專利名稱：一種鐵礦石熔融還原方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鐵礦石熔融還原方法，屬于煉鐵的技術領域。
背景技術：
高爐煉鐵經過長時期的發(fā)展，其技術已經非常成熟。但它對冶金焦的強烈依賴，使那些缺乏焦煤資源的地區(qū)的高爐煉鐵受到了極大影響，隨著焦煤資源的日漸貧乏，冶金焦的價格越來越高。與此相反，蘊藏豐富的廉價非焦煤資源在煉鐵生產中則得不到充分的利用。為了降低煉鐵成本，人們一直在尋求以其他燃料代替冶金焦的途徑，其中煤粉噴吹、重油噴吹、天然氣噴吹等都是較為有效的措施。但這些措施的效果是有限度的，不可能從根本上解決問題。
為使煉鐵生產徹底擺脫對冶金焦的依賴，20世紀20年代已經開始進行熔融還原法的研究開發(fā)工作。根據工藝模式可將現有熔融還原劃分為4大類三段式、二段式、一段式和電熱法。三段式和二段式包括還原部分和熔煉造氣部分，統(tǒng)稱二步法。二步法熔融還原工藝可減輕終還原過程必須的能量輸入，減少爐襯被侵蝕的程度，同時終還原產生的煤氣用作預還原的還原劑和燃料，可有效減少能耗，因此二步法被廣泛采用，但二步法工藝設備復雜，對原料還有一定的限制條件，一段式只有熔煉段，沒有還原段，工藝設備簡單，但爐襯侵蝕嚴重，能耗較高；而電熱法則是大量使用電能提供還原和熔煉所需熱源，以減少還原劑消耗，但因煤氣量大且利用效率低，使用電能彌補其損失熱量并不經濟。
這些熔融還原技術都噴吹助燃氣體加快燃燒，以提供還原和熔煉所需還原氣體及熱量，但因其鐵礦和還原劑分別加入，反應速度取決于還原劑氣化速度，因而對還原劑的要求較高，適用于現有煤基熔融還原工藝的煤數量并不多。而且，噴吹助燃氣體大幅增加了還原氣體數量，不僅熱損失大幅增加，其他能源介質消耗也隨之劇增，因而能耗居高不下。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有熔融還原工藝對煤質要求較高，煤氣量較大且不能有效利用的弊端，提供了一種鐵礦石熔融還原方法。利用本發(fā)明可以擴充用于熔融還原的碳源。
本發(fā)明通過下述技術方案予以實現一種鐵礦石熔融還原方法，將碳質還原劑和鐵礦石粉混合后加入到溫度場中全部熔融，其中碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是140kg/tFe-350kg/tFe；碳質還原劑直徑小于0.5mm，鐵礦粉直徑小于6mm；溫度場的溫度為1300℃-1500℃。
優(yōu)選地，所述碳質還原劑為焦炭、煤炭或木炭。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點1)本發(fā)明對碳質還原劑燃燒性能無特殊要求，擴充了可用于熔融還原的碳源。
2)本發(fā)明的碳質還原劑絕大部分參與還原，因此熱損失較小，能耗降低。
3)本發(fā)明簡化了熔融還原工藝，取消了噴吹助燃氣體，減少了熔融還原工藝過程中的能耗。
4)本發(fā)明降低了爐渣氧化亞鐵含量，減少了熔融還原工藝過程中的能耗及氧化亞鐵造成的爐襯侵蝕，因此利于推廣應用。
具體實施例方式
實施例1本發(fā)明是一種鐵礦石熔融還原方法，它將碳質還原劑和鐵礦石粉混合后加入到上部有投料口的溫度場后，溫度快速上升，由于鐵礦粉與碳接觸良好，反應速度很快，同時碳在高溫下氣化及還原生成的氣體再次參與還原，使反應動力學條件更加充分，反應速度進一步加快，可保證鐵礦石較快還原。由于外部有補充熱源，碳可直接參與還原反應，因而即便碳的氣化速度減緩，也不影響礦石還原與熔融，故對參與還原的碳質還原劑可不作性能的要求，這樣就極大程度上擴充了可用的碳資源。同時碳主要用于還原，減少了提供熱量的要求，因而還原劑消耗減少。而還原劑消耗的減少及取消的助燃氣體進一步降低了熱量損失。雖然需外部補充熱源，但總體上能耗減少。
本發(fā)明中的碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是140kg/tFe-350kg/tFe，碳質還原劑直徑小于0.5mm。
鐵礦粉直徑小于6mm，鐵品位、外形及強度不限。
反映裝置上有投料口，要求提供溫度場的溫度為1300℃-1500℃。
通過以上措施，擴充了可用于熔融還原的碳源，并且加大了鐵礦石的還原率。
實施例2
本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于，所述碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是141kg/tFe-190kg/tFe，所述溫度場的溫度是1301℃-1353℃。
實施例3本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于，所述碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是191kg/tFe-246kg/tFe，所述溫度場的溫度是1354℃-1427℃。
實施例4本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于，所述碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是247kg/tFe-313kg/tFe，所述溫度場的溫度是1427℃-1464℃。
實施例5本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于，所述碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是314kg/tFe-349kg/tFe，所述溫度場的溫度是1465℃-1499℃。
實施例6本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于，所述原料的具體成分為鄂西赤鐵礦鐵品位49.05％，SiO2含量16.33％；煤粉直徑小于0.5mm，固定碳含量69.52％；實施過程碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是180kg/tFe，稱量各爐料混合，加入溫度為1300℃的反應容器中，觀察爐料熔融狀況，直至爐料全部熔融，分離渣鐵，化驗成分。
