專利名稱：制備金屬鐵的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過加熱還原鐵氧化物例如鐵礦和含碳還原劑例如碳材料獲得金屬鐵的改進方法，還涉及分離出作為在鐵氧化物源中脈石成分侵入的爐渣成分制備金屬鐵和能有效制備高純度金屬鐵的方法和設(shè)備。
作為一種直接的煉鐵方法，直接用一種碳材料或一種還原氣體還原鐵氧化物例如鐵礦或鐵氧化物球，其中通常以MIDREX方法代表的豎爐方法已廣為人知。這種直接煉鐵的方法包括從在豎爐的較低部位的鼓風口吹入從天然氣等產(chǎn)生的還原氣體獲得還原鐵。另外，近幾年來使用碳材料例如煤炭作為還原劑代替天然氣還原鐵的生產(chǎn)工藝已經(jīng)得到關(guān)注。尤其是，一種所謂的SL/RN方法已經(jīng)得到實際應(yīng)用。
另外，作為另一種煉鐵方法，美國專利號3,443,931公開了一種生產(chǎn)還原鐵的工藝，包括把一種碳材料和粉末狀的鐵氧化物混合成塊或球，并在回轉(zhuǎn)爐上對它們進行熱還原。
在形成胚塊或其他形狀的同時或之后把通過上述方法產(chǎn)生的還原鐵加到一個電弧爐作為鐵原料。因為近年來對廢鐵的回收變得越來越活躍，用上述方法獲得的還原鐵以作為在廢鐵中夾入的雜質(zhì)元素的稀釋劑而聞名。
然而，由于在作為原材料的鐵氧化物中含有的大量爐渣成分例如SiO2、Al2O3和CaO(鐵氧化物中的爐渣)或碳材料(煤炭中的灰份)侵入到用現(xiàn)有還原煉鐵方法獲得的還原鐵中，產(chǎn)品鐵的質(zhì)量(金屬鐵的純度)就降低。
在實際應(yīng)用中，盡管這種爐渣成分在隨后的精煉步驟中被分離去除，但是爐渣量的升高不僅會降低精煉的熔融鐵的產(chǎn)率，并對電弧爐的操作成本產(chǎn)生不希望有的影響，這就需要鐵含量高和爐渣成分含量低的還原鐵。然而，為了通過現(xiàn)有的上述生產(chǎn)還原鐵的方法來滿足這一需要，就不得不使用具有高鐵質(zhì)量的鐵礦石作為生產(chǎn)還原鐵的原材料，這就顯著縮小了能實際應(yīng)用的煉鐵原材料的選擇范圍。
而且，在如上所述的現(xiàn)有方法中，必需混合鐵氧化物源和碳，并通過粘合劑或燒結(jié)一次把它們預(yù)先模制成塊或球材料，這樣預(yù)先模制的設(shè)備和操作工作量就不可避免地增加。
另外，有本發(fā)明人申請的在日本未公開專利Hei 9-256017中描述了一種方法，包括把碳還原劑和鐵氧化物的粉末預(yù)模制成球形或丸狀，熱還原預(yù)模制的產(chǎn)品，從而在模制產(chǎn)品的外表面形成和生成鐵金屬殼，并增加在金屬鐵殼中的還原勢，從而能夠有效地在內(nèi)部還原鐵氧化物和把產(chǎn)生的金屬鐵和形成的爐渣分離開。因此，據(jù)說該方法作為能夠獲得高金屬化的金屬鐵的方法是極有效的。
然而，即使是該方法也存在與上述現(xiàn)有技術(shù)類似的問題，原材料不得不通過粘合劑或燒結(jié)等預(yù)先一次模制成球形或丸形，這樣預(yù)模制的設(shè)備和操作工作量就不可避免地增加。
而且，日本未公開專利Hei 8-27507公開了另一種直接還原煉鐵的方法，該方法把含脫硫劑的碳還原劑和粉末狀鐵氧化物鋪在活動式爐床上，每層以分層的形式堆疊，把它們加熱以獲得海綿鐵。應(yīng)當強調(diào)的是，由于鐵氧化物是用碳還原劑還原的，在碳還原劑例如煤炭中含有的硫成分被脫硫劑俘獲，就可以獲得硫含量較少的海綿鐵，而且根據(jù)該方法就可以減緩隨后的脫硫工作量。
然而，雖然具有不需要預(yù)先直接模制鐵原材料為球狀或其他形狀的方法有優(yōu)點，但是因為鐵氧化物源和含碳還原劑彼此不直接接觸，還原率低，需要長時間加熱還原，從生產(chǎn)率的角度出發(fā)這就不適合于工業(yè)規(guī)模的實際應(yīng)用。
