CN107354257A - 一种金属铁的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属铁的生产方法,将含有铁氧化物的团块与含碳还原物料装入还原炉内,采用还原炉外加热的方式,使铁氧化物在隔绝空气的条件下得以还原和熔融,冷却熔融态金属铁,并回收已冷却的金属铁。由于还原反应及熔融反应在隔绝空气的条件下进行,无助燃空气和燃料进入还原炉内,还原炉内气氛为还原性气氛,有效抑制了铁氧化物在加热、还原、熔融过程中的铁的再次氧化,从而抑制了脉石中FeO含量的增加,降低了金属铁中的硫含量,提高了产物金属铁的质量,同时保护了还原炉耐材。

Description

一种金属铁的生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域,具体涉及一种金属铁的生产方法。
背景技术
生产直接还原铁的常规方法是用还原性气体将含氧化铁的铁矿石或球团直接还原而得到还原铁,如Midrex法。在这种类型的生产直接还原铁的方法中,由天然气等制成的还原气体强制地从位于竖炉底部的风口进入竖炉,以还原铁的氧化物,从而得到海绵铁。
而在缺乏天然气的国家和地区,生产还原铁的方法是用诸如煤之类的碳质物料取代天然气,用煤作还原剂,已知的如转底炉、回转窑等,通过加热使经焙烧的用铁矿石制备的球团还原,并得到海绵铁,之后日本在转底炉直接还原的基础上开发出了煤基直接还原一步获取金属铁的方法,称为ITMK3法。如专利CN1198945C公开了一种获得金属铁的方法,按该法通过用含碳物料作还原剂,经加热使含在铁矿石等物中的氧化铁经受还原,铁的氧化物被有效地还原成金属铁,而含于铁的氧化物源如铁矿石中的包括脉石等物的渣组分同时被熔化,并与金属铁完全分离。用这种方法生产的直接还原铁不包含炉渣中的脉石成分,金属铁纯度高,无需进行熔分,可直接用于电炉或转炉炼钢,大大降低的制钢的能耗和成本。
但是,在使用该方法制备金属铁时出现了如下问题:在还原炉内还原反应进行的最后阶段,产生的还原气的量减少,并且由加热原料的燃烧器燃烧所产生的作为废气的如水分和二氧化碳等氧化性气体的浓度相对增加,经还原得到的金属铁被再度氧化,特别是,在还原末期,还原铁进行还原越充分,其越容易被再氧化。因此,在某些情况下,还原铁未被充分地渗碳和熔融,影响产品质量和金属收得率。
针对上述问题,如专利CN100485048C公开的在移动炉床式还原熔融炉中,加热包含碳质还原剂和含氧化铁原料的球团,并且还原和熔融原料中的铁氧化物,其中在炉床移动方向将还原熔融炉至少分隔为三个区域,在炉床移动方向的上游侧的至少一个分隔区域是固态还原区,在炉床移动方向的下游侧的至少一个分隔区域是渗碳熔融区,并且在固态还原区和渗碳熔融区之间提供还原老化区;当实施时,优选对在还原老化区的大气温度和/或大气气体组成进行调节,也推荐向还原老化区和/或渗碳熔融区供给大气调节剂;此外,优选通过利用区域之间的部分墙壁供给大气调节剂。但是考虑到实际操作中,该方法的经济性和应用该方法控制炉内气氛的精确性、可控性和控制气氛的难易程度,则该方法实际应用于工业生产的可能性极小。
装入到转底炉的块状物,因炉中设置的加热燃烧器所产生的气体传热或辐射热而被加热,块状物所包含的氧化铁被碳质还原剂还原,生成粒状铁。但是存在如下问题,如专利CN105555973A所述,在使用加热燃烧器作为加热单元时,在炉内会产生气氛气体的气流。由于该气氛气体含有如二氧化碳、水蒸汽等的氧化性气体,因此会产生如下情况:将块状物加热还原而获得的还原铁或者将该还原铁熔融并凝集而获得的粒状铁在该氧化性气体作用下再次氧化。若还原铁或粒状铁再次氧化,则引起在生成还原铁时副产的炉渣中的FeO量的增加,因此炉渣中的硫量(S)相对于粒状铁中的硫量[S]的比值降低。