利用焦炭反應性測定裝置模擬鐵礦石直接還原的試驗方法

2023-12-10 10:39:17

利用焦炭反應性測定裝置模擬鐵礦石直接還原的試驗方法
【專利摘要】本發明涉及冶金【技術領域】，公開了一種利用焦炭反應性測定裝置模擬鐵礦石直接還原的試驗方法。將鐵礦石和還原煤按100:30～100的質量比放入焦炭反應性測定裝置進行直接還原試驗，還原溫度為950～1200℃，時間為60～120min，在反應後期還原氣氛降低時，通入CO2氣體增強裝置內還原介質濃度；通電還原結束後靜置10~20min，使鐵礦石得到進一步的還原。本發明利用焦炭反應性測定裝置在實驗室條件下模擬鐵礦石在豎爐、迴轉窯等設備中的直接還原過程，得到鐵礦石的還原溫度、還原時間、CO2通入量、延續還原時間與還原磨選精礦粉的鐵品位及金屬化率之間的關係，同時也可得到鐵礦石還原反應速度、CO2氣體通入量與廢氣產生量之間的關係，為鐵礦石直接還原作業提供可靠的參數。
【專利說明】 利用焦炭反應性測定裝置模擬鐵礦石直接還原的試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及冶金【技術領域】，具體的說是一種利用焦炭反應性測定裝置模擬鐵礦石直接還原的試驗方法。
【背景技術】
[0002]直接還原技術是在低於鐵礦石軟化溫度下，以非焦煤為還原劑來生產高爐或轉爐使用的金屬化爐料。鐵礦石直接還原的實驗室常用的設備有馬弗爐、微型迴轉窯。由於馬弗爐在焙燒鐵礦石時物料處於相對靜止及單面受熱狀態，焙燒物料溫度的均勻性較差，同時物料不能在較高的還原性氣氛中進行焙燒，造成鐵礦石的焙燒質量較差；迴轉窯在鐵礦石焙燒過程中，雖然窯體的旋轉可提高物料焙燒溫度的均勻性，但由於窯內氣氛較難控制，很難提高還原礦的金屬化率。對鐵礦石直接還原技術研究中，由於受到實驗室試驗條件的限制，造成鐵礦石直接還原過程中鐵礦石成份、物料配比、還原溫度、還原時間與還原產品金屬化率及磨選後鐵精粉的鐵品位、金屬回收率等參數之間關係試驗數據不夠準確，無法對實際生產中鐵礦石直接還原技術提供較有價值的作業指導。
[0003]焦炭反應性測定裝置是測定焦炭在高溫狀態下反應性及反應後強度的常用儀器，主要組成部分包括電腦控制系統、溫度及氣路控制器、n2及CO2氣瓶、氣路連接系統、高溫反應爐(爐體、剛玉外絲管)、高溫反應管、熱電偶，其工作原理為:將塊狀焦炭放入到高溫反應爐爐體中進行升溫，當溫度到達1100°c左右後通入CO2氣體，經過檢測反應後爐氣中CO2濃度或焦炭在反應過程中的失重，就可確定焦炭的反應性，從而實現反應過程中溫度、氣氛等試驗條件的跟蹤分析和實時檢測。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種利用焦炭反應性測定裝置模擬鐵礦石直接還原的試驗方法，在實驗室條件下模擬鐵礦石在豎爐、轉底爐、隧道窯、迴轉窯等設備中的直接還原過程，以解決鐵礦石直接還原技術研究中，由於受到實驗室試驗條件的限制，所得試驗數據不夠準確的問題。
[0005]為解決上述問題，本發明所採取的技術方案為:
一種利用焦炭反應性測定裝置模擬鐵礦石直接還原的試驗方法，焦炭反應性測定裝置的組成部件包括電腦控制系統、溫度及氣路控制器、n2及CO2氣瓶、氣路連接系統、高溫反應爐、高溫反應管、熱電偶，本試驗方法包括以下步驟:
步驟一:將鐵礦石與還原煤按照質量比為100:30?100的比例進行備料，逐層間隔鋪設在高溫反應管內腔中，其中30?50%的還原煤鋪設於底層，上面分兩層鋪設鐵礦石，兩層鐵礦石之間鋪設20?30%的還原煤，最上層鋪設剩餘的還原煤；
步驟二:對高溫反應爐進行通電升溫，控制還原溫度為950?1200°C，反應時間60?120min，收集還原產生的廢氣，記錄廢氣的收集量和收集速度，檢測廢氣中CO2、CO的含量；步驟三:當收集2L還原反應產生的廢氣所用時間大於3min時，向高溫反應爐中通入CO2氣體，氣體流量為每克鐵礦石0.5?0.8ml/min ；
