直接还原铁的生产工艺及装置
专利汇可以提供直接还原铁的生产工艺及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种将含 铁 原料在固态下 直接还原 为金属铁的工艺及装置。其特征是以铁的 氧 化物料为原料，以烟 煤 等为还原剂，以石灰等为固硫剂，以煤为 燃料 ，以果壳为添加剂，将分料器C置于反应罐B中，分别将散状的铁矿料加入扇形的孔中，而将混合料加入反应罐的余下部分，在罐内分别形成混合料柱C1和铁矿料柱C2，由顶推车将反应罐B推入外加热室式 隧道窑 内进行还原反应， 温度 为950±20℃，还原时间30-38小时。，下面是直接还原铁的生产工艺及装置专利的具体信息内容。
1、一种直接还原铁的生产方法，采用铁的氧化物作为主要原料， 其特征在于采用以下工艺步骤：
A、选料加工
①以铁原矿或铁精矿或有色选矿的含铁尾矿或轧钢氧化铁皮等 铁的氧化物料或上述物料的两种以上混合物为原料，原料粒度≤40 目，含水量＜5％；
②以烟煤或无烟煤或次烟煤或褐煤为还原剂，其固定碳≥50％， 挥发成分20-30％，灰份＜15％，颗粒直径≤4毫米；
③以石灰或石灰石或白云石为固硫剂，其粒度≤20目；
④以煤为燃料，其发热值≥5000大卡；
⑤以果壳为添加剂，并将其加工成直径≤4毫米的颗粒；
B、配料装罐
①原料、还原剂、固硫剂按化学反应当量确定配料比，其中 还原剂过量30-40％，固硫剂过量10-20％，
②还原剂、固硫剂、添加剂按配料比均匀混合好，先在反应 罐B的底部加入2厘米厚的混合料，然后在混合料的上部加盖一圆形 的纸质材料，分别将粉状的铁矿料和混合料加入反应罐中并使之成为 相间的柱状C1、C2，且铁矿料与反应罐内壁不接触，将反应罐的顶 部再用混合料加满，盖上钵盖(B3)，并将钵底(B1)、钵体(B2) 及钵盖(B3)的接触处用耐火泥封好；
C、连续生产
将装好料的反应罐B分层堆放在窑车(2)上，由卷扬机(5) 带动，推至拖车(4)的位置，再由拖车(4)拉到顶推车(3)的 位置，由顶推车(3)推入隧道窑(1)内进行还原反应，还原温度 950±20℃，还原时间30-38小时，反应完毕后窑车(2) 被推出隧道窑，卸完罐的窑车(2)又可返回装车平台(6)装车；
D、清理与回收
由窑车上卸下的反应罐B温度已降至30℃左右，可直接把呈柱 状的产品取出，清理表面碳渣，即可得到直接还原铁产品，过量的还 原剂可回收作燃料。
2、根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于采用以下工艺 步骤：
①备料
采用含四氧化三铁的氧化铁块矿作原料，含铁品位68％，按以下 重量比配料(单位：公斤)
铁矿石 100
烟煤(燃料) 40
烟煤(还原剂) 90(过量30％，固定碳60％)
石灰(固硫剂) 5(过量20％)
果壳(添加剂) 0.1
将铁块矿破碎，直径为40目，还原剂颗粒为4毫米，含水量为 4％，将还原煤、固硫剂、添加剂均匀混合好，
②装罐
选用组合式反应罐10个，取钵盖、钵体组合成一反应罐钵，在 罐体底层先加2厘米混合料，放入一张直径与钵的内径相同的纸，再 将加料器C放入钵内，分别加入散状的原料，混合料，形成料柱后， 取出加料器，并用混合料将反应罐加满，盖上钵盖(B3)， 钵底、 钵体与钵盖接触处用耐火泥涂抹，
③连续生产
装好料的反应罐分层堆放在窑车上，被推进隧道窑内，还原温度 为950℃，还原时间为36小时，反应完毕的窑车被推出隧道窑， 冷却至室温，
④产品清理、回收
由窑车和卸下的反应罐温度已达30℃左右，可直接把呈柱状的 产品取出，清理表面碳渣，即可得到直接还原铁产品。
