一种强化传质传热的蜂窝状导流料块制备及直接还原炼铁方法技术

本发明专利技术公开了一种强化传质传热的蜂窝状导流料块制备及直接还原炼铁方法，属于钢铁冶金直接还原炼铁技术领域。该方法包括：将含铁物料、炭质还原剂、复合粘结剂、水均匀混合形成混合物料；将混合物料经充分混捏、压块后得到蜂窝状导流料块；送入台车式焙烧还原装置之中进行处理得到初始还原炉料；将第一部分初始还原炉料直接热装送往电弧炉熔分作为电弧炉炼钢的原料，第二部分初始还原炉料进行磁选，得到金属化炉料和以残炭为主的其他杂质，将所得到的金属化炉料进一步破碎筛分再经磁选得到高纯铁粉和尾矿。本发明专利技术显著提高了铁矿石直接还原过程中物料与高温还原气反应的动力学条件，同时大幅提高了还原产物的金属化率、缩短了还原时间。了还原时间。了还原时间。

【技术实现步骤摘要】
一种强化传质传热的蜂窝状导流料块制备及直接还原炼铁方法


[0001]本专利技术属于钢铁冶金直接还原炼铁
，具体涉及一种强化传质传热的蜂窝状导流料块制备及直接还原炼铁方法。

技术介绍

[0002]高炉炼铁工艺是现代钢铁工业的基石，在整个钢铁工业中起着举足轻重的作用。高炉炼铁的主要流程包括焦化、造块(烧结和球团)、高炉冶炼等，然而这些工序无一例外都对资源有着较强的依赖，对环境有着较大的污染。高炉炼铁对入炉原燃料的要求比较苛刻，需要使用高品位同时具有一定粒级的铁矿石，对于一些贫矿或粉矿则需要经过选矿和造块工艺的进一步处理，这个过程中又会加大对冶金焦的需求，但是由于高质量焦煤的储量有限，大大增加了高炉炼铁的成本。此外，在选矿、造块、炼焦、高炉炼铁的过程中会产生大量对环境有害的的物质。在以焦化—烧结—高炉—转炉为主的长流程生产中，接近60％的能耗、70％的吨钢成本、90％污染物排放集中在焦化、烧结和高炉炼铁过程。目前，我国大高炉平均焦比可达450kg/t，冶炼每吨生铁大约需要1.6吨矿石，而在我国炉料结构中烧结矿占比大约在75％，以2020年我国生铁产能9亿吨计算，就有11亿吨的矿粉需要烧结成块，整个高炉炼铁流程每年会产生烟气粉尘约128万吨，产生SO2气体约205万吨，产生氮氧化物约77万吨。这些种种都表明高炉炼铁并非是一个长久之策。同时，为了响应国家“碳达峰、碳中和”的号召，迫切需要开发出一种不依赖焦煤和高品位铁矿石同时又经济环保的非高炉炼铁方法。
[0003]非高炉炼铁工艺以非焦煤为主要能源，不需要进行选矿和造块等工序，对于原燃料的要求和适应性都好于传统的高炉炼铁工艺，因而大大缩短了生产流程，具备可控性强、成本低、污染小、排放低的特点。根据使用还原剂的不同，直接还原工艺又分为气基直接还原和煤基直接还原，气基直接还原法中广泛应用的以天然气、氢气或一氧化碳为主的还原气体同样存在资源供给方面的压力。而我国又是一个煤炭储量大国，拥有丰富的煤炭资源。因此，发展煤基直接还原工艺将是我国未来发展非高炉炼铁技术的重中之重。
[0004]煤基隧道窑生产直接还原铁工艺又称赫格纳斯煤基隧道窑直接还原法，引进于瑞典的赫格纳斯公司，在我国隧道窑工艺最初广泛应用于粉末冶金领域，并在该行业占据主导地位。近年来，随着煤基直接还原工艺的发展，我国开始将该工艺应用于炼钢直接还原铁领域并取得了重大进展，这对于缓解我国炼钢用优质废钢的供给矛盾有着重要意义。在原料准备阶段，目前主流的做法包括两种，一是将铁矿粉直接装入容器，二是将原料压制成球团或其他形状。专利CN 110195139B中提到的一种铁矿石低温还原—常温渣铁分离—电炉制钢工艺中将粒状的球团矿、铁矿石和残炭作为还原反应的原料装入回转窑；专利CN 104195276 A中提到的铁矿粉内配碳多孔块直接还原工艺当中将铁矿石、还原剂等原料混合制成料块。对于前者而言，虽说省去了成型过程，但是由于物料特性的关系，反应过程的传质传热是很大的限制性因素。同时，因为传质传热的不均匀也容易造成物料局部和高温
炉气接触时间过长而出现局部软熔结块的现象。另外，粉状料处理过程繁琐且不易实现连续化规模化生产。而对于后者，也常常因料块密实程度、供热方式、供热均匀程度等因素而影响到最终产品的质量。
[0005]无论是哪一种对于原料的处理方法，其表面的受热速度都远大于物料内部热传导的速度，这必然会出现物料表面已经初熔而内部尚未到达反应所需温度的情况，这对反应速度、还原率、还原产物的金属化率都有不好的影响。在这种条件下，只能通过延长高温还原反应的时间来维持产品的质量，随之而来的就是更加高昂的成本。因此，如何在直接还原过程中改善物料的传质传热条件，增加传质传热速度、反应界面、产物金属化率、整体还原效率就成了当务之急。在此基础上，现有技术人员提出将物料处理成带有孔洞的料块，现有技术中提到了一种具有气体通道的用于热风炉的格子砖，但是对于料块具体的开孔特征和料块表面的细节处理却鲜有提及。此外还有一个亟待解决的问题就是还原工艺的选择问题，气基直接还原工艺作为目前比较成熟的非高炉炼铁工艺而受到广泛应用，但其始终受资源的制约。而传统的煤基直接还原工艺又局限于小规模生产且部分生产工艺还不完善。

