制备金属团块的方法技术

一种制备金属团块的方法，其中将包含含金属氧化物的物质和含碳还原剂的原料加热以还原在原料中的金属氧化物，并进一步加热熔融所形成的金属，然后凝聚，同时将其从副产物炉渣中分离，其特征在于其还包含用于副产物炉渣的凝聚促进剂。该方法可以以高产率和高生产率生产金属纯度高、颗粒直径大和运输和加工性能优良的金属团块。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。具体而言，本专利技术涉及一种制备高纯度金属团块如铁团块的改进方法，该金属团块具有大的直径和优良的运输和使用性能，该方法包括对含有金属氧化物的物质和含碳还原剂进行加热以还原金属氧化物，其中向原料中加入用于增加副产物熔融炉渣的流动性和促进其凝聚的辅助原料。该改进方法达到了高的产量和高的生产率。本说明书主要描述制备本专利技术最有效应用的铁团块的方法。但是，本专利技术不局限于制备铁团块的方法。本专利技术也可以有效地适用于例如通过加热和还原含铬的矿石或含镍的矿石而制备铬铁合金或铁镍合金。在本专利技术中，术语“团块”不是必须地指球形的那些，也包含具有椭圆形状，卵形形状及其稍微变形的那些。
技术介绍
通过加热和还原氧化铁源制备金属铁的已知方法的实例是通过使用含碳原料或还原气体直接还原铁矿石或氧化铁球丸而得到还原铁的直接炼铁的方法。具体而言，本领域已知竖式炉工艺如Midrex工艺。在直接炼铁的方法中，将由天然气产生的还原气等从位于竖式炉下部的鼓风口鼓入，以便通过使用还原气的还原力还原氧化铁而得到还原铁。最近，使用含碳原料如煤作为还原剂代替天然气制备还原铁的方法引起大量的注意。例如，已经实现一种在旋转窑中用煤灰加热和还原烧结的铁矿石等的球丸的所谓的SL/RN方法。USP 3,443,931的出版物公开了再一种制备还原铁的方法，该方法包括由含碳原料和氧化铁粉末的混合物制备块体，并且在旋转的炉床上加热和还原块体。在此方法中，还原是在高温气氛下通过加热含碳原料和粉末状铁矿石的混合物的块体进行的。由上面所述的方法制备的还原铁可以直接用作电炉的铁源，或者可以在其用作铁源前进行压坯等。由于近来倾向于对铁屑进行重复利用，通过上述方法制备的还原铁作为降低在铁屑中的金属杂质的比率的试剂引起大量的关注，原因在于所得到的还原铁除铁外的金属含量低。一种还原熔化物的方法，如直接铁矿石熔融(DIOS)还原方法，该方法用于通过直接加热和还原铁矿石而制备还原铁在本领域中也是已知的。在此方法中，将铁矿石预还原至金属铁的大约50质量百分比(以下表示为“％”)或更少，然后在铁浴中使预还原的铁与碳直接反应，以制备还原的金属铁。但是，由于此方法要求两个阶段，即预还原和在铁浴中的最终还原，所以此操作复杂。此外，由于存在于铁浴中的熔融氧化铁(FeO)直接接触到耐火原料，耐火原料经受明显的磨损，这是个问题。这是因为在熔融状态的氧化铁显著地腐蚀耐火原料如氧化铝或氧化镁。USP 6,036,744的出版物，日本未审查的专利申请公开09-256017，2000-144224和11-131119等公开了制备高纯度金属铁的团块或块体的方法，该方法包含在旋转炉床上对含碳还原剂和氧化铁粉末的混合物进行加热和还原以制备还原铁，并且对得到的还原铁进行进一步加热，以利用比重差将还原铁从副产物炉渣中分开。如果需要，在旋转炉床上将其加热之前，可以将此混合物预成型为块体。根据此方法，主要通过加热固相还原而制备还原铁，并且通过还原铁的渗碳作用降低还原铁的熔点，以便促进熔融。如此，可以提高金属铁的生产率，同时避免由熔融氧化铁(FeO)引起耐火原料的明显磨损的问题。但是，当按照此方法从具有高脉石含量的物质如铁矿石制备高纯度的铁团块时，副产物炉渣的量增加，由此降低所得到的金属铁的凝聚性能并且降低其纯度和产量。此外，当向原料中加入一种含CaO的物质(例如CaCO3)以调节SiO2含量高的原料的碱度或者对含有硫含量高的含碳还原剂的原料进行脱硫时，副产物炉渣的量进一步增加，因此进一步降低副产物炉渣的凝聚性能。当降低了副产物炉渣的凝聚性能时，难以从副产物炉渣中分离通过还原制备的金属铁，抑制了金属铁的团块或块体的形成，并且产生了包围炉渣的金属铁。此外，产生了大量细小的金属铁的团块并且阻止了从副产物炉渣中的分离。由此，降低了具有尺寸在适宜范围内的产品的产率。此外，即使氧化铁源的脉石含量低，其取决于氧化铁源的类型、炉渣组分的类型和炉渣的组成，副产物炉渣的凝聚性能的降低也常常发生。
