粒铁生产新方法

本发明涉及冶金领域，特别是涉及既不用焦炭又不用氧气或天然 气的粒铁生产新方法。

当代炼铁的方法主要是高炉炼铁法，它具有很高的生产率和较低 的能耗，但是它必须使用焦炭，焦炭为高炉过程提供热能、还原剂， 并且维持炉内料柱的透气性，这三种作用是其他燃料不能具备的。然 而可供炼焦的焦煤日益匮乏，亟待探寻一种新的炼铁方法。

废钢是现代炼钢用的主要原料之一，目前废钢的供应紧张。此外， 由于废钢作为炼钢原料被反复使用，其中所含的不易氧化的元素，如 Mo、Ni以及其他有害元素的含量越来越高，从而限制了废钢的再使用。 直接还原铁(DRI)可用于代替废钢作炼钢原料。目前全世界90％以 上的海绵铁是用天然气作还原剂生产的。我国天然气的资源有限和价 格过高，限制了海绵铁的发展。因此冶金工业急切需求能够代替废钢 和海绵铁的产品。

中国专利授权公告号CN 1219078C公开了一种煤基热风转底炉熔 融还原炼铁法生产珠铁，由于该方法能够一步把金属铁与渣分离，因 而能够使用一般品位的铁矿石。珠铁作为一种炼钢新原料，它在化学 成分和性能上优于废钢和海绵铁。因为它不含通常废钢含有的有害元 素和杂质，如Zn、Pb、Cu等；且由于珠铁形状为规整的珠粒，便于 贮运和装料。

然而，该中国专利CN 1219078C尚存在一些缺陷。例如，在原料 配比方面，该专利仅简单地以重量份来限定原料组成，并没有考虑实 际选取原料的品位对原料组成的影响，包括但不限于实际选取的铁矿 石中的铁氧化物含量、煤粉中的含碳量等等。而且，转底炉内各工艺 段的温度区间比较宽泛，有些温度区间的取值范围也不甚合理。

本发明的目的在于解决现有技术中的至少一个缺陷，完善熔融还 原炼铁工艺。本发明的另一个目的提供一种新的粒铁生产方法。

本发明是通过以下方案实现的：

粒铁生产新方法，包括：

配料步骤：选择生产粒铁所需的原料并按照预定的比例进行配料， 所述原料包括铁矿粉、煤粉、石灰石粉、白云石粉和粘结剂；所述原 料中各组分的比例按照下述原则来确定，即：煤粉所含固定碳与铁矿 粉所含氧的摩尔比例为0.8～1.5，优选为1.0～1.2，更优选为1.0～1.1； 石灰石粉和白云石粉中所含CaO与原料中所含SiO2的摩尔比例满足 炉渣二元碱度0.8～1.4，优选为1.0～1.2；石灰石粉和白云石粉的重量 比为1.5～4，优选为2～3；粘结剂占原料总重量的1～5％，优选为2～ 4％；

造块步骤：将配制好的原料加水混匀，制成一系列小体积团块；

还原步骤：将所述小体积团块置于环形炉中进行熔融还原，形成 粒铁和炉渣；

分离步骤：将在所述还原步骤中形成的粒铁和炉渣分离，以获得 所需的粒铁。

在本发明的方法中，所述环形炉优选包括具有不同温度的第一区 域、第二区域、第三区域和第四区域，所述小体积团块在环形炉中顺 序经过所述第一至第四区域，并相应地经历预热、还原、熔融、凝固 四个阶段。在这种情况下，可以将所述环形炉的第一区域的温度设定 在1100～1200℃之间，优选在1120～1180℃之间，更优选在1140～ 1160℃之间。所述小体积团块在所述环形炉的第一区域中经历预热阶 段的时间可以为3～5分钟。可以将所述第二区域的温度设定成高于所 述第一区域的温度，所述第二区域的温度设定在1200～1350℃之间， 优选在1230～1320℃之间，更优选在1260～1290℃之间。所述小体积 团块在所述环形炉的第二区域中经历还原阶段的时间可以为5～25分 钟。可以将所述第三区域的温度设定成高于所述第二区域的温度，所 述第三区域的温度设定在1350～1500℃之间，优选在1370～1460℃之 间，更优选在1390～1420℃之间。所述小体积团块在所述环形炉的第 三区域中经历熔融阶段的时间可以为3～10分钟。可以将所述第四区 域的温度设定成低于所述第一区域的温度，所述第四区域的温度设定 在1000～1100℃之间，优选在1020～1080℃之间，更优选在1040～ 1060℃之间。所述小体积团块在所述环形炉的第四区域中经历凝固阶 段的时间可以为4～10分钟。

