本發(fā)明屬于化工領域，具體地，涉及一種鐵精粉低溫快速還原方法及實施該方法的裝置。

背景技術：

目前，占據(jù)主導地位的高爐煉鐵工藝必須經(jīng)過燒結和焦化等一系列前期工序，往往伴隨著嚴重的污染。同時，這種工藝也不適合處理釩鈦磁鐵礦等復雜伴生礦，產(chǎn)生大量的含鈦高爐渣造成嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。非高爐煉鐵工藝，尤其是氣基直接還原技術越來越受到重視。目前鐵礦石的氣基直接還原主要是流化床和豎爐還原，它們都以高品位鐵礦石(TFe70％以上)為原料，將天然氣經(jīng)過催化重整獲得CO+H₂含量不低于95％的人造還原氣，對高品位鐵礦石進行直接還原，最終產(chǎn)物為金屬化球團，進一步處理后得到TFe95％以上的海綿鐵或熱壓塊鐵。

然而，當前鐵礦石直接還原用氣基豎爐的還原時間較長，達到4-6小時。流化床雖然還原效率很高，但往往采用多級(兩級以上)流化床，所需的配套設備相當復雜而且操作要求高。另外，現(xiàn)有的豎爐或流化床氣基直接還原主要以天然氣作為原料。我國煤炭資源豐富而天然氣資源嚴重短缺的國情也是鐵礦石氣基直接還原工藝獲得進一步發(fā)展的嚴重障礙。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出利用低階煤熱解產(chǎn)生的還原性氣體實現(xiàn)細磨鐵礦石精粉的快速還原，擺脫對天然氣的嚴重依賴，同時大大提高鐵礦石的直接還原效率。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種鐵精粉低溫快速還原方法，包括以下步驟：

1)將鐵精粉細磨成細粉；

2)將步驟1)中得到的鐵精粉細粉與低階煤充分混合；

3)將步驟2)中得到的混合物加入熱解爐頂部的料倉中并蓋好倉蓋；

4)向熱解爐中通入N₂，控制N₂的流量并開始加熱；

5)在熱解爐內溫度達到800℃-1000℃后開始將料倉中的混合物以均勻的速率加入到熱解爐內進行快速還原，得到半焦和金屬化鐵精粉的混合物。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟1)中細粉的粒徑在10μm-25μm占90％以上。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該方法進一步包括步驟6)在加料結束后停止加熱，保持N₂的流量直到熱解爐內的溫度降至300℃以下后，關閉N₂冷卻至室溫，在熱解爐底部取出產(chǎn)物。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，低階煤的粒徑為0.1mm-1.0mm。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟2)中鐵精粉細粉和低階煤按照質量比1:2-1:8的比例充分混合10min-40min。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟4)中N₂的流量為1L/min-10L/min。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟5)中均勻的速率為20g/min-50g/min。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種采用上述方法還原鐵精粉的低溫快速還原裝置，該裝置包括：

熱解爐，熱解爐從上而下設置有料倉、加料管、爐體和半焦收集倉，熱解爐具有氣體進口和出口，氣體進口用于通入N₂，出口與管道相連；

收塵罐，收塵罐具有進口和出口，收塵罐的進口與熱解爐的出口通過管道相連；

焦油罐，焦油罐具有進口和出口，焦油罐的進口與收塵罐的出口通過管道相連；以及

水罐，水罐具有進口和出口，水罐的進口與焦油罐的出口通過管道相連，所述水罐的出口用于尾氣處理。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，熱解爐的氣體進口和出口分別設置在爐體的兩側。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，管道為排氣管道。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，尾氣的成分為CO、CH₄和H₂。

通過采用上述技術方案，本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明將煤的熱解與鐵精粉的還原這兩個步驟在同一個反應器中同步完成，與鐵礦石的流化床和豎爐氣基直接還原技術相比，不需要天然氣為氣源，也不需要人造還原氣(CO+H₂)制備和預處理的配套設備，尾氣中的CO、CH₄和H₂的含量也相當高，還可以作為還原氣循環(huán)使用或供它用。因此，本發(fā)明既可以顯著縮短鐵礦石氣基直接還原的工藝流程并提高生產(chǎn)效率，又能夠充分發(fā)揮我國煤炭資源豐富的優(yōu)勢，擺脫對天然氣的依賴，一舉多得。

