一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂及其制备方法，其覆盖剂包括铸造砂、生石灰、纯碱和水泥，铸造砂、生石灰、纯碱重量比为70～90:20～5:10～5，所述水泥的重量为铸造砂、生石灰、纯碱总重量的0.5～1%。在制备时将铸造砂、生石灰和纯碱按比例配料、混合；再按比例加入水泥混合均匀；最后采用圆盘造球工艺制成直径为2～5mm的颗粒。本发明解决了现有铁矿石在隧道窑直接还原过程中，还原物料采用盖面煤炭保护存在的盖面煤炭消耗速度快、保护时间短、还原物料表面产生二次氧化、还原物料软熔粘结的技术问题，能通过覆盖剂高温软熔产生的保护作用，达到提高还原气氛浓度、实现“变压”加速还原及高温还原物料不产生二次氧化的目的。

权利要求

1.一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂，其特征在于：由铸造砂、生石灰、纯碱和水泥组成，所述铸造砂、生石灰、纯碱重量比为70～90: 20～5: 10～5，所述水泥的重量为铸造砂、生石灰、纯碱总重量的0.5～1%。

2.根据权利要求1所述的一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂，其特征在于：所述铸造砂的粒度为1mm以下。

3.根据权利要求1所述的一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂，其特征在于：所述生石灰的粒度为1mm以下。

4.根据权利要求1所述的一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂，其特征在于：所述纯碱的粒度为1mm以下。

5.一种如权利要求1所述的铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：A、将铸造砂、生石灰和纯碱按重量比70～90: 20～5: 10～5配料、混合；

B、再加入重量为铸造砂、生石灰和纯碱混合物料总重量0.5～1%的水泥混合均匀；

C、采用圆盘造球工艺制成颗粒。

6.根据权利要求5所述的一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂的制备方法，其特征在于：所述步骤C中采用圆盘造球工艺制成直径为2～5mm的颗粒。

说明书

一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于矿物及冶金技术领域，具体涉及一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 在铁矿石隧道窑直接还原中，一般采用煤基还原工艺进行铁矿石的还原。铁矿石在高温下与还原煤直接接触发生还原反应同时放出CO2气体，CO2与还原煤接触发生碳气化反应而生成CO，CO又与铁矿石发生还原反应而放出CO2，这样在铁矿石内部只要有还原煤存在，铁矿石的直接还原反应就可持续下去。因此，在铁矿石煤基直接还原中不断有CO和CO2气体产生。对于隧道窑中下层还原物料来说，还原产生气体在从铁矿石内部向外排出过程中，可有效防止还原物料的二次氧化，但对于隧道窑上层还原物料来说，炉气中含有的氧化性气氛可使还原物料表面产生二次氧化。

[0003] 为防止铁矿石隧道窑表层高温还原物料产生二次氧化，生产中一般采取在还原物料表层覆盖一层煤炭，盖面煤炭在隧道窑内加热及升温过程中，当温度升高到350℃以上开始析出挥发分，800℃以上与CO2发生碳气化反应，煤炭干馏及气化所产生的含有CO及H2的气体，可使煤炭料层内呈现还原性气氛，减少了炉气中的氧化性气氛与还原物料直接接触。同时，铁矿石在还原产生的CO2在从物料内部排出过程中经过盖面煤炭时，盖面煤炭产生碳气化反应而放出CO气体，CO气体可提高铁矿石的还原气氛浓度，从而防止了还原物料的二次氧化。

[0004] 当铁矿石直接还原采用盖面煤炭时，存在的主要问题有：

[0005] （1）盖面煤炭在隧道窑内加热升温过程中，其高温气化速度较快，一般为使盖面煤炭在铁矿石直接还原后期不产生二次氧化，需要在还原物料表面覆盖较厚的煤层，增加了铁矿石加热中的传热热阻，降低了还原温度，延长了还原时间。

[0006] （2）当铁矿石直接还原盖面煤炭厚度选择为10mm左右时，铁矿石在还原后期表面的盖面煤炭可消耗完毕，盖面煤炭消耗后形成的灰分层在还原物料表层，对还原物料的保护是有限的，铁矿石在隧道窑冷却段冷却中物料表层会产生二次氧化。

