碳化铁的制备方法技术

公开一种单体碳难以产生的生产碳化铁的方法。当采用主要含氢和甲烷的反应气体还原和渗碳炼铁用的含铁原料生产碳化铁时，根据通过粉尘计量器（９）所获得的反应炉（１）中产生的单体碳量，除了把反应气体从管线（２）加到反应炉（１）外，还把水蒸汽或二氧化碳经管线（７）加到流态化床反应炉（１）中。由此，能控制单体碳的产生。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适合于炼铁和炼钢用原料的碳化铁(Fe3C)生产方法，例如在电炉等中使用的炼钢原料，这种原料以碳化铁(Fe3C)为主成分。
技术介绍
钢的生产一般包括的步骤有用高炉把铁矿石转化成生铁；然后再用平炉或转炉把生铁转化成钢。这样的传统方法需要大量的能量和大型设备，因此成本很高。此外，对于小规模炼钢来说，所用方法的步骤包括直接转化铁矿石为炼钢炉用的原料，再用电炉等把原料转化成钢。就这种直接炼钢法来说，可使用直接还原法把铁矿石转化成还原铁。但是，用这种直接还原法生产的还原铁活性高，会与空气中的氧反应而放出热。因此，在还原铁的运输和储存中必须用惰性气体密封还原铁或者使用其它一些手段。由此，具有较高铁(Fe)含量，且其反应活性低并易于运输和储存的碳化铁(Fe3C)，近来已作为电炉等炼钢的原料使用。用于炼铁和炼钢的以碳化铁为主成分的原料不仅易于运输和储存，而且还具有可利用与铁元素结合的碳元素作炼铁或炼钢炉的燃料源，和利用可加速炼钢炉中反应的微泡产生源的优点。因此，对用于炼铁和炼钢的以碳化铁为主成分的原料近来产生了特殊的兴趣。按照常规生产碳化铁的方法，是先把铁矿石粉料加到流态化床反应炉或诸如此类的炉中，使其在预定的温度下与含还原气体(例如氢)和渗碳气体(例如甲烷气等)的气体混合物反应。这样，含于铁矿石中的铁氧化物(赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、方铁矿(FeO))以一步法(指通过在单一反应炉中同时引入还原气体和渗碳气体而完成的工艺过程)按下列反应式((1)、(2)、(3)、(4))所示进行还原和渗碳。…(1)…(2)…(3)…(4) 此外，可把反应式(1)到(3)加起来。结果，决定氧化铁的还原和渗碳过程的反应式可用下列反应式(5)和上述反应式(4)表示。…(5)有关本专利
的现有技术描述在例如国际专利申请(PCT/US 91/05198)的日本译文本公告号6-501983中。但是，单体碳的产生往往取决于流态化床反应炉中的生产条件如气体组成，反应温度等。在单体碳与碳化铁混合的情况下，会出现下列的缺点。(1)由流态化床反应炉排出的气体中所散射的单体碳会引起粉尘着火或爆炸的可能性。(2)流态化床反应炉的开口如原料入口、产品的排出口有时会被单体碳堵塞。(3)CH4会随着单体碳的产生而消耗。为此，需要为产生碳化铁所必要的CH4格外多。(4)一旦产生单体碳，就能加速单体碳的产生。考虑到现有技术中的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种难以产生单体碳的碳化铁生产方法。
技术实现思路
为了完成上述目的，本专利技术能对反应炉室的后半部的单体碳进行检测并且改变适应于所检测的单体碳量的反应气体的组成，从而控制单体碳的产生。更准确地说，当主要含碳化铁为主成分的炼铁或炼钢用的原料是通过使用主要含氢和甲烷的反应气体，对主要含铁氧化物和铁氢氧化物为主成分的炼铁用的含铁原料进行还原和渗碳反应，本专利技术提供一种防止因一氧化碳或烃热分解而产生的单体碳的方法，该法包括的步骤有，把反应炉的内部分成多个室，检测靠近产品出口的室的后半部分的单体碳，再改变适应于所检测单体碳数量的反应气体的组成。作为检测单体碳的方法，可以使用“基于安装在室后半部分的温度计的温度变化而检测单体碳方法”、“通过安装在室后半部分上部的粉尘收集装置而分析所收集粉尘而检测单体碳的方法”或“通过基于安装在室后半部分中的上部的气体收集装置而检测所收集气体中的甲烷与氢的比值的结果而检测单体碳的方法”。另外，可组合这些方法中的两种或更多种方法。作为改变反应炉中的反应气体组成方法，可以使用“提高适应于所检测的单体碳的量的反应气体中的水蒸汽方法”，“提高适应于所检测单体碳量的反应气体中的二氧化碳方法”或“减少适应于检测的单体碳量的反应气体中的一氧化碳或烃的方法”。