本發(fā)明涉及鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼及生產(chǎn)不銹鋼的方法。

背景技術(shù)：

直接還原是鐵氧化物在不熔化、不造渣，在固態(tài)下還原為金屬鐵的工藝。直接還原產(chǎn)品統(tǒng)稱為直接還原鐵(directreductioniron，縮寫為dri)，直接還原是已實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的直接還原法有數(shù)10種。2008年世界直接還原鐵(dri/hbi)的產(chǎn)量約6845萬t，約為世界生鐵產(chǎn)量9.30億t的7.23％。直接還原鐵由于產(chǎn)品純凈、質(zhì)量穩(wěn)定、冶金特性優(yōu)良，成為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼、純凈鋼不可缺少的原料，是世界鋼鐵市場最緊俏的商品之一，直接還原是世界鋼鐵生產(chǎn)的一個不可缺少的組成部分。

我國的鋼鐵蓄積量不足，廢鋼產(chǎn)生量遠不能滿足鋼鐵生產(chǎn)的需要，廢鋼短缺是影響中國電爐鋼發(fā)展的重要因素；同時中國鋼鐵生產(chǎn)的主要能源是焦炭，世界性焦煤資源的短缺，價格飛漲嚴(yán)重的干擾和威脅著中國鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展直接還原鐵直接煉鋼有利于改善我國鋼鐵生產(chǎn)的能源結(jié)構(gòu)，擺脫焦煤資源對發(fā)展的羈絆，是減少鋼鐵生產(chǎn)對環(huán)境的不良影響的重要途徑。推進鋼鐵工業(yè)的節(jié)能減排政策，加大節(jié)能減排力度、提高能源利用效率，發(fā)展以低能耗、低污染為基礎(chǔ)的“低碳經(jīng)濟”，才能促進鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

生物質(zhì)能(biomassenergy)是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，是一種可再生能源。生物質(zhì)能具有可再生、低污染、分布廣泛等優(yōu)點。合理利用生物質(zhì)能源，可有效減少對礦物能源的依賴，通過減輕能源消費給環(huán)境造成的污染。如今生物質(zhì)能的開發(fā)和利用已經(jīng)成為國際關(guān)注的焦點，生物質(zhì)能技術(shù)具有相當(dāng)廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)有的生物質(zhì)在應(yīng)用的過程中，往往對生物質(zhì)進行氣化，生物質(zhì)氣化是在一定的熱力學(xué)條件下，借助于空氣部分(或者氧氣)、水蒸氣的作用，使生物質(zhì)的高聚物發(fā)生熱解、氧化、還原重整反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為一氧化碳，氫氣和低分子烴類等可燃氣體的過程。因此，可以將生物質(zhì)應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)中，利用生物質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)煉鐵工藝的煤和焦碳。迫切的需要開發(fā)出一種采用生物質(zhì)進行含鐵團塊冶煉的短流程煉鋼方法，從而是減少鋼鐵生產(chǎn)對環(huán)境的不良影響，提高能源利用效率，并實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。

經(jīng)檢索，已有相關(guān)的技術(shù)人員開展此方面的研究，例如：一種電磁加熱含碳球團連續(xù)直接煉鋼方法(申請?zhí)枺?01510465009.4申請日：2015-07-29)，該方案的的電磁加熱含碳球團連續(xù)直接煉鋼方法，其步驟為：含碳球團的預(yù)熱、鋼浴熔池的形成、含碳球團的預(yù)還原和渣鐵熔分反應(yīng)，通過使用本發(fā)明中的技術(shù)方案，能夠融煉鐵、煉鋼為一體，通過控制加入的含碳球團中的c/o摩爾比，實現(xiàn)了對鋼水中[c]含量的控制，不需進行吹煉便可直接由含碳球團生產(chǎn)出合格的優(yōu)質(zhì)鋼水，能量利用率高，生產(chǎn)效率高，實現(xiàn)了連續(xù)煉鋼，且基建成本和設(shè)備投資大幅節(jié)省。但是仍然難以實現(xiàn)生物質(zhì)含鐵團塊的短流程煉鋼。此外，例如發(fā)明創(chuàng)造的名稱為：一種鐵礦石直接煉鋼工藝(申請?zhí)枺?00810139695.6申請日：2008-09-04)，該方法先將鐵礦石或預(yù)還原礦粉加入渣鐵浴中，鐵礦石或預(yù)還原礦粉溶解入渣,用碳直接還原液態(tài)鐵氧化物，通過對渣鐵熔池渣區(qū)和鐵水區(qū)吹氧，控制熔渣和鐵浴的氧化性，得到碳含量小于1.3％的鋼水。該方案提供了生產(chǎn)率、噸鋼碳耗低，但是仍然難以實現(xiàn)生物質(zhì)含鐵團塊的短流程煉鋼。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有技術(shù)中尚未實現(xiàn)生物質(zhì)含鐵團塊的短流程煉鋼的問題，提供一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼及生產(chǎn)不銹鋼的方法；

其中提供的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼方法，通過將生物質(zhì)含鐵團塊還原制得直接還原鐵，再將直接還原鐵熱裝送入電爐內(nèi)熔煉得到合格鋼水，實現(xiàn)了生物質(zhì)含鐵團塊的短流程煉鋼；進一步的，生產(chǎn)直接還原鐵的過程中可以產(chǎn)生可燃性氣體，并降低焦油含量，同時提高氣化產(chǎn)率；

