制备金属铁的方法和设备技术

一种制备金属铁的方法，包括在把含铁氧化物的粉末和含碳还原剂的粉末的混合粉末铺在炉床上的状况下加热，从而进行还原和熔化。即使使用质量低的铁原料也能获得有极低侵入量炉渣成分和铁纯度高的还原铁。不需要把原材料粉末预先模制成块状或球状。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过加热还原铁氧化物例如铁矿和含碳还原剂例如碳材料获得金属铁的改进方法，还涉及分离出作为在铁氧化物源中脉石成分侵入的炉渣成分制备金属铁和能有效制备高纯度金属铁的方法和设备。作为一种直接的炼铁方法，直接用一种碳材料或一种还原气体还原铁氧化物例如铁矿或铁氧化物球，其中通常以MIDREX方法代表的竖炉方法已广为人知。这种直接炼铁的方法包括从在竖炉的较低部位的鼓风口吹入从天然气等产生的还原气体获得还原铁。另外，近几年来使用碳材料例如煤炭作为还原剂代替天然气还原铁的生产工艺已经得到关注。尤其是，一种所谓的SL/RN方法已经得到实际应用。另外，作为另一种炼铁方法，美国专利号3,443,931公开了一种生产还原铁的工艺，包括把一种碳材料和粉末状的铁氧化物混合成块或球，并在回转炉上对它们进行热还原。在形成胚块或其他形状的同时或之后把通过上述方法产生的还原铁加到一个电弧炉作为铁原料。因为近年来对废铁的回收变得越来越活跃，用上述方法获得的还原铁以作为在废铁中夹入的杂质元素的稀释剂而闻名。然而，由于在作为原材料的铁氧化物中含有的大量炉渣成分例如SiO2、Al2O3和CaO(铁氧化物中的炉渣)或碳材料(煤炭中的灰份)侵入到用现有还原炼铁方法获得的还原铁中，产品铁的质量(金属铁的纯度)就降低。在实际应用中，尽管这种炉渣成分在随后的精炼步骤中被分离去除，但是炉渣量的升高不仅会降低精炼的熔融铁的产率，并对电弧炉的操作成本产生不希望有的影响，这就需要铁含量高和炉渣成分含量低的还原铁。然而，为了通过现有的上述生产还原铁的方法来满足这一需要，就不得不使用具有高铁质量的铁矿石作为生产还原铁的原材料，这就显著缩小了能实际应用的炼铁原材料的选择范围。而且，在如上所述的现有方法中，必需混合铁氧化物源和碳，并通过粘合剂或烧结一次把它们预先模制成块或球材料，这样预先模制的设备和操作工作量就不可避免地增加。另外，有本专利技术人申请的在日本未公开专利Hei 9-256017中描述了一种方法，包括把碳还原剂和铁氧化物的粉末预模制成球形或丸状，热还原预模制的产品，从而在模制产品的外表面形成和生成铁金属壳，并增加在金属铁壳中的还原势，从而能够有效地在内部还原铁氧化物和把产生的金属铁和形成的炉渣分离开。因此，据说该方法作为能够获得高金属化的金属铁的方法是极有效的。然而，即使是该方法也存在与上述现有技术类似的问题，原材料不得不通过粘合剂或烧结等预先一次模制成球形或丸形，这样预模制的设备和操作工作量就不可避免地增加。而且，日本未公开专利Hei 8-27507公开了另一种直接还原炼铁的方法，该方法把含脱硫剂的碳还原剂和粉末状铁氧化物铺在活动式炉床上，每层以分层的形式堆叠，把它们加热以获得海绵铁。应当强调的是，由于铁氧化物是用碳还原剂还原的，在碳还原剂例如煤炭中含有的硫成分被脱硫剂俘获，就可以获得硫含量较少的海绵铁，而且根据该方法就可以减缓随后的脱硫工作量。然而，虽然具有不需要预先直接模制铁原材料为球状或其他形状的方法有优点，但是因为铁氧化物源和含碳还原剂彼此不直接接触，还原率低，需要长时间加热还原，从生产率的角度出发这就不适合于工业规模的实际应用。另外，在该方法中获得的是海绵铁形式的还原铁，大量的脉石成分被侵入海绵铁中降低了还原铁的铁质量。如果把这么低质量的还原铁作为铁源供应到电弧炉等中，因为得到的炉渣的量增加对电弧炉的操作性就有不希望的影响，而且还有其它问题，例如由于铁侵入到炉渣中引起的损失造成铁产率的降低，能耗单位增加，生产率降低等。另外，由于在铁氧化物源中的铁含量降低这一问题就变的更为突出，在实际操作中不可能使用质量低的铁或铁氧化物源，这样就只能使用高质量的氧化铁源。