若粒状铁中的硫量增大,则粒状铁的质量会劣化。此外,炉渣中的FeO会与所生成的半熔融铁及熔融铁所包含的碳[C]反应而将其脱碳,因此引起粒状铁中的碳量减少。此外,伴随着脱碳反应,炉渣会内包大量的微细的CO气体气泡并极度膨胀,结果产生剧烈的炉渣起泡,彻底覆盖处于凝集过程中的半熔融状态及熔融状态的粒状铁。因此还产生如下问题:隔绝了从加热炉的上方供给的热量,反应时间大幅延长,生产率降低。此外,若产生炉渣起泡,则还引起如下问题:粒状铁的形状变为异常形状,或者粒状铁和一部分炉渣变为分离不充分的状态而使粒状铁的质量降低。
发明内容
本发明实施例涉及一种金属铁的生产方法,至少可解决现有技术的部分缺陷。
本发明实施例涉及一种金属铁的生产方法,将含有氧化铁的团块与含碳还原物料装入还原炉内,加热团块将所述氧化铁还原和熔融,冷却通过加热所获得的金属铁,并从所述还原炉中排出已冷却的金属铁,回收该已冷却的金属铁,其中,对于氧化铁团块的加热,在隔绝空气的条件下进行。
作为实施例之一,所述含碳还原物料的加入量为还原所述铁氧化物所需含碳还原物料用量的1.05~2倍。
作为实施例之一,所述含碳还原物料包括无烟煤、褐煤、焦粉中的至少一种。
作为实施例之一,所述还原炉内氧化铁的还原和熔融温度控制在1350~1500℃。
作为实施例之一,所述含碳还原物料的粒度在0.3~3mm范围内。
作为实施例之一,所述团块为铁矿粉、冶金除尘含铁粉尘、赤泥中的至少一种造团得到。
作为实施例之一,造团所用的粘结剂采用碳酸钙、消石灰、糖蜜、小麦粉中的至少一种。
本发明实施例至少具有如下有益效果:由于还原反应及熔融反应在隔绝空气的条件下进行,无助燃空气和燃料进入还原炉内,还原炉内气氛为还原性气氛,有效抑制了铁氧化物在加热、还原、熔融过程中的铁的再次氧化,从而抑制了脉石中FeO含量的增加,降低了金属铁中的硫含量,提高了产物金属铁的质量,同时保护了还原炉耐材。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例二中涉及的球团与碳质还原剂的布料示意图;
图2为本发明实施例三中涉及的球团与碳质还原剂的布料示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供一种金属铁的生产方法,包括:将含有氧化铁的团块与含碳还原物料装入还原炉内,加热团块将所述氧化铁还原和熔融,冷却通过加热所获得的金属铁,并从所述还原炉中排出已冷却的金属铁,回收该已冷却的金属铁,其中,对于氧化铁团块的加热,在隔绝空气的条件下进行。
本发明的原理大致如下:铁氧化物及含碳还原物料在加热过程中,铁氧化物发生还原反应生成CO2(FeO+CO=Fe+CO2),生产的CO2在高温下与含碳还原物料发生布尔反应生成CO(C+CO2=2CO),继续与铁氧化物发生还原反应,直至铁氧化物被还原成铁;继续加热,球团熔融,铁与脉石分离。由于还原反应及熔融反应在隔绝空气的条件下进行,无助燃空气和燃料进入还原炉内,还原炉内气氛为还原性气氛,有效抑制了铁氧化物在加热、还原、熔融过程中的铁的再次氧化,从而抑制了脉石中FeO含量的增加,降低了金属铁中的硫含量,提高了产物金属铁的质量,同时保护了还原炉耐材。
进一步优选地,上述方法中,含碳还原物料用量为采用过量的含碳还原物料,具体地,含碳还原物料的加入量为还原铁氧化物所需含碳还原物料用量的1.05~2倍。采用过量的含碳还原物料,当铁氧化物还原反应过程中生成CO2时,因含碳还原物料过剩,会与过剩的含碳还原物料发生布尔反应生成CO,保证炉内无氧化性气体存在,有效抑制铁氧化物在加热、还原、熔融过程中的铁的再次氧化。
