮带机传送至轧机，将海绵铁球团轧制成压块，压块直接送炼钢车间作为炼钢原料。如果在出料系统采取保温措施，还可以实现海绵铁热装（≥500 ℃）入炼钢炉，实现低能耗生产。

经过筛分后的海绵铁的后续处理均为现有常规处理方法，就不细述。

复合固化球团或铁块矿与固体还原剂按重量比计为1:0.3～0.6。

所述的固体还原剂为无烟煤和脱硫剂按1:0.1～0.15质量比混合。

所述的固体还原剂为回收固定还原剂与新固定还原剂按重量比计为10～40：90～60混合物。

所述的燃气为煤气、天然气或煤层气等。

所述的炼钢用海绵铁压块的尺寸：长为100～150mm，宽为50～80mm，厚为30～60mm，比重3～4.5g/ cm³ 。

本发明主要优点：

1.原料适用范围广，可以使用粒度：5～25mm的高品质块矿，也可以用于超级铁精矿粉/轧钢铁鳞/普通铁精矿粉等粉状原料（粒度：-200目粉末≥ 70%  ）；

2.复合固化球团技术，即将造的氧化铁球团固化后再粘上一层透气的还原剂和防粘剂，还原时物料仍然能实行还原工艺过程，又使球与球之间、球与炉壁之间不粘连，保证生产顺利进行。

3.防偏析布料小车使球团与还原剂能够很好的分布，避免布料过程中球团与还原剂的偏析，改善了布料过程中球团与还原剂的分布。

4.综合回收利用，通过自动筛分和真空负压吸送系统对海绵铁球团与还原剂进行分离，废还原剂10%～40%再利用率，节约能耗；炉顶采用工艺煤气回收系统提高了煤气的综合利用。

5.反应室采用长寿命Si₃N₄结合SiC组合反应罐形式，连续使用寿命达到一年以上，反应室的尺寸：（1300～1600mm）×（300～480mm）×(7000 ～ 13000mm)。

6.还原炉结构紧凑，占地面积小；还原炉实行宽断面炉型，专用的加热系统，一炉多孔同一通道，热效率高；变频调速出料系统能够任意控制还原时间，调整产品的质量。

7. 生产过程使用自动化控制机械化程度高，工人劳动强度降低，生产环境改善。

附图说明

图1为本发明工艺方框图；

图2为本发明生产优质海绵铁设备结构示意图；图中：1-防偏析布料小车；2- Si₃N₄结合SiC组合反应罐砖；3-炉顶煤气回收系统；4-排烟系统；5-燃气系统； 6，7-烧嘴；8-预热空气系统；9-真空负压吸送系统；10-冷却系统；11-变频调速出料系统；12-滚动筛分系统；13-储料罐；14-出料仓；15-转运小车。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明包括防偏析布料小车1、组合反应罐竖炉2、煤气回收系统3、排烟系统4、燃气系统5、专用燃烧器(6,7)、空气预热系统8、真空负压吸送系统9、冷却系统10、变频调速出料系统11、滚动筛分系统12、储料罐13、储料仓14，防偏析布料小车1、煤气回收系统3分别安装在组合反应罐竖炉顶部，排烟系统4、燃气系统5、专用燃烧器(6,7)、空气预热系统8分别安装在组合反应罐竖炉的四周，冷却系统10安装在组合反应罐竖炉的出料口与变频调速出料系统11之间，变频调速出料系统11的出料口对着滚动筛分系统12进料口，滚动筛分系统12出料口与储料罐13之间安装真空负压吸送系统9，真空负压吸送系统9另一端连接到储料仓14，由储料仓回收的固定还原剂由转运小车15运走，滚动筛分系统12出料口对着储料罐13进料口，且燃气系统5的燃气和预热空气系统8的空气均进入专用燃烧器(6,7)。所述的组合反应罐竖炉是由长寿命Si₃N₄结合SiC组合反应罐砖砌成。所述的储料罐可带有保护气氛。

本发明的排烟系统、燃气系统、专用燃烧器、空气预热系统、冷却系统、变频调速出料系统、滚动筛分系统、储料罐、储料仓均采用现有结构。

一种生产还原铁粉用优质海绵铁的方法，按以下步骤进行：

在粉状铁精矿粉中按一定质量比加入粘接剂，其中铁精矿粉质量：粘接剂=1：0.001～0.03，制成复合固化球团；复合固化球团或铁块矿与固体还原剂混合成炉料，由炉顶的防偏析布料小车连续加入由Si₃N₄结合SiC组合反应罐砖砌成的多个反应室中，燃料和预热空气通过专用燃烧器加热反应室；炉料在封闭的反应室中经过预热段到800～900℃再到还原段达1100～1200℃进行还原反应12h～18h，还原反应后的物料经过冷却段冷却后通过变频调速出料系统进入滚动筛分系统进行在线筛分，筛分后的废还原剂通过真空负压吸送系统输送到车间外的密闭细粉储料仓，通过转运汽车将筛分下的废固体还原剂运送至废料场再经过磁选后回收部分固体废还原剂；

(2)经过筛分后得到的海绵铁球团根据使用的原料和工艺不同而采用不同后续处理：

a、原料：Fe≥71.5%的超级铁精矿粉或轧钢铁鳞等含铁氧化物生产的海绵铁球团再经过“清刷→破碎→磁选→包装→一次还原铁粉→混料→二次还原炉→粉块→解碎→磁选→筛分→分级→混料→包装→还原铁粉；

或，b、原料：Fe≥68%的普通铁精矿粉或铁块矿等含铁氧化物生产的海绵铁球团经皮带机传送至轧机，将海绵铁球团轧制成压块，压块直接送炼钢车间作为炼钢原料。如果在出料系统采取保温措施，还可以实现海绵铁热装（≥500 ℃）入炼钢炉，实现低能耗生产。

