一种强化铁矿球团气基竖炉直接还原的方法.pdf

本发明公开了一种强化铁矿球团气基竖炉直接还原的方法，按以下步骤进行：（1）将铁矿氧化球团与生物质炭配料混匀，混合料中的成分按重量比为铁矿球团92%～99%，生物质炭1%～8%；（2）将混合料加入竖炉中，在温度为800℃～1000℃条件下气基直接还原0.5h～3h，以得到金属化球团。采用生物质炭强化铁矿球团的气基还原，可在提高还原速率的同时，有效降低球团还原过程中的黏结程度，使竖炉的利用效率及运行状况得到较大的改善。

权利要求书一种强化铁矿球团气基竖炉直接还原的方法，其特征在于：按以下步骤进行：
（1）将铁矿氧化球团与生物质炭配料混匀，混合料中的成分按重量比为铁矿球团92%～99%，生物质炭1%～8%；
（2）将混合料加入竖炉中，在温度为800℃～1000℃条件下气基直接还原0.5h～3h，以得到金属化球团。
根据权利要求1所述的强化铁矿球团气基竖炉直接还原的方法，其特征在于：上述步骤（1）中所述生物质炭粒度范围为2mm～30mm，其固定炭含量为60%～90%、挥发份10%～25%、热值24MJ·kg‑1～30MJ·kg‑1、孔隙率为40%～60%。
根据权利要求1所述的强化铁矿球团气基竖炉直接还原的方法，其特征在于：上述步骤（1）中所述的铁矿氧化球团，其TFe含量为64%～69%、粒度为8mm～16mm、平均抗压强度为1800N/个～3500N/个。
根据权利要求1或2所述的强化铁矿球团气基竖炉直接还原的方法，其特征在于：所述的生物质炭选自包括玉米秸秆、水稻或高粱秸秆的农业废弃物和林业加工的废料，或是以上生物质中的一种或几种的混合物进行炭化处理从而获得生物质炭。
根据权利要求1所述的强化铁矿球团气基竖炉直接还原的方法，其特征在于：上述步骤（2）中所述还原气体积成分为CO：25%～90%，H2：0%～65%，CO2：0%～10%，N2：0%～10%。

说明书一种强化铁矿球团气基竖炉直接还原的方法
技术领域
本发明涉及一种强化铁矿球团还原的方法，特别是涉及一种强化气基还原并防止直接还原金属化球团黏结的方法。
背景技术
直接还原法生产海绵铁—电炉炼钢的“短流程”工艺，具有能耗低、劳动生产率高和有利于环境保护等特点，因此被视为钢铁工业第三次革命。从世界范围看，在电炉钢产量日益增长，而高质量废钢的供给又严重不足形势下，世界直接还原铁未来的需求量将会不断增长。
纵观目前世界上所有的直接还原工艺技术，由于生产效率高、能耗低、产品洁净、单机产能大等优势，气基竖炉直接还原工艺Midrex和HYL‑Ⅲ成为绝对主流工艺（2010年分别占到直接还原铁产量59.7%和14.1%）。但是它们均需采用天然气作还原剂，因此其发展受到气源和地区的限制。因此，积极发展不依赖天然气而直接使用煤制气等作还原剂的直接还原技术，对促进我国钢铁工业高效、环保的可持续发展具有重要意义。
目前，煤制气工艺中H2和CO的比例（H2/CO）均与MIDREX及HYL‑Ⅲ法存在较大差异，几种主流的煤制气工艺所获得的还原气有效成分H2和CO的比例（H2/CO）常小于1且变化范围较大。其中水煤浆制气所得煤气H2/CO≈1.0，而干煤粉制气工艺所得煤气H2/CO≈0.4；而MIDREX法中H2/CO≈1.6，HYL‑Ⅲ法中H2/CO≈2.6。气体中CH4、CO2、H2O等成分差异不大。同时铁矿球团在还原过程中产生的黏结恶化料层的透气性以及竖炉内部的温度分布不均匀，从而影响竖炉的正常运行、效率降低。此外，球团在还原过程中产生的黏结也是限制竖炉操作温度进一步提高的关键因素。
本发明通过在球团矿中添加一定量的生物质炭，在强化还原过程同时有效抑制球团还原过程中的黏结行为，从而为竖炉直接还原的高效生产提供一条可行的途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种煤制气条件下抑制直接还原金属化球团黏结且能强化直接还原进程的强化铁矿球团气基竖炉直接还原的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的强化铁矿球团气基竖炉直接还原的方法，按以下步骤进行：
1.将铁矿氧化球团与生物质炭配料混匀，混合料中的成分按重量比为铁矿球团92%～99%，生物质炭1%～8%；
2.将混合料加入竖炉中，在温度为800℃～1000℃条件下气基还原0.5h～3h，以得到金属化球团。
所述生物质炭粒度范围为2mm～30mm，其固定炭含量为60%～90%、挥发份10%～25%、热值24MJ·kg‑1～30MJ·kg‑1、孔隙率为40%～60%。
所述的铁矿氧化球团，其TFe含量为64%～69%、粒度为8mm～16mm、抗压强度为1800N/个～3500N/个。
所述的生物质炭选自包括玉米秸秆、水稻或高粱秸秆的农业废弃物和林业加工的废料，或是以上生物质中的一种或几种的混合物进行炭化处理从而获得生物质炭。
所述还原气体积成分为CO：25%～90%，H2：0%～65%，CO2：0%～10%，N2：0%～10%。
采用上述技术方案的强化铁矿球团气基竖炉直接还原的方法，带来的有益效果：
（1）、生物质炭具有挥发份高、孔隙率大、活性好等特点，有利于促进还原过程的进行加快铁矿球团还原速率，在相同还原时间内铁矿球团还原率可提高3%～10%。
（2）、采用本发明强化铁矿球团气基竖炉直接还原，可减少（或降低）还原过程产生的黏结30%～40%。
（3）、由于生物质炭本身疏松多孔的结构以及其随着还原过程的进行而不断消耗，为球团还原过程中的膨胀提供了足够的空间，能有效缓解竖炉生产过程中球团膨胀带来的架料、下料不畅以及对炉体的损坏。
（4）、采用本发明的生物质炭强化铁矿球团气基竖炉直接还原，在加快还原速率的同时为料层带入热源，能优化竖炉内部温度场分布并减少还原气体的消耗，从而为气基竖炉高效、节能的运行创造了条件。
综上所述，本发明是一种煤制气条件下抑制直接还原金属化球团黏结且能强化直接还原进程的强化铁矿球团气基竖炉直接还原的方法，通过在铁矿氧化球团中配加一定量的生物质炭，使还原过程中球团的黏结强度明显降低，同时还原速率有所加快。
具体实施方式
下面实施例是对发明的进一步说明，而不是限制发明的范围。
实施例中所采用的铁矿氧化球团来自国内某大型球团厂，其主要化学成分见下表1。所采用的生物质炭的工业分析及物理性质见表2。
表1铁矿氧化球团主要化学成分/%
  成分  TFe  FeO  SiO2  Al2O3  MgO  CaO  LOI  含量  64.24  0.24  5.31  1.55  0.61  0.56  0.04
表2生物质炭的工业分析及物理性质