在一种实施方式中，在所述造块步骤中，所述小体积团块为压制 成型形成的压块，所述压块的平均粒度为20～40mm。在这种情况下， 所述铁矿粉、煤粉、石灰石粉、白云石粉的粒度优选为小于或等于3mm。

在一种实施方式中，在所述造块步骤中，所述小体积团块为滚动 成球形成的生球，所述生球的直径为10～20mm。在这种情况下，所 述铁矿粉、煤粉、石灰石粉、白云石粉的粒度优选为小于或等于 0.074mm。

在一种实施方式中，在所述造块步骤和还原步骤之间还包括干燥 步骤，用于对在所述造块步骤中形成的所述小体积团块用烘干机进行 干燥。

本发明的粒铁生产新方法，至少具有以下有益效果：

(1)可以使用一般品位的铁矿石，拓宽铁矿石的适用范围，从而 在一定程度上缓解对高品位矿石需求的紧迫性，降低了铁矿石的成本。

(2)以资源更为丰富的非焦煤取代相对紧缺的焦煤，无需炼焦， 减少了生产工序，减少了炼焦工业带来的环境污染问题；同时也大大 降低了成本。

(3)其产品代替废钢作为炼钢原料具有纯净(Cu、Zn、Pb等 有害元素少)、节能降电耗(产品含碳可提供部分热量)等优点。

(4)本发明中原料配比和热工制度有利于得到铁含量高而杂质含 量少的粒铁。

图1为本发明的一个实施例的粒铁生产新方法的工艺流程图。

下面结合附图，详细描述本发明。

图1为本发明的一个实施例的粒铁生产新方法的工艺流程图。料 仓1用于装载生产粒铁所需的各种原料组分，其包括铁矿石粉仓、煤 粉仓、熔剂仓、粘结剂仓。按比例配好的原料经料仓1进入混料机2， 在此处将原料加水，混合均匀，然后送入压球机3制成一系列压块形 式的小体积团块。在其它实施方式中，混料机2中的原料也可以送入 其它成型设备中，如送入造球盘中进行滚动成球，从而形成一系列生 球形式的小体积团块。将这些小体积团块送入烘干机4进行干燥，当 然，在其它实施方式中，也可以省略该干燥步骤。然后，这些小体积 团块经布料器5被送入环形炉6。布料方式可以是振动给料或刮板给 料，使小体积团块均匀分布在炉底上。环形炉6的炉底能够连续地旋 转，例如可以是转底炉。环形炉6可以具有四个不同的温度区域，炉 内温度可以从其进料口的1100～1200℃逐步上升到1200～1350℃，再 上升到1350～1500℃，之后逐渐降低到1100～1000℃。小体积团块在 环形炉中顺序经过上述四个区域，相应地经预热、还原、熔融、凝固 后得到固态的粒铁和炉渣；然后经出料口排出炉外。本发明所用的环 形炉炉底旋转一周所用的时间为15～50分钟，因原料的性质不同，时 间可以有长有短。排出环形炉6的粒铁和炉渣直接进入冷却破碎机7 冷却破碎，然后用磁选机8把粒铁9和炉渣10分离开。

从环形炉排出的废气温度很高(1100～1300℃)，可以用空气换 热器11和煤气换热器12回收废气携带的热能，同时提高了温度的空 气和煤气在鼓风机13的作用下通过烧嘴14进入环形炉内燃烧，另一 部分热空气经过喷嘴15进入炉内，为煤粉的挥发份和铁氧化物还原产 生的CO助燃。这样既回收了废气的热能，又保证了环形炉需要的温 度。经过烘干机的废气温度降到80～150℃，已经没有利用的价值，经 过除尘器16引风机17自烟囱18排出。

下面结合具体实施例，阐述本发明的方法。

配料步骤

选择生产粒铁所需的原料并按照预定的比例进行配料，原料包括 铁矿粉、煤粉、石灰石粉、白云石粉和粘结剂；原料中各组分的比例 按照下述原则来确定：煤粉含固定碳与铁矿粉含氧的摩尔比例为0.8～ 1.5，优选为1.0～1.2，更优选为1.0～1.1；石灰石粉和白云石粉中所含 CaO与原料中所含SiO2的摩尔比例满足炉渣二元碱度0.8～1.4，优选 为1.0～1.2；石灰石粉和白云石粉的重量比为1.5～4，优选为2～3； 粘结剂占原料总重量的1～5％，优选为2～4％。