其中提供的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程生產(chǎn)不銹鋼的方法，通過將生物質(zhì)含鐵團塊還原制得直接還原鐵，再熔煉得到合格鋼水，aod、vod精煉得到不銹鋼，生物質(zhì)含鐵團塊的短流程冶煉不銹鋼；進一步的，生產(chǎn)直接還原鐵的過程中可以產(chǎn)生可燃性氣體，并降低焦油含量，同時提高氣化產(chǎn)率。

2.技術(shù)方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼方法，

步驟一：生產(chǎn)直接還原鐵

將生物質(zhì)、含鐵原料和添加劑混合加壓制得含鐵團塊，將含鐵團塊放入高溫容器中進行加熱，鐵氧化物被還原生成直接還原鐵，所述的添加劑包括碳酸鈉、紅土鎳礦、白云石和草木灰；

步驟二：電爐熔煉

將直接還原鐵熱裝送入電爐內(nèi)，并向電爐內(nèi)加入造渣劑，吹氧熔煉后出鋼。

優(yōu)選地，所述的生物質(zhì)浸入改性溶液中進行改性處理，再將改性處理后的生物質(zhì)、含鐵原料和添加劑混合加壓制得含鐵團塊，改性溶液對生物質(zhì)進行改性處理的溫度為80-95℃。

優(yōu)選地，所述的改性溶液為堿性溶液。

優(yōu)選地，所述的改性溶液為naoh、ca(oh)2、koh中的一種或者兩種以上的組合。

優(yōu)選地，電爐熔煉氧化期爐渣中feo含量為12～20％，二元堿度r＝2～3。

優(yōu)選地，步驟一：生產(chǎn)直接還原鐵具體步驟如下：

(1)將生物質(zhì)浸入改性溶液中浸泡1-2h，浸泡完成后在烘箱中烘干，完成生物質(zhì)的改性；

(2)將生物質(zhì)、含鐵原料、添加劑混合，通過壓塊機在150-400℃熱壓制備得到含鐵團塊；

(3)將干燥后的含鐵團塊放入800-900℃的高溫容器中，保持5-10min，再升溫至1150-1250℃，并保溫30-60min。

優(yōu)選地，所述的含鐵原料、生物質(zhì)和添加劑按如下質(zhì)量份數(shù)組成：

生物質(zhì)50-60份；

含鐵原料100-200份；

添加劑5-10份。

優(yōu)選地，所述碳酸鈉、紅土鎳礦、白云石和草木灰顆粒200目通過率大于90％。

本發(fā)明的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程生產(chǎn)不銹鋼的方法，采用上述的短流程煉鋼方法冶煉得到鋼水，將鋼水加入aod爐中脫碳升溫至1650-1680℃，再向爐中加入含鉻的金屬原料進行合金化；再將合金化后的鋼水運送至vod爐中進行深脫碳，得到不銹鋼。

優(yōu)選地，aod爐冶煉完成后經(jīng)扒渣處理運送至vod爐中進行深脫碳，終點碳含量0.02-0.04％。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

(1)本發(fā)明的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼方法，通過將含鐵團塊放入高溫容器中進行加熱，鐵氧化物被還原生成直接還原鐵，再將直接還原鐵熱裝送入電爐內(nèi)熔煉得到合格鋼水，實現(xiàn)了生物質(zhì)含鐵團塊的短流程煉鋼，利用生物質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)煉鐵工藝的煤和焦碳，提高能源利用效率，并實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展；且在生產(chǎn)直接還原鐵的過程中生物質(zhì)氣化生產(chǎn)得到可燃性氣體，并降低焦油含量，同時提高氣化產(chǎn)率；

(2)本發(fā)明的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼方法，生物質(zhì)含鐵團塊可以提高直接還原鐵的金屬化率，其中生物質(zhì)作為鐵氧化物的還原劑以及可燃性氣體的c源和h源，鐵氧化物充當(dāng)鋼制備的鐵源以及碳反應(yīng)生成co的氧源，提高了直接還原鐵的金屬化率；另一方面促進了焦油及生物質(zhì)分解產(chǎn)物的催化裂解；

(3)本發(fā)明的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼方法，通過改性生物質(zhì)與含鐵原料在高溫下熱壓成型，提高了含鐵團塊的強度，避免了含鐵團塊的破碎，促進了含鐵團塊的生物質(zhì)氣化，提高了反應(yīng)的效率；進一步地提高了鐵品位，并制備得到了高質(zhì)量的直接還原鐵，為生物質(zhì)含鐵團塊的短流程煉鋼提供了必備條件，為冶煉合格鋼水奠定了基礎(chǔ)；

(4)本發(fā)明的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程生產(chǎn)不銹鋼的方法，通過將生物質(zhì)含鐵團塊還原制得直接還原鐵，再熔煉得到合格鋼水，aod、vod精煉得到不銹鋼，生物質(zhì)含鐵團塊的短流程冶煉不銹鋼，生產(chǎn)的不銹鋼具有低碳、低p的優(yōu)勢，提高了不銹鋼的質(zhì)量；冶煉不銹鋼的過程中含鐵團塊中的金屬離子在高溫加熱的過程吸附在生物質(zhì)及其分解產(chǎn)物的表面，促使了c-c和c-o鍵角偏移、鍵長變長、碳環(huán)不規(guī)則變形等，并造成鍵能降低，焦油及生物質(zhì)其他分解產(chǎn)物熱穩(wěn)定性降低，可以促進了大分子有機物的分解，降低焦油含量，同時提高氣化產(chǎn)率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的步驟一生產(chǎn)直接還原鐵的流程圖；