对照例1：取500g铁矿氧化球团（12mm～16mm）加入还原竖炉，在温度1000℃、气氛为90%CO、2%CO2、8%N2（体积百分数）条件下还原90min后所得金属化球团样品的还原率为84.24%，黏结指数为71.49%。
对照例2：取500g铁矿氧化球团（12mm～16mm）加入还原竖炉，在温度1000℃、气氛为60%CO、30%H2、2%CO2、8%N2（体积百分数）条件下还原30min后所得金属化球团样品的还原率为84.87%，黏结指数为40.21%。
对照例3：取500g铁矿氧化球团（12mm～16mm）加入还原竖炉，在温度950℃、气氛为60%CO、30%H2、2%CO2、8%N2（体积百分数）条件下还原40min后所得金属化球团样品的还原率为85.32%，黏结指数为21.33%。
实施例1：取500g铁矿氧化球团（12mm～16mm）与22.1g（占混合料总量的4.2%）生物质炭（平均粒径10mm）混合均匀后加入竖炉中，在温度1000℃、气氛为90%CO、2%CO2、8%N2（体积百分数）条件下还原90min后所得金属化球团样品的还原率为88.62%，黏结指数为37.85%。
实施例2：取460g铁矿氧化球团（12mm～16mm）与40g（占混合料总量的8%）生物质炭（平均粒径2mm）混合均匀后加入竖炉中，在温度800℃、气氛为90%CO、2%CO2、8%N2（体积百分数）条件下还原180min后所得金属化球团样品的还原率为89.77%，黏结指数为15.90%。
实施例3：取500g铁矿氧化球团（12mm～16mm）与22.1g（占混合料总量的4.2%）生物质炭（平均粒径10mm）混合均匀后加入竖炉中，在温度1000℃、气氛为60%CO、30%H2、2%CO2、8%N2（体积百分数）条件下还原30min后所得金属化球团样品的还原率为88.94%，黏结指数为11.77%。
实施例4：取500g铁矿氧化球团（12mm～16mm）与22.1g（占混合料总量的4.2%）生物质炭（平均粒径10mm）混合均匀后加入竖炉中，在温度950℃、气氛为60%CO、30%H2、2%CO2、8%N2（体积百分数）条件下还原40min后所得金属化球团样品的还原率为89.46%，黏结指数为10.21%。
实施例5：取500g铁矿氧化球团（12mm～16mm）与22.1g（占混合料总量的4.2%）生物质炭（平均粒径10mm）混合均匀后加入竖炉中，在温度1000℃、气氛为45%CO、45%H2、10%CO2（体积百分数）条件下还原30min后所得金属化球团样品的还原率为93.29%，黏结指数为8.25%。与同等条件下不添加生物质炭的还原样品相比，采用本发明可以增加还原率3.3%，降低黏结指数10.12%。
实施例6：取495g铁矿氧化球团（8mm～12mm）与5g（占混合料总量的1%）生物质炭（平均粒径30mm）混合均匀后加入竖炉中，在温度1000℃、气氛为25%CO、65%H2、10%N2（体积百分数）条件下还原30min后所得金属化球团样品的还原率为90.87%，黏结指数为18.28%。
表3生物质炭强化铁矿球团气基竖炉直接还原的效果