生产金属铁的方法技术

本发明专利技术涉及一种生产颗粒金属铁的方法，包括：在还原熔化炉中加热包含碳质还原剂和含氧化铁的物质的成形原料，使成形原料中的氧化铁进行固态还原；将从固态还原得到的还原铁用含碳质还原剂中含有的碳进行渗碳，使还原铁熔化，同时分离出成形原料中含有的脉石组分，并使得到的熔融金属铁凝聚成颗粒金属铁，其中在渗碳和熔化阶段在成形原料附近存在的大气气体具有不小于０．５的还原度。本发明专利技术还涉及生产金属铁的方法，包括在炉床耐火材料上形成含有在还原熔化过程中生成的炉渣的沉积层，以此来保护炉床耐火材料以生产金属铁。本发明专利技术还涉及向适用于生产金属铁的移动炉床型还原熔化炉的炉床供给辅助原料的装置，该装置包括与熔炉顶部垂直连接的供料管道。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是涉及用碳质还原剂如焦炭加热来生产金属铁过程中氧化铁如铁矿石的还原技术的改进。更具体地说，本专利技术是一种改进了的方法，它能够有效地将氧化铁还原成金属铁，是通过简化的处理而有效地将包含在铁矿中的脉石等炉渣形成组份与以炉渣形式的金属铁分离开来，以此得到高产率的高纯度颗粒金属铁。本专利技术还涉及为了保证稳定化连续生产而改进了的，是通过使用一种移动炉床型还原熔化炉来减少对炉床耐火材料的损害，而对炉床耐火材料的损害是从包含碳质还原剂和含氧化铁的物质的成形原料生产金属铁过程中的一个问题。本专利技术还进一步涉及一种改进了的供给装置，用于有效地供给辅助原料如大气调节剂进入移动炉床型还原熔铁炉的炉膛。竖式窑生产方法，为米德雷克斯生产方法(Midrex process)的代表，它是通常已知的技术，是作为使用碳材料或还原气体直接还原氧化铁源如铁矿或氧化铁而得到还原铁的直接制铁方法。按照这种类型的直接制铁方法，一种制自天然气的还原气通过在竖窑下部所限定的进风口吹入熔铁炉中并通过还原气的还原能力将氧化铁还原成金属铁。人们的注意力最近集中于另一种还原铁的生产工艺方法，它是使用碳材料如煤来代替天然气作为还原剂，和一种称为“SL/RN”的生产方法已投入实践。美国专利No.3,443,931披露了另一种制铁法，其中是将碳材料和粉状氧化铁一起混合并形成块状或粒状，通过在旋转炉床上加热使其还原来生产还原铁。美国专利No.5,885,521披露了一种技术，其中将在烘干炉中烘开了的还原铁的颗粒原料，通过一个供料管供入炉床中，该供料管是通过移动炉床型熔炉的顶部向下延伸至炉床的邻近部位，而还原铁的颗粒原料的层厚度主要是用装在供料管前端侧面上的一个颗粒匀平器来调节，并进一步用装在炉床移动方向的颗粒匀平器下游的平滑器来调节。而且，已知例如DIOS方法的熔融还原方法是作为直接还原氧化铁成还原铁的方法。根据此方法，氧化铁被预先还原至约30％的还原率，此后用在铁浴中的碳将这样的氧化铁直接进行还原反应，直到氧化铁转变成金属铁。日本专利公报杂志No.HEI-8-27507披露了另外一种直接还原的制铁方法，其中是将含有脱硫剂的碳质还原粉层和氧化铁粉层彼此堆叠于移动炉床上，并将此堆叠物加热而得到海绵铁。日本专利公报杂志No.HEI-11-106812披露了一种技术，其中将含有铁矿石的原料和一种固体还原剂通过一个管形加料孔供入旋转炉床型熔炉(还原炉)内，所说的加料孔是由熔炉的顶部通过分配壁到炉床上，装载着原料的炉床移动使原料在熔炉内于一次操作工序中被还原，然后卸出。这种技术的特征是已经还原了的高温矿石下到分配壁，利用还原矿石的辐射热来预热分配壁上的原料，同时温度降低了的还原矿石便通过卸料口而排出。本专利技术的专利技术者们作了长期研究，旨在开发一种技术，该技术能够从含有相对低铁含量的铁矿石中以及通过简单的处理从具有较高铁含量的氧化铁中有效地制得具有高铁纯度的金属铁。以下方法是以前在日本专利公报杂志No.HEI-9-256017中已经提出的研究结果的发展。该方法的特征在于通过加热来还原一种含有碳质还原剂和氧化铁的成形体而生产金属铁的，通过加热使氧化铁以固体状态被还原而形成和生长一种金属铁皮层，通过加热的还原可继续进行直至内部不再存在氧化铁为止，并且还继续加热以引起内部产生的炉渣流出金属铁皮层，以此使金属铁与炉渣彼此分离开来。按照本专利技术的一方面，已经提供了一种生产颗粒金属铁的方法，该方法包括在一还原熔融炉中加热包含碳质还原剂和含有氧化铁的物质的成形原料，使在成形原料中所含有的氧化铁经受固态还原；用在碳质还原剂中所含有的碳对从固态还原产生的还原铁渗碳，以引起还原铁熔化，同时分离出在成形原料中所含有的脉石组分并引起所产生的熔融金属铁凝聚成颗粒金属铁，其中，在渗碳和熔化步骤中在成形原料附近存在的大气具有不小于0.5的还原度。