附圖說明

圖1是按照本發(fā)明的實施例的鐵精粉低溫快速還原方法的流程示意圖；

圖2是按照本發(fā)明的實施例的鐵精粉低溫快速還原裝置的結構示意圖。

附圖標記說明

1熱解爐、11料倉、12加料管、13爐體、14半焦收集倉、2收塵罐、3焦油罐、4水罐、5排氣管道。

具體實施方式

應當理解，在示例性實施例中所示的本發(fā)明的實施例僅是說明性的。雖然在本發(fā)明中僅對少數(shù)實施例進行了詳細描述，但本領域技術人員很容易領會在未實質脫離本發(fā)明主題的教導情況下，多種修改是可行的。相應地，所有這樣的修改都應當被包括在本發(fā)明的范圍內。在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下，可以對以下示例性實施例的設計、操作條件和參數(shù)等做出其他的替換、修改、變化和刪減。

參照圖1，本發(fā)明利用低階煤(包括褐煤、長焰煤等揮發(fā)分較高的煤種)的快速熱解產(chǎn)生的還原性氣體(H₂、CH₄和CO等)將細磨的鐵精粉快速還原。該方法包括鐵精粉的細磨和粒煤的制備、混料和快速熱解-還原三個步驟，所用的反應器是煤快速熱解爐。該方法的步驟包括：將鐵精粉細磨至粒徑在10μm-25μm的細粉占90％以上；將得到的鐵精粉細粉與粒徑為0.1mm-1.0mm的低階煤按質量比1:2-1:8的比例充分混合10min-40min；將混合物加入熱解爐頂部的料倉中并蓋好倉蓋，在整個裝置的氣密性檢驗合格后，向熱解爐中通入N₂，將N₂的流量控制在1L/min-10L/min并開始加熱；在熱解爐內溫度達到800℃-1000℃后開始將料倉中的混合物以20g/min-50g/min速率加入到熱解爐內進行快速還原，得到半焦和金屬化鐵精粉的混合物；在加料結束5min-10min后停止加熱，保持N₂的流量直到熱解爐內的溫度降至300℃以下后，關閉N₂冷卻至室溫，在熱解爐底部取出產(chǎn)物。

另外，參照圖2，本發(fā)明還提供一種采用上述方法還原鐵精粉的低溫快速還原裝置，該裝置包括：

熱解爐1，熱解爐1從上而下設置有料倉11、加料管12、爐體13和半焦收集倉14，熱解爐1具有氣體進口和出口，氣體進口用于通入N₂，出口與管道相連；

收塵罐2，收塵罐具有進口和出口，收塵罐2的進口與熱解爐1的出口通過管道相連；

焦油罐3，焦油罐3具有進口和出口，焦油罐3的進口與收塵罐2的出口通過管道相連；以及

水罐4，水罐4具有進口和出口，水罐4的進口與焦油罐3的出口通過管道相連，所述水罐4的出口用于尾氣處理，例如點燃。

在上述裝置中，熱解爐1的氣體進口和出口分別設置在爐體13的兩側。

在上述裝置中，管道為排氣管道5。

在上述裝置中，尾氣的成分為CO、CH₄和H₂。

下面參照具體實施例，對本發(fā)明進行說明。

實施例1

如圖1-2所示，將鐵精粉細磨至粒徑在25μm的細粉占90％，將得到的鐵精粉細粉與粒徑為0.3mm的徐礦集團的低階煤按質量比1:8的比例充分混合20min后，裝入熱解爐1頂部的料倉11中并蓋好倉蓋。在整個裝置的氣密性檢驗合格后，向熱解爐1中通入N₂，將N₂的流量控制在5L/min并開始加熱。在熱解爐1內溫度達到900℃后開始將料倉11中的混合物以30g/min速率加入到熱解爐1內并同時將經(jīng)過收塵罐2、焦油罐3和水罐4處理后的尾氣點燃，熱解爐1內混合物進行快速還原，從而得到半焦和金屬化鐵精粉的混合物。在加料結束5min后停止加熱，保持N₂的流量直到熱解爐1內的溫度降至300℃以下后，關閉N₂冷卻至室溫，在熱解爐1底部取出產(chǎn)物。

采用上述技術方案的金屬化率達到78.22％。

實施例2

如圖1-2所示，將鐵精粉細磨至粒徑在25μm的細粉占95％，將得到的鐵精粉細粉與粒徑為0.1mm的徐礦集團的低階煤按質量比1:4的比例充分混合20min后，裝入熱解爐1頂部的料倉11中并蓋好倉蓋。在整個裝置的氣密性檢驗合格后，向熱解爐1中通入N₂，將N₂的流量控制在5L/min并開始加熱。在熱解爐1內溫度達到900℃后開始將料倉11中的混合物以30g/min速率加入到熱解爐1內并同時將經(jīng)過收塵罐2、焦油罐3和水罐4處理后的尾氣點燃，熱解爐1內混合物進行快速還原，從而得到半焦和金屬化鐵精粉的混合物。在加料結束5min后停止加熱，保持N₂的流量直到熱解爐1內的溫度降至300℃以下后，關閉N₂冷卻至室溫，在熱解爐1底部取出產(chǎn)物。

