CN102933727B - 用于制备粒状金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种技术，其进一步提高粒状金属生产率，其中加热含有金属氧化物和碳质还原剂的团块并还原和熔融包含于该团块中的金属氧化物且制备粒状金属。具体公开了这样的制备粒状金属的方法，其中将含有金属氧化物和碳质还原剂的团块供给至移动还原熔融炉的炉床上，且加热所述团块以还原和熔融所述金属氧化物；和冷却获得的粒状金属，且随后排出至炉外部和回收。当在所述炉床上铺展密度为0.5以上的团块被加热时，将平均直径为17.5mm以上的团块供给至所述炉床上。

Description

用于制备粒状金属的方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过以下步骤制备粒状金属的方法：将由含有金属氧化物和碳质还原剂的原料混合物构成的团块进料至炉床上，并在其上加热该团块以还原并熔融在该原料混合物中的金属氧化物。
本文主要描述了制备粒状金属铁的方法，其中本发明得到最有效的利用。然而，本发明不限于上述情况，而是也可以有效地用于加热和还原例如含铬的矿石或含镍的矿石以制备铬铁、镍铁等的情况。此外，在本发明中的术语“粒状”不是必须指完美的球形，而是包括椭圆形和卵形，以及任何通过将这些形状稍微扁平化而获得的形状等。
背景技术
为了从由包含含有氧化铁的物质如铁矿石或氧化铁和碳质还原剂的原料混合物构成的团块获得粒状金属铁，已经发展了直接还原制铁法。在此种制铁法中，将团块装至加热炉的炉床上，并且随后在炉中通过使用了加热燃烧器的气体传热或通过辐射热加热团块，以通过碳质还原剂还原团块中所含的铁。随后，通过所述加热步骤所得的还原铁被渗碳、熔融、并随后在与副生的炉渣分离的同时以粒子形式凝聚，且冷却并凝固该粒料以获得粒状金属铁。
上述制铁法不需要大规模设备如高炉，并且例如因为不需要使用焦炭而对资源具有高度灵活性，所以近年来，为了实际应用，这一方法得到广泛的研究。然而，为了在工业规模上得以应用，这一制铁法仍然有许多待解决的问题，包括操作的稳定性、安全性、经济效率、粒状金属铁(即最终产品)的质量以及生产率。考虑到这些问题，本发明的申请者以前提议了在专利文献1中公开的方法。在此方法中，在加热和还原含有碳质还原剂和氧化铁的成形体以制备金属铁时，尽可能地抑制碳质还原剂的消耗量和加热及还原过程所需的热能，从而以低成本在商业规模上有效地还原氧化铁。该文献公开了一个实例，其中，将铁矿石、碳质材料和粘合剂掺混在一起以制备平均直径为17mm的粒状粒料，并加热和还原所述粒料以制备金属铁。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本未审查专利公布号H11-241111
发明概述
发明要解决的问题
根据以上专利文献1，出于对氧化铁的还原所需的化学计量以及生成的金属铁中的固溶C的含量的考虑，以一定的量掺混碳质还原剂，并且出于对当C固溶时金属铁的熔点的考虑，适当地控制加热温度。这样，可以通过使用在尽可能低的加热温度所需最少量的碳质还原剂，使加热和还原氧化铁以及通过熔融氧化铁与炉渣分离有效地进行。作为结果，建立了在工业规模上更加经济且高度实用地制备金属铁的方法。然而，需要进一步提高单位时间内在有效炉床单位面积上制备的粒状金属铁的量，以提高粒状金属铁的生产率。
考虑到上述情况，完成了本发明，并且其目的在于提供一种这样的技术，该技术进一步改进了通过加热含有金属氧化物和碳质还原剂的团块并还原和熔融团块所含的金属氧化物来制备粒状金属的方法。
问题的解决方式
根据本发明的制备粒状金属的方法的特征在于包括以下步骤：
