碳化铁生产工艺的操作控制方法技术

本发明专利技术提供了一种用于控制生产碳化铁的操作过程的两阶段反应法，所述碳化铁产品含有目标组成。第一阶段反应使含铁原料部分还原，而第二阶段反应使原料深度还原和渗碳。在第一阶段反应的反应器的出口对固体样品取样并分析样品的还原度。调节操作参数改变第一阶段反应的还原度，从而控制第二反应阶段后的碳化铁产品的收率。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利说明 本专利技术涉及一种在生产碳化铁的过程中设置适当工艺条件的方法，该方法适合于生产主要成分为碳化铁(Fe3O)的炼铁和炼钢的原料，如在电炉中炼钢的原料告等。生产钢的常规方法包括以下步骤使用鼓风炉把铁矿石转化为生铁，然后使用平炉或转炉将生铁转化为钢。这种常规方法需要大量的能量和大规模的设备，生产成本很高。因此，小批生产钢时，使用了包括将铁矿石直接转化为可在炼钢炉中使用的原料及在电炉中将原料转化为钢等步骤在内的方法。在直接生产钢的工艺过程中，使用了直接还原工艺将铁矿石转化为还原态铁的方法，但由直接还原工艺得到的还原态铁活性很高，会与空气中的氧反应并放出热量。因此，在运输或储存还原铁的过程中需用惰性气体或其它方式密封还原铁。因此，高含铁(Fe)量、低反应活性、易于运输和储存的碳化铁最近被用作在电炉中生产钢的含铁原料。而且，以碳化铁为主要成分的生产钢或铁的原料虽然不易运输和储存，而且也有一个优点，即与铁结合的碳可用作生产钢或铁的燃料，也可用作气泡发生源，气泡可加速生产钢的反应过程。因此，以碳化铁为主要成分的生产钢或铁的原料最近引起了人们的特殊兴趣。根据生产碳化铁的常规方法，将细粒的铁矿石加料到流化床反应器中，然后在预定的温度下，与含有还原气体(如H2)和渗碳气体(如甲烷等)的气体混合物反应。因此，铁矿石中的氧化铁(如，赤铁矿(Fe2O3)，磁铁矿(Fe3O4)，方铁矿(FeO)在单一的工艺(即在一个反应器中同时引入还原气体和渗碳气体的工艺)中还原和渗碳。如在国际专利申请(PCT/US91/05198)的日文译本公开号No.6-501983中描述了本专利
的现有方法。碳化铁的生产过程可以下述反应通式表述在单一工艺中，应同时考虑还原反应和渗碳反应。另外，不能使用适宜于每种反应的反应气体组合物和反应气体温度。结果，反应时间(转化为碳化铁的时间)延长。与常规方法相比，该方法需较长时间得到一定的用于生产钢的原料。因此，其缺陷是为提高单位时间产量需增加设备。本专利技术人曾提出有关生产碳化铁的方法和设备的新技术的专利申请(日本专利申请号No.8-30985)，该申请中的方法可在每一步操作中进行各种反应，增加操作弹性、缩短反应时间和减少反应气用量。这个专利技术涉及一种用于生产碳化铁的方法，包括将主要成分为赤铁矿的铁矿石部分还原的第一反应步骤和将铁矿石进一步还原和渗碳的第二反应步骤。该专利技术消除了传统的碳化铁的生产方法中的所有缺点，具有划时代的意义。然而，即使以两步法生产碳化铁，也经常无法得到含有目标化合物的碳化铁产品。理由如下。在碳化铁的生产工艺中需要考虑很多参数，如反应气组分、反应温度、反应压力等。有时，稍微改变反应参数，就会得到不需要的产品(如碳化铁的转化率较低)。如果反应参数超出常数范围，有时会产生游离碳。还提出了一种控制碳化铁质量的方法，其特征在于用M ssbauer分析法检测所得的成分是否合格以便在一个常数范围内控制碳化铁的成分，如果组分没有在允许的范围内，可以改变反应参数(例如，见U.S.patentNo.5073194，PCT/US91/05188)。但M ssbauer分析仪有一个缺点，即为提高精确度，测量需很长时间(1～4小时)。因此，不可能采取与反应器中迅速变化的条件相应的行动。考虑到上述现有技术中存在的问题，本专利技术的一个目的是要提供一个生产碳化铁工艺的控制方法，该方法通过两步反应法得到含有目标组分的碳化铁产品。为达到上述目的，本专利技术的特征在于经第一步反应后所得到的还原度的改变是基于第一步反应所得到的还原度与第二步反应所得到的碳化铁收率(下文称为IC比)有一定的关系的认识，因此可以调整第二步反应后的碳化铁收率。