CN1527886A - 制备金属铁的方法 - Google Patents

Abstract

一种可以在高产率和高效率下制备具有高金属化率和铁纯度的金属铁的技术，该技术在通过加热/还原包含含氧化铁物质和碳质还原剂的原料制备金属铁时，使金属铁的再氧化在固态还原的最后阶段遇到的再氧化问题最小化。一种制备金属铁方法，该方法包含：在移动炉床式还原/熔融炉中，加热包含含氧化铁的物质和碳质还原剂的原料，并且还原/熔融在原料中的氧化铁，其中在炉床移动的方向将还原/熔融炉分隔为至少三个区域－即在炉床移动方向上游侧的固态还原区，在炉床移动方向下游侧的渗碳熔融区，并且在固态还原区和渗碳熔融区之间提供还原老化区。

Description

制备金属铁的方法

技术领域

本发明涉及一种使用碳质还原剂如焦炭由铁氧化物如铁矿石加热还原而得到金属铁的技术，更具体而言，涉及一种可以在高产率下制备高纯度金属铁的方法。

背景技术

对于由含氧化铁原料如铁矿石和铁氧化物与还原气体如碳质原料的直接还原而得到还原铁的直接炼铁方法，有由所谓的Midrex方法代表的常规已知的竖式炉方法。根据那种类型的直接炼铁方法，将由天然气等产生的还原气从在竖式炉的下部形成的鼓风口鼓入竖式炉中，并且在鼓入的还原气的还原力的帮助下，通过还原铁氧化物而得到金属铁。最近，注意力集中在制备还原铁的方法上，其中使用碳质原料如煤炭作为还原剂代替天然气。作为实例，已经实现一种所谓的SL/RN方法。

作为另一种方法，美国专利3,443,931公开了一种方法，该方法以烧结矿或球丸的形式混合碳质原料和粉末铁氧化物，并且在旋转炉床上在加热下还原混合物，由此制备还原铁。

再有，日本未审查的专利申请公开2000-144224公开了一种方法，该方法向转底炉的炉床上供给含有碳质原料的氧化铁原料，并且在加热下还原氧化铁原料，由此制备还原铁。那种公开的方法采用具有内部的转底炉，所述的内部是由原料供给区(12)，燃烧器区(14，16)，反应区(17)和排放区(18)组成的。通过采用那种转底炉，在保持高温的炉床表面上还原铁氧化物，并且从产生的铁中分离炉渣组分，因此可以制备碳浓度为1至5质量％的高纯度的铁。根据那种公开的方法，在还原气(包含最初的一氧化碳)的存在下的还原反应进行期间，在原料的附近区域保持高度的还原气气氛，所述的还原气是作为都含在原料中的碳质原料和铁氧化物的反应的结果而产生的。但是，在对应于反应区(17)的还原反应的最后阶段中，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潮气和二氧化碳的氧化气的浓度相对增加。这导致作为产品制备的还原铁被再氧化的危险。特别是，由于存在在还原的最后时期铁氧化物进行还原的改变，还原铁进行还原越充分，其倾向于越容易被再氧化。因此，在某些情况下，还原铁未被充分地渗碳和熔融，然后排放同时其保持于尚未熔融的状态。

考虑到在相关领域中的上面所述的问题，本发明的一个目的是建立一种技术，其应用于通过在加热下还原包含含氧化铁原料和碳质还原剂的原料制备金属铁的方法，并且其可以使金属铁的再氧化即在固态还原反应的最后阶段发生的问题最小化，并且可以在高产率下有效地制备具有高金属化比率和高铁纯度的金属铁。

本发明的另一个目的是建立一种技术，其可以在固态还原的最后阶段，使在熔融炉渣中的FeO浓度最小化，可以抑制由熔融FeO引起的炉床耐火材料的腐蚀，以延长炉床耐火材料的寿命，并且适宜进行长期连续操作同时改善设备的可维护性。

发明内容

已经成功地克服了上面所述的问题的本发明在于一种制备金属铁的方法，该方法包含下面的步骤：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原料，并且还原和熔融在原料中的铁氧化物，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。当实施本发明时，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。在实施本发明时，为了相邻区域的连通，优选给区域间的间壁提供一个或多个开孔。此外，也推荐将在还原老化区中的大气温度调节至1200至1500℃的范围。

附图简述

图1所示为本发明使用的还原熔融装置的一个实例的说明图。

图2为沿图1的A-A线的剖视图。

图3所示为在图1所示装置的一部分在装置长度方向观察的，展开形式的说明图。

图4所示为由实施例得到的金属铁的一个实例的照片。

图5所示为由比较例得到的金属铁的一个实例的照片。

实施本发明的最佳方式

作为为了解决发生在还原最后阶段的上面所述的问题而进行深入研究的结果，即对于怎样防止还原铁的再氧化和防止产生熔融FeO的研究，本发明人发现可以通过下面的方法实现上面所述的目的：在还原熔融炉中提供调节区(还原老化区)以增加在炉子中由还原步骤所产生的还原铁的还原度。特别是，本发明人基于下面的发现而完成本发明：通过适宜地控制在还原老化区大气气体组成和大气温度，可以得到优良的效果。

更具体而言，根据本发明，当通过下面的步骤制备金属铁时：在移动炉床式还原熔融炉中，加热包含含氧化铁源的原料(以下也称作含氧化铁的原料)如铁矿石和铁氧化物或它们部分还原的原料和碳质还原剂如焦炭或煤的原料，然后还原和熔融在原料中的铁氧化物，其中将还原熔融炉沿着炉床移动方向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。下面通过参考实施方案和解释实施方案的附图，将更详细地描述本发明。