将含有金属氧化物和碳质还原剂的团块进料至移动床式还原熔融炉的炉床上；
加热所述团块以将所述金属氧化物还原和熔融；
冷却通过所述加热步骤获得的粒状金属；以及
从所述炉中排出冷却的粒状金属以回收所述冷却的粒状金属，
其中，当在所述炉床上铺展密度不低于0.5的团块被加热时，将平均直径不小于17.5mm的团块进料至所述炉床上。
优选的是，将碳质物质铺展在炉床上，并随后将所述团块进料至所述碳质物质上以形成单层。
例如，使用氧化铁或炼钢炉尘作为所述金属氧化物。
例如，使用旋转炉床炉作为所述移动床式还原熔融炉。
优选的是，所述移动床式还原熔融炉包括具有控制在1300℃至1450℃的温度的上游区和具有控制在1400℃至1550℃的温度的下游区。
并且，优选的是，在所述移动床式还原熔融炉中，所述下游区被设置具有比所述上游区的温度更高的温度。
发明效果
在本发明中，进料至炉床上的团块的平均直径和在炉床上加热的团块的铺展密度被适当地控制，这改善了粒状金属的生产率。
附图简述
图1是示意性地示出了铺展在炉床上的团块的平面图。
图2包括代替了绘图的照片，其示出了铺展了平均直径为18.2mm的团块的情形。
图3是表明了相邻的团块的距离“r”和投影面积比率或铺展密度之间的关系的图。
图4是表明了铺展密度和进料至炉中的团块的量之间的关系的图。
图5是表明了试验物质(即团块)的平均直径(Dp)和反应时间之间的关系的图。
图6是表明了在从以恒定密度铺展的团块制备粒状金属铁的情况下，团块的平均直径和生产率指数之间的关系的图。
图7是表明了在从在炉床中彼此以恒定距离“r”分开的团块(即试验物质)制备粒状金属铁时，团块的平均直径与生产率指数之间的关系的图。
本发明的实施方式
为了改善通过将含有金属氧化物和碳质还原剂的团块进料至移动床式还原熔融炉的炉床上并在其上加热以还原和熔融团块所含的金属氧化物而制备粒状金属的方法，本发明的发明人进行了勤奋的研究。发明人最终发现，可以通过以下手段改善粒状金属的生产率：
(1)制备团块，使得其平均直径不小于17.5mm；以及
(2)加热以不低于0.5的铺展密度铺展在炉床上的团块，
以完成本发明。本发明成果的详情描述如下。
在上述专利文献中，当通过加热和还原含有碳质还原剂和氧化铁的成形体来制备金属铁时，使用平均直径为17mm的粒料(即团块)作为成形体。之所以使用平均直径为17mm的团块的原因是认为大尺寸的团块将需要更长的时间传热至炉中的炉床上的团块，导致更长的反应时间并因此使粒状金属铁的生产率劣化。
然而，本申请的发明人更详细地研究了团块尺寸和生产率之间的关系，发现了以下事实：使用平均直径不小于17.5mm的团块，能够更好地改善粒状金属的生产率。参照图7，描述了这一新发现。
图7是将于下文描述的一个实施例所涉及的图，表明了团块的平均直径和生产率指数之间的关系。在图7中，生产率指数是相对于在使用平均直径为17.5mm(即1.75cm)的团块生产粒状金属铁的情况下被设定为1.00的生产率的相对值。该生产率表示单位时间内在有效炉床单位面积上制备的粒状金属铁的量(将在下文详述)。
从图7中明显看出，通过使用平均直径不小于17.5mm(更具体地，平均直径17.5至32.0mm)的团块，与使用平均直径为16.0mm(即1.60cm)的团块的情况相比，生产率指数更大且改善了粒状金属铁的生产率。
图7表明了基于各种试验结果对在炉床上的相邻团块之间的距离“r”保持恒定的情况下(换言之，当团块以不同铺展密度铺展在炉床上时)的关系的再评价(即模拟)结果。铺展密度是有效炉床单位面积上铺展的填充的团块的密度，且可以从团块在炉床上的投影面积来计算(将在下文详述)。图7表明了基于图5所表明的结果的再评价结果。由如图5所表明的平均直径和反应时间之间的关系可见，各实际测量值均轻微地变化。因此，通过将其用在再评价中使用的曲线近似，进行之间关系的归一化。这是科学分析上的方法之一。
