铁矿粉内配碳多孔块直接还原工艺

摘要

本发明属于冶金领域，具体涉及一种铁矿粉内配碳多孔块直接还原工艺。本发明所要解决的技术问题，是提供了一种能提高传热效率的铁矿粉内配碳多孔块直接还原工艺。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为将铁精矿、碳质还原剂、粘结剂和水按比例混合均匀后压制成块，所得料块上开设有直径为10mm～30mm的孔，开孔总体积为料块体积的10％～20％，干燥后装入直接还原炉还原。本发明方法的内配碳多孔块可装在转底炉、车底炉、隧道窑等炉窑的炉底上进行还原，料层厚度可达到80mm～300mm，相当于高度为20mm～30mm内配碳球团叠铺5-10层，可大幅度提高还原生产效率，且方法简单，所需设备少，易于推广。

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，具体涉及一种铁矿粉内配碳多孔块直接还原工艺。

背景技术

铁矿粉内配碳球团矿是非高炉炼铁的主要含铁原料，其制备是—个将粉状混合物料变成物理性能、化学组成和机械性能够满足下—步直接还原冶炼即制备金属化球团矿要求的过程。

作为非高炉炼铁的主要含铁原料，现有技术中对铁矿粉内配碳球团矿的研究较多，球团矿的形状主要有球形、扁球形、卵形、短枕头形和长枕头形等多种，其三维尺寸基本上为15mm～45mm。该球团矿在直接还原过程中(如在转底炉、车底炉及抽屉窑等固定床炉窑中直接还原)，布置在炉床上的料层厚度不允许太厚，一般在2～3层，厚度在20mm～30mm，因为料层太厚，则料层传内传热效果太差、内部温度梯度太大，导致直接还原效果变差。实验检测的铁矿粉内配碳球团矿的导热系数为0.5～0.8W/(m·K)，相对于不含碳的球团矿是较小的，这样就造成了在其它条件相同时，直接还原过程的金属化率较低、整体还原效率相对较低。

因此，在直接还原过程中如何改进铁矿粉内配碳球团矿厚料层内外部的传热条件，提高该内配碳球团矿的直接还原金属化率和整体还原效率，是目前本领域技术人员急须解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是提供了一种能提高传热效率的铁矿粉内配碳多孔块直接还原工艺。

为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案如下：

铁矿粉内配碳多孔块直接还原工艺，包括物料混合、压制成块、干燥、还原步骤，其中：

所述物料混合步骤为：将铁精矿、碳质还原剂、粘结剂和水混合均匀；其中铁精矿、碳质还原剂、粘结剂、水的质量比为100︰16～32︰1.0～2.0︰14～20，铁精矿的质量以其中的TFe质量计；

所述压制成块步骤为：将混合后物料压制成块，所得块上开有多个直径为10mm～30mm的开孔，开孔总体积为块体积的10％～20％，所得块命名为内配碳多孔块；

所述还原步骤为：将干燥后的内配碳多孔块装入直接还原炉内进行还原，料层厚度≥80mm，还原温度1200℃～1400℃，还原气氛中CO与CO₂体积比最低为1︰5，还原时间为15min～60min得金属化料块；优选的，料层厚度为200mm～300mm。

上述技术方案中所述的干燥采用现有常规干燥技术即可。采用上述直接还原工艺，压制成的多孔块内外部传热效率有了显著的提升，因此可大幅提高装料厚度，从而提高金属化率和整体还原效率。

所述压制成块步骤中的开孔数量因压制的形状和大小不同而异，但开孔总体积为内配碳多孔块体积的10％～20％即可。开孔面积过大，还原时单位面积内配碳多孔块的装料量难以提升，反而降低还原效率；开孔面积过小，难以达到提高传热传质效果的目的。由于内配碳多孔块上有开孔，可提高传热效果，所以压制块的块度大小对传热效果并无直接影响，但受到压制设备和装料方式的影响。

具体的，所得内配碳多孔块为圆柱体、长方体、正方体、圆锥台体或四棱台。为提高还原炉内的装料量，内配碳多孔块形状优选为长方体、正方体或四棱台。

所述的铁精矿为磁铁精矿、赤铁精矿、褐铁精矿、钒钛铁精矿、钛精矿、钛铁矿、多金属铁精矿、轧钢铁鳞粉、含铁粉尘、硫酸渣中的至少一种。

所述含铁粉尘是钢铁生产过程中产生的粉尘或尘泥，如烧结粉尘、高炉瓦斯灰、转炉尘泥等。所述硫酸渣是用黄铁矿等生产硫酸或亚硫酸过程中产生的废渣。

当所述铁精矿是磁铁精矿时，其中TFe≥60％；当所述铁精矿是赤铁精矿时，其中TFe≥55％；当所述铁精矿是褐铁精矿时，其中TFe≥50.0％；当所述铁精矿是钒钛铁精矿时，其中TFe≥51.5％；当所述铁精矿是钛精矿时，其中TFe≥30.0％；当所述铁精矿是钛铁矿时，其中TFe≥30.0％；当所述铁精矿是多金属铁精矿时，其中TFe≥45％；当所述铁精矿是轧钢铁鳞粉时，其中TFe≥65％；当所述铁精矿是含铁粉尘时，其中TFe为15％～70％；当所述铁精矿是硫酸渣时，其中TFe≥40％。