按照本专利技术的另一方面，已提供了一种，该方法包括在炉床耐火材料上形成含有炉渣的沉积层，所述炉渣是在还原熔融过程中产生的，从而在生产金属铁的同时保护炉床耐火材料。按照本专利技术的另一方面，已提供了一种向适合于生产金属铁的移动炉床型还原熔融炉的炉床供给原料和辅助原料的装置，该装置包括一个与熔炉顶部垂直连结的供料管道。通过阅读以下参照附图的详细说明，将清楚了解本专利技术的这些和其它特征及附带优点。附图说明图1是说明用于本专利技术中的还原熔化设备的简视图；图2是相当于在图1中A-A线上截取的截面视图；图3是沿纵向展开的图1中设备的解释性截面视图；图4说明各参数变化简图，即大气温度、成形原料的温度、还原率、以及在本专利技术中所使用的两步加热系统中通过固态还原阶段和熔化阶段的CO废气和CO2废气量等的变化；图5也是说明各参数的变化简图，即在成形原料中所含氧化铁的金属化百分率和通过固态还原阶段和熔化阶段的残留FeO的量的变化；图6是说明当金属化百分率达到100％时在还原铁中的残留碳量和在最后得到的金属铁中的残留碳量之间的关系；图7是说明在金属化百分率和还原率之间的关系；图8是说明在成形原料中的温度的变化和使用或不使用煤粉作为大气调节剂的大气气体的还原率的变化；图9是根据本专利技术一优选实施方案说明移动炉床型熔炉主要部分的结构示意截面视图；图10是在图9中A-A线上截取的截面视图；图11是说明本专利技术另一优选供料装置主要部分的视图；图12是说明本专利技术另一优选供料装置主要部分的视图；图13是说明本专利技术另一优选供料装置主要部分的视图；图14是说明在实验生产中在渗碳-熔化后立即状态中的金属铁和炉渣的照片；图15是证明在实验中降低金属铁的硫含量的效果曲线，其中将CaO源故意加入已成形的原料中来调节炉渣的碱性。图16是说明所产生的炉渣的碱性和得到的金属铁的硫含量之间关系的曲线图；图17是说明本专利技术所使用的制铁-制钢总生产系统的解释视图；图18是说明采用本专利技术时所形成的炉渣沉积层的状态的概念视图；图19是说明按照本专利技术另一实施例是如何改进炉床的概念视图；图20是说明按照本专利技术又一实施例是如何改进炉床的概念视图；图21是说明按照本专利技术又一实施例是如何改进炉床的概念视图；图22是说明当大气调节剂的上层形成时，炉床的改进情况的概念视图；图23是说明当大气调节剂的上层形成时，另一炉床改进情况的概念视图；图24是说明在一实施例中所用的金属铁生产过程中原料配方，产品的比例和组成等的解释线图；图25是说明在本专利技术一实施例中所得到的样例金属铁的照片；图26是说明在另一实施例中所用的金属铁生产过程中的原料配方，产品的比例和组成等的解释线图；以及图27是显示当在成形原料附近存在的大气气体在渗碳-熔化-凝聚阶段中具有小于0.5的还原程度时，所得到的金属铁的状态照片。本专利技术的专利技术者们已继续进行了研究，进一步改进了上述公开的专利技术。针对这样一种改进的研究主要是由在渗碳-熔化阶段中的条件控制组成，以便通过抑制金属铁的再氧化来提高金属铁的纯度和产率，所述再氧化是由于在固态还原阶段之后，特别是在渗碳-熔化阶段中氧化气体如CO2或H2O所致。结果发现，当固态还原进行时，虽然通过由成形原料中所含大量碳质还原剂和氧化铁之间的反应产生的还原气体(主要是CO)使在成形的原料附近存在的大气气体的还原能力被保持得较高，然而，这样生成的还原铁，很本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产金属铁的方法，其特征在于该方法包括：将含有碳质还原剂和含氧化铁的物质的成形原料供送到移动炉床型还原熔炉的炉床耐火材料上；加热成形原料使氧化铁还原熔化；在金属铁冷却后排出和收集得到的金属铁，同时在还原熔化过程中产生的含炉渣的沉积层便形成在炉床耐火材料上，以此保护炉床耐火材料，同时生产金属铁。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊东修三，谷垣恭广，菊池晶一，津下修，小林勋，本多启介，德田耕司，冈本秀和，
申请(专利权)人：米德雷克斯国际公司苏黎世分公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]