本专利技术提供了一种，包括将不同的用于炼铁的含铁原料部分还原的第一步反应，及继续还原和渗碳的第二反应步骤，其特征为第一步反应过程中，在反应器的出口端取样用于测定固体样品的还原度，调节能够改变第一步反应还原度的反应参数，从而改变第二步反应后的碳化铁收率。一般而言，如果第一步反应的还原度降低，则第二步反应中生产碳化铁的时间延长。换言之，第一步反应的还原度升高，则第二步反应的所需生产碳化铁的时间缩短。尤其是，预定的含铁原料在两步反应中发生还原和渗碳反应时，假定反应时间一定，如果第一步反应的还原度降低，则第二步反应后的碳化铁收率也降低，如果第一步反应的还原度升高，则第二步反应后的碳化铁收率也升高。因此，第二步反应后的碳化铁收率可通过调节可改变第一步反应的还原度的参数来控制，如上述的反应温度、反应压力、反应气组分、流化床高度等。测定固体样品的还原度的方法包括固体成分分析法。但X射线衍射法需较长时间。因此，需预先得到磁导率与还原度的函数关系，在此基础上，测量磁导率从而很容易而快速地测出样品的还原度。固体样品可在第一步反应的反应器的中部反应室和后部反应室之间取样，代替第一步反应的反应器的出口端的，根据固体样品的还原度与第一步反应的还原度调节可改变第一步反应还原度的反应参数，因此也改变了第二步反应后的碳化铁收率。当第一步反应的反应器内部被分成很多反应室时，如果在第一步反应反应器的中部与后部反应室之间取样测其还原度，则可及早检测出含铁原料的变化(如铁矿石中含水量波动引起的预热温度的变化)。根据固体样品的还原度与第一步反应后的还原度的关系，适当调节第一步反应器的反应条件(反应温度、压力、流化床高度等)，从而改变第一步反应后的还原度。因此可以控制第二步反应后的碳化铁收率。固体样品同样，可在第二步反应过程中，于反应器的中间和后部反应室之间取样，代替在第一步反应反应器的出口端的固体样品，根据固体样品的碳化铁收率与第二步反应后的碳化铁收率的关系，调节可改变第二步反应的碳化铁收率的参数，从而调节第二步反应后的碳化铁收率。当第二步反应的反应器被分成很多反应室时，如上所述，如果在第二步反应的反应器的中部和后部反应室之间取样测其碳化铁收率，可及早检测出含铁原料的条件变化(如由铁矿石中含水量的变化引起的预热温度的变化)。根据固体样品的碳化铁收率与第二步反应后的碳化铁收率的关系，适当调节第二步反应的反应器内的操作条件(如反应温度、压力、流化床高度等)，从而控制第二步反应后的碳化铁收率。在上升气流反应室到中部反应室之间(靠近反应器的入口端)，反应不均匀。因此，所取固体样品的成分变化很大。基于上述原因，反应器的前部到中部不是取样的合适位置。如上所述，最好在反应器的中部和后部之间取样。或者，不分析固体样品的还原度，但在反应器出口端混合后分析出口气体组成，再与入口气体组成相比较。因此可确定反应进程。在第一步反应中，可以在反应器的第一个和最后一个反应室之间的每一个反应室中对废气取样代替第一步反应反应器出口端的固体取样，根据废气的组成与第一步反应后的还原度的关系调节第一步反应反应器中的气体组成，从而调节第二步反应后的碳化铁收率。当第一步反应的反应器被分成很多反应室时，优选分析每个反应室的气体组分来检测每个反应室中反应的变化。如上所述，分析每个反应室中废气组成的变化以便于高度准确地估计反应进程，及早检测出反应异常。因此，对应废气的组分与第一步反应后的还原度的相互关系适当调节第一步反应的反应器中的废气组成，因此改变第一步反应后的还原度。从而控制第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制生产碳化铁的操作过程的方法，包括以下步骤：第一反应阶段，即将不同的用于炼铁的含铁原料部分还原；及第二反应阶段，即深度还原和渗碳反应；在第一反应阶段反应器的出口取固体样品，分析其还原度；和调节能够改变第一反应阶段的还原 度的参数，从而调整在第二反应阶段后得到的碳化铁收率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：中谷纯也，内山义雄，井上英二，宫下虎胜，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]