在粒状金属生产率的评价中最重要的因素是反应时间和收率(换言之，产品回收率)。因此，按照试验数据将这些性质特别地归一化，以进行再评价。注意，团块的表观密度是另一个影响生产率的重要因素。然而初步估计，只要是通过同样的团聚方法制备团块，例如直径为16.0至32.0mm的团块的表观密度变化小，且因此可以认为表观密度基本上在综合评价中处于恒定。根据图7，正如将在将于下文描述的实施例所涉及的一样，当团块的平均直径更大时，团块的铺展密度增加(见下表6)。因此，从图7可以理解，可以通过适当地控制铺展密度，以及通过控制团块的平均直径，改善粒状金属铁的生产率。因此，本发明澄清了，可以通过控制团块的铺展密度以及平均直径，改善粒状金属铁的生产率。
以下详细描述根据本发明的制备方法。
在本发明中，制备平均直径不小于17.5mm的团块。
通过将含有金属氧化物和碳质还原剂的混合物团聚来制备团块。金属氧化物可以是含有氧化铁的物质、含有铬的矿石、含有镍的矿石等。特别是，可以用作含有氧化铁的物质的是：铁矿石，铁砂、炼钢炉尘、非铁冶炼残渣、炼钢废物等。碳质还原剂可以是含有碳的物质如煤或焦炭。
该混合物可以与附加的组分如粘合剂、含有MgO的物质或含有CaO的物质共混。粘合剂可以是多糖(例如，淀粉如面粉)。含有MgO的物质可以是粉末状的MgO，由天然矿石、海水等提炼的那些、碳酸镁(即MgCO3)等。含有CaO的物质可以是生石灰(即CaO)、石灰石(即主要由CaCO3组成)等。
制备团块，使其平均直径不小于17.5mm。如果团块的平均直径更小，通常在炉中传热所需时间变短，这也缩短反应时间。然而，当团块的平均直径小时，难以将团块均匀地铺展在位于炉床上的碳质物质上。此外，粒状金属的粒径和单位质量不可避免地下降，所述粒状金属是通过加热团块得到的。对这样小的通过加热步骤所得的粒状金属的处理需要特别小心，这导致了难以将粒状金属进料至精炼炉如电炉或转炉等中。此外，从熔融性的观点看来，小的粒状金属是不优选的。因此，本发明使用平均直径不小于17.5mm的团块。团块的平均直径优选不小于18.5mm，更优选不小于19.5mm，还更优选不小于20mm。团块的平均直径没有特定的上限。不过，那些平均直径大于32mm的团块需要过多的时间进行在炉中的传热，导致更长的反应时间和生产率的劣化。此外，更大的团块平均直径倾向于使造粒效率变差。因此，优选地，制备团块使其平均直径不大于31mm。团块的平均直径更优选不大于28mm。
对于团块的形状没有特别的限制，它可以是颗粒、块等形状。
为了获得各个团块的直径，使用游标卡尺测量团块的长径和其在垂直于长径方向上的短径，并将这些长径和短径平均[直径＝(长径+短径)/2]。通过使用游标卡尺测量并平均至少20个粒子的直径，获得团块的平均直径。在团块的平均直径等于αmm的情况下，团块的直径(绝对值)优选分布在α±5mm的范围内。
在本发明中，对在炉床上以不低于0.5的密度铺展在炉床上的、平均直径不小于17.5mm的团块进行加热，是重要的。通常认为，具有较大直径的团块使生产率变差。然而，正如将在下文的实施例中证明的一样，本发明澄清了与常规认知相反的极为重要的事实。即，在将在炉床上铺展密度不低于0.5的、平均直径不小于17.5mm的团块加热的情况下，生产率提高。然而，如果团块的铺展密度低于0.5，有效炉床单位面积上铺展的团块的密度过小。在这种情况下，尽管粒径增加至不小于17.5mm，但生成的粒状金属的量总体上下降，这导致对生产率的提高失败。因此，需要将团块以不低于0.5的密度铺展。铺展密度适宜地设置得尽可能大，且优选不低于0.6。团块的铺展密度没有特别的上限。然而，如果将团块以大于0.8的铺展密度进料，这样的团块可能以两层以上铺设。在这种情况下，难以均匀地加热团块，这导致难以制备高质量的粒状铁。因此，团块的铺展密度优选设置为具有上限0.8，且更优选不大于0.7。