3、一种生产直接还原铁的装置，包括隧道窑(1)，隧道窑 (1)设有外加热室(A1)， 窑的下部设有内轨道(A3)并与外 输送轨道(7)连接形成一封闭的输送轨道，并配有卷扬机(5)， 拖车(4)及推车(3)；反应罐B是用耐火材料制成的圆柱形匣 钵，由钵底(B1)，钵体(B2)，钵盖(B3)组成，钵底与钵体 的底部相嵌，分料器C为一圆筒形，其直径比反应罐内径小，圆筒内 设有异形断面的隔板，隔板将圆筒分隔成4～8个圆点对称的扇形空柱， 用于装铁矿料，其余空间装混合料。
4、根据权利要求3所述的设备，其特征是反应罐钵体尺寸可为 φ220×310×20mm，钵底、钵盖尺寸为φ240×20mm。
本发明涉及直接还原法炼铁的技术领域，具体涉及一种将含铁原 料在固态下直接还原为金属铁的工艺及装置。
现有技术中，直接还原铁由于成分稳定，有害杂质碳、磷、硫含 量少，可作为炼钢的优质原料，也可替代废钢用作电炉冶炼优质钢、 特殊钢的原料。因此，世界各国都对此进行了研究开发，但是已有的 直接还原铁工艺，设备投资大，技术要求严，能量消耗高，尤其对原 料及辅料的质量要求苛刻，这些不足之处严重地妨碍了生产的发展。
本发明的目的是提供一种投资小、能耗低、适合连续生产，而且 选料范围宽，能直接将铁矿石、铁精矿、含铁尾矿、铁屑、废铁皮等 在固态下还原为金属铁的生产工艺及设备。
下面结合附图及附图所示的实施例，对本发明的内容作详细描述， 但本发明的内容不限于附图所示。
图1是本发明的工艺流程示意图；
图2是本发明生产工艺的温度—时间曲线示意图；
图3是组合式粘土质耐火匣钵B的结构示意图；
图4是粉状物料在反应罐中形成的料柱主视图；
图5是粉状物料在反应罐中形成的料柱俯视图；
图6是图1中的A-A剖视图。
隧道窑(1)，窑车(2)，顶推车(3)，拖车(4)，卷扬 机(5)，装车平台(6)，外输送轨道(7)、加热段(8)，还 原段(9)，冷却段(10)，钵底(B1)，钵体(B2)，钵盖 (B3)，混合料柱(C1)，铁矿料柱(C2)，外加热室(A1)， 已装料的反应罐(A2)，内轨道(A3)。
本发明的目的可以通过以下生产工艺来实现：
1、选料加工
①以铁原矿或铁精矿或有色选矿的含铁尾矿或轧钢氧化铁皮等 铁的氧化物料或上述物料的两种以上混合物为原料，原料粒度≤40 目，含水量＜5％；
②以烟煤或无烟煤或次烟煤或褐煤为还原剂，其固定碳≥50％， 挥发成分20-30％，灰份＜15％，颗粒直径≤4毫米；
③以石灰或石灰石或白云石为固硫剂，其粒度≤20目；
④以煤为燃料，其发热值≥5000大卡；
⑤以果壳为添加剂，并将其加工成直径≤4毫米的颗粒；
2、配料装罐
(1)根据原料、还原剂、固硫剂的化学成分按下列化学反应方 程式计算反应当量：
①还原剂的反应当量由下列化学方程式确定
Fe3O4+4CO＝3Fe+4CO2
C+CO2＝2CO
Fe2O3+3CO＝2Fe+3CO2
C+CO2＝2CO
FeO+CO＝Fe+CO2
C+CO2＝2CO2
②固硫剂的反应当量由下列化学方程式确定
Ca2++S＝CaS
Mg2++S＝MgS
注：化学方程式中的S是还原剂中的含硫量。
原料、还原剂、固硫剂按化学反应当量确定配料比，还原剂过量30 -40％，其中1-3％是添加剂的含碳量；固硫剂过量10-20％。
(2)还原剂、固硫剂、添加剂按配料比均匀混合好，先在反应 罐B的底部加入2厘米厚的混合料，然后在混合料的上部加盖一圆形 的纸质材料。分别将粉状的铁矿料和混合料加入反应罐中并使之成为 相间的柱状C1、C2，且铁矿料与反应罐内壁不接触，将反应罐的顶 部再用混合料加满，盖上钵盖(B3)，并将钵底(B1)、钵体 (B2)及钵盖(B3)的接触处用耐火泥封好。
3、连续生产
