本發明屬于煉鐵技術領域，尤其涉及一種流態化還原煉鐵的方法。

背景技術：

經過一百多年的發展，高爐煉鐵與其他煉鐵工藝相比，具有技術最成熟、生產規模最大、燃料比最低等特點。然而高爐煉鐵存在對優質煉焦煤資源的嚴重依賴，隨著近年來鋼鐵工業生產規模和產量的飛速增長，焦炭的供應日趨緊張，價格飛漲，致使高爐煉鐵成本進一步加大。與之相依相存的鐵礦粉燒結造塊及煉焦工序，不僅要消耗大量能源，而且排放多種對人體和自然環境造成嚴重危害的污染物，例如燒結過程中排放的堿金屬和重金屬的氯化物、二噁英等，煉焦過程排放的廢水中含有大量的揮發酚、氰化物、油類、氨氮等難降解有毒成份，因而傳統煉鐵工藝是環境治理的主要對象。

流態化還原是直接利用鐵粉礦，CO、H₂氣體作還原劑，反應在氣固兩相中進行。由于處于流化狀態的固體物料具有流體的性質，氣固兩相間的接觸條件好，具有傳質、傳熱效率高，溫度均勻等突出特點，因而在冶金行業深受重視。在流態化狀態下對鐵礦進行預還原，可以省去粉礦造球或燒結造塊的工藝過程，具有成本和環境優勢，因而成為目前環境友好的煉鐵生產工藝。

雖然流態化技術煉鐵工藝具有反應高效、能處理粉料等優點，但是，在流化還原過程中鐵礦粉往往在遠低于其熔化溫度下發生黏結，導致正常運行的流化床受到破壞，流化效率降低，甚至形成固定床，這就是所謂的黏結失流現象。黏結失流是流化床工藝應用的一個重要瓶頸。大量研究表明(化工冶金,1980,2:100-116；華東冶金學院學報,1989,6(2):47-55；Powder Technology.2002,124:28-39；ISIJ International,2007,47(2):217–225；Chem.Eng.Technol.2009,32,(3):392-397)鐵礦流態化還原過程中黏結失流的主要原因就是鐵晶須的生成，導致顆粒之間互相勾連、結成大塊。

為了抑制鐵礦粉流態化還原過程中黏結失流的難題，科技工作者已經做了大量工作。例如，郭磊等(鋼鐵,2015,50(6):15-20.)對巴西礦粉表面進行磷酸鈣包覆，試驗中發現包覆磷酸鈣可以很好地抑制巴西礦粉還原過程中表面鐵晶須的生長。然而，磷元素是鋼鐵材料的有害元素，磷酸鈣的人為加入勢必增加后續工藝的難度。鐵礦粉表面附炭是抑制流化床黏結失流的有效方法。朱凱蓀(鋼鐵研究,2000,116(5):4-7)、石耀軍(鋼鐵,1993,28(11):1-6,13)在低溫下對鐵礦粉進行了附炭處理，結果表明附炭可改變鐵礦粉在流態化還原過程中顆粒物性、結構，使還原速度加快同時抑制黏結。然而，附炭工藝條件難以控制，需要嚴格控制合適的溫度、氣體的成分等參數，才能使化學反應2CO＝CO₂+C、CH₄＝C+2H₂進行，而反應析出的C要附著在鐵礦粉表面也是很難控制的，因而該方法在工業上難于實施。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于一種流態化還原煉鐵的方法，本發明提供的方法能夠有效抑制還原過程中鐵晶須的生長，而且操作過程簡單，易于實施。