对铁矿粉中Fe的品位没有特殊要求，可以为一般品位的铁矿石， 也可以为铁精矿。在本发明的方法中，还原后粒铁和炉渣会分离，并 且可以进行脱硫，所以对作为还原剂的煤粉的要求不高，可以是各种 煤。

在原料的配比中，煤粉含固定碳与铁矿粉含氧的摩尔比例，即配 碳比(C/O)对熔分(即熔融分离过程)影响显著。配碳比增加，球团 能更快速地形成粒铁。原因是配碳比提高，则球团的还原速率加快， 金属铁的渗碳期提前，渗碳量增加，使得金属铁的熔化温度降低，因 此形成粒铁的时间缩短；配碳比低，则由于碳几乎消耗于还原中，因 此，过剩碳少，渗碳速率和渗碳量都降低，铁的熔化温度高，形成粒 铁的时间延长。但是，配碳量过高则会由于过剩的碳颗粒太多，渣粘 度增大，阻碍铁和渣的聚集，使得球团最后分散成几个更小的粒铁， 而非整个粒铁，同时又浪费了资源。在本发明中，煤粉含固定碳与铁 矿粉含氧的摩尔比例在0.8～1.5之间，优选在1.0～1.2之间，更优选 在1.0～1.1之间。实验证明，按照本发明的方法选择的配碳比，可以 在提高还原速度以及提高最终产品粒铁的粒度这两方面上均获得令人 满意的效果。在实际工艺过程中，根据具体选择的铁矿粉和煤粉的种 类，并根据本发明的教导，本领域技术人员能够很容易地确定铁矿粉 和煤粉的具体配比及用量。

石灰石粉和白云石粉在粒铁生产过程中用作熔剂，以便于在粒铁 生产过程中使得渣铁熔融分离顺利进行。并且石灰石粉和白云石粉还 用于在粒铁生产过程中脱去铁矿粉和煤粉中所携带的硫(S)成分，以 降低最终产品粒铁中的硫含量。调节炉渣二元碱度(CaO/SiO2)对降 低粒铁中S含量是十分有效的。本申请的发明人发现，在一定范围内， 粒铁中的含硫量会随着碱度的上升而降低，而当碱度进一步增大时， 则对粒铁中的含硫量影响不大。而且，碱度对粒铁生产中的熔分过程 有显著影响，过高或过低的碱度都可能恶化渣铁的分离。在本发明的 方法中，石灰石粉和白云石粉中所含CaO与原料中所含SiO2的摩尔 比例满足炉渣二元碱度0.8～1.4，优选为1.0～1.2，例如可选择为1.05， 1.1或1.15。实验证明，按照本发明的方法选择的炉渣二元碱度，可以 在降低粒铁含硫量以及优化渣铁分离这两方面上均获得令人满意的效 果。

原料中的白云石粉在高温时生成CaO和MgO，CaO用来在炉渣 中固S，从而使粒铁中S含量减小；适量的MgO有助于粒铁和炉渣的 分离。在本发明中，石灰石粉和白云石粉的重量比为1.5～4，优选为2～ 3，例如为2.3，2.5或2.9。在实际工艺过程中，根据具体选择铁矿粉、 煤粉、石灰石粉和白云石粉的种类，并根据本发明的教导，本领域技 术人员能够很容易地分别确定石灰石粉和白云石粉的具体配比及用 量。

原料中的粘结剂可以为有机粘结剂和/或无机粘结剂。有机粘结剂 例如可以为糖浆废液；无机粘结剂例如可以为膨润土。粘结剂可以占 原料总重量的1～5％，优选为2～4％。

在一些更具体的实施例中，配料步骤中各原料的配比可以按照表1 中给出的实例进行选择。其中，C/O表示的是煤粉所含固定碳与铁矿 粉所含氧的摩尔比例；CaO/SiO2表示的是石灰石粉和白云石粉中所含 CaO与原料中所含SiO2的摩尔比例，即炉渣二元碱度；石灰石/白云 石表示的是石灰石粉和白云石粉的重量比；粘结剂表示的是粘结剂占 原料总重量的百分比。