鉴于现有技术中的上述问题完成了本专利技术，本专利技术的一个目的是提供一种能够制备有较少侵入的脉石成分和高Fe纯度的还原铁，而不需要预先模制成块状或球形，即使是用低质量的铁氧化物源和高质量的铁氧化物源也是这样。根据本专利技术能够克服上述问题的制备方法包括加热把含铁氧化物的粉末和含碳还原剂的粉末的混合粉末以铺在炉床上的状态加热，然后进行还原和熔化，而不需预先把粉末模制成球形或其它形状。在本方法优选的实施方案中，铺在炉床上的粉末被压制成紧密状态，然后进行加热。当在压制成紧密状态后把铺在炉床上的粉末混合物加热，铁氧化物表面和碳还原剂彼此形成更紧密的接触，易于进一步增加了热还原效率。在本专利技术的另一个实施方案中，混合的粉末层形成不均匀性，然后被加热。当在混合的粉末层表面形成不均匀性从而增加了表面积后加热混合粉末，通过增大有效加热面积热进一步改善了还原率。在本方法的另一个实施方案中，在炉床上预先形成产品释放促进层。在本专利技术中，如上所述将在炉床上混合的粉末加热还原和熔化，其中比重高的熔融还原铁有可能直接与炉床表面接触，热破坏底层的耐火材料，或在完成还原和熔化后当从炉床表面卸出产品(还原铁和形成的炉渣)时还原铁沉积到炉床表面，这有可能妨碍卸出性。产品促进释放层的提供，能使炉床的产品容易卸出，并能延长炉床的使用寿命，还起到防热的作用。在本方法的另一个实施方案中，混合粉末还含有脱硫剂。在混合粉末中含有的脱硫剂俘获在热还原和熔化步骤中形成的硫含量，以降低在产生的还原铁中的硫含量。本专利技术优选使用的用来实施如上所述的制造方法制备金属铁的设备包括一个活动式炉床，一个用来向炉床供应含铁氧化物的粉末和含碳还原剂的粉末的混合粉末的供应装置，一个在炉床上加热混合粉末的加热装置，一个把通过加热还原和熔化的产品卸到炉床外的卸出装置和一个用来把产品分离成还原铁和炉渣的分离装置，该设备的优选实施方案包括一个用来压制铺在炉床上的混合粉末的压制装置。本设备优选的一个实施方案包括一个用来使混合的粉末层形成不均匀性的不均匀形成装置。本设备优选的一个实施方案包括用来在炉床上形成产物释放促进层的产物释放促进层形成装置。在本设备优选的实施方案中，炉床包括多个沿闭合回路移动的炉床单位，包括多个往复式炉床单位，或炉床是旋转圆盘型的。在本设备优选的一个实施方案中，炉床包括多个在水平铺的圆柱型耐火炉中同轴旋转的炉床单位。在这些实施方案中，可以通过加热还原和熔化连续进行一系列供应原料粉末混合物和卸出产品的步骤，这对于在工业规模中运行该设备是优选的。在根据本专利技术如上所述的制备方法中，将含铁氧化物的粉末和含碳还原剂的粉末(下文有时称为碳材料)的混合粉末以铺在炉床上的状态加热进行还原和熔化，从而获得金属铁而不需预先把粉末模制成球形或其它形状。即，因为按照这种方法铁氧化物源和碳材料被以粉末状态使用和混合，就不需要预先模制成块状或球状。而且，按照这种方法，因为氧化铁源和碳材料以混合和彼此临近的粉末状态被热还原，热还原迅速进行，在相对短的时间内用热处理可以有效进行还原。而且，在该方法中，因为热还原形成的还原铁通过加热逐渐熔化，金属铁被熔化和彼此聚集，同时驱出炉渣成分，即使在使用低质量的铁氧化物源时也可以获得有极少量的侵入炉渣成分和纯度高的还原铁。附图简述附图说明图1说明的是本专利技术的一个优选实施方案的设备部分俯视图。图2是图1所示的设备的横截面视图。图3说明的是本专利技术另一个实施方案的设备的俯视示意图。图4是在图3中所示的装置的加热还原和熔化部分和分离部分的竖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备金属铁的方法，包括在把含铁氧化物的粉末和含碳还原剂的粉末的混合粉末铺在炉床上的状况下加热，从而进行还原和熔化。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：菊池晶一，浦上昭，小林勋，谷垣恭广，伊藤永一，德田耕司，土屋脩，伊东修三，
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]