步驟四:混合物料通電還原結束後，關閉高溫反應爐的電源，停止通入CO2氣體，靜置10 ?20min ；
步驟五:當高溫反應爐內溫度降至900°C時，打開N2氣瓶閥門，啟動溫度及氣路控制器N2開關，通過氣路連接系統向高溫反應管中通過入N2對混合物料進行無氧冷卻，當混合物料冷卻至200°C，取出混合物料；
步驟六:對步驟五中取出的混合物料研磨至篩分粒度為200?400目數，對混合物料粉末進行磁選，得到金屬化鐵粉；
步驟七:根據試驗過程中的各項記錄進行鐵礦石成份、物料配比、還原溫度、還原事件、還原產品金屬化率、磨選後金屬化鐵粉的鐵品位、金屬回收率的跟蹤分析。
[0006]作為本發明的進一步改進，所述鐵礦石粒度小於8_時，將鐵礦石進行磨礦、造球的方法處理後再使用，當鐵礦石的粒度為8?16_時，直接使用，或者採用磨礦、富集、造球後使用。
[0007]作為本發明的更進一步改進，所述還原煤選用粒度為3?5mm，固定碳含量為73-80%的粒煤或者蘭炭。
[0008]本發明利用焦炭反應性測定裝置在實驗室條件下模擬鐵礦石在豎爐、轉底爐、隧道窯、迴轉窯等設備中的直接還原過程，根據鐵礦石與還原煤的升溫、還原反應特性制定的溫度曲線對高溫反應爐進行升溫。本發明的主要化學反應式為:
2Fe0-2C-*2Fe-2C0(I)
2Fe0-C—2Fe_C0:(2)
FeO- CO-Fe-CO；(3)
C0-C-2C0(4)
本發明的有益效果為:
(1)步驟二中採用氣囊同步收集反應後產生的廢氣，通過對還原廢氣產生量、產生速度、還原氣體成份、還原磨選精礦粉的鐵品位及金屬化率的檢測，可得到鐵礦石的還原溫度、還原時間、CO2通入量、延續還原時間與還原磨選精礦粉的鐵品位及金屬化率之間的關係，同時也可得到鐵礦石還原反應速度、CO2氣體通入量與廢氣產生量之間的關係；
(2)步驟三是在還原反應的後期，通入CO2來增強還原劑中碳的氣化反應速度，從而增強高溫反應爐內還原介質的濃度，達到提高鐵礦石的還原速度；
(3)步驟四是利用高溫反應爐在斷電初期，鐵礦石與過剩還原煤在自身的900°C以上的餘溫中進行的延續還原，可使鐵礦石得到進一步的還原，同時節約了焦炭反應性測定裝置的能耗；
(4)步驟五對混合物料通入氮氣保護冷卻，避免了高溫鐵礦石在冷卻過程中產生二次氧化，可使鐵礦石得到較好的還原焙燒；
(5)本發明所述的試驗方法試驗周期短，效率高，設備操作簡單，易於推廣；
(6)本發明所述的試驗方法得到的試驗數據和結論，可為大型還原爐試驗設備提供適宜的參數。[0009]本試驗方法中所述鐵礦石也可以是鐵精粉或含鐵的有色金屬冶煉渣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發明所述試驗方法的流程圖；
圖2是高溫反應爐的結構示意圖；
圖中:1、廢氣出口，2、測溫管，3、高溫反應管，4、氣體入口，5、加熱爐絲，6、直接還原混合物料，7、保溫隔熱材料，8、物料隔篦，9、氣體加熱蓄熱體。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖對本發明的技術方案及有益效果做進一步詳細的說明。
[0012]實施例1
一種利用焦炭反應性測定裝置模擬鐵礦石直接還原的試驗方法，包括以下步驟:步驟一:稱取粒度為8?15 mm的鏡鐵礦原礦230g，粒度為I?3 mm，固定碳含量為73%的蘭炭50g，粒度為3?5 mm，固定碳含量為73%的蘭炭50g，將40g粒度為I?3mm的蘭炭鋪設在高溫反應管的底層，其上鋪設115g鏡鐵礦礦石，再將30g混合蘭炭鋪設在中層，再鋪設115g鏡鐵礦礦石，將剩餘的30g混合蘭炭鋪設上層；