圖2為本發(fā)明的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼方法的流程圖。

示意圖中的標(biāo)號說明：

s100、步驟一：生產(chǎn)直接還原鐵；s110、步驟(1)；s120、步驟(2)；s130、步驟(3)；

s200：步驟二：電爐熔煉。

具體實施方式

下文對本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述參考了附圖，該附圖形成描述的一部分，在該附圖中作為示例示出了本發(fā)明可實施的示例性實施例。盡管這些示例性實施例被充分詳細地描述以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解可實現(xiàn)其他實施例且可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本發(fā)明作各種改變。下文對本發(fā)明的實施例的更詳細的描述并不用于限制所要求的本發(fā)明的范圍，而僅僅為了進行舉例說明且不限制對本發(fā)明的特點和特征的描述，以提出執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式，并足以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求來限定。

下文對本發(fā)明的詳細描述和示例實施例可結(jié)合附圖來更好地理解，其中本發(fā)明的元件和特征由附圖標(biāo)記標(biāo)識。

實施例1

前期研究的過程中申請已經(jīng)取得了一系列的突破，并提高了氣化產(chǎn)率和直接還原鐵的質(zhì)量，具有顯著的進步，并申請了發(fā)明專利(2017101469513-一種生物質(zhì)氣化與直接還原鐵聯(lián)產(chǎn)方法及所用添加劑，申請日為：2016-03-13)。后續(xù)繼續(xù)研究的過程中申請人進一步采用生物質(zhì)含鐵團塊短流程的煉鋼工藝，并制備得到優(yōu)質(zhì)的鋼水，大大縮短了鋼鐵冶煉的工藝過程，提供了冶煉的效率。

申請人進行了更一步的深入研究，創(chuàng)造性的提出了在含鐵團塊中不添加粘結(jié)劑，并通過改性生物質(zhì)與含鐵原料在高溫下熱壓成型，提高了含鐵團塊的強度，避免了含鐵團塊的破碎，促進了含鐵團塊的生物質(zhì)氣化，提高了反應(yīng)的效率；進一步地提高了鐵品位，并制備得到了高質(zhì)量的直接還原鐵，并為短流程煉鋼提供了優(yōu)質(zhì)的原料，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的鋼水打下了基礎(chǔ)。

結(jié)合圖2，一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼方法，步驟如下：

s100：步驟一,生產(chǎn)直接還原鐵，

將生物質(zhì)、含鐵原料和添加劑混合加壓制得含鐵團塊，將含鐵團塊放入高溫容器中進行加熱，鐵氧化物被還原生成直接還原鐵，所述的添加劑包括碳酸鈉、紅土鎳礦、白云石和草木灰；如圖1所示，具體步驟如下：

s110：步驟(1)將生物質(zhì)浸入改性溶液中浸泡1-2h，本實施例為1.5h，改性溶液對生物質(zhì)進行改性處理的溫度為80-95℃，本實施例為90℃；浸泡完成后在烘箱中烘干，烘干溫度為105℃，破碎時需破碎至粒度小于80目，并且要求生物質(zhì)的灰分低于3％，完成生物質(zhì)的改性；

值得注意的是其中的改性溶液為堿性溶液，所述的堿性溶液為naoh溶液，naoh溶液的質(zhì)量濃度為2％。值得說明的是：其中生物質(zhì)的來源包括農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中除糧食果實以外的秸稈、樹木等木質(zhì)纖維素、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料、農(nóng)林廢棄物、工業(yè)生物質(zhì)廢棄物；當(dāng)然也可以是畜牧業(yè)生產(chǎn)過程中的禽畜糞便和廢棄物等。

s120：步驟(2)將含鐵原料、生物質(zhì)和添加劑混合，通過壓塊機在150-400℃熱壓制備得到含鐵團塊，含鐵團塊的壓強為10-20mpa，本實施例為15mpa，而后將團塊至于105±5℃的條件下，保溫3h至完全干燥；所述的含鐵原料、生物質(zhì)、添加劑和按如下質(zhì)量份數(shù)組成：生物質(zhì)50-60g，優(yōu)選52g；含鐵原料100-200g，優(yōu)選150g；添加劑5-10g，優(yōu)選8g。其中所述的含鐵原料包括高爐灰、燒結(jié)返礦和鐵精礦，各組分的質(zhì)量百分比為：高爐灰：5％、燒結(jié)返礦：10％、鐵精礦：85％。

燒結(jié)返礦為：為燒結(jié)過程中的細粒返礦，高爐瓦斯灰的成分為：高爐瓦斯灰是高爐煤氣攜帶出的原料粉塵，含有鉀鈉元素，k2o的質(zhì)量百分含量為：1.0～2.0％；na2o的質(zhì)量百分含量為：5.0～9.0％。

s130：步驟(3)將干燥后的含鐵團塊放入800-900℃的密閉高溫容器中，并在密閉條件下進行加熱，保持5-10min，以2-3℃/min的升溫速度升溫至1150-1250℃，并保溫30-60min。生物質(zhì)被氣化生成h2、co、ch4等可燃性氣體，鐵氧化物被還原生成直接還原鐵；