另外，在該方法中獲得的是海綿鐵形式的還原鐵，大量的脈石成分被侵入海綿鐵中降低了還原鐵的鐵質(zhì)量。如果把這么低質(zhì)量的還原鐵作為鐵源供應(yīng)到電弧爐等中，因為得到的爐渣的量增加對電弧爐的操作性就有不希望的影響，而且還有其它問題，例如由于鐵侵入到爐渣中引起的損失造成鐵產(chǎn)率的降低，能耗單位增加，生產(chǎn)率降低等。另外，由于在鐵氧化物源中的鐵含量降低這一問題就變的更為突出，在實際操作中不可能使用質(zhì)量低的鐵或鐵氧化物源，這樣就只能使用高質(zhì)量的氧化鐵源。
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題完成了本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠制備有較少侵入的脈石成分和高Fe純度的還原鐵，而不需要預(yù)先模制成塊狀或球形，即使是用低質(zhì)量的鐵氧化物源和高質(zhì)量的鐵氧化物源也是這樣。
根據(jù)本發(fā)明能夠克服上述問題的制備方法包括加熱把含鐵氧化物的粉末和含碳還原劑的粉末的混合粉末以鋪在爐床上的狀態(tài)加熱，然后進行還原和熔化，而不需預(yù)先把粉末模制成球形或其它形狀。
在本方法優(yōu)選的實施方案中，鋪在爐床上的粉末被壓制成緊密狀態(tài)，然后進行加熱。當在壓制成緊密狀態(tài)后把鋪在爐床上的粉末混合物加熱，鐵氧化物表面和碳還原劑彼此形成更緊密的接觸，易于進一步增加了熱還原效率。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，混合的粉末層形成不均勻性，然后被加熱。當在混合的粉末層表面形成不均勻性從而增加了表面積后加熱混合粉末，通過增大有效加熱面積熱進一步改善了還原率。
在本方法的另一個實施方案中，在爐床上預(yù)先形成產(chǎn)品釋放促進層。在本發(fā)明中，如上所述將在爐床上混合的粉末加熱還原和熔化，其中比重高的熔融還原鐵有可能直接與爐床表面接觸，熱破壞底層的耐火材料，或在完成還原和熔化后當從爐床表面卸出產(chǎn)品(還原鐵和形成的爐渣)時還原鐵沉積到爐床表面，這有可能妨礙卸出性。產(chǎn)品促進釋放層的提供，能使爐床的產(chǎn)品容易卸出，并能延長爐床的使用壽命，還起到防熱的作用。
在本方法的另一個實施方案中，混合粉末還含有脫硫劑。在混合粉末中含有的脫硫劑俘獲在熱還原和熔化步驟中形成的硫含量，以降低在產(chǎn)生的還原鐵中的硫含量。
本發(fā)明優(yōu)選使用的用來實施如上所述的制造方法制備金屬鐵的設(shè)備包括一個活動式爐床，一個用來向爐床供應(yīng)含鐵氧化物的粉末和含碳還原劑的粉末的混合粉末的供應(yīng)裝置，一個在爐床上加熱混合粉末的加熱裝置，一個把通過加熱還原和熔化的產(chǎn)品卸到爐床外的卸出裝置和一個用來把產(chǎn)品分離成還原鐵和爐渣的分離裝置，該設(shè)備的優(yōu)選實施方案包括一個用來壓制鋪在爐床上的混合粉末的壓制裝置。
本設(shè)備優(yōu)選的一個實施方案包括一個用來使混合的粉末層形成不均勻性的不均勻形成裝置。
本設(shè)備優(yōu)選的一個實施方案包括用來在爐床上形成產(chǎn)物釋放促進層的產(chǎn)物釋放促進層形成裝置。
在本設(shè)備優(yōu)選的實施方案中，爐床包括多個沿閉合回路移動的爐床單位，包括多個往復(fù)式爐床單位，或爐床是旋轉(zhuǎn)圓盤型的。
在本設(shè)備優(yōu)選的一個實施方案中，爐床包括多個在水平鋪的圓柱型耐火爐中同軸旋轉(zhuǎn)的爐床單位。