将装好料的反应罐B分层堆放在窑车(2)上，由卷扬机(5) 带动，推至垂直轨道A3，再由拖车(4)拉到预定位置，由顶推车 (3)推入隧道窑(1)内进行还原反应，还原温度950±20℃， 还原时间30-38小时，反应完毕后窑车被推出隧道窑，卸完罐的 空窑车(2)用于下一次装料，耐火反应罐匣体可连续使用7次以上， 在卸料场卸下已反应的反应罐，窑车(2)又可返回装车平台(6) 装车；
4、产品清理与还原剂的回收
由窑车上卸下的反应罐B温度已降至30℃左右，可直接把呈柱 状的产品取出，清理表面碳渣，即可得到直接还原铁产品。过量的还 原剂可回收作燃料。
为实现本发明的工艺过程，本发明的生产装置包括隧道窑(1)， 反应罐B和分料器C，隧道窑(1)设有外加热室(A1)，窑的下 部设有内轨道(A3)并与外输送轨道(7)连接并形成一封闭的输 送轨道，窑车(2)由卷扬机(5)带动，使之能在轨道上行走，在 窑头处设有一推车(3)，以使窑车(2)能垂直进入窑内，并配有 拖车(4)；反应罐B是用耐火材料制成的圆柱形匣钵，由钵底 (B1)，钵体(B2)，钵盖(B3)组成，反应罐钵体尺寸可为φ 220×310×20mm，钵底尺寸为φ240×20mm，钵底与钵体的底部相嵌 便于固定和搬动。分料器C为一圆筒形，其直径比反应罐内径小，圆 筒内设有隔板，隔板将圆筒分隔成4～8个圆点对称的扇形空柱，用于 装铁矿料，其余空间用于装混合料。
本发明与现有技术相比具有以下显著的优点：
1、设备简单，操作简便，能连续生产，可实现机械化；
2、本发明工艺合理，选料范围宽，能直接将铁矿石、铁精矿、 含铁尾矿、铁屑、废铁皮等在固态下还原为金属铁，获得质量稳定， 有害杂质少的炼钢优质原料，可替代废钢作为冶炼特种钢、优质钢的 原料，这对于控制钢的化学成分，缩短精炼时间，有效地节约能源具 有重要意义；
3、采用组合式反应罐，容易更换易损的盖(B3)底(B1)可 使反应罐使用7次以上，有效的降低生产成本；
4、添加剂价格低，在高温下干馏为活性碳，可增加还原剂的还 原活性；
5、分料器将粉状铁矿料、混合料在反应罐中形成相间的柱状， 便于产品的回收，并且保证铁矿不腐蚀反应罐。尤其是分料器能方便 地变换外型尺寸，可满足不同客户的需要，设备投资远远低于常规工 艺设备。
实施例1
①备料
采用含四氧化三铁的氧化铁块矿作原料，含铁品位68％，按以下 重量比配料(单位：公斤)
铁矿石 100
烟煤(燃料) 40
烟煤(还原剂) 90(过量30％，固定碳60％)
石灰(固硫剂) 5(过量20％)
果壳(添加剂) 0.1
将铁块矿破碎，直径为40目；还原剂颗粒为4毫米，含水量为 4％，将还原煤、固硫剂、添加剂均匀混合好。
②装罐
取钵盖、钵体组合成反应罐，在罐体底层先加2厘米混合料，放 入一张直径与罐的内径相同的纸，再将分料器C放入罐内，分别加入 散状的原料，混合料，形成料柱后，取出分料器，并用混合料将罐加 满，盖上钵盖(B3)，钵底、钵体与钵盖接触处用耐火泥涂抹。
③连续生产
装好料的罐分层堆放在窑车上，被推进隧道窑内，还原温度为 950℃，还原时间为36小时。反应完毕的窑车被推出隧道窑，冷 却至室温。
④清理与回收
由窑车和卸下的反应罐温度已达30℃左右，可直接把呈柱状的 产品取出，清理表面碳渣，即可得到直接还原铁产品。
实施例2
采用含铁尾矿和铁屑做原料，其混合原料的含铁品位为66％， 以氧化铁(FeO)为主，原料含水量为3％，原料配比为 (单位：公斤)：
混合铁矿 100 (其中品位62％的含铁尾矿60公斤，
品位72％的铁屑40公斤)
还原煤(褐煤) 80 (过量25％，固定碳50％)
燃料 (褐煤) 30
固硫剂(石灰) 5
添加剂(果壳) 0.1
其它工艺步骤同实施例1。
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