一種利用甲醇直接還原球團礦的工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種球團鐵礦石的甲醇還原工藝，具體設及甲醇與氨氣混合氣體還原 球團礦的工藝。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著鋼鐵工業的迅速發展，鋼鐵行業的總能耗、溫室氣體和各類污染物的 排放、鐵礦石、焦炭資源的日益匿乏越來越受到社會各界的關注，加快冶金行業循環經濟發 展進程，促進節能減排新理論、新方法、新技術、新工藝、新材料和新裝備的發展，已是鋼鐵 行業的大勢所趨和必然選擇。球團礦的直接還原工藝作為一項非高爐煉鐵工藝，是近代煉 鐵技術中重要的工藝流程。氣基直接還原鐵工藝是當前直接還原工藝的主要方向，氣基直 接還原是指在礦石尚未烙化溫度下，采用氣體對礦粉進行還原，直接將鐵氧化物還原成金 屬鐵的工藝方法。常見的氣基還原性氣體為:也、C0等。
[0003] 氨氣作為高能燃料、還原性氣體、用于氨-碳烙融還原煉鐵、氨還原高爐煉鐵等冶 金領域，是清潔、高效提取冶金技術的重要發展方向，不僅可W從根本上減少焦炭使用量， 降低C0油巧義，而且生鐵產品具備低碳、憐、硫含量等優點，在還原鐵氧化物的動力學和傳熱 方面具有明顯的優勢。然而，氨冶金技術面臨著諸多的問題，限制了其發展:首先氨還原鐵 氧化物為吸熱反應，氨氣在反應器中起到提供反應熱與還原劑的作用，然而氨氣作為物理 熱造成了氨能的利用率低;此外，氨還原鐵氧化物獲得產物活性大，高溫下易引起物料粘 結，導致嚴重后果，而低溫下又無法滿足還原要求;另外，鋼鐵生產規模巨大，氨氣的來源W 及如何解決低能耗低成本制氨成為了氨冶金所面臨的重要問題。
[0004] 設及碳還原的煉鐵流程是鋼鐵生產中C〇2的主要排放工序，直接和相關排放占鋼 鐵行業總排放量的90% W上。高的C0油巧義量使得基于氨還原的"氨冶金"日益受到廣泛關 注。因此，低碳還原技術能很好的解決W上問題，是目前利用氨能煉鐵，降低C0油巧義的可行 性方案。
[0005] 傳統的碳還原工藝需要天然氣作為還原氣源，其局限性十分明顯，需要具有特殊 的地域優勢，W煤制氣原理上固然可行，但其投資成本巨大。另外，流化床反應器中煤氣的 利用效率較低，使依靠純還原氣循環使用也是不經濟的。因此，開發非天然氣還原技術是一 個相對理想和經濟的選擇，開發出經濟、廉價、穩定的還原氣源是碳還原工業化的關鍵。
[0006] 故本發明設定氨氣氣體中混入部分由甲醇液體汽化產生的甲醇氣體，甲醇作為一 種有機醇類，其沸點較低，易于汽化，且可W在一定溫度下裂解生成氨氣W及一氧化碳等還 原性氣體，不但可W作為氨氣的來源之一，也可W提供部分碳源。實現低碳的氨還原，可降 低成本。同時，還原過程中再應用原位阻抗檢測系統，使得還原過程與電化學測試體系實現 了良好的禪合，從而及時反映出還原過程中的阻抗變化，通過阻抗的變化控制反應的進程， 安全可靠。
【發明內容】
[0007]本發明的目的之一是提供一種針對氨氣還原球團礦，采用部分甲醇代替氨氣，實 現低碳還原的直接還原工藝，W解決現有球團礦直接還原工藝的不足，不僅可降低成本，具 有良好的經濟性；目的之二是還原過程采用原位電化學阻抗檢測，既能將電化學與非高爐 煉鐵相結合，又能及時反映球團礦阻抗變化，操作工藝簡單，實用價值大。
[000引本發明是通過W下技術方案實現的：一種利用甲醇直接還原球團礦的工藝，包括 W下步驟:該工藝首先將甲醇液體汽化，再通入一定壓力的氮氣，氮氣將甲醇氣體帶出與氨 氣發生器所產的氨氣按照合適的比例均勻混合，再將混合氣體通入至已升溫達還原溫度的 高溫管式爐內，與加工改造過的球團礦進行高溫下的還原反應，每隔20min檢測還原過程中 球團的阻抗變化，待球團阻抗值穩定后，停止供氣，待溫度降至室溫，得到的還原產物為Fe 或化3C，取還原后的球團礦表層粉末若干，用研鉢研磨經篩選后，取一定量進行XRD分析。
[0009] 進一步，所述氨氣同氮氣甲醇混合氣體的比例介于1:9到9:1之間。
[0010] 進一步提供氮氣的壓力為5-13MPa。