在這些實施方案中，可以通過加熱還原和熔化連續(xù)進行一系列供應(yīng)原料粉末混合物和卸出產(chǎn)品的步驟，這對于在工業(yè)規(guī)模中運行該設(shè)備是優(yōu)選的。
在根據(jù)本發(fā)明如上所述的制備方法中，將含鐵氧化物的粉末和含碳還原劑的粉末(下文有時稱為碳材料)的混合粉末以鋪在爐床上的狀態(tài)加熱進行還原和熔化，從而獲得金屬鐵而不需預(yù)先把粉末模制成球形或其它形狀。即，因為按照這種方法鐵氧化物源和碳材料被以粉末狀態(tài)使用和混合，就不需要預(yù)先模制成塊狀或球狀。而且，按照這種方法，因為氧化鐵源和碳材料以混合和彼此臨近的粉末狀態(tài)被熱還原，熱還原迅速進行，在相對短的時間內(nèi)用熱處理可以有效進行還原。而且，在該方法中，因為熱還原形成的還原鐵通過加熱逐漸熔化，金屬鐵被熔化和彼此聚集，同時驅(qū)出爐渣成分，即使在使用低質(zhì)量的鐵氧化物源時也可以獲得有極少量的侵入爐渣成分和純度高的還原鐵。
附圖簡述

圖1說明的是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案的設(shè)備部分俯視圖。
圖2是圖1所示的設(shè)備的橫截面視圖。
圖3說明的是本發(fā)明另一個實施方案的設(shè)備的俯視示意圖。
圖4是在圖3中所示的裝置的加熱還原和熔化部分和分離部分的豎截面示意放大圖。
圖5是沿圖3的線B-B所做的橫截面示意圖。
圖6是沿圖3的線C-C所做的橫截面示意圖。
圖7，圖8和圖10說明的是本發(fā)明另一個實施方案的設(shè)備的豎截面示意圖；和圖9是圖8的橫截面視圖。
進行本發(fā)明的最好方式參考說明本發(fā)明的制備金屬鐵的設(shè)備的優(yōu)選實施方案將更具體地解釋根據(jù)本發(fā)明制備金屬鐵的方法和設(shè)備，但本發(fā)明并不局限于說明的實施方案，而是可以在不偏離如上或下面描述的本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)通過適當設(shè)計改變而實施，本發(fā)明下面描述的主旨也強調(diào)在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
圖1和圖2說明的是根據(jù)本發(fā)明制備金屬鐵的設(shè)備，其中，圖1是開放的頂板部分的示意俯視圖，圖2是圖1的示意橫截面圖。在附圖中分別表示的是，加熱爐1，原材料供應(yīng)部分2a，2b，爐床單位3a，3b，用來移動爐床的軌道4，構(gòu)成加熱裝置的燃燒器5，構(gòu)成分離部分的熔化分離爐6。
在該實施方案中，如附圖所示，安置球狀爐床單位3a，3b，使得它們能夠在加熱爐內(nèi)的軌道4上往復(fù)，燃燒爐1被安置在原材料供應(yīng)部分2a和2b之間的中間部分。在爐床單位3a(或3b)中的原材料供應(yīng)部分2a(或2b)供應(yīng)鐵氧化物源和碳材料的混合粉末?；旌戏勰涌梢员粔褐瞥删o密狀態(tài)，或根據(jù)具體情況進一步在表面形成不均勻性，然后移進加熱爐中(圖1表示的是在圖上部的原材料供應(yīng)部分2a把原材料供應(yīng)到爐床單位3a，然后把單位3a移動到加熱爐1中)，其中它被燃燒器5加熱進行還原和熔化。
把原材料混合粉末中的鐵氧化物源鋪在爐床單位3a上，然后送到加熱爐1中接受燃燒器5來的熱量，用在混合粉末中的碳材料和由碳材料形成的一氧化碳還原。在該方法中，熔融的還原鐵彼此附著和聚集，同時驅(qū)出副產(chǎn)的爐渣成分，并逐漸生成大塊的熔融還原鐵。因此，當它們在加熱爐1中被加熱預(yù)定的時間，還原形成的熔融鐵在爐床單位3中彼此附著成團形成大的團塊。在還原鐵的熔融團塊中，熔融的還原鐵彼此附著和聚集同時驅(qū)出上述爐渣，其中爐渣部分沉積在表面但爐渣部分基本上不侵入到里面。