本發明提供了一種流態化還原煉鐵的方法，包括以下步驟：

將鐵礦粉與煤粉混合研磨，使煤粉包覆在鐵礦粉表面；

對所述包覆有煤粉的鐵礦粉進行流態化還原。

其中，所述鐵礦粉選自磁鐵礦粉或赤鐵礦粉；

所述煤粉選自無煙煤粉、煙煤粉或焦粉。

在一個實施例中，所述鐵礦粉的粒度小于1.0mm；所述煤粉的粒度小于1.0mm。

在一個實施例中，所述研磨的時間不少于5分鐘。

在一個實施例中，使煤粉包覆于鐵礦粉表面之后還包括：將包覆有煤粉的鐵礦粉與煤粉分離。

在一個實施例中，所述流態化還原的還原氣體為CO、H₂和N₂的混合氣體，溫度為750℃～950℃，時間為30min～90min。

具體而言，本發明可以包括兩個工藝流程，分別參見圖1和圖2，圖1是本發明提供的第一個流態化還原煉鐵的工藝流程，圖2是本發明提供的第二個流態化還原煉鐵的工藝流程。

第一種工藝流程主要包括以下步驟：(1)將鐵礦粉與煤放入球磨機內一起研磨，使鐵礦粉外表面被煤粉包覆，得到煤粉包覆鐵礦粉。(2)根據碳包覆鐵礦粉和殘余煤粉的特性采用不同的方法將二者進行分離，例如磁鐵礦粉可以采用外加磁場的方式分離，赤鐵礦粉可以利用重力使其與煤粉分離。(3)將碳包覆鐵礦粉加入到流化床中，通入CO、H₂等還原性氣體在高溫下流態化還原。(4)得到直接還原鐵粉。

第二種工藝流程主要包括以下步驟：(1)將鐵礦粉與煤放入球磨機內一起研磨，使鐵礦粉外表面被煤粉包覆。(2)將煤粉包覆鐵礦粉和殘余的煤粉加入到流化床中，即不對研磨產物進行分離，通入CO、H₂等還原性氣體在高溫下流態化還原。(3)得到直接還原鐵粉。

本發明首先將鐵礦粉和煤粉混合研磨，使煤粉包覆在鐵礦粉表面，然后進行流態化還原，能夠有效抑制鐵晶須的生長，抑制流化床黏結失流，提高預還原金屬化率。同時，本發明提供的方法工藝簡單，在工業上易于實施，對節能降耗、環境保護具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發明提供的第一個流態化還原煉鐵的工藝流程；

圖2是本發明提供的第二個流態化還原煉鐵的工藝流程；

圖3為本發明實施例提供的方法還原得到的鐵；

圖4為本發明比較例提供的方法還原得到的鐵。

具體實施方式

實施例1

(1)將小于1.0mm的磁鐵礦粉和無煙煤粉放入到球磨機內研磨20分鐘。

(2)然后采用磁力選礦的方法將鐵礦粉分離出來，得到煤粉包覆鐵礦粉。

(3)將煤粉包覆鐵礦粉加入流化床中，在850℃，通入CO＝40％、H₂＝10％、N₂＝50％的混合氣體，流態化還原60分鐘。

結果流化床未發生黏結失流，還原后樣品未發現鐵晶須，金屬化率85.7％。

對得到的樣品進行電子顯微鏡掃描，結果參見圖3，圖3為本發明實施例提供的方法還原得到的鐵，由圖3可知，樣品中無鐵晶須。

比較例1

將小于0.15mm的磁鐵礦粉加入流化床中，在780℃，通入CO＝40％、H₂＝10％、N₂＝50％的混合氣體，流態化還原30分鐘。

結果流化床發生黏結失流。

對得到的樣品進行電子顯微鏡掃描，結果參見圖4，圖4為本發明比較例提供的方法還原得到的鐵，由圖4可知，樣品表面存在大量鐵晶須。

實施例2

(1)將小于1.0mm的磁鐵礦粉和無煙煤粉放入到球磨機內研磨15分鐘。

(2)直接將研磨產物(包括煤粉包覆的鐵礦粉和煤粉)加入流化床中，在870℃，通入CO＝40％、H₂＝10％、N₂＝50％的混合氣體，流態化還原60分鐘。

結果流化床未發生黏結失流，還原后樣品未發現鐵晶須，金屬化率90.3％。

實施例3

(1)將小于1.0mm的赤鐵礦粉和無煙煤粉放入到球磨機內研磨10分鐘。

(2)然后采用重力選礦的方法將鐵礦粉分離出來，得到煤粉包覆鐵礦粉。

(3)將煤粉包覆鐵礦粉加入流化床中，在820℃，通入CO＝45％、H₂＝15％、N₂＝40％的混合氣體，流態化還原50分鐘。

結果流化床未發生黏結失流，還原后樣品未發現鐵晶須，金屬化率89.6％。

實施例4

(1)將小于1.0mm的赤鐵礦粉和無煙煤粉放入到球磨機內研磨5分鐘。

(2)直接將研磨產物(包括煤粉包覆的鐵礦粉和煤粉)加入流化床中，在860℃，通入CO＝45％、H₂＝15％、N₂＝40％的混合氣體，流態化還原50分鐘。

結果流化床未發生黏結失流，還原后樣品未發現鐵晶須，金屬化率92.2％。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。