其中，添加劑由碳酸鈉、紅土鎳礦、白云石和草木灰組成，各組分的質(zhì)量百分比為：碳酸鈉：20％，紅土鎳礦：45％，白云石：30％，草木灰：5％。值得進一步說明的是：紅土鎳礦、白云石和草木灰顆粒200目通過率大于90％。

所述的紅土鎳礦化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：ni：1.8％，tfe：24％，sio2：35％，cao：1.3％，mgo：16％，al2o3：3.5％，cr：0.5％，其余為雜質(zhì)。

白云石化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：tfe：0.28％，sio2：0.66％，al2o3：0.31％，cao：52.12％，mgo：31.03％。制備得直接還原鐵的金屬化率、氣體產(chǎn)率和焦油產(chǎn)率如表1所示；不僅大大提高了生物質(zhì)氣化產(chǎn)率，而且提高了直接還原鐵的金屬化率。并檢測實施例1的含鐵團塊的抗壓強度為4130n，提高了含鐵團塊的抗壓強度，避免了在反應(yīng)的過程中含鐵團塊粉碎，促進了氣體的傳質(zhì)，進而提高了還原效率，提高了金屬化率，并提高了直接還原鐵的品位。

對比例1

本對比例的基本內(nèi)容同實施例1，其不同之處在于：其中未加入添加劑，檢測反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實驗結(jié)果記錄如表1所示。

對比例2

本對比例的基本內(nèi)容同實施例1，其不同之處在于：含鐵原料中未包含燒結(jié)返礦，即含鐵原料中僅由鐵精礦和高爐灰組成，檢測反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實驗結(jié)果記錄如表1所示。

對比例3

本對比例的基本內(nèi)容同實施例1，其不同之處在于：含鐵原料中未包含紅土鎳礦，即含鐵原料中僅由鐵精礦和燒結(jié)返礦組成，檢測反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實驗結(jié)果記錄如表1所示。

對比例4

本對比例的基本內(nèi)容同實施例1，其不同之處在于：將干燥后的含鐵團塊放入反應(yīng)器中由室溫逐漸升溫至900℃，再以2-5℃/min的升溫速度升溫至1150-1250℃，并保溫30-60min，本實施例的升溫速度為3℃/min，升溫溫度為1200℃，保溫時間為40min。檢測反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實驗結(jié)果記錄如表1所示。

對比例5

本對比例的基本內(nèi)容同實施例1，其不同之處在于：還包括粘結(jié)劑4g；值得說明的是所述的粘結(jié)劑為膨潤土。檢測反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實驗結(jié)果記錄如表1所示。此外，還另外檢測團塊的抗壓強度，得到抗壓強度為420n。

表1實驗數(shù)據(jù)

對上述的結(jié)論進行對比，可以得出以下結(jié)論：

(1)由對比例1和實施例1對比發(fā)現(xiàn)，在相同的條件下，當(dāng)未加入添加劑時，氣化產(chǎn)率較低，且焦油產(chǎn)率較高，添加劑中含有大量的金屬離子；

(2)由對比例2和實施例1對比發(fā)現(xiàn)，在相同的條件下，當(dāng)不添加燒結(jié)返礦時，焦油的轉(zhuǎn)化率和氣化效率均有所降低，其原因可能是燒結(jié)返礦中含部分的復(fù)雜氧化物，該復(fù)雜氧化物在加熱的在高溫條件下可能會與添加劑的金屬元素產(chǎn)生鐵-鎳-鎂等氧化物或復(fù)雜氧化物，而這些氧化物又反作用于金屬離子，加強了其對焦油等裂解產(chǎn)物在高溫下的離子偏移效應(yīng)，促使焦油中的電子云被破壞而失去穩(wěn)定性，使c-c鍵、c-h鍵容易發(fā)生斷裂，從而促使了焦油裂解生成小分子有機物，裂解生成的h2、ch4等可燃性氣體對鐵氧化物強化了對鐵氧化物的還原過程，提高了反應(yīng)得到的直接還原鐵的金屬化率。

(3)由對比例3和實施例1對比發(fā)現(xiàn)，在相同的條件下，當(dāng)不添加高爐灰時，生物質(zhì)的氣化效率降低，其原因尚不清晰，但是可能是由于高爐灰中含有大量的na、k、pb、zn，這些金屬離子一方面強化了對大分子有機物電子的吸引、偏移，另一方面可能在高溫條件下與鐵氧化物或者鎳鐵化合物結(jié)合，提高鐵氧化物、鎳鐵化合物的催化活性，從而改善了催化效果；上述元素不僅促進了大分子有機物的分解，同時改善了提高鐵氧化物、鎳鐵化合物的反應(yīng)活性，并促進了鐵氧化物的還原，從而提高了金屬化率。

(4)對比例4與實施例1對比發(fā)現(xiàn)，相同的原料配比條件下，當(dāng)緩慢加熱時，焦油的產(chǎn)率增加，其中可能是由于前期緩慢升溫的過程中產(chǎn)生較為大量的焦油，而焦油在生成的過程中就由容器中揮發(fā)而出，而在低溫的過程中鐵-鎳-鎂等氧化物或復(fù)雜氧化物尚未有效形成，另一方面金屬離子在低溫過程中難以有效地促進焦油中的大分子有機物發(fā)生裂解、重整，從而增加量焦油的產(chǎn)率。

