鐵精礦復合粘結劑球團直接還原法實現創新
http://m.dcyhziu.cn 2007/5/30 源自:中華職工學習網 【字體：
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中南大學“鐵精礦復合粘結劑球團直接還原法”項目榮獲2005年度國家技術發明獎二等獎。
項目負責人邱冠周教授、博士生導師，中南大學副校長。中國顆粒協會常務理事、中國礦業學會理事、中國大洋協會常務理事及教育部科學技術委員會材料學部副主任。在礦物加工科技領域承擔過21項重要科研項目，15項成果通過省部級鑒定，獲國家科技進步一等獎1項，國家科技進步二等獎1項，國家發明二等獎1項；省部級一等獎6項、二等獎4項；2項科技成果分別被評為1998年和2002年中國高校十大科技進展。獲得國家發明專利8項；被評為國家有突出貢獻的博士、入選教育部跨世紀人才42名首批專家和國家有突出貢獻的中青年專家，是礦物加工國家創新群體的學術帶頭人和“973”項目首席科學家。針對我國鐵礦資源特點，他所領導的課題組經過十多年的攻關，成功開發出“鐵精礦復合粘結劑球團煤基直接還原新工藝”，該成果獲2005年度國家發明二等獎。
直接還原鐵含鐵量高、成份穩定而純凈，不僅是替代廢鋼的理想電爐原料，而且是冶煉優質鋼和特殊鋼時不可缺少的稀釋劑，發達國家電爐爐料比中DRI已高達40%%-50%%。目前世界鋼鐵生產正加速向“直接還原鐵/廢鋼—電爐煉鋼”的短流程方向發展，直接還原鐵生產已成為發展熱點之一。
目前我國鋼鐵產量已居世界第一，但優、特鋼比例偏低，品種結構不合理，仍需大量進口。電爐是公認的冶煉優、特鋼有效手段，我國電爐鋼的生產能力目前已達4000萬噸/年以上，尚有一批大型電爐在建或即將投產。但廢鋼特別是直接還原鐵資源的短缺，已嚴重制約了其生產能力的發揮和產品檔次的提高。一部分企業采用加鐵水的辦法來補充廢鋼和直接還原鐵資源的不足，但只能生產普通鋼材。我國電爐鋼比僅18%%左右（發達國家已在50%%以上），直接還原鐵在電爐爐料比中平均不到5%%(世界平均水平為15%%)，其中大部分直接還原鐵是從國外進口的。因此，加速發展直接還原鐵的生產是實現我國鋼鐵工業結構調整、質量優化的戰略需要。
直接還原鐵的生產方法有多種，但由于我國天然氣和優質鐵塊礦資源缺乏，而非焦煤資源十分豐富、分布較廣。因此，我國適合發展以鐵精礦球團為原料的“回轉窯煤基直接還原法”。此類方法中，目前技術成熟、應用較廣的為“二步法”直接還原工藝。它以膨潤土為粘結劑，將鐵精礦造球，先經高溫（1200-1300℃）氧化焙燒固結后，再入窯進行高溫（1050-1100℃）直接還原，故需經兩步高溫過程方能獲得直接還原鐵。所以其工藝流程長、高溫設備多、建設投資大、能源消耗高、加工成本高、產品鐵品位低。此外，氧化球團礦孔隙率小、還原速度慢、還原過程中存在著較嚴重的粉化現象。這都嚴重制約了其推廣應用和我國直接還原鐵生產的發展。
本發明是根據我國經濟建設之急需，針對鐵精礦球團二步法回轉窯直接還原工藝中需二步高溫過程、流程長、窯容利用系數低及粉化率高等技術難題，在原國家計委和國家科委的立項支持下，由研究、設計和生產單位通力合作、八十多位科研人員歷經十余年努力所取得的研究成果。
該成果發明了具粘結、放熱、催化等多項功能的復合粘結劑及與之配套的混合料活化預處理工藝、強制分級造成球技術、“全窯高溫、快速還原”的直接還原熱工體系，以復合粘結劑球團取代高溫氧化焙燒球團入窯，由此省掉了一步高溫（1200℃以上）氧化焙燒過程及相關設備，變兩步高溫為一步高溫過程生產直接還原鐵。從根本上解決了上述技術難題。經原冶金部組織的20個單位的34位專家鑒定，認為本發明“國內外尚無先例。是煤基回轉窯直接還原的一項重大的工藝技術突破”，“具有創新性、開拓性”。為我國直接還原鐵生產的發展開拓了一條新途徑。