在完成還原和熔化后，爐床單位3a被一個未示出的任何傾翻設(shè)備傾翻到熔化和分離爐6。當產(chǎn)品溫度降低時，將產(chǎn)品從爐床3a卸到熔化和分離爐6，進而加熱以增加在融化分離爐中的流動性，然后由于比重的不同，還原鐵和爐渣S就被分開，以把爐渣S從表面部分引出，把金屬Fe從底部引出。
在完成產(chǎn)品的卸出后將爐床3a移動到圖1較低部分所示的原材料供應(yīng)部分2b，已經(jīng)在原材料供應(yīng)部分2a供應(yīng)了原材料并來備用的爐床單位3b，被送到加熱爐1中，以上述相同的方式加熱還原和熔化原材料混合粉末。同時，原材料被供應(yīng)(可選通過壓制或形成表面不均勻性)到在圖中較低部分示出的原材料供應(yīng)部分2b中的其他爐床單位，并為下次熱還原和熔化備用。然后，在熔化爐1中完成熱還原從爐床中卸出還原產(chǎn)品后，把爐床單位移動到圖中的上部，并放出加熱爐，同時在原材料供應(yīng)部分2b備用的爐床單位被送到運行的爐1中。通過重復(fù)操作，原材料混合粉末可以連續(xù)地進行間歇熱還原和熔化。
當實施該方法時，從加熱爐1排出的尾氣含有大量的熱和可燃氣體(一氧化碳等)，如果尾氣被回收為燃燒器5的燃料，就會對節(jié)省燃料成本作出貢獻，或者可以把它們有效用作周圍地區(qū)便利的熱源或燃料。
為了制備實施本方法的原材料混合粉末，將碳材料以大于還原含氧化鐵源的鐵氧化物理論量的量混合，優(yōu)選控制碳材料的混合量以滿足“還原鐵氧化物原材料所需的量+還原鐵滲碳作用所需的量+氧化損失的量”。當在熱還原步驟中形成的還原鐵在熱還原環(huán)境下被滲碳，熔點降低以進一步幫助其從爐渣成分的分離。因此，需要控制碳材料相對于鐵氧化物原材料的混合量，同時考慮還原所需的理論量和如上所述的滲碳量，以及在加熱爐中的氧化損失的量。
把在爐床上的原材料粉末鋪成合適的厚度?？紤]各個生產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)、規(guī)模和加熱效率，可以適當確定厚度，用來迅速加熱到內(nèi)部的混合粉末層和進行有效還原和熔化的優(yōu)選厚度從10到300mm，一般地，從20到100mm。
可以把原材料以基本相同的厚度鋪在爐床單位的整個表面或用可選的壓制設(shè)備適當壓制成如上所述的緊密狀態(tài)，在表面上就可以形成不均勻性以增大有效加熱面積，或放置到爐床單位上，每個爐床單位以適當?shù)男螤罾缭诙鄠€位置有適當間隔的梯形。在本發(fā)明中的術(shù)語“鋪在爐床上”還包括間隔的安排。
鋪在爐床單位上的原材料混合粉末可以通過合適的校平裝置使厚度均勻。更優(yōu)選的是例如，通過一個壓輥把粉末壓成緊密狀態(tài)，這樣氧化鐵和碳材料就緊密接觸，因此還原效率就可以增加很多。這里壓成緊密狀態(tài)意味著壓制和固化粉末原材料使得原材料粉末的粒間距離更近。這與在公開的日本專利Hei 9-256017所述的現(xiàn)有技術(shù)基本不同，在這個專利中使用粘合劑或通過燒結(jié)粉末被預(yù)先模制成塊或球形。
在應(yīng)用本壓制處理，如果在壓制層表面上形成不均勻性，因為上面的熱量可以有效地傳遞到混合粉末層中，還原反應(yīng)形成的CO2的釋放也可以加速，進一步改善了還原率。對不均勻性的外型沒有具體的限制，但可以是一個可選的形狀例如線形的、波紋狀的或網(wǎng)格狀的。如果形成了不均勻性以把壓制的層劃分成合適大小的網(wǎng)格狀配置，在每一個網(wǎng)格中的熱還原形成的金屬鐵聚集成一層熔融的塊狀形成了基本上相同大小的金屬鐵塊，這樣隨后的熱處理(用篩子從爐渣成分中分離出)就容易更好地規(guī)格化。