(5)對比例5與實施例1對比可以發(fā)現(xiàn)，相同的條件下，如果配入不配入粘結(jié)劑，通過對生物質(zhì)進行改性處理，在對生物質(zhì)與含鐵粉料混合壓塊，申請人驚訝的發(fā)現(xiàn)反而提高了含鐵團塊的抗壓強度，通過多次研討會，最終認為其中的機理可能是：生物質(zhì)未進行改性時，生物質(zhì)中的纖維素成分具有一定的韌性，壓實后容易回彈，導(dǎo)致了壓實后的球團內(nèi)部顆粒間距增大，致使含鐵團塊的強度降低。而通過對生物質(zhì)進行改性，制備得到的含鐵團塊，在不添加年粘結(jié)劑的情況下反而具有更好的強度，由于生物質(zhì)在含碳球團內(nèi)容產(chǎn)生交聯(lián)和熔化，使煤粉顆粒和鐵礦粉顆粒緊密地聯(lián)系在一起，從而提高了含碳球團的強度，提高了含鐵團塊的強度，避免含鐵團塊在反應(yīng)的過程中粉碎，促進了含鐵團塊內(nèi)的氣體傳質(zhì)，從而促進了含鐵團塊中的鐵氧化物與還原氣反應(yīng)，促進了反應(yīng)的進行，與此同時鐵氧化物促進了生物質(zhì)的分解，從而提高了生物質(zhì)的氣化產(chǎn)率，并同時提高了金屬化率。而且由于生物質(zhì)進行改性后，生物質(zhì)與堿性溶液中的naoh充分混合，naoh浸入至生物質(zhì)的內(nèi)部，在進行改性的同時，na元素不可避免的會殘留在生物質(zhì)內(nèi)部，且na與生物質(zhì)接觸更充分，在高溫條件下生物質(zhì)及其分解產(chǎn)物碳原子及氧原子的電子受到na不同程度的影響，促使了c-c和c-o鍵角偏移、鍵長變長、碳環(huán)不規(guī)則變形等，并造成鍵能降低，焦油及生物質(zhì)其他分解產(chǎn)物熱穩(wěn)定性降低，從而進一步地提高了氣化產(chǎn)率；與此同時，生成的還原性氣體與含鐵原料中的鐵氧化物充分結(jié)合，進而提高了金屬化率，為后續(xù)的短流程的煉鋼提供了直接還原鐵的基礎(chǔ)，與此同時降低了焦油的產(chǎn)率。

當(dāng)然，為了實現(xiàn)生物質(zhì)在鋼鐵行業(yè)中的資源化應(yīng)用，實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，已有相關(guān)的技術(shù)人員，開展了相關(guān)方面的技術(shù)研究。例如，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為：聯(lián)合生產(chǎn)生鐵和高質(zhì)量合成氣的方法和裝置，專利申請?zhí)枺?01180048198.5，專利申請日為：2011-08-03。該專利申請通過將鐵礦石和氣體聯(lián)產(chǎn)方法，該方法雖然實現(xiàn)了利用生物質(zhì)還原鐵氧化物制備直接還原鐵，并且同時生產(chǎn)可燃性氣體，但是由于氣化過程中焦油等大分子有機物得不到有效的裂解、重整，使得焦油去除率較低，氣化效果差，此問題也是限制生物質(zhì)有效資源應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

本專利的發(fā)明人通過長時間不懈的探索，最終選擇了恰當(dāng)?shù)慕M分作為生物質(zhì)與含鐵原料反應(yīng)，聯(lián)產(chǎn)可燃性氣體和直接還原鐵，大大提高了生物質(zhì)的氣化效率以及焦油去除率，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動更不可能選擇如此的添加劑，并應(yīng)用于含鐵原料制備可燃性氣體與直接還原鐵的聯(lián)產(chǎn)方法。上述的反應(yīng)機理尚不完全清晰，并一直困擾著本專利的發(fā)明人。為了摸清該反應(yīng)的反應(yīng)理論，申請人開展了多次研討會進行討論，并認為其中可能是以下原因：

前期900℃保溫的過程中，在含鐵團塊上形成了形成微孔，增大團塊的比表面積，并為后續(xù)鐵-鎳-鎂等氧化物或復(fù)雜氧化物與促進焦油裂解提供了較大的反應(yīng)界面，同時增大了生物質(zhì)裂解氣體還原鐵氧化物的反應(yīng)面積，一方面促進了鐵氧化物的逐級還原并且生物質(zhì)氣化、裂解過程產(chǎn)生大量h2、co、碳氫化合物，具有較高的還原性，該還原性氣體促進了鐵氧化物低溫還原，并且添加劑促進了低熔點固溶相的生成，使得生物質(zhì)只需在較低的溫度下就能對鐵礦石進行還原，當(dāng)生物質(zhì)作為鐵氧化物的還原劑以及可燃性氣體的c源和h源。鐵氧化物充當(dāng)鋼制備的鐵源以及碳反應(yīng)生成co的氧源。與常規(guī)生物質(zhì)生產(chǎn)直接還原鐵的方法不同，本方法的氧來自含鐵團塊的內(nèi)部循環(huán)，而不是來自由氧氣，從而提高了直接還原鐵的金屬化率；另一方面促進了焦油及生物質(zhì)其他分解產(chǎn)物的催化裂解。