以下详细地描述团块的铺展密度。团块的铺展密度由铺展在炉床上的团块相对于炉床的投影面积比率计算。以下参照图1描述计算铺展密度的方法。
图1是示意性地示出了铺展在炉床上的团块的平面图。团块在炉床上的投影面积可以通过等式(1)计算。
投影面积比率(％)＝[在炉床上的所有团块的投影面积/有效炉床面积]×100    ...(1)
假设团块为完美球形，且团块的平均直径和相邻的团块的距离分别由Dp和r表示，则团块在炉床上的投影面积比率可以由以下等式(2)计算：
投影面积比率(％)＝π×(Dp)2/4/{(Dp+r)×(Dp+r)×30.5/2}×100(％)    ...(2)
在相邻团块之间的距离设为0的情况下，投影面积比率具有最大值，且最大投影面积比率为定值(即90.69％)。假设该最大投影面积比率等于1，本发明将按照等式(2)由团块的平均直径Dp和相邻团块之间的距离“r”计算得到的投影面积比率的相对值定义为铺展密度，
为了更详细地描述铺展密度的实际情况，图2显示了平均直径为18.2mm的团块铺展在容器中的情形，所述容器各自为约61平方厘米的平板状。
图2中的情况(a)显示了，在容器中，每1m2的单位面积上，填充重量为9.3kg团块的实例，在此情况下，铺展密度等于0.4。以0.4的铺展密度填充的团块的理论量为每1m2的单位面积上重量为9.33kg。因此发现，在情况(a)中，填充量和铺展密度基本上等于理论值。
图2中的情况(b)显示了，在容器中，每1m2的单位面积上，填充重量为13.9kg团块的实例，在此情况下，铺展密度等于0.6。以0.6的铺展密度填充的团块的理论量为每1m2的单位面积上重量为14.0kg。因此发现，在情况(b)中，填充量和铺展密度基本上等于理论值。
图2中的情况(c)显示了，在容器中，每1m2的单位面积上，填充重量为18.5kg团块的实例，在此情况下，铺展密度等于0.8。以0.8的铺展密度填充的团块的理论量为每1m2的单位面积上重量为18.66kg。因此发现，在情况(c)中，填充量和铺展密度基本上等于理论值。
图2中的情况(d)显示了，在容器中，每1m2的单位面积上，填充重量为23.2kg团块的实例，在此情况下，铺展密度等于1.0。以1.0的铺展密度填充的团块的理论量为每1m2的单位面积上重量为23.33kg。因此发现，在情况(d)中，填充量和铺展密度基本上等于理论值。
将团块如图2的情况(d)中所示以1.0的铺展密度铺展到实际的炉床上是非常困难的。在团块以等于1.0的铺展密度量被进料至炉的实际情况中，产生了其它间题，如装入的团块相互重叠。为了将团块进料至炉中而不相互重叠，通过各种实证试验发现，铺展密度的上限优选设为约0.8，如图2的情况(c)所示。
另一方面，如图2的情况(a)中所示，等于0.4的铺展密度导致炉床上非常大量的空间，这将极大地劣化生产率。因此，理想的铺展密度下限将为约0.5，这是图2中的情况(a)和情况(b)的铺展密度的中间值。
图3表明了相邻的团块之间的距离“r”与投影面积比率或铺展密度之间的关系。在图3中，标记●表明了投影面积比率的结果，而标记□表明了铺展密度的结果。由图3显然看出，当相邻团块之间的距离“r”增加时，团块的投影面积比率和铺展密度均降低。投影面积比率和铺展密度相对于相邻的团块之间的距离“r”之间的良好的相关关系得到了确认。
