金属铁的生产方法技术

一种用包含碳还原剂和铁的氧化物的坯块生产铁水的方法，该方法极其有效，而且操作简单。将坯块加入铁水槽或铁水槽表面上的熔渣中，使其浮在铁水槽和／或熔渣的表面上，以致坯块的一部分或绝大部分表面基本上暴露在炉内的高温气体气氛中，以收入由还原坯块中铁的氧化物生成的还原铁中。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及制得金属铁的技术的改进，其中包括在加热下用碳还原剂例如碳素物还原铁的氧化物例如铁矿石。更具体而言，本专利技术涉及有效地生产高纯度金属铁铁水的方法，其中包括将铁的氧化物有效地还原为金属铁，在加热下用碳还原剂例如碳素物还原铁的氧化物例如铁矿石时制得金属铁，其中还包括熔融和分离作为脉石成分包含在铁的氧化物来源例如铁矿石中的炉渣成分。相关技术的叙述人们习惯上将以Midrex方法为代表的鼓风炉法看成是一种直接生产铁的方法，其中用碳素物或还原性气体直接还原铁的氧化物例如铁矿石或铁的氧化物团粒制得还原铁。直接生产铁的方法，是将由天然气等生产的还原性气体从设置在炉底的风口吹进鼓风炉中，以利用其还原能力还原铁的氧化物制得还原铁的方法。近年来，在还原铁的生产方法中，采用碳素物例如煤代替天然气作为还原剂已经引起人们的关注。特别是称作SL/RN的方法已经投产，该方法是在转窑中通过加热用煤粉还原由铁矿石制成的烧结的团粒。在美国专利3,443,931的公报中公开了还原铁的另一种生产方法，该方法是将碳素物和粉末状的铁的氧化物混合制成团粒并用转炉加热还原。该方法包括将粉末状的铁矿石和粉末状的碳混合制成团粒的步骤以及通过加热使其在高温气氛中还原的步骤。将用上述方法生产还原铁直接加入电炉或在制成团块之后加入电炉作铁源。由于最近回收废铁的活动，用上述方法生产的还原铁作为废铁中所包含的杂质的稀释剂，已经引起人们的注意。然而，在还原铁的常规生产方法中，由于在用作原料的铁的氧化物例如铁矿石中或在煤原料例如煤中所含的炉渣成分例如SiO2、Al2O3、CaO被掺进制得的铁的氧化物中，所以产品的铁含量(金属铁的铁纯度)低。在实际应用中，炉渣成分在随后的精炼过程中被分离除去。然而，由于炉渣量的增加，不仅降低精炼铁水的产量，而且对电炉的生产费用也有很大的影响，所以需要炉渣成分含量低的富铁的还原铁。为了满足这项要求，对于用上述还原铁的常规生产方法生产还原铁，必须采用富铁矿石作为原料，这使生产铁的原料选择范围变窄。此外，上述常规方法的目的是要得到固体的还原产物作为中间产品，以致在随后的精炼过程之前，需要一些附加的步骤，其中包括运输、贮存、团块制备和冷却。由于在这些步骤中发生大量的能量损失，而且需要外加能量和专门的团块设备，所以这是不利的。另一方面，熔炼还原方法例如DIOS法已为人们所知，在该方法中，将铁的氧化物直接还原制得还原铁。在这种方法中，铁的氧化物预还原成纯度为30-50％的铁，然后在铁水槽中直接与碳进行还原反应，还原成金属铁。然而这种方法遇到的难题在于需要包括预还原和在铁水槽中最后还原两个步骤，这使操作复杂化，而且在铁水槽中，熔融的铁的氧化物(FeO)与耐火材料直接接触，会引起炉中耐火材料的大量损坏。此外，日本已审定的专利公报56-19366公开一种方法，其中包括加热还原包含金属氧化物，固态碳素物和造渣材料的团块，还原生成的金属包含在炉渣层中，然后熔融炉渣层分离金属和炉渣。然而，这种方法需要产生足以完全容纳金属的炉渣，以防止该方法中还原生成的金属再氧化。否则由于造渣材料含量不足，随后不能完全容纳金属，必然会造成金属的再氧化。此外，在实践中遇到的一大难题是，随着热还原条件的变化，可能产生FeO含量高的炉渣，这会明显地损坏设备内部的耐火材料。正如至此所述，实现一种炉渣成分含量少的是极其重要的，这不仅是由于增加作为产品的金属铁的附加价值，而且也考虑到降低采用电炉生产铁的成本以及灵活地选择生产金属铁的原料。此外，为了抑制工业上现行的生产铁的方法对耐火材料的损坏，在加热还原过程中减少作为副产物生成的炉渣中铁的氧化物的含量也是非常重要的。