技术实现思路

[0006]因此，为了解决以上问题，本专利技术一方面结合热风炉格子砖的设计理念以及速度场、温度场、浓度场三场协同理论，专利技术设计了一种在具有导流效果的同时还可以最大程度强化传质传热的蜂窝状物料块。另一方面在传统煤基直接还原方法的基础上结合烧结台车和带式焙烧机的工作原理提出了一种强化传质传热的蜂窝状导流料块制备及直接还原炼铁方法。由此，本专利技术针对并克服了现有技术中存在的不足，旨在解决的技术问题是直接还原炼铁过程中出现的物料与还原物质反应动力学条件差、传质传热不充分、反应时间长、还原效率低、金属化率低等问题。所提供的强化传质传热化学反应的蜂窝状导流料块制备及直接还原炼铁工艺，显著提高了铁矿石直接还原过程中物料与高温还原气反应的动力学条件，同时大幅提高了还原产物的金属化率、缩短了还原时间。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下：
[0008]根据本专利技术技术方案，提供一种强化传质传热的蜂窝状导流料块制备及直接还原炼铁方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0009]步骤1，将含铁物料、炭质还原剂、复合粘结剂、水均匀混合形成混合物料；
[0010]步骤2，将混合物料经充分混捏、压块后得到蜂窝状导流料块；
[0011]步骤3，将所述蜂窝状导流料块送入台车式焙烧还原装置之中进行处理，得到初始还原炉料；
[0012]步骤4，将第一部分初始还原炉料直接热装送往电弧炉熔分作为电弧炉炼钢的原料，第二部分初始还原炉料进行磁选，得到金属化炉料和以残炭为主的其他杂质，将所得到的金属化炉料进一步破碎筛分再经磁选得到高纯铁粉和尾矿。
[0013]这里，所述第一部分与第二部分的比例视个体情况而定，如只有第一个方面的需求，则可以将所有初始还原炉料用于“第一部分”，以此类推。
[0014]进一步地，所述步骤1中，含铁物料、炭质还原剂、复合粘结剂、水的配比以重量比计算，质量比为：100：15～20：2～4：12～18。
[0015]进一步地，所述步骤1中，所述含铁物料包括且不限于铁矿石(磁铁矿、赤铁矿、褐
铁矿、钒钛磁铁矿、钛铁矿、高硅铁精矿、共生矿等)、难选低品位细粒铁矿石、高炉布袋灰、转炉铁鳞粉、烧结除尘灰等。
[0016]进一步地，所述步骤1中，所述炭质还原剂的选择包括兰炭、低煤阶煤粉、炭粉、含碳粉尘、冶金焦粉之中的一种或多种。
[0017]进一步地，所述步骤1中，所述复合粘结剂的选择包括无机粘结剂(膨润土、消石灰、水玻璃)和有机粘结剂(羧甲基纤维素钠、木质素磺酸钙)。
[0018]进一步地，所述步骤1中，混合物料时为了提高成品料块的成块性能和还原效率，至少要保证50％的含铁物料过200目筛，同时要有55％的炭质还原剂过100目筛。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强化传质传热的蜂窝状导流料块制备及直接还原炼铁方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，将含铁物料、炭质还原剂、复合粘结剂、水均匀混合形成混合物料；步骤2，将混合物料经充分混捏、压块后得到蜂窝状导流料块；步骤3，将所述蜂窝状导流料块送入台车式焙烧还原装置之中进行处理，得到初始还原炉料；步骤4，将第一部分初始还原炉料直接热装送往电弧炉熔分作为电弧炉炼钢的原料，第二部分初始还原炉料进行磁选，得到金属化炉料和以残炭为主的其他杂质，将所得到的金属化炉料进一步破碎筛分再经磁选得到高纯铁粉和尾矿。2.根据权利要求1所述的蜂窝状导流料块制备及直接还原炼铁方法，其特征在于，所述步骤2中，所述蜂窝状导流料块上开设有数个椭圆形通孔，所述椭圆形通孔贯穿于蜂窝状导流料块的正反两个端面，同时在所述蜂窝状导流料块的至少一个端面上开设数条用于气体导流的半圆形导流凹槽和用于气流交换汇集的圆形汇流凹槽。3.根据权利要求2所述的蜂窝状导流料块制备及直接还原炼铁方法，其特征在于，根据椭圆形通孔孔径大小不同，所述蜂窝状导流料块包括大孔径尺寸料块和小孔径尺寸料块。4.根据权利要求3所述的蜂窝状导流料块制备及直接还原炼铁方法，其特征在于，布料时，大孔径尺寸料块和小孔径尺寸料块的铺设方式如下：第一层：将大孔径尺寸料块或小孔径尺寸料块中的任意一种铺在最底层；第二层：将另一种型号的料块以其椭圆形通孔长轴方向与下层料块通孔长轴平行的方式铺于其上；第三层：第三层铺设与第二层孔径尺寸相同的料块，且第三层料块以其通孔的长轴与第二层料块通孔长轴垂直的方式铺设；第四层：第四层铺设与第三层孔径尺寸不同的料块，且第四层料块以其通孔的长轴与第三层料块通孔长轴平行的方式铺设，使得气体在流经由这两层料块组成的通道时同样产生径向流；以上四层料块的铺设为一个循环，一直铺设下去直...

【专利技术属性】
技术研发人员：程树森，李世旺，张丽英，程晓曼，胡铮，王亮，
申请(专利权)人：北京北科神州亿立冶金材料研究所，
类型：发明
国别省市：