生产含有碳化三铁的原料的设备制造技术

一种生产含碳化三铁装置，包含：第一级反应单元和第二级反应单元，其中第一级反应单元在操作上与第一级反应气体循环的第一循环回路相连，而第二级反应单元在操作上与第二循环回路相连，其中第一级反应气体输送管线在操作上与主要含有氢气的还原气体的供应线相连，而第二级反应气体输送线在操作上与主要含有甲烷的还原和渗碳气体的供应线相连，从而可以向每一个第一级和第二级反应单元连续提供不同的反应气体。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请是1997年11月14日向中国专利局提交的题为“生产碳化三铁的方法和设备”的专利技术专利申请96193913.1的分案申请。本专利技术涉及一种生产用于炼铁和炼钢的合适材料的方法及设备。更具体地说，本专利技术涉及一种生产含有碳化三铁作为主要成份的材料的方法和设备，其中该材料用于电炉炼钢等。钢的生产通常包括以下步骤用高炉(blast furnace)将铁矿石转化为生铁，然后用平炉或转炉将生铁转化为钢。这种传统方法需要大量的能量和大型设备，并且成本很高。因此，对于小型炼钢操作，则使用另一方法，该方法包括如下步骤直接用电炉等将铁矿石转化为炼钢炉中的原料，并且将该原料转化为钢。就直接炼铁而言，采用直接还原法将铁矿石转化为还原铁。然而，采用直接还原法生产的还原铁具有很高的活性，并且在空气中与氧反应生成热。因此，在还原铁运输和贮存过程中，需要用惰性气体或一些其它手段将还原铁密封。因此，最近使用含有较高铁(Fe)含量的碳化三铁(Fe3C)作为含铁材料用于电弧炉炼钢等。这种碳化三铁具有较低的反应活性，并且易于运输和贮存。此外，含有碳化三铁作为主要成份的炼铁或炼钢材料不仅易于运输和贮存，而且具有以下优点与铁结合的碳在炼铁或炼钢炉中可作为燃料来源，并且可以用来作为产生微气泡的来源以加速炼钢炉中的反应。因此，如下文出版物1、2和3所示，用于炼铁或炼钢的含有碳化三铁作为主要成份的材料，已引起人们极大的兴趣。根据生产碳化三铁的一种方法，在铁矿石中的氧化铁在单一工艺中被还原和渗碳。“单一工艺”是指同时将还原气体和渗碳气体引入单一反应器中而进行的操作，如下列反应式(1)-(6)所示。将细筛的铁矿石加料到流化床反应器中，并在预定的温度，同包括还原气体(如氢气)和渗碳气体(如甲烷等)的气体混合物反应。(1)(2)(3)(4)(5)(6)反应(1)至(6)的总的反应用反应式(7)表示(7)此外，本专利
中的现有技术例如描述在国际专利申请号为No.6-50 1983(PCT/US 91/05198)的日文公开说明书中，其包括在下文所列的出版物11中的工业设备的操作报告和在下文所列出版物4、5和8中所描述的那些。另外，德国专利4320359公开了一种具有两段反应器的工艺方法。如下述反应式(8)所示，渗碳工艺也可采用一氧化碳(CO)作为渗碳气体组分来实现(8)上述领域的现有技术还进一步描述在下文所列的出版物6和7中。表9出版物1．“TEKKO KAI，”1993年7月，第40-44页，“令人感兴趣的碳化三铁、和铁源”(Iron Carbide，iron source attracting interest)。2．“碳化三铁作为电炉原料的可行性”(The potential for use of ironcarbide as an electric furnace raw material)，第16届Advanced TechnologySymposium ISS-AIME电弧炉替代铁源，1993年5月2-5日，MyrtleBeach。3．A.W.Swanson，“碳化三铁，优质废铁的可能替代物”，预印本93-28，SME年会，Reno，Nevada，1993年2月15-18日。4．F.V.Povoa，“Role of iron are supplier in scrap substitute processdevelopment，”Iron&Steel Scrap，Scrap substitutes direct steel-making，March 21-23，1995，Atlanta，Georgia。5．Nakagawa等，铁矿石性能对碳化铁形成的影响(“Influence of thenature of iron ore on the formation of cementite，”)CAMP-ISU第7卷(1994)-85。6．Hayashi等，采用流化床由铁矿石生成碳化三铁(“Formation of ironcarbide from iron ore using fluidized bed)(碳化三铁的生产-2)CAMP-ISU第8卷(1995)-111。”7．Hayashi等，由铁矿石生成碳化三铁(碳化三铁的生产1)CAMP-ISU第8卷(1995)-110。8．