本發明于1992年在原冶金部西昌410廠成功地完成了工業性試驗，分別于1998年和1999年在山東魯中冶金礦山公司、北京密云冶金礦山公司建廠投產。其中密云冶金礦山公司直接還原球團廠的主要技術經濟指標為：窯容利用系數0.8t/m3•d、金屬化率94%%、磁性粉率<2%%、煤耗650Kg/t.DRI左右、產品含鐵90%%以上、作業率92%%以上。已達到回轉窯直接還原的國際領先水平。設計能力為年產6.2萬噸的回轉窯，實際年產量已達9萬噸以上，近三年累計經濟效益13972萬元。
經生產數據的對比、計算，
“二步法”工藝相比，本發明工藝流程縮短40%%左右、基建與設備投資減少30%%以上、節煤15%%左右、節電約20%%、降低成本21%%、產品含鐵量提高1.0%%，經濟、社會效益都十分顯著。因而勢必易為廠家所接受，能較快的推廣應用，具有很強的市場競爭力。
本發明中的復合粘結劑已用于有色金屬、煤炭及化工行業的粉體成型，經濟效益顯著，顯著地推動了相關行業的技術進步。此外，先后有10余家單位已簽訂合作合同，擬采用本發明建廠。
在多金屬共生鐵礦綜合利用領域，攀鋼集團（釩鈦磁鐵礦）、重鋼集團（含鈦鐵精礦）、內蒙黃岡（高錫、鋅、砷鐵礦）等多家單位，都擬采用本發明進行多金屬的分離、回收利用，完成了建廠設計所要求的半工業型試驗。此外，復合粘結劑成功用于強化有色金屬硫化礦燒結。
本發明在國際上也產生了較大影響。美國、德國、加拿大及印度等國的多家公司都曾來函、來電或來人，探討交流合作事宜。目前，已與印度的ELECTROTHERM有限公司、美國斯維達拉公司等境外單位正式接觸，商定合作意向。
采用本成果年產30萬噸直接還原鐵的工廠（兩條大型回轉窯）進入設計階段，預計2007年7月投產。
項目負責人邱冠周教授、博士生導師，中南大學副校長。中國顆粒協會常務理事、中國礦業學會理事、中國大洋協會常務理事及教育部科學技術委員會材料學部副主任。在礦物加工科技領域承擔過21項重要科研項目，15項成果通過省部級鑒定，獲國家科技進步一等獎1項，國家科技進步二等獎1項，國家發明二等獎1項；省部級一等獎6項、二等獎4項；2項科技成果分別被評為1998年和2002年中國高校十大科技進展。獲得國家發明專利8項；被評為國家有突出貢獻的博士、入選教育部跨世紀人才42名首批專家和國家有突出貢獻的中青年專家，是礦物加工國家創新群體的學術帶頭人和“973”項目首席科學家。針對我國鐵礦資源特點，他所領導的課題組經過十多年的攻關，成功開發出“鐵精礦復合粘結劑球團煤基直接還原新工藝”，該成果獲2005年度國家發明二等獎。
直接還原鐵含鐵量高、成份穩定而純凈，不僅是替代廢鋼的理想電爐原料，而且是冶煉優質鋼和特殊鋼時不可缺少的稀釋劑，發達國家電爐爐料比中DRI已高達40%%-50%%。目前世界鋼鐵生產正加速向“直接還原鐵/廢鋼—電爐煉鋼”的短流程方向發展，直接還原鐵生產已成為發展熱點之一。
目前我國鋼鐵產量已居世界第一，但優、特鋼比例偏低，品種結構不合理，仍需大量進口。電爐是公認的冶煉優、特鋼有效手段，我國電爐鋼的生產能力目前已達4000萬噸/年以上，尚有一批大型電爐在建或即將投產。但廢鋼特別是直接還原鐵資源的短缺，已嚴重制約了其生產能力的發揮和產品檔次的提高。一部分企業采用加鐵水的辦法來補充廢鋼和直接還原鐵資源的不足，但只能生產普通鋼材。我國電爐鋼比僅18%%左右（發達國家已在50%%以上），直接還原鐵在電爐爐料比中平均不到5%%(世界平均水平為15%%)，其中大部分直接還原鐵是從國外進口的。因此，加速發展直接還原鐵的生產是實現我國鋼鐵工業結構調整、質量優化的戰略需要。