表1不同实施例中各原料配比

  C/O   CaO/SiO 2   石灰石/白云石   粘结剂

 实例1   0.8   0.8   2.9   1

 实例2   0.9   1.4   1.5   3.0

 实例3   1.0   1.2   3.0   2.5

 实例4   1.1   1.1   2.0   5.0

 实例5   1.15   1.05   2.3   3.0

 实例6   1.2   1.0   4.0   4

 实例7   1.4   0.9   2.5   3.5

 实例8   1.2   1.15   3.5   5.0

 实例9   1.5   1.3   2.3   2

造块步骤

将配制好的原料加水混匀，制成一系列小体积团块。

若将原料制成压块，原料中铁矿粉、煤粉、石灰石粉、白云石粉 的粒度可以选在小于或等于3mm，最好是小于2mm；制成压块的平均 粒度为20～40mm，最好为25mm～35mm。

若将原料制成生球，原料中铁矿粉、煤粉、石灰石粉、白云石粉 的粒度最好是小于或等于0.074mm；制成生球的直径为10～20mm， 优选为15mm。

还原步骤

制备好的小体积团块可以先经干燥再被送入环形炉进行还原，也 可以不经过干燥直接送入环形炉。不经过干燥的小体积团块的强度稍 差，但由于减少了工序，适合用于对小体积团块强度要求不高的场合。

用于还原小体积团块的环形炉可以是回转窑，也可以是转底炉， 包括具有不同温度的第一区域、第二区域、第三区域和第四区域。小 体积团块在环形炉中顺序经过第一至第四区域，并相应地经历预热、 还原、熔融、凝固四个阶段。将环形炉的第一区域的温度设定在1100～ 1200℃之间，优选在1120～1180℃之间，更优选在1140～1160℃之间； 第二区域的温度设定在1200～1350℃之间，优选在1230～1320℃之间， 更优选在1260～1290℃之间；第三区域的温度设定在1350～1500℃之 间，优选在1370～1460℃之间，更优选在1390～1420℃之间；第四区 域的温度设定在1000～1100℃之间，优选在1020～1080℃之间，更优 选在1040～1060℃之间。

随着环形炉的转动，小体积团块在环形炉的第一区域预热3～5分 钟，脱去其中的水分、挥发份；石灰石粉和白云石粉分解，高价的铁 氧化物开始被煤粉中的碳还原。预热的小体积团块随着炉底的转动进 入环形炉的第二区域，历时5～25分钟。铁矿石中的铁氧化物被逐步 还原为金属铁，原料中的CaO和MgO与SiO2开始反应。

随着环形炉的转动，经固相还原后的小体积团块进入环形炉的第 三区域，历时3～10分钟。此时，金属铁渗碳，熔点降低成为液态， 未还原的铁氧化物进行液相还原。同时由于表面张力的作用，液态铁 变成球形，炉渣也熔成液相，进行造渣及脱硫。

随着环形炉的转动，在环形炉第三区域中熔融的粒铁和炉渣进入 环形炉的第四区域进行冷却凝固，时间为4～10分钟，得到已基本分 离的固态粒铁和渣粒。

在一些更具体的实施例中，还原步骤中环形炉中四个区域中的温 度设置可以按照表2中给出的实例进行选择。表2中各实施例的原料 配比可以采用在前述配料步骤中描述的那样，例如表1的原料配比。

表2不同实施例中环形炉的温度设置(单位：℃)

 实例1  实例2  实例3  实例4  实例5  实例6  实例7

  第一区域   1100   1120   1140   1150   1160   1180   1200

  第二区域   1200   1350   1230   1320   1260   1290   1280

  第三区域   1400   1350   1460   1390   1500   1370   1420

  第四区域   1020   1000   1040   1100   1060   1050   1080

分离步骤

已经基本分离的炉渣和粒铁被出料机推出炉外，经冷却、破碎和 磁选后分离选出粒铁。

按本发明的优选实施例方法可以生产含铁＞94％、含碳2～4％、硫 ＜0.07％、硅＜0.3％，粒度大于5mm的粒铁，可供炼钢和铸造使用。

本领域技术人员应当理解，上述实施例仅用于解释和说明本发明， 并非用于对其进行任何限制。本发明的原料配比和环形炉内的温度分 布可以进行任意合理的组合。