一種qdf直接還原工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬火法冶煉技術領域，具體涉及一種直接還原工藝。
【背景技術】
[0002]隨著全球工業化進程的步伐加快，C02氣體的大量排放對環境及氣候的影響越來越顯著，各國對工業生產過程中的節能減排要求越來越嚴格，全球來看，工業領域鋼鐵行業在溫室氣體排放中占比15 %，其中煉鐵系統排放量占鋼鐵全流程排放的90 %，主要與高爐煉鐵工藝流程長、焦化和燒結工序C02排放量大有關。因此，開發一種流程短、污染小、成本低、環境友好的煉鐵新工藝是歷史發展的必然趨勢。
[0003]目前，非高爐煉鐵技術主要有直接還原和熔融還原兩大類，由于直接還原煉鐵技術具有產品質量高、投資低、能耗低等優點，已成為煉鐵行業重點開發的技術領域。
[0004]目前國內外生產海綿鐵的直接還原短流程工藝，根據還原劑種類，有氣基和煤基兩大類，氣基有MIDREX (米德雷克斯法)、HYL (希爾法)、F1R (流態化法)、FINMET (芬麥特法)等；煤基有回轉窯法、轉底爐法、外熱反應罐法等。以上工藝均存在各自的不足，氣基還原工藝需要優質的還原氣資源作保障、還原過程難以控制、對原料要求高、還原產品均一性不夠等缺點；煤基直接還原爐有原料要求高、能耗大、產量小、還原過程難以控制、作業率低、設備難以大型化等缺點，正是基于以上種種原因，目前還沒有出現一種非高爐煉鐵工藝在綜合冶煉能力方面能取代高爐煉鐵技術。
[0005]目前國內外生產海綿鐵的直接還原短流程工藝，根據還原過程的運行特點，可歸納為兩類，一類工藝在還原過程中還原裝置是移動的，如轉底爐、回轉窯、隧道窯等，轉底爐存在爐床一直在作圓周運動，爐床不斷地處于升溫、降溫的循環過程，帶來床體耐材易損壞、降低其壽命、床體結構件易變形、還原性氣氛難以控制、產品金屬化率低、難以大型化等缺點，回轉窯存在窯內易結圈、還原區溫度難以控制、產品質量不穩定、還原效果差等缺點，隧道窯也存在反應罐一直在不同的溫度區間移動，帶來了機械化裝斜罐不穩定、人工裝卸罐勞動強度大、反應罐處于反復升溫降溫過程導致罐體壽命低、產量低等缺點；另一類工藝在還原過程中被還原物料是移動的，如氣基豎爐和煤基豎爐等，這類工藝被還原物料在反應器中一直處于向下移動的過程，由于物料和還原氣均處于運動過程，還原的溫度和時間均難以控制，因此要求原料球團必須達到較高的強度，對制粒設備的要求也較高，制粒工序處理時間長、粘結劑使用量大、干燥時間長，在還原爐內還原產品易粉化、易粘結，得到的還原產品均一性不佳、還原產品金屬化率不理想等諸多問題，既增加能耗和生產成本，又降低還原產品金屬化率。
[0006]專利號為CN2921740Y的專利公開了一種內外加熱立式通道還原爐，專利號為CN101832706B的專利公開了一種外燃管式直接還原豎爐，這兩個專利均屬于煤基豎爐技術，共同特點是整個還原過程中還原設備不動、被還原物料移動，它們均存在以下問題:
[0007](I)采用豎爐進行直接還原，還原過程中還原室內為持續上料，還原過程中物料處于動態過程，對球團的強度要求較高，還原產品易粘結，還原時間受到限制；反應罐耐材要求耐磨性高、受力、受熱不穩定，耐材耐溫高、抗熱震要求高，爐齡壽命降低；豎爐高度受限，投料難度大，生產效率低，年產量較小，單位產量建造成本高；
[0008](2)反應器劃分成預熱區、高溫還原區、冷卻區等三段式，各區溫度控制難度加大，工況不穩定，爐型設計較復雜，爐料下降速度較難控制，生產效率低；
[0009](3)還原室為管式，所有反應罐位于同一個燃燒空間，燃燒室無特定形狀的空間，由于每個還原室的位置不同，與爐墻燒嘴距離不同，易造成被加熱程度各異，容易出現不同還原室內部的溫度場不均勻，導致不同還原室的產品有差異；
[0010](4)由于所有還原室處于同一燃燒空間內，當出現單個還原室檢修時，需全部停爐，造成全廠性停產。
【發明內容】
[0011]本發明要解決的技術問題在于，提供了一種QDF(Q，Quiescent，靜態的；D，Direct，直接；F，Furnace，爐)直接還原工藝，該直接還原工藝具有原料適應范圍廣、溫度場均勻、還原過程易控制、產品金屬化率高、產量高等顯著優點。
[0012]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種QDF直接還原工藝，采用燃燒室加熱還原室生產高金屬化率產品，包括以下工藝步驟:
[0013]STl:將含金屬原料與還原劑粉料混勻，裝入各還原室，在還原室中物料處于分散、均勻分布的狀態，裝料完畢后密封，在整個還原過程中，還原室和被還原物料均保持靜止狀態；