技术实现思路
本专利技术人进行研究以克服这些问题，并且发现当在方法中使用具有高固定碳含量的含碳还原剂时，可以制备相对大尺寸的铁团块，该方法包含通过在炉子中还原熔融的方法，对包含含碳还原剂和含氧化铁的物质的原料中含有的金属氧化物以固体状态进行还原的步骤，和对得到的金属铁进行进一步加热的步骤，以便熔融金属铁，同时使金属铁从副产物炉渣中分离，并且通过凝聚进行团块。基于此发现，提交了专利申请。这里，证实了通过控制在含碳还原剂中的固定碳的含量为73％或更高，在原料中挥发物含量为3.9％或更低，并且在原料中含碳还原剂的量为在原料中氧化铁的量的45％或更低，并且通过调节用于在炉子熔化由固态还原制备的金属铁的温度至1,400℃或更高，可以在高产率下制备相对大的铁团块。上面所述的方法是有价值的，因为它检验了含碳还原剂在金属铁凝聚性能方面的作用，作为以高产率制备相对大的金属铁团块的一个因素。但是，对于可应用的含碳还原剂的类型强加了大量的限制。此外，为了调节炉渣的碱度，在下列情况可以向原料中加入CaCO3在原料中特别是在氧化铁源中脉石的含量高时，在原料中SiO2含量高时，或由于硫含量高的含碳还原剂而要求脱硫时。在这些情况下，副产物炉渣的量增加，并且不可避免地降低炉渣的凝聚性能，这是个问题。此外，即使在原料中的脉石含量低时，其取决于氧化铁源的类型、炉渣组分的类型和炉渣的组成，副产物炉渣的凝聚性能也可以降低。对此点的改进也是所期望的。本专利技术是基于上面所述的认识做出的。本专利技术的一个目的是建立一种制备高纯度铁团块的方法，该方法包含对含有金属氧化物如氧化铁和含碳还原剂如焦炭的原料进行加热和还原，并且进一步加热以便熔化金属并且允许副产物炉渣进行凝聚，同时将炉渣与金属分离，可以提高在熔融炉渣凝聚和分离期间产生的副产物炉渣的凝聚性能的该方法增加了由加热和还原而制备的所得到的粒状金属的纯度，该方法制备具有均匀尺寸的大金属团块，并且不管根据金属氧化源的类型而改变的脉石组分的类型和量，确实地增加金属团块最终产品的产率。根据本专利技术的克服了这些问题。该方法包括对包含含有金属氧化物的物质和含碳还原剂的原料进行加热，以还原在原料中的金属氧化物，随后进一步加热所产生的金属以熔化金属，同时允许金属从副产物炉渣中分离并且形成粒状铁，并且其特征在于在上面所述的原料中混合用于副产物炉渣的凝聚促进剂。在实施本专利技术的方法中，优选凝聚促进剂在原料中的含量在0.2至2.5质量％的范围内，并且更优选在0.4至2.0质量％的范围内。优选上面所述的原料是含有金属氧化物的物质，含碳还原剂和凝聚促进剂的粉末混合物。优选将要使用的混合物是均匀的。更优选形成为球丸，坯块或类似物的混合物，或者优选使用挤压成型为压坯的混合物。优选将氟化钙(CaF2)，氧化硼(B2O5)，碳酸钠(Na2CO3)或氧化钠(Na2O)用作凝聚促进剂。可以单独使用它们，或者如果需要组合使用。在这些成分中，综合考虑成本和凝聚促进效果，特别优选含有CaF2作为主要组分的氟石作为凝聚促进剂。在实施本专利技术的方法中，优选使用移动床炉或旋转床炉连续地将原料进行加热和还原。在此方法期间，可以预先在炉床放置一层含碳原料，然后可以加入原料，以在炉床上进行加热和还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备金属团块的方法，该方法包含：对包含含金属氧化物的物质和含碳还原剂的原料进行加热，以还原在原料中含有的金属氧化物，并且进一步加热生成物，以便熔化金属，同时允许金属从副产物炉渣组分中分离，并且允许副产物炉渣组分进行凝聚，其中将凝聚促进剂混合在原料中，以促进副产物炉渣的凝聚。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊东修三，津下修，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]