上述方法中,优选地,通过还原炉外加热使还原炉内温度升至1300℃~1500℃;随着还原炉内温度的升高,大致存在铁氧化物被加热、被还原及熔融的过程,具体地:当外部热源加热还原炉时,含有铁氧化物的团块与含碳还原物料通过还原炉炉壁、团块以及含碳还原物料之间的传导传热而被加热,当还原炉内温度达到900℃左右时,含碳还原物料开始气化(C+CO2=2CO),铁氧化物开始被还原(FeO+CO=Fe+CO2),由于还原炉内处于还原性气氛,还原得到的金属铁不会被再次氧化;还原得到的金属铁温度进一步升高,并在加热过程中与周围紧密接触的含碳还原物料不断进行渗碳;还原炉内温度达到脉石及金属铁软熔温度(1300℃~1500℃)后,金属铁与脉石开始熔融并分别聚集,达到金属铁与脉石分离的目的,实现金属铁的生产。
接续上述方法,上述含有铁氧化物的团块可采用常用铁矿粉、冶金除尘含铁粉尘、赤泥等含铁物料中的至少一种造团得到。造团方法可以是通过对辊压球机压球或通过圆盘造球机造球等,这是本领域常规技术,此处不再赘述。一般地,造球过程中可根据需要加入粘结剂和/或助溶剂,本实施例中,造团所用的粘结剂优选为采用碳酸钙、消石灰、糖蜜、小麦粉中的至少一种,可获得较为理想的球团强度。造团过程中,可根据生产需要选择加入或不加入碳质还原剂,加入碳质还原剂可提高还原反应速度,不加入则可提高所生产的金属铁的纯净度。团块的尺寸可根据实际生产情况选择,以球团直径在15~35mm为佳。
本实施例中,例举一具体的含有铁氧化物的团块的组成:
该团块包括如下重量份数的组分:
58~65份的TFe,其中FeO为1~2.5份;
3.5~5份的CaO;
0.6~0.85份的Al2O3
4~6.5份的SiO2
0.05~1.15份的MgO。
包括有上述组分的团块,具有较高的铁品位,可保证后续的还原炉内还原及熔融反应的顺利进行,保证产物金属铁的质量。
接续上述方法,本实施例中,上述含碳还原物料包括无烟煤、褐煤、焦粉中的至少一种,其中以采用无烟煤或焦粉所获得的还原效果及金属铁渗碳效果尤佳。另外,优选地,控制上述含碳还原物料的粒度在0.3~3mm范围内,粒度过小易导致该含碳还原物料随炉气吹起而进入炉气,增加除尘量以及耗煤量;粒度过大则导致气化速度缓慢,影响生产效率。
接续上述方法,对于上述由还原炉得到的金属铁,由还原炉内排出,冷却后,经筛分或磁选使其与含碳物料分离,获得金属铁,而得到的含碳物料可作为上述含碳还原物料回用。
作为优选实施例,上述还原炉可以采用如下的结构:
a.所述还原炉为圆环形炉,所述还原炉的轴向为竖向且可绕自身轴线旋转,所述团块及所述含碳还原物料铺设于所述还原炉底部,采用热源对所述还原炉的底端加热。
b.生产过程在煤基竖炉中进行,所述煤基竖炉包括燃烧室,所述还原炉至少有部分区段位于所述燃烧室内,通过所述燃烧室为所述还原炉供热;进一步地,可以采用多个还原炉,由同一个燃烧室供热。
以下列举具体实施例对上述金属铁的生产方法进行进一步说明:
实施例二
本实施例提供一种金属铁的生产方法,具体包括:
首先制造含有铁氧化物的球团200,造球方式为对辊压球机压球,所用粘结剂为消石灰,所用粘结剂比例为3%,球团200粒径为18mm。
球团200成分如下表所示:
表1球团成分
TFe FeO CaO Al2O3 SiO2 MgO
62 1.5 3.8 0.69 5.9 0.09
对所造球团200进行干燥,含水率在1%以下。
其次选择碳质还原剂300,所用碳质还原剂300为褐煤,平均粒径0.8mm,所用碳质还原剂300成分如下表所示:
表2碳质还原剂成分
固定碳 挥发分 水分
76 13.5 1.3
将干燥后的球团200和碳质还原剂300混匀,装入还原炉100内,还原炉100为移动式环形还原炉,采用热源进行底部加热,即采用上述实施例一中a部分所提供的还原炉100。如图1,在还原炉100底部铺设一层球团200及碳质还原剂300,球团200被碳质还原剂300紧密包围。使还原炉100内温度升至1380℃左右,球团200及碳质还原剂300在还原炉100内的停留时间为50min左右。