具体地，所述混合物料步骤中的铁精矿中50％～85％过200目筛，可提高成块性能，提高还原效率。铁精矿85％以上过200目筛，粒度太细，影响内配碳多孔块的落下强度，且增加磨矿成本；过200目筛不足50％则内配碳多孔块爆裂温度降低，抗压强度下降，还原效果差。

具体地，上述混合物料步骤中，所述的粘结剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、糖蜜、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种。所述糖蜜是制糖工业分离结晶糖后无法再浓缩结晶的副产物，为棕褐色粘稠液体。

具体地，上述混合物料步骤中，所述的碳质还原剂为固定碳含量≥60％的含碳原料。具体可选煤粉、石墨粉、炭粉中的至少一种，其中，所述炭粉可为木炭粉、兰炭粉、焦炭粉等常规碳粉。

具体的，上述技术方案中的碳质还原剂≥60％过100目筛。

上述技术方案中，所述压制成块步骤中成型压力为10MPa～35MPa。

具体的，所述直接还原炉为固定床炉。具体可选用转底炉、隧道窑、车底炉或抽屉窑。所述固定床炉是指炉底与料块相对静止的还原炉。

具体的，上述技术方案还原步骤中，内配碳多孔块的装料厚度为200mm～300mm，可大幅提高炉内单位炉床面积的装料量。

经上述步骤所得的金属化料块经保护冷却后金属化率＞75％。

本发明的有益效果如下：

1、本发明方法的内配碳多孔块通过在块上开设一定比例的孔，提升了块的内外部传热效率，可装在转底炉、车底炉、隧道窑等炉窑的炉底上进行还原，料层厚度可达到80mm～300mm，相当于高度为20mm～30mm内配碳球团叠铺5-10层，可大幅度提高还原效率。

2、本发明方法简单，所需设备少，易于推广。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的说明。

铁矿粉内配碳多孔块直接还原工艺，包括物料混合、压制成块、干燥、还原步骤，其中：

所述物料混合步骤为：将铁精矿、碳质还原剂、粘结剂和水混合均匀；其中铁精矿、碳质还原剂、粘结剂、水的质量比为100︰16～32︰1.0～2.0︰14～20，铁精矿的质量以其中的TFe质量计；

所述压制成块步骤为：将混合后物料压制成块，所得块上开有多个直径为10mm～30mm的开孔，开孔总体积为块体积的10％～20％，所得块命名为内配碳多孔块；

所述还原步骤为：将干燥后的内配碳多孔块装入直接还原炉内进行还原，料层厚度≥80mm，还原温度1200℃～1400℃，还原气氛中CO与CO₂体积比最低为1︰5，还原时间为15min～60min得金属化料块；优选的，料层厚度为200mm～300mm。

具体的，所得内配碳多孔块为圆柱体、长方体、正方体、圆锥台体或四棱台。为提高还原炉内的装料量，内配碳多孔块形状优选为长方体、正方体或四棱台。

所述的铁精矿为磁铁精矿、赤铁精矿、褐铁精矿、钒钛铁精矿、钛精矿、钛铁矿、多金属铁精矿、轧钢铁鳞粉、含铁粉尘、硫酸渣中的至少一种。

所述含铁粉尘是钢铁生产过程中产生的粉尘或尘泥，如烧结粉尘、高炉瓦斯灰、转炉尘泥等。所述硫酸渣是用黄铁矿等生产硫酸或亚硫酸过程中产生的废渣。

当所述铁精矿是磁铁精矿时，其中TFe≥60％；当所述铁精矿是赤铁精矿时，其中TFe≥55％；当所述铁精矿是褐铁精矿时，其中TFe≥50.0％；当所述铁精矿是钒钛铁精矿时，其中TFe≥51.5％；当所述铁精矿是钛精矿时，其中TFe≥30.0％；当所述铁精矿是钛铁矿时，其中TFe≥30.0％；当所述铁精矿是多金属铁精矿时，其中TFe≥45％；当所述铁精矿是轧钢铁鳞粉时，其中TFe≥65％；当所述铁精矿是含铁粉尘时，其中TFe为15％～70％；当所述铁精矿是硫酸渣时，其中TFe≥40％。

具体地，所述混合物料步骤中的铁精矿中50％～85％过200目筛，可提高成块性能，提高还原效率。铁精矿85％以上过200目筛，粒度太细，影响内配碳多孔块的落下强度，且增加磨矿成本；过200目筛不足50％则内配碳多孔块爆裂温度降低，抗压强度下降，还原效果差。

具体地，上述混合物料步骤中，所述的粘结剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、糖蜜、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种。所述糖蜜是制糖工业分离结晶糖后无法再浓缩结晶的副产物，为棕褐色粘稠液体。