另外，可组合这些方法中的两种或更多种方法。上述改变反应气体的组成可通过控制引入反应炉的反应气体组成而完成。按照具有上述构成的本专利技术，对反应炉中含铁原料的变化状况作一概括的说明。在靠近原料入口一侧的各室中的部分原料主要通过还原反应而转化成Fe。含铁原料的剩余还原反应和转化成碳化铁(Fe3C)的渗碳反应是在靠近产品出口一侧的各室中完成的。如果所实施的渗碳反应中，在一定H2O分压下所获得的Fe3C转化率超过上限，则产生单体碳。通过下列方法，可检测单体碳。根据所检测的单体碳量按下列方法改变反应气体的组成。由此，控制了单体碳的形成。(1)单体碳的检测a.反应温度的变化使用反应温度的变化作为间接检测单体碳产生的方法。理由如下。可以假设当流态化床反应炉中的反应稳定地进行时，反应炉中的温度通常是均匀的。但是，在反应炉中产生的单体碳的沉积是吸热反应。所以，在单体碳沉积部位的温度下降。由此，温度计应安装在单体碳易沉积的部位(靠近反应炉产品出口的部位)和单体碳沉积困难的反应炉的其它部位，再相互比较它们的所测温度。如果产品出口附近部位的温度明显低于其它部位的温度，则可以断定有单体碳的沉积。b.粉尘分析通过粉尘收集装置分析所收集的粉尘，可直接检测单体碳。c.气体组成的分析如上所述，当Fe转化成为Fe3C的比值等于或大于恒定值时单体碳就会产生。换言之，气体组成中的CH4/H2比上升至如上述反应式(4)所示的恒定值或大于该值时，产生单体碳的可能性就高些。因此，分析反应炉的室后半部分的气体组成，并且当上述气体中的CH4/H2值迅速下降时可间接检测单体碳的产生。d.检测方法的组合如果组合“反应温度变化”、“粉尘分析”和“气体组成分析”中的两种或两种以上方法，则可更迅速地检测单体碳。(2)反应气体组成的改变a.增加水蒸汽(H2O)从含铁原料转化到碳化铁的转化比低时(等于或低于约90％)不是优选方案。原因在于具有低转化比的碳化铁的等级用作炼铁或炼钢原料就太低。另一方面，如果从含铁原料转化成碳化铁的转化比过高时(等于或高于约99％)，则单体碳易于沉积。因此，如果希望在能控制单体碳产生的同时，又能获得适于炼铁或炼钢的高质量的原料，优选方案是要使从含铁原料转化成碳化铁的转化比保持在恒定的范围内。如上所述，有可能用下列两个反应式综合表达使用主要含氢和甲烷的反应气从含铁的原料生产碳化铁(Fe3C)的反应。…(5)…(4)在转化成Fe3C的最后阶段(其中大多数的含铁原料都转化成Fe3C)，反应接近平衡态。如果把水蒸汽(H2O)加到平衡态的反应体系时，氢和氧的潜势增加而铁和碳的潜势下降。更准确地说，当往反应式(5)的反应体系中添加H2O时，右侧的分子浓度或分压则上升。为此，反应朝着左侧进行以恢复平衡状态。换言之，H2增加而Fe减少。在反应式(4)中，反应朝向左侧进行以便消耗增加的H2和补偿Fe的减少。结果，可以控制含铁原料向碳化铁的过量转化。这样，通过向反应气体增加水蒸汽，就可控制单体碳的产生。另外，有可能获得具有高品位的炼铁或炼钢用原料，其中转化成碳化铁的转化比保持在合适范围内。b.增加二氧化碳(CO2)在增加二氧化碳以代替水蒸汽的情况下，进行下列反应。…(6)更准确地说，增加CO2与增加H2O是同义的。通过上述作用，可控制单体碳的形成。c.降低所供应的甲烷(CH4)量降低所供应的CH4量相当于反应式(4)中的反应朝着左边进行或延缓反应式(4)的反应向着右边进行。结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产碳化铁的方法，其中当主要含碳化铁为主成分的炼铁或炼钢用的原料是使用主要含氢和甲烷的反应气体通过还原和渗碳主要含铁氧化物和铁氢氧化物为主成分的炼铁用的含铁原料生产时，能防止因一氧化碳或烃热分解而产生的单体碳，所述方法包括的步骤有将反应炉内部分成多个室，检测靠近产品出口的室后半部分的单体碳并改变适应于所检测的单体碳量的反应气体的组成。

【技术特征摘要】
...

【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，仁王彰夫，
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]