只要溫度高于能熔化金屬鐵或還原形成的碳化產(chǎn)品的溫度，對熱還原的溫度沒有特別嚴格的限制。為了有效進行熱還原同時把加熱爐1或爐床單位的襯里耐火材料的熱退化降至最低，溫度在1350到5500℃，更優(yōu)選從1400到1500℃。
圖3到圖6表明了本發(fā)明的另一個實施方案，其中圖3是示意俯視圖，圖4是在圖3中所示的部位A的豎截面示意放大圖。圖5和圖6分別是沿圖3的線B-B和C-C所做的橫截面示意圖。
在該實施方案的設(shè)備中，沿軌道狀的閉合回路連續(xù)旋轉(zhuǎn)移動的移動裝置上安排有多個爐床3，3，……，其中原材料粉末操作的每一操作供料→壓制成緊密狀態(tài)(進而，形成不均勻性)→熱還原和熔化→卸出產(chǎn)品可以在沿軌道成形的回路的一個過程中連續(xù)進行。
具體地說，在圖3中分別示出了原材料供應(yīng)部分7a，7b，壓制(或者進而形成不均勻性)部分8a，8b，熱還原區(qū)D和E和產(chǎn)品卸出部分9a，9b，其中軌道成型回路等分，這樣熱還原和熔化的兩步就可以在一個回路中連續(xù)進行。
在原材料供應(yīng)部分7a，7b供應(yīng)到爐床3的原材料粉末在壓制部分8a，8b被壓制成緊密狀態(tài)，然后被送到加熱區(qū)D，E，并接受從加熱裝置例如燃燒器5的熱量進行熱還原。然后，通過一個如圖4所示的可選的傾翻裝置在完成還原和熔化后傾翻到達卸出部分9a，9b的爐床單位3，這樣在里面的產(chǎn)品(還原和熔化產(chǎn)品)就被卸到熔化和分離爐6，還原鐵和形成的爐渣S就因比重的差異被連續(xù)分離。
進而，在該實施方案中，如圖3和4所示，在加熱區(qū)D，E的中間部分10a，10b各布置第二原材料供應(yīng)部分10a，10b，這樣在該部分原材料混合粉末就能再次被供應(yīng)。這就是說，即使作為粉末狀混合物的原材料被預(yù)先壓制，通過在熱還原和熔化步驟中燃燒碳材料和還原氧化鐵其體積也被降低到約1/2-1/3。因此，如果象這樣連續(xù)進行操作，在熱還原的后面部分就不能充分利用爐床3(內(nèi)容積)的有效處理性能。因此，另外以對應(yīng)于還原容積的量從第二供應(yīng)部分10a，10b加入原材料混合粉末，同時在附圖所示的熱還原過程中的每一個爐床單位3的原材料混合粉末的體積降低，并連續(xù)進行熱還原。
圖7說明的是本發(fā)明另一個實施方案的豎截面示意圖，其中多個爐床3，3，……被連接到履帶型的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動設(shè)備上，其中對原材料混合粉末的一系列步驟供料→壓制成緊密狀態(tài)→熱還原和熔化→卸料可以沿閉合回路連續(xù)進行。這就是說，如附圖所示，原材料在閉合環(huán)路上部左端從原材料供應(yīng)部分7供應(yīng)到爐床單位3上，用一個壓輥8壓制原材料粉末并可選形成不均勻性，隨后被送到有一個加熱裝置例如燃燒器5的加熱部分1并被加熱，這樣就以前面所述的實施方案相同的方式進行還原和熔化。然后，用安裝在加熱部分下游的冷卻裝置12將產(chǎn)品冷卻，當產(chǎn)品到達圖7的右端，爐床單位3按照其旋轉(zhuǎn)傾翻，產(chǎn)品被從爐床單位3脫去，并且由其自身的重力而下落。因此，可以在下面的地方接受到產(chǎn)品，并把產(chǎn)品粉碎，然后用例如磁分法分成金屬鐵和爐渣。