直接還原鐵的生產方法有多種，但由于我國天然氣和優質鐵塊礦資源缺乏，而非焦煤資源十分豐富、分布較廣。因此，我國適合發展以鐵精礦球團為原料的“回轉窯煤基直接還原法”。此類方法中，目前技術成熟、應用較廣的為“二步法”直接還原工藝。它以膨潤土為粘結劑，將鐵精礦造球，先經高溫（1200-1300℃）氧化焙燒固結后，再入窯進行高溫（1050-1100℃）直接還原，故需經兩步高溫過程方能獲得直接還原鐵。所以其工藝流程長、高溫設備多、建設投資大、能源消耗高、加工成本高、產品鐵品位低。此外，氧化球團礦孔隙率小、還原速度慢、還原過程中存在著較嚴重的粉化現象。這都嚴重制約了其推廣應用和我國直接還原鐵生產的發展。
本發明是根據我國經濟建設之急需，針對鐵精礦球團二步法回轉窯直接還原工藝中需二步高溫過程、流程長、窯容利用系數低及粉化率高等技術難題，在原國家計委和國家科委的立項支持下，由研究、設計和生產單位通力合作、八十多位科研人員歷經十余年努力所取得的研究成果。
該成果發明了具粘結、放熱、催化等多項功能的復合粘結劑及與之配套的混合料活化預處理工藝、強制分級造成球技術、“全窯高溫、快速還原”的直接還原熱工體系，以復合粘結劑球團取代高溫氧化焙燒球團入窯，由此省掉了一步高溫（1200℃以上）氧化焙燒過程及相關設備，變兩步高溫為一步高溫過程生產直接還原鐵。從根本上解決了上述技術難題。經原冶金部組織的20個單位的34位專家鑒定，認為本發明“國內外尚無先例。是煤基回轉窯直接還原的一項重大的工藝技術突破”，“具有創新性、開拓性”。為我國直接還原鐵生產的發展開拓了一條新途徑。
本發明于1992年在原冶金部西昌410廠成功地完成了工業性試驗，分別于1998年和1999年在山東魯中冶金礦山公司、北京密云冶金礦山公司建廠投產。其中密云冶金礦山公司直接還原球團廠的主要技術經濟指標為：窯容利用系數0.8t/m3•d、金屬化率94%%、磁性粉率<2%%、煤耗650Kg/t.DRI左右、產品含鐵90%%以上、作業率92%%以上。已達到回轉窯直接還原的國際領先水平。設計能力為年產6.2萬噸的回轉窯，實際年產量已達9萬噸以上，近三年累計經濟效益13972萬元。
經生產數據的對比、計算，
“二步法”工藝相比，本發明工藝流程縮短40%%左右、基建與設備投資減少30%%以上、節煤15%%左右、節電約20%%、降低成本21%%、產品含鐵量提高1.0%%，經濟、社會效益都十分顯著。因而勢必易為廠家所接受，能較快的推廣應用，具有很強的市場競爭力。
本發明中的復合粘結劑已用于有色金屬、煤炭及化工行業的粉體成型，經濟效益顯著，顯著地推動了相關行業的技術進步。此外，先后有10余家單位已簽訂合作合同，擬采用本發明建廠。
在多金屬共生鐵礦綜合利用領域，攀鋼集團（釩鈦磁鐵礦）、重鋼集團（含鈦鐵精礦）、內蒙黃岡（高錫、鋅、砷鐵礦）等多家單位，都擬采用本發明進行多金屬的分離、回收利用，完成了建廠設計所要求的半工業型試驗。此外，復合粘結劑成功用于強化有色金屬硫化礦燒結。
本發明在國際上也產生了較大影響。美國、德國、加拿大及印度等國的多家公司都曾來函、來電或來人，探討交流合作事宜。目前，已與印度的ELECTROTHERM有限公司、美國斯維達拉公司等境外單位正式接觸，商定合作意向。
采用本成果年產30萬噸直接還原鐵的工廠（兩條大型回轉窯）進入設計階段，預計2007年7月投產。
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