当还原炉100内温度达到900℃左右时,含碳还原物料开始气化(C+CO2=2CO),铁氧化物开始被还原(FeO+CO=Fe+CO2),由于还原炉100内处于还原性气氛,还原得到的金属铁不会被再次氧化;还原得到的金属铁温度进一步升高,并在加热过程中与周围紧密接触的含碳还原物料不断进行渗碳;还原炉100内温度达到脉石及金属铁软熔温度后,金属铁与脉石开始熔融并分别聚集,达到金属铁与脉石分离的目的,实现金属铁的生产,有效地控制还原炉100内金属铁的再次氧化的问题。
实施例三
本实施例提供一种金属铁的生产方法,具体包括:
首先制造含有铁氧化物的球团20,造球方式为圆盘造球,所用粘结剂为石灰石,同时在球团20中加入煤粉,煤粉加入比例为球团20质量的10%,所用粘结剂比例为3%;球团20粒径为15mm。
球团20成分如下表所示:
表3球团成分
TFe FeO CaO Al2O3 SiO2 MgO
59 2.3 4.5 0.78 4.8 0.98
对所造球团20进行干燥,含水率在1%以下。
其次选择碳质还原剂30,所用碳质还原剂30为无烟煤,平均粒径1mm,所用碳质还原剂30如下表所示:
表4碳质还原剂成分
固定碳 挥发分 水分
69 15.5 1.8
将干燥后的球团20和碳质还原剂30混匀,装入还原炉10内,还原炉10为立式还原炉10,还原炉10高度方向中心线与地面垂直,采用热源从还原炉10外围对其加热,即采用上述实施例一中b部分所提供的还原炉10。如图2,在还原炉10内加入球团20及碳质还原剂30,球团20被碳质还原剂30紧密包围。使还原炉10内温度升至1400℃,球团20及碳质还原剂30在还原炉10内的停留时间为3h。
当还原炉10内温度达到900℃左右时,含碳还原物料开始气化(C+CO2=2CO),铁氧化物开始被还原(FeO+CO=Fe+CO2),由于还原炉10内处于还原性气氛,还原得到的金属铁不会被再次氧化;还原得到的金属铁温度进一步升高,并在加热过程中与周围紧密接触的含碳还原物料不断进行渗碳;还原炉10内温度达到脉石及金属铁软熔温度后,金属铁与脉石开始熔融并分别聚集,达到金属铁与脉石分离的目的,实现金属铁的生产,有效地控制还原炉10内金属铁的再次氧化的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种金属铁的生产方法,其特征在于:将含有氧化铁的团块与含碳还原物料装入还原炉内,加热团块将所述氧化铁还原和熔融,冷却通过加热所获得的金属铁,并从所述还原炉中排出已冷却的金属铁,回收该已冷却的金属铁,其中,对于氧化铁团块的加热,在隔绝空气的条件下进行。
2.如权利要求1所述的金属铁的生产方法,其特征在于:所述含碳还原物料的加入量为还原所述铁氧化物所需含碳还原物料用量的1.05~2倍。
3.如权利要求1或2所述的金属铁的生产方法,其特征在于:所述含碳还原物料包括无烟煤、褐煤、焦粉中的至少一种。
4.如权利要求1所述的金属铁的生产方法,其特征在于:所述还原炉内氧化铁的还原和熔融温度控制在1350~1500℃。
5.如权利要求1所述的金属铁的生产方法,其特征在于:所述含碳还原物料的粒度在0.3~3mm范围内。
6.如权利要求1所述的金属铁的生产方法,其特征在于:所述团块为铁矿粉、冶金除尘含铁粉尘、赤泥中的至少一种造团得到。
7.如权利要求6所述的金属铁的生产方法,其特征在于:造团所用的粘结剂采用碳酸钙、消石灰、糖蜜、小麦粉中的至少一种。
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