在實施該方法時，產(chǎn)品必須容易從爐床3剝離和下落。為此，把一個產(chǎn)品釋放促進供應(yīng)部分13安置在閉合環(huán)的較低部分，并在本實施方案的位置把產(chǎn)品釋放促進劑例如MgO液體懸浮物沉積在爐床單位3的接受表面。底面的釋放促進劑有助于從如上所述的爐床表面剝離產(chǎn)品，對促進劑的種類沒有具體的限制，只要它優(yōu)選包括熔點高于還原鐵和爐渣的化合物，或侵入到形成的爐渣中增加爐渣熔點的化合物。鑒于產(chǎn)品釋放促進效果和成本，最優(yōu)選的是金屬氧化物例如MgO，CaO，Al2O3或含它們的復(fù)合氧化物。優(yōu)選在爐床表面上沉積產(chǎn)品釋放促進劑，因為如上所述產(chǎn)品從底面釋放，而且也可以抑制爐床單位表面的熱退化而延長使用壽命。而且，除了實施方案所示的外，在開動原材料供應(yīng)部分之前也可以以粉末形式供應(yīng)產(chǎn)品釋放促進劑。
而且，在圖7所示的實施方案中，通過一個導(dǎo)管14能夠有效回收從熱還原和熔化部分排出的尾氣，并有效利用其中具有的熱量或在作為熱能或燃料的尾氣所含的可燃性氣體。
圖8和圖9分別是本發(fā)明的另一個實施方案的豎截面視圖和橫截面示意圖，表示的是在一個形成環(huán)形的熔爐中旋轉(zhuǎn)盤形爐床3上進行熱還原和熔化的裝置。
在該設(shè)備的構(gòu)造中，盤型爐床3向一個在環(huán)形加熱爐1中的轉(zhuǎn)盤一樣旋轉(zhuǎn)，其中從原材料供應(yīng)部分7供應(yīng)原材料粉末，用壓輥8壓制混合物，用來自燃燒器5的熱量進行還原和熔化。然后，在冷卻區(qū)冷卻還原產(chǎn)品后，用安裝在下游的螺桿型卸料裝置15卸出產(chǎn)品，同時把產(chǎn)品從底表面剝離出來，用圖中未畫的篩或磁選設(shè)備分離爐渣成分和還原鐵。另外，在實施該方法中，在原材料供應(yīng)部分7的上游涂布或噴灑產(chǎn)品釋放促進劑來促進產(chǎn)品釋放和抑制爐床的退化是十分有效的，同時用一個部件壓輥8在壓制層的表面形成不均勻性來改善熱還原效率和，進而有效利用從加熱部分排出的尾氣。
圖10是本發(fā)明的另一個實施方案的橫截面示意圖，包括多個在圓柱型耐火爐A中的水平方向同軸旋轉(zhuǎn)的爐床單位3a，3b，3c……，并具有通過一個沿耐火爐A壁內(nèi)周驅(qū)動爐床單位的可選啟動源結(jié)構(gòu)?？蛇x在耐火爐A的任何部分安置原材料供應(yīng)部分7和產(chǎn)品卸出部分9，預(yù)加熱燃燒器5a正好在原材料供應(yīng)位置之前，在其旋轉(zhuǎn)方向下游安置加熱燃燒器5b，5b……，安置在下游的吹冷部分12a沿爐床單位的旋轉(zhuǎn)方向安置。
當用該設(shè)備進行還原和熔化時，在被預(yù)加熱燃燒器5a預(yù)加熱的爐床單位3a旋轉(zhuǎn)并達到原材料供應(yīng)部分7時，從原材料供應(yīng)部分7把原材料混合粉末加到熔爐A中。加入的原材料混合粉末從燃燒器5b接受熱量，同時把混合粉末被放在爐床單位3a上并連續(xù)還原形成還原鐵，同時連續(xù)分離出爐渣成分。然后，在更在其下面的下游，供送從吹冷部分12吹出的冷風來冷卻并固化還原和熔化形成的金屬鐵和爐渣成分，然后把金屬鐵和爐渣成分連續(xù)從熔爐A的產(chǎn)品釋放部分9排出，通過例如磁選方法分離金屬鐵和爐渣成分。通過連續(xù)進行從加入原材料混合粉末→熱還原和熔化→冷卻和固化→卸料→分離金屬鐵的操作就可以連續(xù)生產(chǎn)鐵。
盡管示出了一個一次冷卻固化在熔爐A中通過還原和熔化形成的金屬鐵，然后把它們卸出熔爐A，把加熱燃燒器安置在舉例的實施方案中的吹冷部分也是十分有效的，在該部分完全熔化還原鐵和爐渣成分，然后把它們以熔融狀態(tài)從卸出部分9卸出。