此外，高爐灰和添加劑含有大量的堿性金屬離子，該金屬離子在高溫加熱的過程吸附在生物質(zhì)及其分解產(chǎn)物的表面，在高溫條件下生物質(zhì)及其分解產(chǎn)物碳原子及氧原子的電子受到不同程度的影響，促使了c-c和c-o鍵角偏移、鍵長變長、碳環(huán)不規(guī)則變形等，并造成鍵能降低，焦油及生物質(zhì)其他分解產(chǎn)物熱穩(wěn)定性降低。但是，不添加添加劑時，金屬離子難以吸附在生物質(zhì)纖維素的表面，使得生物質(zhì)脫聚反應(yīng)為主導(dǎo)，生成一系列含有碳環(huán)狀的碳氫化合物，使得焦油產(chǎn)率較高。

并且，溫度的不斷升高生物質(zhì)加熱還原鐵氧化物的過程中，生產(chǎn)一系列活性的鐵-鎳-鎂等復(fù)雜氧化物，其中包括：鈣鐵化合物、鈣鎂化合物、鐵橄欖石、鎳鐵氧化物等，高溫條件下這些物質(zhì)表面具有較高的反應(yīng)活性和極性活化位，一方面促進了金屬離子的移動，加強了金屬離子對焦油等裂解產(chǎn)物在高溫下的離子偏移效應(yīng)；另外，焦油中的稠環(huán)化合物含有帶負電性的π電子體系，π電子云被破壞而失去穩(wěn)定性，使c-c鍵、c-h鍵容易發(fā)生斷裂，從而降低了裂解活化能，鐵-鎳-鎂等氧化物或復(fù)雜氧化物進一步促進焦油等大分子有機物發(fā)生催化降解，使得焦油中的大分子有機物發(fā)生開環(huán)斷裂反應(yīng)，易發(fā)生降解，并生成一系列的低分子碳氫化合物，提高了生物質(zhì)的氣化轉(zhuǎn)化效率，并降低了焦油的產(chǎn)率。其中，特別是鎳鐵氧化物降低了碳氫化合物和ch4的含量，可燃氣體中h2和co含量顯著增加，當(dāng)然鐵氧化物在催化分解有機物的過程中，自身也在不斷的參與反應(yīng)過程，并不斷的還原并得到直接還原鐵，從而提高了直接還原鐵的金屬化率。

s200：步驟二：電爐熔煉

將直接還原鐵熱裝送入電爐內(nèi)，并向電爐內(nèi)加入造渣劑，采用氧槍進行吹氧熔煉，吹氧熔煉后出鋼，電爐熔煉氧化期爐渣中feo含量為12～20％，二元堿度r＝2～3；本實施例feo含量為為15％，二元堿度r＝1.5。并控制出鋼溫度為1520℃-1620℃，本實施例為1580℃，p含量<0.02％。所述造渣劑包括石灰和氧化鐵皮，其中質(zhì)量百分比為石灰90％，氧化鐵皮10％。冶煉鋼水的成分為[c]：0.09％，[s]：0.05％，[p]：0.15％。

本發(fā)明的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼方法，通過將含鐵團塊放入高溫容器中進行加熱，鐵氧化物被還原生成直接還原鐵，再將直接還原鐵熱裝送入電爐內(nèi)熔煉得到合格鋼水，實現(xiàn)了生物質(zhì)含鐵團塊的短流程煉鋼，打破了現(xiàn)有技術(shù)中冶煉鋼水須進行吹煉的技術(shù)認知，使生物質(zhì)含鐵團塊能夠一步直接生產(chǎn)出液態(tài)鋼水，精簡了傳統(tǒng)的含鐵礦物一鐵水或直接還原鐵一鋼水的工藝，生產(chǎn)效率高，且得到的鋼水成分完全符合要求，利用生物質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)煉鐵工藝的煤和焦碳，提高能源利用效率，并實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展；在生產(chǎn)直接還原鐵的過程中生物質(zhì)氣化生產(chǎn)得到可燃性氣體，并降低焦油含量，同時提高氣化產(chǎn)率，可燃性氣體可用于烘烤、預(yù)熱冶金設(shè)備或者原料，提高了能源的利用率。

實施例2

本實施例的基本內(nèi)容同實施例1，不同之處在于：

所述步驟一的添加劑由碳酸鈉、紅土鎳礦、白云石、草木灰和鉻渣組成；各組分的質(zhì)量百分比為：碳酸鈉：15％、紅土鎳礦：30％、白云石：30％、草木灰：15％，鉻渣：10％。所述的鉻渣化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下：sio2：28％，al2o3：8％，cao：30％，mgo：15％，fe2o3：10％，cr2o6：0.8％和na2cr2o7：1％，其余為雜質(zhì)。檢測反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實驗結(jié)果記錄如表1所示。值得注意的是其中的改性溶液為堿性溶液，所述的堿性溶液為koh溶液，koh溶液的質(zhì)量濃度為3％。一方面鉻渣在生物質(zhì)氣化的高還原性條件下，對鉻渣進行有效還原，生成底價的鉻氧化物，鉻氧化物與團塊中的鐵氧化物、鈣鎂化合物結(jié)合，促進了焦油中的大分子有機物的高效率裂解，從而生成小分子可燃性氣體，鐵氧化物在催化分解有機物的過程中不斷的還原并得到直接還原鐵，

