用于还原金属氧化物的方法以及用于该方法的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种在旋转炉膛的炉子中还原金属氧化物的方法，其中，含碳还原剂和金属氧化物在所述旋转炉膛的一部分上沉积，然后通过大致螺旋形的运动而朝着排料装置运送。所述方法中：第一部分还原剂在以混合物的形式沉积到旋转炉膛上之前或在沉积的同时进行预热并与预热的金属氧化物混合，第二部分还原剂和一氧化碳用于还原金属氧化物。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于还原金属氧化物，尤其是氧化铁的方法，本专利技术还涉及用于实现该方法的装置。
技术介绍
近年来，直接还原金属氧化物，尤其是直接还原矿石和回收的各种金属氧化物已经有了相当大的发展。在文献LU-60981-A(Societe Anonyme des Minerais)中公开了一种用于生产海绵铁的方法，该方法包括使用连续旋转炉膛的反应器，该连续旋转炉膛的反应器能够使材料从侧部向中心移动，首先供给煤，然后，在使该煤形成焦炭后，加入铁矿石，该铁矿石成颗粒状或粉末状，并预热至反应温度。且在旋转炉膛进行旋转时，固定刮板使得煤朝着炉子的中心运动，并使该成焦炭的煤与矿石混合。反应后，炉料通过中心轴排出。该技术的一个缺点是煤的挥发性组分并不参与金属氧化物的还原。且该方法不能获得较高的生产率，也不能使炉料的温度和材料高度均匀。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种还原金属氧化物的方法，该方法能够更高效地利用含碳还原剂的挥发性组分的还原能力。根据本专利技术，该目标通过一种在炉子中还原金属氧化物的方法而实现，该炉子有环形旋转炉膛，其中，含碳还原剂和金属氧化物沉积在所述旋转炉膛的一部分上的带状区域(strip)中，然后通过大致螺旋形的运动而运送到排料装置。第一部分还原剂在金属氧化物沉积到旋转炉膛上之前或在沉积的同时进行预热并与预热的金属氧化物混合，第二部分还原剂沉积在混合物上，且含碳的还原剂的挥发性组分以及一氧化碳用于还原金属氧化物。与现有技术的方法不同，本专利技术的方法利用了含碳还原剂的挥发性组分中的至少一部分，尤其是甲烷和氢气，因为它们具有还原能力。本专利技术的方法能够通过使金属氧化物和含碳还原剂混合以及通过高效利用含碳还原剂的挥发性组分的还原能力，从而提高反应速率，含碳还原剂的挥发性组分的高效利用是通过迫使该挥发性组分通过预热的混合物而实现的，该预热的混合物形成炉料。本方法的一个优点在于该含碳还原剂中的挥发性组分，即干馏气体在第一阶段中用于还原金属氧化物，而在已知方法中，这些气体被燃烧和用于加热固体材料。因此，金属氧化物通过两个阶段进行还原，或者通过至少两种不同的化学反应进行还原。该还原阶段可以同时或依次进行。第一还原阶段利用在含碳还原剂的加热过程中释放的氢气和/或甲烷来进行。在温度低于900℃时，这些反应的反应动力学比一氧化碳的反应动力学更好。在工作条件下，尤其是在反应温度下，前述挥发性组分逐渐释放并与沉积在炉膛的金属氧化物接触，这样，它们参与所述氧化物的还原反应。金属氧化物和所释放的还原气体在尽可能高的温度下接触，但是不会使还原反应的进程破坏。将一定量的还原剂分成几部分并使这些部分依次沉积的作用是能够尽可能地利用还原剂中的挥发性组分。沉积在还原剂和金属氧化物的混合物层上的第二部分还原剂能够使得已经还原的金属氧化物在炉子中的滞留过程中避免重新氧化。当该第二部分还原剂再分成几个小部分时，能够使得还原剂中的挥发性组分在没有与金属氧化物反应的情况下就溢出沉积层的量减至最小。而且，它还能使富含还原物的层与炉料的上表面接触，这又能使已经部分还原但还在该炉子中的金属氧化物的重新氧化的量最小，同样，这还能使得在表面上形成的铁橄榄石减至最少。优选，沉积在炉料上的第二部分含碳还原剂再分成几个小部分。优选在这些部分沉积之前对它们进行加热。优选，这些小部分占所用的还原剂的总量的20％，该量取决于所用的氧化物和还原剂以及反应条件。例如，第二部分的含碳还原剂再分成两个小部分，每个小部分占所加入的还原剂的总量的10％。第二部分还原剂中的至少一个小部分可以在沉积之前或在进行沉积时与金属氧化物混合。