图4表明了，在团块的平均直径在14.0至32.0mm的范围内改变的情况下，铺展密度和团块向炉中的进料量之间的关系。通过在有效炉床面积内的团块进料质量，表示团块的进料量。
在图4中，连接点(A)和点(B)的直线表示，在团块的平均直径不小于17.5mm且以0.5的密度铺展的情况下，团块向炉中的进料量范围。连接电(C)和点(D)的直线表示，在团块的平均直径不小于17.5mm且以0.8的密度铺展的情况下，团块向炉中的进料量范围。由此图4可见，可以调节团块的平均直径和团块向炉中的进料量(即向单位有效炉床面积的团块进料质量)，以将团块在炉床上的铺展密度控制在不低于0.5。
在移动床式还原熔融炉中加热团块，以还原和熔融团块中的金属氧化物，从而制备粒状金属。对移动床式还原熔融炉和炉中的加热条件在本发明中没有特别的限定，并且可以采用公知的条件。
作为上述移动床式还原熔融炉，可以使用例如旋转炉床炉。对于移动床式还原熔融炉的炉床宽度没有特别的限制。根据本发明，即使使用炉床宽度不小于4m的实际机器，也可以在经济上有利的条件下改善粒状金属的生产率。
优选将碳质物质(在下文中，也称为床层物质)铺展在炉床上，并随后将团块进料至该碳质物质上，使得团块被进料而在碳质物质层上形成单层。床层物质在团块中所含的碳不足的情况下起到碳源的作用，也起到炉床保护材料的作用。
尽管对于床层物质的厚度没有特别的限制，但是该厚度优选不小于3mm。更具体地，在实际使用移动床式还原熔融炉的情况下，炉床宽度将为数米。因此，难以均匀地将床层物质在宽度方向上铺展开，并可能导致约2至8mm的厚度变化。为了使炉床上没有不被床层物质覆盖的部分，优选床层物质的厚度不小于3mm。床层物质的厚度更优选不小于5mm，且更优选不小于10mm。因为本发明使用特别大的团块，所以即使在厚度大的床层物质中，这样的团块也不易被埋，而且还原效率几乎不变差。更具体地，在使用平均直径不小于20mm的团块的情况下，具有更大厚度的床层物质特别有效。对于床层物质的厚度上限也没有特别的限制。然而，如果床层物质的厚度大于30mm，即使在本发明中，团块也可能埋在床层物质中，这可能阻碍向团块提供热并因此使还原效率变差。作为结果，粒状金属易于变形或其内部质量劣化。因此，床层物质的厚度优选不大于30mm，更优选不大于20mm，且还优选不大于15mm。
用作床层物质的碳质物质可以选自作为碳质还原剂例举的那些。碳质物质适宜地具有例如不大于3.0mm的粒径。如果碳质物质的粒径大于3.0mm，熔融的炉渣可以向下流动穿过碳质物质的空隙而到达炉床表面并侵蚀炉床。碳质物质的粒径更优选不大于2.0mm。然而如果在碳质物质中粒径小于0.5mm的比例过大，那么团块将被埋在床层物质中，导致加热效率和粒状金属生产率的恶化，这不是优选的。
优选地，将团块进料至炉床上，以在铺展在炉床上的床层物质上形成单层。为了提高粒状金属铁的产量，一个通常的想法是增加团块向炉中的进料量。在这种增加团块进料量的情况下，团块在炉床上堆叠为两层以上。在这种情况下，上面的团块从炉体接受足够的热而被还原和熔融，而向下面的团块未充分供热，这易于产生未被还原的残余部分。如果仅由被还原且被熔融的上面的团块中所得的熔融的铁与下面的未熔融且未还原的铁等结合，则不可能获得高品质的粒状金属铁。因此，为了如本发明中可靠地完成在固态中的还原以及在炉内的渗碳和熔融，将团块进料至炉床以形成基本上单一的层是适宜的。
当将团块向炉床进料以形成单层时，可以使用粒料水平仪等，以控制团块铺展在炉床上，使得在向炉中进料的团块进入热反应区之前，团块均匀地在有效炉床上在宽度方向上铺展开。