[0011] 進一步，所述球團礦改造工藝如下:將待還原球團礦打磨出兩個平面，并在兩個平 面上打出兩孔，稱取質量記錄下來，在兩孔內梓入螺釘，螺釘連接兩導線，然后，將球團礦置 于瓷舟內，放入管式爐的剛玉管內，用爐鉤推瓷舟到剛玉管的中屯、位置，將氧化侶爐塞置于 合適位置，保持兩導線不接觸，從一端引出，連接于VMP-2電化學工作站。
[0012] 進一步，所述甲醇液體汽化的工藝為：采用恒溫磁力攬拌器將甲醇液體加熱至溫 度為67-80°C，甲醇液體汽化。
[0013] 進一步，所述氨氣采用氨氣發生器電解水制取，氨氣產生的流量在10-500ml/min 之間。
[0014] 進一步，所還原溫度為750-900°C。
[0015] 進一步，所述電化學測試系統采用VMP-2電化學工作站，ΚΞ電極體系進行交流阻 抗測試。
[0016] 本發明的另一目的是提供上述還原工藝的還原裝置，該裝置包括:氮氣瓶、1號流 量計、氨氣發生器、2號流量計、甲醇汽化裝置、3號流量計、混氣閥、4號流量計、管式氣氛爐 和VMP-2電化學工作站；
[0017] 其中，所述氨氣發生器通過2號流量計與所述混氣閥一端連通，所述氮氣瓶通過1 號流量計與所述甲醇汽化裝置的一端連通，所述甲醇汽化裝置的另一端通過所述3號流量 計與所述混氣閥一端連通，所述混氣閥的另一端通過4號流量計與管式氣氛爐的進氣口連 通，所述VMP-2電化學工作站通過線纜與所述管式氣氛爐數據連接。
[0018] 進一步，所述甲醇汽化裝置由恒溫磁力攬拌器和密封容器組成。
[0019] 本發明開發了一種利用甲醇還原球團礦的直接還原工藝，該工藝首先將甲醇液體 汽化，再通入一定壓力的氮氣，氮氣將甲醇氣體帶出與氨氣發生器所產的氨氣按照合適的 比例均勻混合，再將混合氣體通入至已升溫達750-900°C的高溫管式爐內，與加工改造過的 球團礦進行高溫下的還原反應，還原時間則根據球團礦的質量控制，固定于球團礦兩側的 導線與電化學工作站相連，進而實現原位檢測球團礦的阻抗變化。
[0020] 本發明優點：
[0021] 本發明的優點在于W氨氣發生器制氨，可采用核電、水電、風力及地熱等可再生能 源轉化電能制氨;能W甲醇代替部分氨氣，降低氨氣還原球團礦過程中氨氣使用比例，實現 低碳還原;能實現原位檢測，實現了及時監控還原阻抗的變化。
[0022] 本發明采用甲醇汽化后在高溫下裂解產生的C0和出作為還原性氣體，工藝簡單， 投資、消耗較少。同時，采用甲醇液體加熱汽化的方式可W通過添加甲醇量而及時補充所需 的還原性氣體，工序方便簡易，可實現徹底的還原。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明所述的一種利用甲醇直接還原球團礦的工藝，W及還原時所應用到 的原位阻抗檢測系統示意圖。
[0024] 圖2為球團礦改造加工的接線圖。
[0025] 圖3為球團礦通氨氣、甲醇后的阻抗值及變化曲線。
[0026] 圖4為球團礦通氨還原后的X畑曲線。
[0027] 圖5為球團礦通氨、甲醇還原后的X畑曲線。
[00%]圖6為本發明一種利用甲醇還原球團礦的直接還原工藝流程圖。
[0029] 圖中：1、氮氣瓶;2、1號流量計;3、氨氣發生器;4、2號流量計;5、甲醇汽化裝置;6、3 號流量計;7、混氣閥;8、4號流量計;9、管式氣氛爐；10、電化學工作站;11、螺絲;12球團礦。
【具體實施方式】
[0030] 為了更好的了解本發明的內容、特點、優勢，W下結合附圖和實例對本發明工藝進 行詳細的說明，具體內容如下：
[0031] 實施例1:
[0032] 結合圖1和圖2,本實施例的一種利用甲醇直接還原球團礦的工藝系統由氮氣瓶1、 1號流量計2、氨氣發生器3、2號流量計4、甲醇汽化裝置5、3號流量計6、混氣閥7、4號流量計 8、管式氣氛爐9和阻抗檢測系統等組成。
[0033] 將球團礦打磨出兩個平面，并在兩個平面上打出兩孔，稱取質量記為3.659g，在兩 孔內梓入螺釘，螺釘連接兩導線。然后，將球團礦置于瓷舟內，放入管式爐的剛玉管內，用爐 鉤推瓷舟到剛玉管