一种在炉腔中使用微波加热将氧化铁还原的方法和装置，其中炉腔密封以防止空气进入，该方法和装置能减少所需的能量并产生低温还原反应，还能以反应过程的副产品形式回收可燃性合成气体。也保证了硫、磷和氧化硅不被还原，而已有的工艺需要在还原矿石之前降低给料中的氧化硅含量。描述了连续转底炉、回转炉、线性传输炉和竖式炉的炉腔结构。也可包括用于将还原铁处理成铁块或液态金属铁的二次加热区。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于氧化铁还原的微波加热方法和装置 相关申请的参见本申请要求2006年10月3日提交的序列号为60/849， 098和2006年 11月14日提交的序列号为60/865， 672的美国临时专利申请的受益权；并 且是2005年9月6日提交的序列号为11/220， 358的美国专利申请的部分 继续申请案，该序列号为11/220， 358的美国专利申请要求了 2004年9月 3日提交的序列号为60/607， 381和2004年9月3日提交的序列号为 60/607， 140的美国临时专利申请的受益权。
技术介绍
目前钢铁由两类经营单位生产综合炼钢厂和小型炼钢厂。在综合炼 钢厂，烧结的铁矿石球团、焦炭和石灰被送入高炉(BF)，并高速吹入热 空气以燃烧焦炭，从而产生一氧化碳和热。烧结的铁矿石球团被一氧化碳 还原成高温金属并熔融形成液态铁。之后，液态铁被送入氧气顶吹转炉 (BOF),在这里向液态铁中鼓入纯氧气以除掉过量的碳，使铁转变为钢。 与此生产工艺相伴随的根本问题是需要焦炭和强烈的高温燃烧。焦炭生产 是高污染性的工业生产过程之一，并且高温燃烧产生大量的粉尘并因废气 排放而浪费能源。小型炼钢厂采用电弧炉(EAF )来熔融含有或不含有DRI (直接还原铁) 的废旧钢铁以生产低质量的钢。小型炼钢厂一直以来享受着废旧钢铁来源 丰富的优势，但近期国际市场对废旧钢材的强烈需求已经使其价格翻番。 DRI的价格也因昂贵的重整天然气而激增，导致许多DRI工厂关闭。本专利技术的专利技术者已开发了一项基于微波能利用的革命性的炼钢技术 (美国专利No. 6, 277, 168)。这一技术能够从由氧化铁粉、碳粉和助熔剂 的混合物中生产DRI、铁或钢。这一技术抛弃了诸如炼焦、烧结、高炉炼 铁、氧气顶吹转炉炼钢等许多现有的炼钢中间工序。这一技术可比传统的炼钢工艺节省高达50%的能耗，并大幅度减少 C02、 S02、 NOx、 VOCs、粉尘和空气有毒物质的排放，实质性地降低废物排 放控制成本，大大降低资本支出，使钢的生产成本显著下降。与依赖于燃烧加热的高炉相比，微波加热技术的优势在于它能够将氧 化铁给料更迅速地加热，因为它不需依赖空气或其它气体来将热传导到给 料中，而是利用给料吸收微波辐射直接产生的内热。同时，微波加热是选 择性的，即它只加热需要被加热的给料成分，即还原赤铁矿或磁铁矿而不 直接加热给料中的氧化硅、磷、硫，或其它非铁组分，因此，能量得到了 更加充分的利用，且达到的最高温度可以低得多。当采用微波辐射加热法 来还原时，也不要求给料导电。钢铁冶炼的另一个问题是铁中残留的硫和磷可影响所生产的铁或钢 的质量。这一问题源于传统的还原氧化铁技术需要用燃烧天然气或煤来达 到的非常高的温度。因为只有将球团或生球或其它给料的外部加热到比所 需温度高得多的温度，以实现整个球团或生球内部的充分加热，才有可能 在短时间内使整个球团或生球中的氧化铁还原。在这样的高温环境中，硫 和磷也被还原，并以元素形式残留在铁或钢中。如果用煤来作为矿石或其 它给料的还原剂，这个问题还会因煤中有时含硫而恶化，最终增加铁中硫 的含量。传统的还原工艺所需要的高温造成的更进一步的问题是必须为窑炉 选用昂贵的耐火材料，资本支出因此增加。同样，任何存在的氧化硅也会 被还原，进而在很多情况下污染铁并使铁的质量变坏。给料中的过量的氧化硅，不论其来源于矿石采掘过程还是来源于矿床 中，都是一个不容忽视的问题。矿石中的氧化硅的含量因矿石来源而异。 尽管氧化硅可以通过作为形成于熔融的铁水之上的熔渣的一部分而得以 去除，但如形成过量的熔渣则会阻碍向熔融金属中鼓气的作业并因此干扰 了工艺过程。因此，若铁矿石或球团中含有过量的氧化硅，则必须首先将 其剔除或至少将其含量降到最低。这就需要把铁矿石粉碎成很细的粉末， 以便从矿石中机械地分离氧化硅。处理这类矿石需要相当高的花费和能 耗。