可以将普通的加热条件用于将团块在移动床式还原熔融炉中加热而还原和熔融团块中的金属氧化物的情况。更具体地，将团块进料至炉床上，在固态于预定温度还原，并进一步连续加热直至熔融，以获得制得的含有杂质和粒状金属铁的炉渣(即氧化物)。在炉床上的团块从多个安装在炉中的上部(例如在顶板上)或侧壁上的燃烧器的燃烧焰接受热，或从炉中的被加热至高温的耐火材料接受辐射热。接受的热量从团块的周边部分传导至内部，使得还原反应在固态进行。
在炉的上游区，在团块保持在固态的同时，还原反应进行。在炉的下游区，已经在固态被还原了的团块中的还原铁的微观粒子被渗碳，并随后在被熔融的过程中相互凝聚，而在与团块中的杂质(即炉渣组分)分离同时，形成粒状金属铁。
炉中的上游区温度优选控制在约1300℃至1450℃，以使得团块中的氧化铁在固态被还原。炉中的下游区的温度优选控制在约1400℃至1550℃，以使团块中的还原铁被渗碳、熔融和凝聚。如果炉被加热至高于1550℃，热过度地施加在团块上，超过了向团块中的传热速率。在这种情况下，团块在于固态被完全还原前，部分熔融。作为结果，反应迅速进行而引起造成异常炉渣的形成的熔融还原反应。
炉中的下游区可以设置为温度高于炉中上游区的温度。
在本发明中，当加热团块以还原和熔融金属氧化物以制备粒状金属的情况下，生产率通过单位时间(时间)单位有效炉床面积(m2)的粒状金属的产量(吨)来评价，如以下等式(3)所表示的一样。
生产率(吨/m2/时间)＝粒状金属产量(粒状金属吨/时间)/有效炉床面积(m2)    ...(3)
在等式(3)中，粒状金属的产量(粒状金属吨/时间)通过以下等式(4)表示。
粒状金属产量(粒状金属-吨/时间)＝装入的团块的量(团块-吨/时间)×由1吨团块制备的粒状金属的质量(粒状金属-吨/团块-吨)×产物回收率    ...(4)
在等式(4)中，产物回收率被计算为直径不小于3.35mm的粒状金属铁相对于所得的粒状金属的总质量的比率[直径不小于3.35mm的粒状金属铁的质量/粒状金属铁的总质量×100]。
在将于下文描述的实施例的试验性实施例2和3中，为了定量地评价本发明的效果，将平均直径为17.5mm的试验材料(即团块)视为包括标准团块，且在将该标准团块的生产率设为1.00的情况下，将各团块的生产率表示为相对值(即生产率指数)。
参照实施例，将更详细地描述本发明。注意，本发明绝不被限制于以下实施例，而且当然可以通过适当的修改而实施，只要适合于上述的陈述和下述的陈述的目的即可。这样的修改也被包括在本发明的技术范围内。实施例
试验性实施例1
由含有金属化合物和碳质还原剂的原料混合物制备团块，并将该团块进料至移动床式还原熔融炉的炉床上，并在其上加热以还原和熔融原料混合物中的金属氧化物，从而制备粒状金属铁。
在这种情况下，使用具有列于下表1中的组分组成的铁矿石作为金属氧化物，以及具有列于下表2中的组分组成的煤作为碳质还原剂，以制备团块。更具体地，将含有所述铁矿石和所述煤的混合物与作为粘合剂的面粉以及辅助材料如石灰石或白云石共混，以制备具有不同平均直径的粒料形状的团块(即试验材料)。试验材料的共混组成(即重量百分数)列于下表3中。此外，使用游标卡尺测量试验材料的长径和短径，以计算列于下表4中的平均直径。试验材料的各平均直径是通过测量各试验材料的20个粒子的尺寸而获得的。
在表4中也列出了各试验材料的单位质量和表观密度。各试验材料的单位质量等于通过测量20个粒子所得的平均值。各试验材料的表观密度是通过将团块浸入液体(即汞)中并测量其浮力所得的。