[0007] （3）还原物料表面的盖面煤炭消耗完毕后，还原物料直接与高温炉气进行接触，还原物料在较高的加热温度下容易产生软熔及结块现象。

发明内容

[0008] 本发明的目的是为了解决现有铁矿石在隧道窑直接还原过程中，还原物料采用盖面煤炭保护存在的盖面煤炭消耗速度快、保护时间短、还原物料表面产生二次氧化、还原物料软熔粘结的技术问题，提供一种通过高温软熔产生保护作用，达到提高还原气氛浓度、实现“变压”加速还原及高温还原物料不产生二次氧化、还原物料始终保持在还原气氛中进行还原目的的铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂。

[0009] 本发明的另一个目的是为了提供一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂的制备方法。

[0010] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂，由铸造砂、生石灰、纯碱和水泥组成，所述铸造砂、生石灰、纯碱重量比为70～90: 20～5: 10～5，所述水泥的重量为铸造砂、生石灰、纯碱总重量的0.5～1%。

[0011] 进一步地，所述铸造砂的粒度为1mm以下。

[0012] 进一步地，所述生石灰的粒度为1mm以下。

[0013] 进一步地，所述纯碱的粒度为1mm以下。

[0014]  一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂的制备方法，该方法包括以下步骤：A、将铸造砂、生石灰和纯碱按重量比70～90: 20～5: 10～5配料、混合；

[0015] B、再加入重量为铸造砂、生石灰和纯碱混合物料总重量0.5～1%的水泥混合均匀；

[0016] C、采用圆盘造球工艺制成颗粒。

[0017] 进一步地，所述步骤C中采用圆盘造球工艺制成直径为2～5mm的颗粒。

[0018] 本发明相对现有技术具有以下有益效果：本发明的铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂在使用时平铺在隧道窑窑车物料表面，窑车在隧道窑内加热及升温过程中，当焙烧温度为1200℃以下时，覆盖剂呈现固体颗粒状，可强化覆盖剂内部的辐射传热；但当焙烧温度达到1250℃时，覆盖剂开始软熔并粘结成片，粘稠软熔物料覆盖在还原物料表面，可有效阻止炉气中的氧化性气氛对还原物料的氧化。同时，在铁矿石还原中期，铁矿石还原过程中会产生的还原气体量较多，当料层内还原气体的压力升高到一定程度时，还原气体就穿过粘稠软熔料层而进入到炉膛空间内；在铁矿石还原后期，铁矿石还原产生的气体量减少，料层内部的气压降低，当料层内气压降低到不能穿过粘稠软熔物料时，粘稠软熔料层上的气孔就会“愈合”，限制了还原气体从物料内部的排出，此时还原物料内部气压又开始升高，当物料内部气压再升高到某一临界值时，粘稠软熔料层会再次被还原气体冲破而排出还原气体，使还原物料内气压降低。还原气体的这种周期性“变压”放出方式，可增强铁矿石直接还原过程中气体的扩散、吸附及还原产物的脱附速度，提高了铁矿石直接还原的反应速度。在铁矿石还原物料的冷却过程中，当物料温度降低到1150℃以下时，粘稠软熔料层凝结为致密的玻璃相硬壳，可有效隔绝氧化性气氛进入到还原物料内，防止高温还原物料产生二次氧化。也就是说，本发明铁矿石在隧道窑直接还原前，在铁矿石表面铺设一层粒状覆盖剂，覆盖剂在隧道窑内加热及升温过程中，在隧道窑低温带呈现粒状物料，有利于铁矿石的辐射传热；在隧道窑高温带覆盖剂呈现粘稠软熔状，粘稠软熔物料覆盖在还原物料表面，可使高温还原物料在不产生软熔及二次氧化的情况下，达到提高铁矿石还原气氛浓度和还原质量的目的，解决高温直接还原物料冷却段喷雾冷却氧化的问题。

具体实施方式

[0019] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

[0020] 实施例1

[0021] 一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂，由粒度为1mm以下的铸造砂、粒度为1mm以下的生石灰、粒度为1mm以下的纯碱、水泥组成，其中各组分重量份数为：铸造砂70份、生石灰20份、纯碱10份、水泥0.5份。