所述步驟二：電爐熔煉：將直接還原鐵熱裝送入電爐內(nèi)，并向電爐內(nèi)加入造渣劑，吹氧熔煉后出鋼，電爐熔煉氧化期爐渣中feo含量為12～20％，二元堿度r＝2～3；本實施例feo含量為為18％，二元堿度r＝2.6。并控制出鋼溫度為1520℃-1620℃，本實施例為1600±10℃，p含量<0.02％，所述的造渣劑為石灰；當(dāng)然此處的造渣劑也可以采用，現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的造渣劑進行代替。

本發(fā)明的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼方法，通過將含鐵團塊放入高溫容器中進行加熱，鐵氧化物被還原生成直接還原鐵，再將直接還原鐵熱裝送入電爐內(nèi)熔煉得到合格鋼水，實現(xiàn)了生物質(zhì)含鐵團塊的短流程煉鋼；本發(fā)明的提高了直接還原鐵的質(zhì)量，并為后續(xù)的鋼水熔煉奠定了基礎(chǔ)；鉻氧化物同時被還原并留存在直接還原鐵中，增加了鋼中的鉻含量，為后續(xù)冶煉不銹鋼提供了基礎(chǔ)，且降低了合金化過程中的金屬原料的加入量，從而降低了冶煉成本。

實施例3

本實施例的基本內(nèi)容同實施例1，不同之處在于：

所述步驟一的鐵精礦由哈楊迪、圖巴朗粉、加拿大精粉、哈混粉和金布巴粉組成，礦的成分如表2所示，各種礦粉的質(zhì)量百分比為：哈楊迪：10％、圖巴朗粉：20％、加拿大精粉：40％、哈混粉：15％、金布巴粉：15％。檢測反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率，實驗結(jié)果記錄如表1所示。

表2礦粉成分(wt/％)

值得注意的是其中的改性溶液為堿性溶液，所述的堿性溶液為naoh和ca(oh)2的混合溶液，混合溶液的質(zhì)量濃度為4％，naoh和ca(oh)2的質(zhì)量之比為4:1。

所述步驟二：電爐熔煉：將直接還原鐵熱裝送入電爐內(nèi)，并向電爐內(nèi)加入造渣劑，吹氧熔煉后出鋼，電爐熔煉氧化期爐渣中feo含量為12～20％，二元堿度r＝2～3；本實施例feo含量為為12％，二元堿度r＝2.1。并控制出鋼溫度為1520℃-1620℃，本實施例為1620±10℃，p含量<0.02％，所述的造渣劑為石灰；當(dāng)然此處的造渣劑也可以采用，現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的造渣劑進行代替。

本發(fā)明的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼方法，通過將含鐵團塊放入高溫容器中進行加熱，鐵氧化物被還原生成直接還原鐵，其中發(fā)明人認為：此過程可能是在900℃保溫的過程中，鐵礦粉中的結(jié)晶水受熱分解，并在含鐵團塊中產(chǎn)生較多的空隙，從而增大了鐵氧化物還原的氣固反應(yīng)界面，這些空隙增大了鐵氧化物及其復(fù)雜化合物對焦油中的大分子有機物的催化作用，且結(jié)晶水受熱分解產(chǎn)生的h2o彌漫在反應(yīng)器中，該水蒸氣在鐵氧化物催化下，促進了大分子的裂解/重整，從而提高了焦油的轉(zhuǎn)化效率，此過程中鐵氧化物在催化分解有機物的過程中，不斷的還原并得到直接還原鐵。再將直接還原鐵熱裝送入電爐內(nèi)熔煉得到合格鋼水，實現(xiàn)了生物質(zhì)含鐵團塊的短流程煉鋼，打破了現(xiàn)有技術(shù)中冶煉鋼水須進行吹煉的技術(shù)認知，使生物質(zhì)含鐵團塊能夠一步直接生產(chǎn)出液態(tài)鋼水，精簡了傳統(tǒng)的含鐵礦物一鐵水或直接還原鐵一鋼水的工藝，生產(chǎn)效率高，且得到的鋼水成分完全符合要求。

實施例4

本實施例的基本內(nèi)容同實施例1，不同之處在于：

所述步驟一的添加劑由碳酸鈉、氯化鉀、紅土鎳礦、白云石、草木灰組成，各組分的質(zhì)量百分比為：碳酸鈉：15％、氯化鉀：20％、紅土鎳礦：25％、白云石：30％、草木灰：10％。檢測反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實驗結(jié)果記錄如表1所示。值得注意的是其中的改性溶液為堿性溶液，所述的堿性溶液為naoh溶液，naoh溶液的質(zhì)量濃度為1％。堿金屬離子主要是堿金屬促進了焦油等大分子有機物的進一步裂解，抑制了高溫環(huán)境下小分子團聚，提高了焦油的轉(zhuǎn)化效率，添加劑促進了鐵氧化物與大分子有機物結(jié)合，鐵氧化物在催化分解有機物的過程中，不斷的還原并得到直接還原鐵。

所述步驟二：電爐熔煉：將直接還原鐵熱裝送入電爐內(nèi)，并向電爐內(nèi)加入造渣劑，吹氧熔煉后出鋼，電爐熔煉氧化期爐渣中feo含量為12～20％，二元堿度r＝2～3；本實施例feo含量為為12％，二元堿度r＝2.1。并控制出鋼溫度為1520℃-1620℃，本實施例為1520±10℃，p含量<0.02％，所述的造渣劑為石灰、螢石和錳鐵合金，質(zhì)量百分比為：石灰：90％，螢石：2％，錳鐵：8％；當(dāng)然此處的造渣劑也可以采用，現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的造渣劑進行代替。冶煉鋼水的成分基本同實施例1。