具体地，上述混合物料步骤中，所述的碳质还原剂为固定碳含量≥60％的含碳原料，具体可煤粉、石墨粉、炭粉中的至少一种。其中，所述炭粉可为木炭粉、兰炭粉、焦炭粉等常规碳粉。

具体的，上述技术方案中的碳质还原剂≥60％过100目筛。

上述技术方案中，所述压制成块步骤中成型压力为10MPa～35MPa。

具体的，所述直接还原炉为固定床炉。具体可选用转底炉、隧道窑、车底炉或抽屉窑。所述固定床炉是指炉底与料块相对静止的还原炉。

当内配碳多孔块形状为长方体、正方体或四棱台时，还原步骤中直接还原炉内装料料层厚度可达200mm～300mm。

经上述还原步骤所得的金属化料块经保护冷却后其金属化率＞75％。

除另有说明的外，本发明中的百分比均为质量百分比。

本发明中所述TFe是指全铁含量。

下面结合实施例对本发明进一步说明。但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例范围之中。特别的，下述实施例中采用的压砖机是申请人实际生产采用的设备，并不起限定作用，能够实现压制成型的设备和操作方式均可以用于本发明方法。

实施例1

将钒钛铁精矿、煤粉、羧甲基纤维素钠和水混合均匀，其中钒钛铁精矿、煤粉、羧甲基纤维素钠和水的质量比为100︰28︰2︰16，其中钒钛铁精矿以其中的TFe质量计。钒钛铁精矿中TFe含量为52％，且74％过200目筛，煤粉60％过100目筛。将混合料在压砖机中压制成尺寸为200mm×50mm×150mm的长方体内配碳多孔块，内配碳多孔块中开孔数为8，开孔直径为30mm，自然干燥48小时。将干燥后的内配碳多孔块装入转底炉中，料层厚度为150mm，在还原温度为1300℃，还原气氛中CO与CO₂体积比为1︰5的转底炉中还原60min得金属化料块，出炉时采用氮气冷却保护。经检测，还原后所得多孔矿块金属化率为81％。

实施例2

将褐铁精矿、煤粉、聚乙烯醇和水混合均匀，其中褐铁矿、煤粉、聚乙烯醇和水的质量比为100︰26︰1.0︰15，其中褐铁精矿以其中的TFe质量计。褐铁精矿中TFe含量为51.5％，且62％过200目筛，煤粉70％过100目筛。将混合料在压砖机中压制成四棱台孔块，其下底为280mm×80mm，上底为220mm×80mm，高为280mm，内配碳多孔块中开孔数为26，开孔直径为20mm，自然干燥24小时。将干燥后的内配碳多孔块装入车底炉中，料层厚度为280mm，在还原温度为1350℃，还原气氛中CO与CO₂体积比为3︰5的车底炉中还原40min得金属化料块，出炉时采用氮气冷却保护。经检测，还原所得金属化料块的金属化率为85％。

实施例3

将磁铁精矿、煤粉、糖蜜和水混合均匀，其中磁铁矿、煤粉、糖蜜和水的质量比为100︰30︰2.0︰16，其中磁铁精矿的质量以其中的TFe质量计。磁铁精矿中TFe含量为62％，且80％过200目筛，煤粉65％过100目筛。将混合料在压砖机中压制成四棱台孔块，其下底为250mm×70mm，上底为200mm×70mm，高为250mm，内配碳多孔块中开孔数为24，开孔直径为18mm，自然干燥24小时。将干燥后的内配碳多孔块装入转底炉中，料层厚度为250mm，在还原温度为1250℃，还原气氛中CO与CO₂体积比为1︰1的转底炉中还原50min得金属化料块，出炉时采用氮气冷却保护。经检测，还原所得金属化料块的金属化率为91％。

对比例

将钒钛铁精矿、煤粉、聚乙烯醇和水混合均匀，其中钒钛铁精矿、煤粉、聚乙烯醇和水的质量比为100︰28︰2︰16，其中钒钛铁精矿的质量以其中的TFe质量计。钒钛铁精矿中TFe含量为52％，且62％过200目筛，煤粉70％过100目筛。将混合料在对辊压球机中压制成球，球团直径为30mm，自然干燥24小时。干燥后的铁矿粉内配碳多孔块装入车底炉中，料层厚度为80mm，在还原温度为1350℃，还原气氛中CO与CO₂体积为2︰5的车底炉中还原40min得金属化料块，出炉时采用氮气冷却保护。经检测，还原所得金属化料块的金属化率为63％。

由上述实施例与对比例可以发现，在相同底面积上，除去空隙体积后的实施例1中铁矿内配碳多孔块体积装料量约是对比例中球团体积的2倍，实施例2的单位面积装料量更是远超对比例中的装料量，而且本发明方法所得的金属化料块的金属化率＞75％，较现有方法的金属化率提升明显。本发明方法有效地提高了还原炉的生产效率以及还原金属化率。