根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備的構(gòu)成例如如上。本發(fā)明的突出特點是在加熱如上所述的鐵氧化物源和粉末狀的碳還原劑混合物下熱還原產(chǎn)生的還原鐵在熔融狀態(tài)下從爐渣成分中分離出來以獲得高純度的還原鐵。通過利用該方法和設(shè)備，甚至從低質(zhì)量的鐵含量低的鐵氧化物源也能和高純度的鐵氧化物源一樣制得鐵純度極高例如95％或更高，進而98％或更高的還原鐵。因此，本發(fā)明甚至可以從含少量加入的鐵氧化物的廢物例如高爐灰中回收鐵成分。而且，通過回收分離的爐渣作為原材料有效改善鐵成分的回收率并進一步回收在爐渣中的少量混合的鐵氧化物成分。
另外，木碳或焦碳是最常與鐵氧化物一起用在混合物中的碳還原劑。然而，因為，在它們之中含有大量的硫，就得擔心大量的硫混合在熱還原步驟中形成的還原鐵中。然而，當實施本發(fā)明時，如果含例如碳酸鈣，碳酸鈉或氯化鈣的脫硫劑以合適的量加入到原材料，這樣在加熱還原步驟中形成的硫含量可以被脫硫劑俘獲和分離并與爐渣一起去除，也可能盡可能地降低在得到的還原鐵中的硫含量。
實施例參照實施例將更具體地解釋本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，以及功能和效果。然而，應(yīng)當注意到本發(fā)明不局限于下面說明的實施例，在能夠?qū)嵤┤缟虾拖旅嫠龅谋景l(fā)明的主旨的范圍內(nèi)進行適當?shù)男薷暮妥兓?，所有這樣都包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
實施例1以下面的比率把下面的每一鐵礦粉末和碳粉末均勻混合，并將混合的粉末(平均粒徑35μm)鋪在100mmφ×40mm厚的耐火盤上，耐火盤在電爐中被加入混合粉末，并在1400℃氮氣環(huán)境下加熱，通過視窗觀察混合粉末的變化。
結(jié)果，鐵礦的還原隨時間的經(jīng)過而繼續(xù)進行，還原熔融鐵點滴形成，然后沉積和繼續(xù)聚集，在經(jīng)過約50分鐘后，以熔融狀態(tài)分成多個還原鐵塊和爐渣。隨后，它們被冷卻，盤被拿出電爐以獲得多個下列組成的有金屬光澤的金屬鐵塊。
原材料混合粉末鐵礦粉末組成(wt％)T.Fe69.4％，F(xiàn)eO30.1％，SiO21.75％，Al2O30.49％，CaO0.45％碳粉組成(wt％)固定碳68.5％，揮發(fā)性成分21.4％，灰份10.1％鐵礦粉末∶碳粉＝76.9％∶23.1％產(chǎn)品組成(wt％)還原鐵塊T.Fe96.75％，F(xiàn)eO0.31％，M.Fe96.39％，總碳2.22％，金屬化99.63％
爐渣T.Fe5.15％，F(xiàn)eO0.56％，M.Fe4.58％，SiO244.63％，Al2O319.18％，CaO10.38％實施例2以相同比率(平均粒徑35μm)均勻混合實施例1使用的相同鐵礦粉末和碳粉，在耐火盤上以壓縮成梯形用數(shù)字9安排(上表面20mmφ×下表面35mmφ×30mm厚)，耐火盤在電爐中被加入混合粉末，并在1400℃氮氣環(huán)境下加熱，通過視窗觀察混合粉末的變化。
結(jié)果，鐵礦的還原隨時間的經(jīng)過而繼續(xù)進行，還原鐵點滴形成，然后沉積和在每九個區(qū)繼續(xù)聚集，在經(jīng)過約17分鐘后，形成九個熔融還原鐵塊。隨后，它們被冷卻，盤被拿出電爐以獲得多個下列組成的有金屬光澤的九個金屬鐵塊和黑色爐渣。
產(chǎn)品組成(wt％)還原鐵塊T.Fe96.35％，F(xiàn)eO0.30％，M.Fe95.96％，總碳2.75％，金屬化99.59％爐渣T.Fe10.66％，F(xiàn)eO2.37％，M.Fe8.57％，SiO249.42％，Al2O317.40％，CaO9.51％工業(yè)開發(fā)性如上所述，通過熱還原和熔化以其原來狀態(tài)或壓縮狀態(tài)的鐵氧化物源和碳還原劑的混合粉末極簡單和有效地獲得鐵純度高的還原鐵。特別是，根本不需要象通常在目前實施的直接煉鐵方法中預(yù)模制成團塊或球狀，另外，還原反應(yīng)以鐵源和還原劑彼此接觸的狀態(tài)迅速進行，還原率極高。