生产金属铁的方法及设备技术

本发明专利技术涉及生产金属铁的中间体、其制造方法及该方法中使用的设备。该制造方法中用含有氧化铁如铁矿石等物及碳质还原剂如煤等物的压块为原料，并通过加热使氧化铁还原，此还原持续到金属铁壳中基本上无氧化铁为止。通过使用本发明专利技术的设备，能有效地实施上述方法。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本申请是申请号为97194517.9的中国专利申请的分案申请。本专利技术涉及一种获得金属铁的方法，按该法通过用含碳物料作还原剂，经加热使含在铁矿石等物中的氧化铁经受还原。本专利技术更具体说是涉及一种生产高纯金属铁的有效方法，按该法，铁的氧化物被有效地还原成金属铁，而含于铁的氧化物源如铁矿石中的包括脉石等物的渣组分同时被熔化，并与金属铁完全分离，本专利技术还涉及于本专利技术的工业化生产金属铁的方法和设备。
技术介绍
生产直接还原铁的常规方法是用还原性气体将含氧化铁的铁矿石或球团直接还原而得到还原铁，以Midrex法为代表的竖炉法是一个例子。在这种类型的生产直接还原铁的方法中，由天然气等物制成的还原气体强制地从位于竖炉底部的风咀进入竖炉，以还原铁的氧化物，从而得到还原铁。近年来，特别使人感兴趣的一种生产还原铁的方法是用诸如煤之类的碳质物料取代天然气。这种方法已被付诸实践，而且被叫做SL/RN法，按该法，用煤作还原剂，通过加热使经焙烧的用铁矿石制的球团还原。US.3,443,931公开了另一种生产还原铁的方法，按此法，将粉碎的铁矿石和粉碎的煤的混合物烧结，然后通过在回转炉中于高温气氛中加热使这种经烧结的物料还原，结果得到还原铁。用上述方法制得的还原铁作为铁源直接地，或以压块的形式加到电炉中。由于近年来回收利用的废钢的趋势增长，所以对还原铁特别感兴趣，这里因为它可用作废钢中所含杂质的稀释剂。但是，常规方法不包括将含于铁矿石等物和碳质物料(如煤等物)中的成渣组分如SiO2、Al2O3及CaO与所产生的铁水分离。因而，所得的还原铁含铁量相当低(金属铁中的铁纯度低)。在实际生产中，这些渣组分是在后续的精炼过程中被分离和去除的。但渣量增加不仅降低了精炼铁水的产率，而且还增加了电炉的运行成本。因而，要求还原铁是富铁的，而且渣组分的含量相当低。为满足这些要求，则上述的生产还原铁的常规方法就必须采用富铁的铁矿石，这就使得对炼铁原料的选择性变窄。另外，上述常规方法的目的是要获得作为炼铁工序中的中间产物的经还原的固体产物。因而，在将还原铁送往下一精炼过程之前，就需如运输、贮存、形成团块及冷却等附加步骤。这些步骤包括大量的能量损失，而造块步骤需要过量的能量及特殊的装备。此外，熔融还原法如DIOS法是已知的，按该法将铁的氧化物直接还原而得到铁水。按此法，将铁矿石预还原至约30-50％的铁纯度，然后在铁熔池中使铁水经受碳的直接还原反应，从而得到金属铁。但此法有些问题由于需要两个步骤，即在熔池中的预还原和终还原，所以使作业变得复杂，此外，由于铁熔池中的熔融的铁的氧化物(FeO)与炉子的耐火材料直接接触，从而使耐火材料明显受损。日本专利公开56-19366公开了一种方法，其中通过加热，使金属氧化物、固体碳质材料和造渣材料的烧结块还原，从而将被还原的金属封在渣壳之中，同时又保持烧结块的形状，然后熔化渣壳，以使金属与渣分离。这种方法必须产生足量的渣来将被还原的金属铁完全封住，以防金属铁再氧化。因而必须增加造渣材料的含量。此外，此法可能生成FeO含量相当高的渣，这样，在实际应用中，就产生了明显损坏设备耐火衬的严重问题。因此，获得一个生产含渣组分相当低的金属铁的方法是十分重要的，因为此法为金属铁产品增加了更多的价值，降低了电炉的运行费用，及提供了对原材料的灵活选择。由于含大量氧化铁的渣熔化耐火材料，为将耐火材料的损坏保持最小，因此在工业上能实施这种炼铁工艺，即在还原过程中能减少伴生的渣中的氧化铁含量的炼铁工艺是十分重要的。
技术实现思路