鐵C4.98％Si＜0.01％渣FeO3.01％。
實施例7本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于，所述原料的具體成分為大冶鐵礦粉鐵品位64.50％，SiO2含量3.81％；煤粉直徑小于0.5mm，固定碳含量69.52％；實施過程碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是140kg/tFe，稱量各爐料混合，加入溫度為1400℃的反應容器中，觀察爐料熔融狀況，直至爐料全部熔融，分離渣鐵，化驗成分。
鐵C5.02％ Si＜0.01％渣FeO1.71％。
實施例8本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于，所述原料的具體成分為巴西鐵礦粉鐵品位66.84％，SiO2含量2.49％；煤粉直徑小于0.5mm，固定碳含量69.52％；實施過程碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是140kg/tFe，稱量各爐料混合，加入溫度為1500℃的反應容器，觀察爐料熔融狀況，直至爐料全部熔融，分離渣鐵，化驗成分。
鐵C5.09％ Si＜0.01％
渣FeO1.88％。
實施例9本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于，所述原料的具體成分為鄂西赤鐵礦鐵品位49.05％，SiO2含量16.33％；煤粉直徑小于0.5mm，固定碳含量69.52％；實施過程碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是350kg/tFe，稱量各爐料混合，加入溫度為1350℃的反應容器中，觀察爐料熔融狀況，直至爐料全部熔融，分離渣鐵，化驗成分。
鐵C5.08％ Si＜0.01％渣FeO2.07％。
實施例10本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于，所述原料的具體成分為巴西鐵礦粉鐵品位66.84％，SiO2含量2.49％；煤粉直徑小于0.5mm，固定碳含量69.52％；實施過程碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是245kg/tFe，稱量各爐料混合，加入溫度為1500℃的反應容器，觀察爐料熔融狀況，直至爐料全部熔融，分離渣鐵，化驗成分。
鐵C5.12％ Si＜0.01％渣FeO1.79％。
實施例11
本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于，所述原料的具體成分為大冶鐵礦粉鐵品位64.50％，SiO2含量3.81％；煤粉直徑小于0.5mm，固定碳含量69.52％；實施過程碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是201kg/tFe，稱量各爐料混合，加入溫度為1420℃的反應容器中，觀察爐料熔融狀況，直至爐料全部熔融，分離渣鐵，化驗成分。
鐵C5.06％ Si＜0.01％渣FeO1.71％。
權利要求
1.一種鐵礦石熔融還原方法，其特征在于將碳質還原劑和鐵礦石粉混合后加入到溫度場中全部熔融，其中碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是140kg/tFe-350kg/tFe；碳質還原劑直徑小于0.5mm，鐵礦粉直徑小于6mm；溫度場的溫度為1300℃-1500℃。
2.根據權利要求1所述的一種鐵礦石熔融還原方法，其特征在于所述碳質還原劑按鐵礦石品位計算， 碳與鐵的比例范圍是141kg/tFe-190kg/tFe。
3.根據權利要求1所述的一種鐵礦石熔融還原方法，其特征在于所述碳質還原劑按鐵礦石品位計算， 碳與鐵的比例范圍是191kg/tFe-246kg/tFe。
4.根據權利要求1所述的一種鐵礦石熔融還原方法，其特征在于所述碳質還原劑按鐵礦石品位計算， 碳與鐵的比例范圍是247kg/tFe-313kg/tFe。
5.根據權利要求1所述的一種鐵礦石熔融還原方法，其特征在于所述碳質還原劑按鐵礦石品位計算，碳與鐵的比例范圍是314kg/tFe-349kg/tFe。
6.根據權利要求1所述的一種鐵礦石熔融還原方法，其特征在于所述溫度場的溫度是1301℃-1353℃。
7.根據權利要求1所述的一種鐵礦石熔融還原方法，其特征在于所述溫度場的溫度是1354℃-1427℃。
8.根據權利要求1所述的一種鐵礦石熔融還原方法，其特征在于所述溫度場的溫度是1427℃-1464℃。
9.根據權利要求1所述的一種鐵礦石熔融還原方法，其特征在于所述溫度場的溫度是1465℃-1499℃。
10.根據權利要求1-9任意一項所述的一種鐵礦石熔融還原方法，其特征在于所述碳質還原劑為焦炭、煤炭或木炭。
全文摘要
一種鐵礦石熔融還原方法，屬于煉鐵的技術領域?，F有熔融還原工藝對煤質要求較高，煤氣量較大且不能有效利用。本發(fā)明提供了一種鐵礦石熔融還原方法，將碳質還原劑和鐵礦石粉混合后加入到溫度場中全部熔融，碳與鐵的比例范圍是140kg/tFe－350kg/tFe；溫度場的溫度為1300℃－1500℃。本發(fā)明對碳質還原劑燃燒性能無特殊要求，擴充了可用于熔融還原的碳源；碳質還原劑絕大部分參與還原，熱損失較小，能耗降低；簡化了熔融還原工藝，取消了噴吹助燃氣體，減少了熔融還原工藝過程中的能耗；降低了爐渣氧化亞鐵含量，減少了熔融還原工藝過程中的能耗及氧化亞鐵造成的爐襯侵蝕，因此利于推廣應用。
文檔編號C21B11/00GK101092655SQ20071005274
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月16日 優(yōu)先權日2007年7月16日
發(fā)明者岑明進, 文志軍, 吳杰, 李勇波, 李德發(fā) 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司