本發(fā)明的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼方法，通過將含鐵團塊放入高溫容器中進行加熱，鐵氧化物被還原生成直接還原鐵，再將直接還原鐵熱裝送入電爐內(nèi)熔煉得到合格鋼水，實現(xiàn)了生物質(zhì)含鐵團塊的短流程煉鋼，使生物質(zhì)含鐵團塊能夠一步直接生產(chǎn)出液態(tài)鋼水，精簡了傳統(tǒng)的含鐵礦物一鐵水或直接還原鐵一鋼水的工藝，生產(chǎn)效率高，且得到的鋼水成分完全符合要求。

實施例5

本實施例的基本內(nèi)容同實施例1，不同之處在于：

所述步驟一的添加劑由碳酸鈉、紅土鎳礦、白云石、草木灰、鉻渣和釩鈦磁鐵礦渣組成，各組分的質(zhì)量百分比為：碳酸鈉：15％、紅土鎳礦：30％、白云石：20％、草木灰：10％、鉻渣：10％、釩鈦磁鐵礦渣：15％。檢測反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實驗結(jié)果記錄如表1所示。加熱的過程中生成鐵釩、鐵鎳的氧化物，在金屬離子促使焦油中的大分子有機物發(fā)生電子偏移，降低了分解活性的基礎(chǔ)上，鐵釩、鐵鎳的氧化物促進了生物質(zhì)中的焦油裂解，鐵釩、鐵鎳的氧化物在催化分解有機物的過程中，不斷的還原并得到直接還原鐵，提高了金屬化率，為提高了鋼水的有益元素的含量。

所述步驟二：電爐熔煉：將直接還原鐵熱裝送入電爐內(nèi)，并向電爐內(nèi)加入造渣劑，吹氧熔煉后出鋼，電爐熔煉氧化期爐渣中feo含量為12～20％，二元堿度r＝2～3；本實施例feo含量為為18％，二元堿度r＝3.0。并控制出鋼溫度為1520℃-1620℃，本實施例為1580±10℃，p含量<0.02％，所述的造渣劑為石灰，當(dāng)然此處的造渣劑也可以采用，現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的造渣劑進行代替。冶煉鋼水的成分基本同實施例1。

本發(fā)明的一種生物質(zhì)含鐵團塊短流程煉鋼方法，通過將含鐵團塊放入高溫容器中進行加熱，鐵氧化物被還原生成直接還原鐵，再將直接還原鐵熱裝送入電爐內(nèi)熔煉得到合格鋼水，實現(xiàn)了生物質(zhì)含鐵團塊的短流程煉鋼，使生物質(zhì)含鐵團塊能夠一步直接生產(chǎn)出液態(tài)鋼水，精簡了傳統(tǒng)的含鐵礦物一鐵水或直接還原鐵一鋼水的工藝。

實施例6

本實施例的種生物質(zhì)含鐵團塊短流程生產(chǎn)不銹鋼的方法，基本內(nèi)容同實施例1，不同之處在于：將步驟二冶煉得到的鋼水加入aod爐中脫碳升溫至1650-1680℃，本實施例為1660±10℃，再向爐中加入含鉻的金屬原料進行合金化，含鉻的金屬原料包括鉻鐵合金、鉻鐵礦或者兩者的組合，并加入硅鐵和石灰作為發(fā)熱劑，利用si在熔池中的氧化釋放的化學(xué)熱加熱熔池，從而利用升溫冶煉含鉻的不銹鋼，加入石灰提高爐渣堿度可以防止回硫。再將合金化后的鋼水運送至vod爐中進行深脫碳，底吹氬氣攪拌，達到成分要求時，結(jié)束vod真空精煉，終點碳含量0.02-0.04％，本實施例終點碳含量0.02％。

在上文中結(jié)合具體的示例性實施例詳細描述了本發(fā)明。但是，應(yīng)當(dāng)理解，可在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下進行各種修改和變型。詳細的描述和附圖應(yīng)僅被認為是說明性的，而不是限制性的，如果存在任何這樣的修改和變型，那么它們都將落入在此描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，背景技術(shù)旨在為了說明本技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀和意義，并不旨在限制本發(fā)明或本申請和本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域。

更具體地，盡管在此已經(jīng)描述了本發(fā)明的示例性實施例，但是本發(fā)明并不局限于這些實施例，而是包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)前面的詳細描述可認識到的經(jīng)過修改、省略、(例如各個實施例之間的)組合、適應(yīng)性改變和/或替換的任何和全部實施例。權(quán)利要求中的限定可根據(jù)權(quán)利要求中使用的語言而進行廣泛的解釋，且不限于在前述詳細描述中或在實施該申請期間描述的示例，這些示例應(yīng)被認為是非排他性的。例如，在本發(fā)明中，術(shù)語“優(yōu)選地”不是排他性的，這里它的意思是“優(yōu)選地，但是并不限于”。在任何方法或過程權(quán)利要求中列舉的任何步驟可以以任何順序執(zhí)行并且不限于權(quán)利要求中提出的順序。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)僅由所附權(quán)利要求及其合法等同物來確定，而不是由上文給出的說明和示例來確定。