在实验室规模的小型加热炉中加热如此获得的并具有不同平均直径的各试验材料(即，炉温被设为1450℃)，以还原和熔融在相应的试验材料中所含的铁矿石，以测量反应所需时间(即反应时间)。反应时间的测量结果列于下表4中。
图5表明了试验材料的平均直径(Dp)和反应时间之间的关系。在图5中，虚线显示了包括所绘点的近似曲线，其通过测试材料的平均直径的二次方程式表示。从图5中显然的是，当测试材料的平均直径增加时，反应时间更长。
根据试验性实施例1的结果，将反应时间和产物回收率归一化，以综合评价当测试材料的相邻粒子之间距离改变的情况下的生产率(参见将于下文描述的试验性实施例2)，或当试验材料的铺展密度改变的情况下的生产率(参见将于下文描述的试验性实施例3)。
表1
表2
表3
表4
试验性实施例2
在试验性实施例2中，将平均直径为16.0至28.0mm(即1.60至2.80cm)的试验材料以恒定的密度铺展在炉床上，在实际的移动床式还原熔融炉中加热，以制备粒状金属铁。综合地研究试验材料的平均直径如何影响这样制备的粒状金属铁的生产率。
使用旋转炉床炉作为移动床式还原熔融炉，并且将各试验材料以0.66的铺展密度进料至炉床上，并在其上加热以还原和熔融铁矿石，从而制备粒状金属铁。在炉中的上游区的温度设为1400℃且在炉中的下游区的温度设为1470℃。在上游区，试验材料中的铁矿石在固态被还原。在下游区，在测试材料中产生并熔融的还原铁的微观粒子被渗碳、熔融，最后凝聚，从而分离熔融的铁与炉渣。
试验材料在炉床上的铺展密度是通过调节试验材料向炉中的进料量以及炉床的移动速度(即旋转速度)来控制的。更具体地，决定炉床的移动速度，使得铁矿石在加热区中在按照预备试验的结果设置的环境条件下被还原和熔融。考虑到该移动速度，调节试验材料的供给量，使得试验材料在炉床上的铺展密度被控制在0.66。下表5示出了作为参照值的试验材料的相邻粒子之间的距离“r”。
按照上述等式(3)，计算通过还原和熔融各试验材料而制得的粒状金属铁的生产率，且假设12号试验材料(即标准团块)的生产率为标准值(即生产率指数等于1.00)，而将各试验材料的生产率表示为相对值(即生产率指数)。各试验材料的生产率指数列于下表5中。此外，图6表示了试验材料的平均直径和生产率指数之间的关系。
由图6显然看出，当炉床上的铺展密度保持恒定时，相对于将试验材料的平均直径设置为16.0mm的情况，可以通过将试验材料的平均直径设置为不小于17.5mm来改善生产率。换言之，当试验材料的平均直径增大时，生产率逐渐提高，且生产率指数在试验材料的平均直径等于22.0mm的情况下达到最大值。
然而，如果将试验材料的平均直径设置为大于26.0mm，粒状金属铁的生产率趋于逐渐变差。生产率将会变差，是因为随着试验材料的尺寸变大，反应时间变长。因此，当铺展密度保持恒定时，发现，相对于使用平均直径为16.0mm的试验材料的情况，可以通过将试验材料的平均直径设置在17.5至26.0mm的范围内，来改善生产率。
表5
试验性实施例3
在试验性实施例3中，假设试验材料各具有16.0至32.0mm(即1.60至3.20cm)的平均直径，随试验材料铺展密度改变，在炉床上彼此相隔恒定距离“r”(即0.42cm)的各试验材料的相邻粒子被加热，以在实际的移动床式还原熔融炉中，制备粒状金属铁。以这种方式，研究试验材料的铺展密度如何影响粒状金属铁的生产率。
在这种情况下的评价中，使用旋转炉床炉作为移动床式还原熔融炉，且具有列于下表6中的平均直径且被进料至炉床上的各试验材料被加热以还原和熔融铁矿石，从而制备粒状金属铁。在炉中的加热条件与前述试验性实施例2中的条件一样被设定。试验材料在炉床上的铺展密度列于表6中。