步驟二:將高溫反應管放入高溫反應爐中，連接氣體管路，將高溫反應爐的溫度快速升至1100°C，反應時間60min ;當溫度達到800°C時，用容量為2L的氣囊開始收集廢氣，記錄廢氣的收集量和收集速度，檢測廢氣中C02、C0的含量；
步驟三:當收集2L還原反應產生的廢氣所用時間大於3min時，向高溫反應爐中通入CO2氣體，氣體流量為每克鐵礦石0.5ml/min ；
步驟四:當收集2L廢氣的時間大於5min時,混合物料通電還原結束,關閉高溫反應爐的電源，停止通入CO2氣體，靜置IOmin ；
步驟五:當高溫反應爐內溫度降至900°C時，打開N2氣瓶閥門，啟動溫度及氣路控制器N2開關，通過氣路連接系統向高溫反應管中通過入N2對混合物料進行無氧冷卻，當混合物料冷卻至200°C時，取出混合物料；
步驟六:對步驟五中取出的混合物料分3批研磨至篩分粒度為200?400目，對混合物料粉末進行不同場強的磁選，得到3個批次的金屬化鐵粉；
步驟七:根據試驗過程中的各項記錄進行鐵礦石成份、物料配比、還原溫度、還原事件、還原產品金屬化率、磨選後鐵精粉的鐵品位、金屬回收率的跟蹤分析。
[0013]對得到的金屬化鐵粉可進行TFe、MFe成份的檢測(其中TFe表示金屬化鐵粉中鐵的百分含量，MFe表示金屬化鐵粉中金屬鐵的百分含量)，檢測結果見表一:
表一
【權利要求】
1.一種利用焦炭反應性測定裝置模擬鐵礦石直接還原的試驗方法，焦炭反應性測定裝置的組成部件包括電腦控制系統、溫度及氣路控制器、n2及CO2氣瓶、氣路連接系統、高溫反應爐、高溫反應管、熱電偶，其特徵在於:本試驗方法包括以下步驟: 步驟一:將鐵礦石與還原煤按照質量比為100:30?100的比例進行備料，逐層間隔鋪設在高溫反應管內腔中，其中30?50%的還原煤鋪設於底層，上面分兩層鋪設鐵礦石，兩層鐵礦石之間鋪設20?30%的還原煤，最上層鋪設剩餘的還原煤； 步驟二:對高溫反應爐進行通電升溫，控制還原溫度為950?1200°C，反應時間60?120min，收集還原產生的廢氣，記錄廢氣的收集量和收集速度，檢測廢氣中CO2、CO的含量；步驟三:當收集2L還原反應產生的廢氣所用時間大於3min時，向高溫反應爐中通入CO2氣體，氣體流量為每克鐵礦石0.5?0.8ml/min ； 步驟四:混合物料通電還原結束後，關閉高溫反應爐的電源，停止通入CO2氣體，靜置10 ?20min ； 步驟五:當高溫反應爐內溫度降至900°C時，打開N2氣瓶閥門，啟動溫度及氣路控制器N2開關，通過氣路連接系統向高溫反應管中通過入N2對混合物料進行無氧冷卻，當混合物料冷卻至200°C，取出混合物料； 步驟六:對步驟五中取出的混合物料研磨至篩分粒度為200?400目數，對混合物料粉末進行磁選，得到金屬化鐵粉； 步驟七:根據試驗過程中的各項記錄進行鐵礦石成份、物料配比、還原溫度、還原事件、還原產品金屬化率、磨選後金屬化鐵粉的鐵品位、金屬回收率的跟蹤分析。
2.根據權利要求1所述的利用焦炭反應性測定裝置模擬鐵礦石直接還原的試驗方法，其特徵在於:所述鐵礦石粒度小於8_時，將鐵礦石進行磨礦、造球的方法處理後再使用，當鐵礦石的粒度為8?16mm時，直接使用，或者採用磨礦、富集、造球後使用。
3.根據權利要求1所述的利用焦炭反應性測定裝置模擬鐵礦石直接還原的試驗方法，其特徵在於:所述還原煤選用粒度為I?5_，固定碳含量為73?80%的粒煤或者蘭炭。
【文檔編號】G01N31/00GK103954728SQ201410110161
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月24日 優先權日:2014年3月24日
【發明者】王明華, 雷鵬飛, 展仁禮, 權芳民, 蘇群, 王建平, 付濤, 張學 申請人:甘肅酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司