進而，因為通過還原形成的還原鐵以熔融態(tài)彼此粘附和聚集，同時驅(qū)出爐渣成分，即使使用質(zhì)量差的鐵氧化物也能和質(zhì)量高的鐵氧化物一樣容易獲得有較少侵入量的爐渣成分和極高的鐵純度的還原鐵。因此，有可能從被認為不能應(yīng)用在工業(yè)規(guī)模直接煉鐵的質(zhì)量差的鐵礦原材料有效回收鐵成分，也可以從廢物材料，例如作為高爐灰排出的有較少鐵含量的廢物材料煉出高質(zhì)量的還原鐵。
而且，使用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠使用粉末狀的原材料連續(xù)直接煉鐵，并能容易地在工業(yè)規(guī)模大量生產(chǎn)。
在1997年10月23日申請的日本專利申請?zhí)?-291378的整個公開文本包括說明書，權(quán)利要求書，附圖和摘要，在這里被全部參考引用。
權(quán)利要求
1.一種制備金屬鐵的方法，包括在把含鐵氧化物的粉末和含碳還原劑的粉末的混合粉末鋪在爐床上的狀況下加熱，從而進行還原和熔化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中鋪在爐床上的混合金屬粉末被壓制然后被加熱。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中形成了一層有不均勻性的混合粉末，然后使之加熱。
4.如權(quán)利要求1到3中任何一項所述的方法，其中在爐床上預(yù)先形成一層產(chǎn)品釋放促進層。
5.如權(quán)利要求1到4中任何一項所述的方法，其中混合粉末還含有脫硫劑。
6.一種制備金屬鐵的設(shè)備，包括一個活動式爐床，一個把把含鐵氧化物的粉末和含碳還原劑的粉末的混合粉末供應(yīng)到爐床上的供應(yīng)裝置，一個在爐床上加熱混合粉末的加熱裝置，一個把通過加熱還原和熔化的產(chǎn)品卸到爐床外的裝置和一個用來把產(chǎn)品分離成還原鐵和爐渣的分離裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，包括一個用來壓制鋪在爐床上的混合粉末的壓制裝置。
8.如權(quán)利要求6或7所述的裝置，包括一個用來使混合的粉末層形成不均勻性的不均勻形成裝置。
9.如權(quán)利要求6到8中任何一項所述的裝置，包括用來在爐床上形成產(chǎn)物釋放促進層的產(chǎn)物釋放促進層形成裝置。
10.如權(quán)利要求6到9中任何一項所述的裝置，其中爐床包括多個沿閉合回路移動的爐床單位。
11.如權(quán)利要求6到9中任何一項所述的裝置，其中爐床包括多個往復(fù)式爐床單位。
12.如權(quán)利要求6到9中任何一項所述的裝置，其中爐床是旋轉(zhuǎn)圓盤型的。
13.如權(quán)利要求6到9中任何一項所述的裝置，其中爐床包括多個在水平設(shè)置的圓柱型耐火爐中同軸旋轉(zhuǎn)的爐床單位。
全文摘要
一種制備金屬鐵的方法,包括在把含鐵氧化物的粉末和含碳還原劑的粉末的混合粉末鋪在爐床上的狀況下加熱,從而進行還原和熔化。即使使用質(zhì)量低的鐵原料也能獲得有極低侵入量爐渣成分和鐵純度高的還原鐵。不需要把原材料粉末預(yù)先模制成塊狀或球狀。
文檔編號C21B13/10GK1276838SQ9881036
公開日2000年12月13日 申請日期1998年10月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月23日
發(fā)明者菊池晶一, 浦上昭, 小林勛, 谷垣恭廣, 伊藤永一, 德田耕司, 土屋脩, 伊東修三 申請人:株式會社神戶制鋼所