Nakagawa等，气体组分和温度对碳化三铁生成的影响，CAMP-ISU第8卷(1995)-109。9．Mori等，新炼铁工艺和流化床，化学设备(Chemical Equipment)，1986年6月，第99-108页。10．T.P.McAloon，I&SM，1994年2月。11．33金属生产，1995年1月(第36，37和49页)。上述常规方法具有以下缺点关于在国际专利申请6-501983(PCT/US 91/05198)日文公开说明书和出版物3和5中描述的常规方法(其使用现有的工业设备)，用于炼铁的含铁材料至少含有一种氧化铁(如赤铁矿、磁铁矿和方铁矿)或氢氧化铁(如氢氧化二铁和氢氧化三铁)或两种或多种氧化铁和氢氧化铁的混合物作为主要成份(如铁矿石或炼铁工艺中产生的粉尘等)。与炼铁的含铁材料中铁原子结合的氧的去除工艺使用甲烷(CH4)作为渗碳反应气体的成份，在单一的反应器中，利用含有甲烷(CH4)的气体混合物，在大约600℃，将含铁材料转化为碳化三铁(也叫作渗碳体和Fe3C)。该气体混合物适合于渗碳反应，也就是说，主要反应(即还原和渗碳)在单一过程进行。因为该过程中甲烷直接用作渗碳气体，所以甲烷中的碳原子起着渗碳成份的作用，而甲烷中的氢原子起着还原成份的作用。该工艺的优点是所消耗的H2(氢气)或CO(一氧化碳)的量很少，并且设备简单。然而，下列缺点也是明显的。因为固体氧化铁与还原和渗碳气体之间的反应是催化反应，所以反应速度低，反应时间(即，需要用来完全转化为所希望的碳化三铁产品的时间)长，从而与常规炼铁方法，如高炉法等相比，需要很长时间得到预定量的炼钢材料。因此，为了增加单位时间的产量，需要增大设备的规模。所以，直接炼铁法的主要目标(与常规炼铁方法相比，降低设备规模和生产成本)并未达到。为了增加反应速度，优选增加反应时间。然而，在氧化铁还原反应中，当反应温度增加到约600-700℃时，即使该温度处于氧化铁的熔点之下，当还原率达到100％时，氧化铁晶体的角状表面由于表面张力变得平滑(称之为烧结或半熔，以后称之为“烧结”)。该现象的结果是反应活性损失。如图8和出版物9所示，赤铁矿还原反应的反应温度和反应时间的关系曲线表明当还原达到约100％时，在约600-700℃，反应时间增加。因此，即使增加反应温度，也不能实现增加反应速度的目标。若还原反应中产生大量的水或若由于反应器的结构特征使原料不能平滑地流动，水将与铁反应引起局部固化，也就是说，发生所谓的“粘结现象”。若发生烧结或粘结，氧化铁颗粒凝结或附聚，从而使得不可能机械地除去。此外，在单一工艺中，将氧化铁和含有氢气、甲烷等的气体混合物接触可以进行上述反应式(1)-(3)的还原反应和反应式(4)的渗碳反应。因此，必须考虑还原和渗碳反应，并且不能独立地设定反应气体的组成和反应温度，从而不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产用于炼铁和炼钢的含有碳化三铁作为主要组分的原料的装置，所述的装置包括对用于炼铁的含铁原料例如铁矿石或炼铁工艺产生的粉尘等进行还原和渗碳，所述的用于炼铁的含铁原料含有至少一种氧化铁如赤铁矿、磁铁矿和方铁矿和氢氧化铁，如氢氧化二铁和氢氧化三铁，或两种或两种以上的氧化铁和氢氧化铁的混合物作为主要成份；该装置包含：用于进行第一级反应以将用于炼铁的含铁原料部分还原生成部分还原的含铁原料的第一级反应单元，和用于进行第二级反应以将部分还原的含铁原料进行进一步还原和渗碳反应的第二级反应单元，其中第一级反应单元的上部在操作上与含铁原料的输送管线相连，并且部分还原的含铁原料输送管线位于第一级反应单元的下部，在操作上与第二级反应单元上部相连；而碳化三铁的回收管线在操作上与第二级反应单元的下部相连；并且其中第一级反应单元在操作上与将第一级反应单元的第一级反应气体循环的第一循环回路相连，所述的第一循环回路包括具有一末端并通过压缩机和加热器同第一级反应单元气体入口相连的第一级反应气体输送管线和位于第一级反应单元气体出口与第一级反应气体输送管线的另一端相连的循环管线，而第二级反应单元在操作上与将第二级反应单元的第二级反应气体循环的第二循环回路相连，第二循环回路包括具有一末端并通过压缩机和加热器与第二级反应单元气体的入口相连的第二级反应气体输送管线和位于第二级反应单元气体出口，同第二级反应气体输送管线的另一端相连的循环管线，并且其中第一级反应气体输送管线在操作上与主要含有氢气的还原气体的供应线相连，而第二级反应气体输送线在操作上与主要含有甲烷的还原和渗碳气体的供应线相连，从而可以向第一个第一级和第二级反应单元连续提供不同的反应气体。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫下虎胜，内山义雄，井上英二，中谷纯也，中泽辉幸，饭岛悟，
申请(专利权)人：川崎重工业株式会社，三菱商事株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]