日本未审定的专利公报7-54030公开一种利用海绵铁、部分还原的铁、自还原的团粒或细铁矿石作为铁源生产钢的方法，成为代替鼓风炉-转炉法的联合钢生产方法，然而这种方法与本专利技术的方法属于不同的领域。也就是说，该方法生产钢，是将上述的铁源，特别是铁含量高的原料加入通道式感应炉中，通过控制供给炉中的热量和加入铁源的速度，来保持炉内的温度不低于产品的液相曲线温度。据说根据这种方法可以达到的效果是，可以用感应炉代替常规钢铁生产中使用的鼓风炉和转炉，连续地生产碳含量约0.1％(重量)的钢，因此简化了设备和工艺，并能提高能量效率。然而，由于在同一个炉子中要用碳还原在未还原的铁源中存在的铁的氧化物，又要消除因还原(氧化)而引入铁水中的碳，所以控制碳原料或氧的供给量以及加工温度是极其困难的。而且，由于在大量生成的熔渣中存在大量的铁的氧化物，炉内耐火壁的损坏是明显的，因此可以预料，在工业上采用这种方法时设备和操作都会出现许多问题。本专利技术人注意到这种情况，并研究开发通过简单地处理甚至能从铁成分含量较低的铁矿石中有效地制得铁纯度极高的金属铁铁水的技术，又没有损坏耐火材料的危险。结果，开发出下面的方法，并在日本未审定的专利公开8-59801中公开。加热还原与碳还原剂压制在一起的铁的氧化物生产金属铁的现有技术，具有以下几种情况(1)通过加热还原生成包含金属铁的壳层，并使其逐渐增大。还原进行到在壳层中基本上没有剩下铁的氧化物为止，并在壳层内产生由炉渣生成的烧结块。(2)通过加热还原生成包含金属铁的壳层，并使其逐渐增大。还原进行到在壳层中基本上没有剩下铁的氧化物为止。仍继续加热，使在壳层中生成的炉渣被排出到金属铁的壳层之外。(3)通过加热还原生成包含金属铁的壳层，并使其逐渐增大。还原进行到在壳层中基本上没有剩下铁的氧化物为止。仍继续加热，使熔融的金属铁与熔渣分离。(4)通过加热还原生成包含金属铁的壳层，并使其逐渐增大。还原进行到在壳层中基本上没有剩下铁的氧化物为止，在壳层中生成的炉渣烧结成块，接着是生成的炉渣与金属铁分离的过程。为了实施上述方法(2)，通过熔融一部分金属铁壳层，可将壳层中的熔渣排出到金属铁壳层之外。在这种情况下或为了实施上述的方法(3)，可用金属铁壳层中存在的碳还原剂继续进行渗碳作用，以降低金属铁壳层的熔点，使一部分或整个金属铁壳层熔融。在实施上述方法(1)至(4)中任一方法时，通过控制热还原过程中的最高加热温度不低于生成的炉渣的熔点，且不高于金属铁壳层的熔点，可以更有效地进行生成金属铁的反应。在这一还原过程中，先通过固相还原还原铁的氧化物，进而通过液相还原还原铁的氧化物，直到基本上不存在主要由FeO组成的铁的氧化物为止，能有效地提高所得金属的纯度。为了在固相中有效地还原铁的氧化物，必须在比还原生成金属铁低的温度下熔融在还原过程中生成的炉渣。因此，优选在预先压制的铁的氧化物或碳还原剂坯块中所含炉渣成分的含量组成，以使生成炉渣的熔点低于还原铁的熔点，当需要时，可在压制坯块的过程中加入Al2O3、SiO3或CaO。在上述现有技术中，术语“还原进行到在金属铁层中基本上没有剩下铁的氧化物为止”，系指在热还原过程中在定量的基础上，“还原进行到主要由FeO组成的铁的氧化物的含量为5％(重量)以下，优选2％(重量)以下为止”。从另一种观点看，系指热还原进行到在与还原反应中生成的金属铁分离的炉渣中，主要由FeO组成的铁的氧化物的含量优选为5％(重量)以下，更优选为2％以下为止。在该方法中，熔融高纯度的金属铁，可以得到金属化比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在加热下还原坯块生产金属铁的方法，坯块中包含碳还原剂和铁的氧化物，该方法包括以下步骤：在具有高温气氛的熔炉中，将坯块加入铁水槽或在铁水槽表面上的熔渣中；和使加入的坯块浮在铁水槽和／或熔渣的表面上，使坯块的至少一部分表面基本上暴露 在炉内的高温气体气氛中，直至坯块中铁的氧化物基本上被还原为止。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：根上卓也，浦上昭，
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]