实施一：制备方法按上述所说

采用超级铁精矿粉：Fe≥71.4 %、 -200目粉末≥ 70%、含水量≤5%；有机粘接剂：S≤0.02%、P≤0.02%，有机粘接剂直接从市场购买，用量按铁精矿粉重量的0.1%；超级铁精矿粉球团：固定还原剂的质量比=1:0.5, 固体还原剂为无烟煤和脱硫剂按质量比为1：0.15，脱硫剂直接从市场购买，还原温度1150～1200℃，还原时间18h，产品结果：TFe：97.69%、MFe：96.14%、金属化率：98.41%、C≤0.180%、S≤0.005%，产品化学成分完全可以达到生产还原铁粉用优质海绵铁要求。

实施二：制备方法按上述所说

采用铁精矿粉：Fe≥68.6 %、 -200目粉末≥ 70%、含水量≤ 5%；矿粉用粘结剂：S≤0.02% 、P≤0.02%，有机粘接剂直接从市场购买，用量按铁精矿粉重量的2%；铁精矿粉球团：固定还原剂的质量比=1:0.4, 固定还原剂为无烟煤和脱硫剂按质量为1：0.1，脱硫剂直接从市场购买，还原温度1150～1200℃，还原时间12h，产品结果：TFe：93.52%、MFe：88.38%、金属化率：94.5%、C≤0.11%、S≤0.014%，产品化学成分完全可以达到炼钢用海绵铁要求。

实施三：制备方法按上述所说

采用块矿：Fe≥65%、 粒度5～25mm；铁块矿：固定还原剂的质量比=1:0.35, 固定还原剂为无烟煤和脱硫剂按质量为1：0.1，脱硫剂直接从市场购买，还原温度1150～1200℃，还原时间15h，产品结果：TFe：90.68%、MFe：84.61%、金属化率：93.3%、C≤0.31%、S≤0.021%，产品化学成分完全可以达到炼钢用海绵铁要求。

Claims (8)

1.一种生产还原铁粉用优质海绵铁的设备，包括防偏析布料小车、组合反应罐竖炉、煤气回收系统、排烟系统、燃气系统、专用燃烧器、空气预热系统、真空负压吸送系统、冷却系统、变频调速出料系统、滚动筛分系统、储料罐、储料仓，其特征在于：防偏析布料小车、煤气回收系统分别安装在组合反应罐竖炉的顶部，排烟系统、燃气系统、专用燃烧器、空气预热系统分别安装在组合反应罐竖炉的四周，冷却系统安装在组合反应罐竖炉出料口与变频调速出料系统之间，变频调速出料系统的出料口对着滚动筛分系统进料口，滚动筛分系统与储料罐之间安装真空负压吸送系统，真空负压吸送系统另一端连接到车间外细粉储料仓，燃气系统的燃气和空气预热系统的预热空气均进入专用燃烧器中。

2.根据权利要求1所述的生产还原铁粉用优质海绵铁的设备，其特征在于：所述的组合反应罐竖炉是由长寿命Si₃N₄结合SiC组合反应罐砖砌成。

3.根据权利要求1所述的生产还原铁粉用优质海绵铁的设备，其特征在于：所述的海绵铁储料罐带有保护气氛。

4.一种生产还原铁粉用优质海绵铁的方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1) 在粉状铁精矿粉中按一定质量比加入粘接剂，其中铁精矿粉质量：粘接剂质量=1：0.001～0.03，制成复合固化球团；复合固化球团或铁块矿与固体还原剂混合成炉料，由炉顶的防偏析布料小车连续加入由Si₃N₄结合SiC组合反应罐砖砌成的多个反应室中，燃料和预热空气通过专用燃烧器加热反应室；炉料在封闭的反应室中经过预热段到800～900℃再到还原段达1100～1200℃进行还原反应12h～18h，还原反应后的物料经过冷却段冷却后通过变频调速出料系统进入滚动筛分系统进行在线筛分，筛分后的废还原剂通过真空负压吸送系统输送到车间外的密闭细粉储料仓，通过转运汽车将筛分下的废固体还原剂运送至废料场再经过磁选后回收部分固体废还原剂；

(2)经过筛分后得到的海绵铁球团根据使用的原料和工艺不同而采用不同后续处理：

a、原料：Fe≥71.5%的超级铁精矿粉或轧钢铁鳞等含铁氧化物生产的海绵铁球团再经过“清刷→破碎→磁选→包装→一次还原铁粉→混料→二次还原炉→粉块→解碎→磁选→筛分→分级→混料→包装→还原铁粉；

或，b、原料：Fe≥68%的普通铁精矿粉或铁块矿等含铁氧化物生产的海绵铁球团经皮带机传送至轧机，将海绵铁球团轧制成压块，压块直接送炼钢车间作为炼钢原料。

5.根据权利要求4所述的生产还原铁粉用优质海绵铁的方法，其特征在于：其中复合固化球团或铁块矿与固体还原剂按重量比计为1:0.3～0.6。

6.根据权利要求4或5所述的生产还原铁粉用优质海绵铁的方法，其特征在于：所述的固体还原剂为无烟煤和脱硫剂按1:0.1～0.15质量比混合的混合物。

7.根据权利要求4所述的生产还原铁粉用优质海绵铁的方法，其特征在于：所述的固体还原剂为回收固体还原剂与新固体还原剂按重量比计为10～40：90～60混合物。

8.根据权利要求4所述的生产还原铁粉用优质海绵铁的方法，其特征在于：所述的燃气为煤气、天然气或煤层气。

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