鉴于以上所述完成了本专利技术。本专利技术的目的在于提供一种用于炼铁的方法和设备，按该法和设备中，能容易和有效地用铁含量相当低或相当高的铁矿石生产固态或液态的并且很纯的金属铁，并不会因熔融的氧化铁与炉子的耐火材料直接接触而损坏耐火材料。按照本专利技术的炼铁方法，通过加热使与碳质还原剂一起被压制的铁的氧化物还原，从而得到金属铁，该法有如下几种情况 (1)借助于因加热而发生的还原，产生和形成含金属铁的外壳。通常这种还原持续到该壳中基本上无氧化铁存在为止，而在此期间，渣在壳中聚集。(2)借助于因加热而发生的还原，产生和增大金属铁外壳，这种还原持续到壳中基本上无氧化铁存在为止，而加热则还要持续到使产生于此壳中的渣自壳中流出为止。(3)借助于因加热而发生的还原，产生和增大金属铁的外壳，而且这种还原持续到壳中基本上无氧化铁时为止，而加热持续到使熔融的金属铁与熔渣分离。(4)借助于因加热而发生的还原，产生和形成金属铁外壳，而且这种还原持续到壳中基本上无氧化铁为止，而在此过程中，壳中聚集了渣，然后使这种聚集的渣与金属铁分离。为使上述的情况(2)具体化，将金属铁壳的一部分熔化，以便使熔渣从壳的内部流出。在此情况下，或为了使上述情况(3)具体化，在存有碳质还原剂时持续进行渗碳，从而降低金属铁外壳的熔点，借此迅速将部分和全部金属铁壳熔化。当使上述(1)-(4)中任一情况具体化时，可将用于进行还原的最高加热温度控制在不低于伴生的渣的熔点，而又不高于金属铁壳的熔点，以便更有效地进行生成金属铁的反应。这个还原步骤可以是固相还原-铁的氧化物通过此而还原，也可以是液相还原，该还原持续进行到基本上没有主要由FeO构成的铁的氧化物为止，借此可提高所得的金属铁的纯度。下文中所用的术语“还原持续到金属铁壳中基本上不存在铁的氧化物为止”指的是，按定量而论，通过加热而进行的还原持续到主要由FeO构成的铁的氧化物的含量最好是降到5％(重量)或更少，更优选是降到2％(重量)或更少。按不同的观点，这也意指因加热而进行的还原持续到与金属铁相分离的渣中的主要是FeO构成的铁的氧化物的含量最好不大于5％(重量)，更优选是2％或更少。这样得到的高铁纯度的金属铁及伴生的渣可通过进一步加热而熔化，从而因比重差而彼此分离。可供选择的是，可通过急冷使之凝固，再经破碎，以便用磁力使金属铁与渣分离，或用其它的任何筛分法使之分离。这样就能得到金属化率不少于95％，或在某些情况下不少于98％的高铁纯度的金属铁。在实施上述的本专利技术的方法时，含有碳质还原剂的氧化铁压块可以是粒状的或是团块，而且可以下列任何方式进行还原1)使该压块沿水平方面移动。2)将该压块置于铁带上，在该带的两边缘部位设有挡板以防压块从铁带上落下，压块沿水平方向移动。3)将压块置于水平表面上。4)使压块翻滚。5)压块落下。此外，还可以下列任何方式，通过加热使压块被拉长或缩短。6)使被拉长的压块沿垂直方向下落。方式6)可按如下具体化6-1)连续制备细长的压块，然后将其供入因加热而进行还原的区段，该细长的压块包括6-1-1)铁制的，并包装此细长压块的支撑网。6-1-2)作为压块芯的铁条。最好采用上述的铁网或铁条，因为它防止细长的压块在其向上移动时，因其自重而于其中间部位断裂。7)使细长的压块沿一倾斜表面向下移动。方式7)可按如下具体化7-1)将细长的压块置于铁带之上，然后连续送入因加热而进行还原的区段。通过采用上述任何方式，就更有效地实施了上述的生产金属铁的方法。用于按本专利技术生产金属铁的设备，实施了上述生产金属铁的方法，它具有以下基本结构。通过加热而还原含有碳质还原剂的氧化铁压块来生产金属铁的设备包括热还原设备，它用于通过加热还原压块，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属铁生产过程中使用的一种物件的制造方法，它包括 加热起始压块，从而形成被还原的压块； 其中所述的起始压块包括： （ｉ）氧化铁 （ｉｉ）碳质还原剂； 而所述的被还原的压块包括： （ｉｉｉ）外壳，它包括金属铁及 （ｉｖ）所述外壳中的熔渣 并冷却所述被还原的压块。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：根上卓也，国井和扶，稻叶晋一，清水正贤，小林勋，竹中芳通，松村俊秀，浦上昭，鲸井隆司，土屋脩，杉山公男，伊东修三，菊池晶一，
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]