该混合物可以包括60至100％的含碳还原剂和0至40％的金属氧化物，优选80至100％的含碳还原剂和0至20％的金属氧化物，其中，这些值取决于所用的金属氧化物和还原剂的种类以及反应条件。重要的是应当知道，所加入的还原剂的性质和/或种类并不必须相同。因此可以选择第一部分还原剂更富含挥发性物质，而随后进行沉积的第二部分还原剂则含有较少的挥发性物质，或者相反。第一和/或第二部分的含碳还原剂优选预热至温度为200℃，而金属氧化物优选预热至温度为850℃。优选使所引入的金属氧化物的供给温度尽可能高，同时又不会使它们烧结。优选，通过从由炉子排出到换热器内的燃气中回收的热量来对这些组分进行预热。这些工作条件导致单位表面积的生产能力增加，还导致对于所获得的单位量的已还原金属氧化物，排出到大气中的二氧化碳的量减少。本方法还有这样的优点，即由于控制了这些气体的速度，同时使炉子的容积最小，因此排放到该炉子外的灰尘更少。在大批量生产中，与已知方法生产的产品相比，本方法所获得的海绵状金属的还原程度更均匀。优选，所用的含碳还原剂过量至少10％，该过量定义为相对于理论上还原该氧化物所需的量。根据一个特定实施方式，提出了一种用于在旋转炉膛的炉子中直接还原金属氧化物的方法，在该炉子中，在炉膛的称为装料区的部分上沉积有包含了几层的炉料，该装料区占据了环的一定宽度，这取决于炉子的直径和容量。这些层可以同时沉积或依次沉积。在这些层中的金属氧化物和含碳还原剂的浓度可以不同，优选，在上层的金属氧化物的浓度高于在下层的金属氧化物的浓度。优选，该下层含有过量的含碳还原剂。因此，在上层中的含碳还原剂的浓度小于在下层中的含碳还原剂的浓度。这时，金属氧化物的浓度有一个梯度，该浓度为沿从炉膛到炉料的上表面的方向增加。因此，在较深层中释放出更大量的挥发性组分，这些气体穿过这些层朝着炉料的上表面扩散，这时，这些挥发性组分将遇到更高浓度的金属氧化物。因为下层的温度低于上层的温度，含碳还原剂的挥发性组分在下层中逐渐释放，且这些挥发性组分在朝着上表面扩散的过程中将遇到非常热的金属氧化物。实际上，上层比下层热，首先因为上层含有较高浓度的金属氧化物，该金属氧化物预热至比含碳还原剂更高的温度，其次因为上层与炉子的气体接触。因此，挥发性组分将更有效地参与金属氧化物的还原。优选，在下层的含碳还原剂的浓度处在金属氧化物的完全还原所需的理论浓度与重量浓度为100％之间，优选，重量浓度在30％与70％之间，尤其优选，重量浓度在35％和60％之间。在上层中的含碳还原剂的重量浓度优选小于25％，尤其优选该重量浓度小于16％。根据一个优选实施方式，炉料在该炉子内加热至温度为900-1250℃，优选1050-1150℃。优选，含碳还原剂和金属氧化物的混合物或者炉料在它们处于炉子内时翻转和逐渐混合。根据另一优选实施方式，炉料表面的形状为在该炉料上形成沟槽或小丘，以便通过增加炉子的辐射作用和通过增大与炉子中的气体的换热表面面积而增强该炉子的上部与炉料之间的换热。沟槽或小丘的斜率通常在20°和65°之间，优选在40°和65°之间。优选，在炉料的表面上产生锯齿形表面。第二部分的还原剂所分成的小部分既可以添加到沟槽的基部，也可以添加到沟槽的顶部。根据一个优选实施方式，炉料或混合物加入到环形炉膛的内侧部分，并通过大致螺旋形的运动而朝着炉膛的外侧部分传送，并且在反应后通过该环的外侧部分排出。该混合物通常在转4圈或更多圈后排出。优选，第二部分含碳还原剂中的至少一个小部分在所述混合物排出之前的至少一圈处沉积在混合物上。含碳还原剂和金属氧化物的混合物的层优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在炉子中还原金属氧化物的方法，该炉子有环形旋转炉膛，其中，含碳还原剂和金属氧化物在所述旋转炉膛的一部分上沉积，然后通过大致螺旋形的运动而运送到一排料装置，其特征在于：第一部分还原剂在以混合物的形式沉积到旋转炉膛上之前或在沉积的同时进行预热并与预热的金属氧化物混合，第二部分还原剂沉积在该混合物上，且含碳的还原剂的挥发性组分以及一氧化碳用于还原金属氧化物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吉多蒙蒂尼，
申请(专利权)人：西德马公司，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]