按照上述等式(3)，计算通过还原和熔融各试验材料而制得的粒状金属铁的生产率，且假设22号试验材料(即标准团块)的生产率为标准值(即1.00)，而将各试验材料的生产率表示为相对值(即生产率指数)。各试验材料的生产率指数列于下表6中。此外，图7表示了试验材料的平均直径和生产率指数之间的关系。
由下述表6和图7显然的是，当试验材料的相邻粒子之间的距离“r”保持恒定的情况下，可以通过将试验材料的平均直径设置为不大于17.5mm而增加试验材料在炉床上的铺展密度。此外，相对于将试验材料的平均直径设置为16.0mm的情况，可以通过增加试验材料的平均直径，来改善生产率。换言之，当试验材料的平均直径增大时，生产率逐渐增加，且当试验材料的平均直径等于24.0mm的情况下，生产率指数达到最大值。
然而，如果试验材料的平均直径大于24.0mm，粒状金属铁的生产率趋于逐渐变差。生产率将会变差，是因为随着试验材料的尺寸变大，反应时间变长。因此发现，相对于使用平均直径为16.0mm的试验材料的情况，可以通过将试验材料的平均直径设置在17.5mm至32.0mm的范围内，来改善生产率。
表6
通过结合试验性实施例2和3的结果，可以得到如下结论。如试验性实施例2中所述，当使用具有大平均直径的团块(例如，平均直径大于28.0mm的团块)时，在恒定的铺展密度，粒状金属铁的生产率可能变差。然而，如在试验性实施例3中所述，如果铺展密度提高，即使使用平均直径大于28.0mm的团块的情况下，生产率也能够改善。总之，可以通过将平均直径不小于17.5mm的团块(即试验材料)在不低于0.5的铺展密度向炉床上进料，并在炉床上加热该团块，来改善生产率。换言之，通过制备平均直径不小于17.5mm的团块并将该团块在不低于0.5的铺展密度向炉床上进料以在炉中加热之，可以多产地制备粒状金属铁。
工业实用性
本发明用于改善粒状金属的生产率。

Claims (5)

1.一种用于制备粒状金属的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将含有金属氧化物和碳质还原剂的团块进料至移动床式还原熔融炉的炉床上；
加热团块以将所述金属氧化物还原和熔融；
冷却通过所述加热步骤获得的粒状金属；以及
从所述炉中排出已冷却的粒状金属以回收所述已冷却的粒状金属，
对于所述加热，炉中的上游区温度控制在1300℃至1450℃，以使得团块中的氧化铁在固态被还原，而炉中的下游区的温度控制在1400℃至1550℃，以使团块中的还原铁被渗碳、熔融和凝聚，
同时，相对于将铺展在炉床上的相邻团块之间的距离设为0时的团块在炉床上的最大投影面积比率，将铺展到炉床上的团块在炉床上的投影面积比率的相对值设为铺展密度时，在将所述炉床上的团块的铺展密度设为0.5以上、0.8以下进行加热时，将平均直径为19.5mm以上、32mm以下的团块进料至所述炉床上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将碳质物质铺展在所述炉床上并随后将所述团块进料到所述碳质物质上以形成单层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，使用氧化铁作为所述金属氧化物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，使用旋转炉床炉作为所述移动床式还原熔融炉。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，使用炼钢炉尘作为所述金属氧化物。
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