[0014]ST2:點燃所述燃燒室內持續供應的燃料和助燃氣體，產生的熱量均勻加熱還原室內的物料，使含金屬原料和還原劑在還原室內進行還原反應；所述還原室為一段式反應器，整個爐膛溫度均勻一致，還原性氣氛均勻一致；
[0015]ST3:待還原室物料反應完畢后，從還原室出料。
[0016]上述方案中，所述步驟STl中的含金屬原料為塊料、粉料或者將粉料與粘結劑混勻后制粒得到的粒狀原料。
[0017]上述方案中，還原室和燃燒室都設置有多個，還原室和燃燒室間隔排列，或者一個還原室與分設在其兩側的兩個燃燒室成組排列。
[0018]上述方案中，還原室和燃燒室的水平方向截面均為梯形或矩形，垂直方向截面為矩形。
[0019]上述方案中，所述還原室與燃燒室為模塊化組合。
[0020]上述方案中，所述燃燒室內排出的高溫煙氣，通過高溫熱交換器來預熱燃料和助燃氣體，高溫熱交換器為蓄熱爐或耐高溫金屬換熱器。
[0021]上述方案中，所述含金屬原料為鐵礦粉、鎳礦粉、含鐵粉料或釩鈦粉料中的至少一種。
[0022]上述方案中，所述燃料為高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣、煤制煤氣或天然氣中的至少一種。
[0023]上述方案中，所述還原劑為無煙煤、煙煤、褐煤、焦炭或木炭中的至少一種。
[0024]實施本發明的QDF直接還原工藝，具有以下有益效果:
[0025]I)還原過程中還原室和被還原物料均為靜止狀態，可達到的效果有:
[0026]a、由于物料在反應過程中處于靜止狀態，避免了發生破損，因此對粒狀原料的強度要求降低，提高了制粒工序生產效率，減少粘結劑的使用量，從而降低制粒工序的能耗和成本；
[0027]b、由于物料在反應過程中處于靜止狀態，還原時間可以延長，提高還原產品的金屬化率，或縮短還原時間以提高生產效率。
[0028]2)還原室為一段式反應器，無預熱區及冷卻區，可達到的效果有:
[0029]a、可實現還原過程溫度場均勻、還原室空間密閉、還原性氣氛均勻一致，工況穩定，提尚還原廣品的整體質量；
[0030]b、可實現還原溫度可調、可控，提高還原產品金屬化率，可使產品金屬化率達90%以上。
[0031]3)含金屬原料和還原劑粉料在還原室中處于分散、均勻分布的狀態，可達到的效果有:
[0032]a、還原劑和含金屬原料充分接觸，提高還原效率；
[0033]b、含金屬原料處于疏松狀態的還原劑粉料中，能充分消除還原過程中粒狀原料的膨脹作用，整體物料對還原室大墻無應力作用，延長還原室大墻壽命。
[0034]4)出料端的粒狀高金屬化率的產品呈獨立、均勻、無粉化狀態，并且還原產品顆粒之間、產品與還原室內壁之間不粘結，簡化了還原產品的后道篩分、成型等工序，降低了成本及能耗。
[0035]5)還原室工況穩定，形狀規則，大墻采用簡易形狀的普通耐火材料砌筑即可，整體構造簡單，壽命長，一代爐齡可達20年以上。
[0036]6)可通過調節燃燒室溫度來控制還原室溫度，因此，該還原工藝可實現多種不同金屬原料的直接還原，可處理金屬原料范圍廣。
[0037]7)還原劑粉料僅作還原劑使用，無需作燃料使用，因此還原劑選擇范圍廣。
[0038]8)提供燃燒室的燃料僅作為燃燒提供熱量，無需作為還原劑使用，因此燃料選擇范圍廣。
[0039]9)還原室和燃燒室為多單元組合式，可實現在線檢修，對全廠生產影響較小。
[0040]10)還原室為窄長空間，因此單個還原室的可設計得較大，并且還原室與燃燒室為模塊化組合，還原室的數量可根據產量需要調整，單爐產量可達200萬噸/年以上。
[0041]11)燃燒室流出的高溫煙氣采用高溫熱交換器進行熱量回收，預熱進入燃燒室的低溫燃氣和助燃空氣，可提高還原爐系統熱效率。
[0042]12)還原室產生的還原性氣體返回至燃燒室再利用，這部分還原性氣體具有較高的熱值。
[0043]13)還原室的布料和出料方式靈活，可采取頂部或側部進料，側部或底部出料，生產操作方便，可提高場地的適用性，便于還原爐的新建或改造。
【附圖說明】
[0044]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0045]圖1為本發明QDF直接還原工藝流程圖；
[0046]圖2a為本發明QDF直接工藝所采用的還原裝置實施方式一的俯視圖；
[0047]圖2b為本發明QDF直接工藝所采用的還原裝置實施方式二的俯視圖。
【具體實施方式】
[0048]為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的