[0022] 实施例2

[0023] 一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂，由粒度为1mm以下的铸造砂、粒度为1mm以下的生石灰、粒度为1mm以下的纯碱、水泥组成，其中各组分重量份数为：铸造砂90份、生石灰5份、纯碱5份、水泥1份。

[0024] 实施例3

[0025] 一种铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂，由粒度为1mm以下的铸造砂、粒度为1mm以下的生石灰、粒度为1mm以下的纯碱、水泥组成，其中各组分重量份数为：铸造砂80份、生石灰12.5份、纯碱7.5份、水泥0.8份。

[0026] 将以上各实施例的铁矿石隧道窑直接还原防氧化覆盖剂用于铁矿石隧道窑直接还原过程进行说明。

[0027] 1、物料的选择

[0028] 铁矿石选择粒度为15mm以下的难选低品位铁矿石，其铁品位28～35%，SiO2含量20～48%；铸造砂选择SiO2含量为85～95%的物料；生石灰选择CaO含量为85～95%的物料；纯碱选择Na2CO3含量为85～90%的物料。

[0029]  2、覆盖剂的制备

[0030] 将粒度为1mm以下的铸造砂、粒度为1mm以下的生石灰和粒度为1mm以下的纯碱按各组分重量份数配料、混合；再按重量份数加入水泥混合均匀；采用圆盘造球工艺制成直径为2～5mm的颗粒。

[0031] 3、还原混合物料的制备

[0032] 将粒度为15mm以下的铁矿石采用机械筛进行粒度分级，得到粒度为5mm以下的铁矿石和粒度为5～15mm的铁矿石。

[0033] 将粒度为5mm以下的铁矿石与粒度为5mm以下的还原煤按照75～85：15～25的比例配料、混合后得到粒度为5mm以下的还原混合物料；将粒度为5～15mm的铁矿石与粒度为5～15mm的还原煤按照70～80：20～30的比例配料、混合后得到粒度为5～15mm的还原混合物料。

[0034] 4、隧道窑窑车布料

[0035] 在隧道窑窑车上铺设一层厚度为8～12mm的铺底煤后，将粒度为5mm以下的还原混合物料铺设在窑车铺底煤上面，铺设高度为50～60mm，再在粒度为5mm的还原混合物料上面铺设一层高度为70～80mm的粒度为5～15mm的还原混合物料。

[0036]  5、覆盖剂铺设

[0037] 还原混合物料在隧道窑窑车上布料后，在还原混合物料表面覆盖一层粒度为2～5mm、厚度为10～25mm的覆盖剂。

[0038] 6、覆盖剂在隧道窑内对还原物料的保护

[0039] 覆盖剂在隧道窑内，当焙烧温度为1200℃以下时，覆盖剂呈现固体颗粒状；但当焙烧温度达到1250℃时，覆盖剂开始软熔并粘结成片，粘稠软熔料层覆盖在还原物料的表面。同时，在铁矿石还原中期，铁矿石还原会产生较多的还原气体，当料层内还原气体压力升高到一定程度时，还原气体就穿过粘稠软熔料层进入到炉膛空间内；在铁矿石还原后期，铁矿石还原产生的气体量减少，料层内部的气压降低，当料层内气压降低到不能穿过粘稠软熔料层时，粘稠软熔料层上的气孔就会“愈合”，限制了还原气体从物料内部排出，此时还原物料内部气压又开始升高，当物料内部气压再升高到某一临界值时，粘稠软熔料层会再次被还原气体冲破而排出还原气体，使还原物料内气压降低。在铁矿石还原物料冷却过程中，当物料温度降低到1150℃以下时，粘稠软熔料层凝结为致密的玻璃相硬壳，厚度为5～10mm，可隔绝氧化性气氛进入到还原物料内，防止高温还原物料产生二次氧化。

[0040] 本发明覆盖剂的适用范围可从铁矿石延伸到冶金尘泥、有色冶炼渣等；还原窑炉可从隧道窑扩展到车底式炉、间歇式炉。