采用上述技術方案的金屬化率達到88.75％。

實施例3

如圖1-2所示，將鐵精粉細磨至粒徑在10μm的細粉占98％，將得到的鐵精粉細粉與粒徑為1.0mm的徐礦集團的低階煤按質量比1:3的比例充分混合20min后，裝入熱解爐1頂部的料倉11中并蓋好倉蓋。在整個裝置的氣密性檢驗合格后，向熱解爐1中通入N₂，將N₂的流量控制在2L/min并開始加熱。在熱解爐1內溫度達到900℃后開始將料倉11中的混合物以20g/min速率加入到熱解爐1內并同時將經(jīng)過收塵罐2、焦油罐3和水罐處理后的尾氣點燃，熱解爐1內混合物進行快速還原，從而得到半焦和金屬化鐵精粉的混合物。在加料結束5min后停止加熱，保持N₂的流量直到熱解爐1內的溫度降至300℃以下后，關閉N₂冷卻至室溫，在熱解爐1底部取出產(chǎn)物。

采用上述技術方案的金屬化率達到64.57％。

實施例4

如圖1-2所示，將鐵精粉細磨至粒徑在10μm的細粉占100％，將得到的鐵精粉細粉與粒徑為0.5mm的徐礦集團的低階煤按質量比1:2的比例充分混合20min后，裝入熱解爐1頂部的料倉11中并蓋好倉蓋。在整個裝置的氣密性檢驗合格后，向熱解爐1中通入N₂，將N₂的流量控制在2L/min并開始加熱。在熱解爐1內溫度達到900℃后開始將料倉11中的混合物以20g/min速率加入到熱解爐1內并同時將經(jīng)過收塵罐2、焦油罐3和水罐4處理后的尾氣點燃，熱解爐1內混合物進行快速還原，從而得到半焦和金屬化鐵精粉的混合物。在加料結束5min后停止加熱，保持N₂的流量直到熱解爐1內的溫度降至300℃以下后，關閉N₂冷卻至室溫，在熱解爐1底部取出產(chǎn)物。

采用上述技術方案的金屬化率達到44.44％。

實施例5

如圖1-2所示，將鐵精粉細磨至粒徑在20μm的細粉占95％，將得到的鐵精粉細粉與粒徑為0.8mm的徐礦集團的低階煤按質量比1:6的比例充分混合40min后，裝入熱解爐1頂部的料倉11中并蓋好倉蓋。在整個裝置的氣密性檢驗合格后，向熱解爐1中通入N₂，將N₂的流量控制在1L/min并開始加熱。在熱解爐1內溫度達到1000℃后開始將料倉11中的混合物以50g/min速率加入到熱解爐1內并同時將經(jīng)過收塵罐2、焦油罐3和水罐4處理后的尾氣點燃，熱解爐1內混合物進行快速還原，從而得到半焦和金屬化鐵精粉的混合物。在加料結束8min后停止加熱，保持N₂的流量直到熱解爐1內的溫度降至300℃以下后，關閉N₂冷卻至室溫，在熱解爐1底部取出產(chǎn)物。

采用上述技術方案的金屬化率達到79.26％。

實施例6

如圖1-2所示，將鐵精粉細磨至粒徑在15μm的細粉占92％以上，將得到的鐵精粉細粉與粒徑為0.6mm的徐礦集團的低階煤按質量比1:5的比例充分混合35min后，裝入熱解爐1頂部的料倉11中并蓋好倉蓋。在整個裝置的氣密性檢驗合格后，向熱解爐1中通入N₂，將N₂的流量控制在10L/min并開始加熱。在熱解爐1內溫度達到800℃后開始將料倉11中的混合物以45g/min速率加入到熱解爐1內并同時將經(jīng)過收塵罐2、焦油罐3和水罐4處理后的尾氣點燃，熱解爐1內混合物進行快速還原，從而得到半焦和金屬化鐵精粉的混合物。在加料結束10min后停止加熱，保持N₂的流量直到熱解爐1內的溫度降至300℃以下后，關閉N₂冷卻至室溫，在熱解爐1底部取出產(chǎn)物。

采用上述技術方案的金屬化率達到81.29％。

從上述實施例1-6可以看出，本發(fā)明利用低階煤熱解產(chǎn)生的還原性氣體實現(xiàn)細磨鐵礦石精粉的快速還原，擺脫對天然氣的嚴重依賴，同時大大提高鐵礦石的直接還原效率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(fā)明權利要求的保護范圍當中。