事实上，有许多矿石因硅含量高而失去商业价值。传统炼铁工艺的另一个不利之处是为还原铁矿石而进行的鼓风加热 造成了混入给料中的所有碳燃烧形成二氧化碳，这让本来有用的碳可燃物 被浪费掉，且为该工艺过程增加了碳"足迹"。本专利技术的目的是为金属特别是铁和钢的冶炼，提供一种新的使用微波 加热的方法及装置，以发挥在铁和钢的生产过程中使用微波加热的潜在优 势。本专利技术的另一个目的是回收在还原工艺中产生的碳可燃物，并使其有用。本专利技术的更进一步的目的是以较低的成本、使用最低能量来控制生产 过程中磷、硫或氧化硅对铁的污染。以最小能耗分离矿石中的氧化硅也是本专利技术的目的之一 。
技术实现思路
本专利技术的上述目的和其它目的可通过阅读下面的具体描述和权利要求加以理解，这些目的是通过以下方法实现的在不需空气参与的情况下， 在相对适中的温度下，用微波辐射将氧化铁还原。微波辐射以最大的能效 和适中的温度只加热给料中的含铁成分，适中的温度可避免磷、硫或氧化 硅的还原，从而使这些元素对铁的污染最小化。由煤或碳可燃物产生的挥发性气体可以被回收并作为燃料或还原气 体加以利用。由于微波将给料加热到还原温度的速度，在适中的温度下连续处理是 实际可行的。本专利技术所述的给料，可以在转底炉、线性传输炉、回转炉或 竖式炉中被还原，针对给定的应用，这些窑炉中的每个都可以加装多个微 波波导管以达到所需的加热能力。所生产的DRI可以被送入集料仓或直接 送入电弧炉去炼钢。微波加热还原还可以与已还原矿石(DRI)的二次加 热联合起来，以获得铁块。生产液态铁的感应熔融炉也可用于接收DRI。回转炉(及所有其它的窑炉)可以将微波加热和燃烧加热联合起来来 生产DRI，也可以使用多个微波源单独进行作业。线性传输器与传输器联合作业既可生产DRI，也可生产铁块，这可通 过还原反应之后的二次加热来实现，也可以通过微波加热或燃烧器加热、 射频加热等方法来实现。也可以使用从耐火衬里圆筒的顶部引入矿石球团或其它给料的竖式 炉。当给料在竖式炉中降落时，微波可对其加热。在竖式炉的底部可加装 感应加热器，以便接收DRI并生产从其排出的熔融铁和从熔融铁分离的熔 渣。可替代地，可注入天然气或其它还原气体以便在竖式炉中生产DRI， 而不用在给料中加入碳材料。将微波能量用于给料的还原使得还原过程可以在较低的温度下进行， 因为整个给料同时被加热，任何部分的过热是不需要的。如果给料中的磷和硫以氧化物形式残留，当还原后的给料熔融时它们 将形成熔渣的一部分并由此随着熔渣从金属中去除。通过使用微波能量来还原给料，连续处理也变得更加容易，同时还避 免了硫和磷残余的问题。在较低的温度下应用微波加热处理，氧化硅的降低也被最小化。但是， 该项技术的主要益处是不再需要注入气体，从而无需在处理之前采用机械 方式去除氧化硅以降低熔渣中的氧化硅。甚至相对大量的氧化硅也可以从 熔渣中去除，而不需要像实践中的传统方法那样在还原矿石之前事先通过 昂贵的精细研磨和机械分离来去除以降低氧化硅的含量。附图说明图l为本专利技术所述的转底炉及其附件的示意断面图。图1A为从图1所述的转底炉的一侧截取的断面的放大图，用以展示 详细的构造情况。图2是图1所述的转底炉的平面视图。图3为图1和图2所述的转底炉的经过旋转基座的一个直立部分的 断面图。图4为图5中旋转基座的平面视图。图5为经由图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种还原氧化铁的装置，包括： 炉体，其限定了基本密封以防空气进入和微波辐射泄漏的炉腔； 一个或多个波导管，其将微波辐射从微波发生器导入所述炉腔中以调制微波辐射； 布料口，其用于将包括氧化铁和与其相伴的碳材料在内的给料引入所 述炉腔； 使所述给料前进通过所述炉腔的装置； 在所述炉腔上产生的所述微波辐射的强度等级，使所述给料基本充分地还原成直接还原铁（ＤＲＩ），但基本不还原所述给料中的任何硫、氧化硅或磷；以及 用于将所述给料的产物排出所述炉腔的出 料口。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：JY黄，X黄，
申请(专利权)人：JY黄，X黄，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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