而下面的描述是由所采用的案例所组成的，对于原料，包含含氧化铁和碳质还原剂的原料压块(以下称作“原料压块”)，本发明使用的原料不局限于压块的形式，也可以是粉末的形式。此外，压块也可以是包含球丸或坯块形式的任何形状。

图1至3所示为由本发明人开发的应用于本发明的移动炉床式还原熔融炉一个实例的示意说明图。该炉是具有环形形式的旋转移动炉床的圆顶状结构。具体而言，图1是示意透视图，图2为沿图1的A-A线的剖视图，图3是为在图1所示在旋转炉床的旋转方向观察的，以展开形式显示还原熔融炉一部分的示意解释图，以更容易理解。在这些图中，数字1表示旋转炉床，并且2表示包含旋转炉床的炉体。旋转炉床1是这样构造的：它可以由驱动装置(未显示)驱动以在适当的速度下旋转。

在炉体2的炉壁中的适宜位置安置多个燃烧器3。为了进行原料压块的热还原反应，将由燃烧器3产生的燃烧热和辐射热传递给在旋转炉床1上的原料压块。

在图3所示的优选实例中，由三个间壁K₁，K₂和K₃分隔炉体2的内部(按从炉床移动方向的上游侧的顺序为：固态还原区(Z₁)，还原老化区(Z₂)，渗碳熔融区(Z₃)和冷却区(Z₄))。在那种构造中，优选以这样的方式分隔那些区，即可以单独地控制在每一个区的大气温度和/或大气气体组成。在炉体2旋转方向的最上游侧，相对于旋转炉床1安置加入初始原料和/或二次原料如大气调节剂的进料装置4，并且在旋转方向的最下游侧(换言之由于旋转结构的关系，在位于进料装置4的直接上游侧)安置排放装置6。注意本发明不局限于上面所述的分隔结构，并且可以当然地根据炉子的大小，目标生产能力和操作模式而适宜地改变炉子的结构。

在这种还原熔融炉的操作中，旋转炉床1以预定的速度旋转，并且从进料装置4向旋转炉床1上以这样的方式供给原料压块，即原料压块层具有适宜的厚度。使在旋转炉床1上放置的原料压块接受由燃烧器3产生的燃烧热和辐射热，同时在固态还原区中移动。在压块中的碳质还原剂和通过其燃烧产生的一氧化碳的帮助下，在加热下还原压块中的铁氧化物，同时保持固态。然后，于渗碳熔融区中，在还原气氛下，将在稍后描述的还原老化区中进一步加热几乎由铁氧化物的完全还原所产生的还原铁，由此将其渗碳和熔融。熔融的铁聚集成为粒状金属铁而同时与产生的炉渣分离。然后，在固化用的冷却区中，通过任何适宜的冷却装置C将粒状金属铁冷却，接着由在冷却区下游提供的排放装置6放出。同时，将与粒状金属铁一起产生的炉渣也排出。在经过料斗H之后，用任何适宜的分离装置(如筛子或磁力分离装置)，将金属铁和炉渣相互分开。最后，可以得到具有铁纯度不低于约95％，更优选不低于约98％并且含有非常少量炉渣组分的金属铁。

当在图2所示的结构中将冷却区对着大气打开时，从实践方面考虑理想的是：将冷却区覆盖以使其具有基本上密封的结构，以尽可能地防止热辐射并且能够适宜地调节在炉子中的大气。

还原老化区是本发明特别提供的一个区域，以克服上面所述的问题，如还原铁的再氧化和熔融FeO的生成，其可归因于在常规还原工艺的后半段至最后阶段中铁氧化物还原反应进行的变化。换言之，还原老化区的提供对于使在固态还原区被充分还原的还原铁的再氧化最小化是有效的，并且对于促进未被充分还原的铁氧化物的还原是有效的。由此，可以消除在原料压块中还原度的变化，并且可以在还原老化区阶段得到还原率高(不低于80％)的还原铁。通过渗碳和熔融如此高还原率的还原铁，可以在高产率下有效制备具有高金属化比率和高铁纯度的金属铁。此外，由于通过在还原老化区中调节大气温度和大气气体组成，所以可以容易地达到上述效果，优选对它们进行适宜的调节。下面将更详细地描述本发明的方法。

当在如上所述的移动炉床式还原熔融炉中对包含碳质还原剂和含氧化铁原料的原料压块进行加热时，如果在原料中铁氧化物被还原的固态还原区中的气体温度过高，更实际地，如果将气体温度升高至超过炉渣组分如在原料中的脉石和尚未还原的铁氧化物的熔点，具有低熔点的炉渣在还原过程的某一时期将被熔化并且将与构成移动炉床的耐火材料进行反应，由此腐蚀耐火材料。作为结果，不能再保持平坦与均匀的炉床。

在固态还原区中发生生成熔融FeO的现象取决于在组成原料压块的碳质还原剂、含氧化铁原料、粘合剂等中含有的形成炉渣组分的成分。如果在还原过程中大气温度超过1400℃，熔点低的炉渣将会流出并且在某些情况下损坏炉床耐火材料。如果其超过1500℃，将进行不希望的熔融还原反应，而与用作原料的铁矿石等的品种无关，由此导致炉床耐火材料更显著地腐蚀。因而，在还原过程中适宜于保证高水平的还原率而没有低熔点的炉渣流出的炉温，即在固态还原区的温度在1200至1500℃的范围内，并且更优选在1200至1400℃的范围内。如果炉中的温度低于1200℃，固态还原反应进行缓慢，并且不得不延长在炉中的停留时间，由此导致生产率低。另一方面，如果炉中的温度超过1400℃，特别是超过1500℃，如上所述在生产过程中将发生低熔点炉渣的流出，而与用作原料的铁矿石等的品种无关。因此，炉床耐火材料的腐蚀将是显著的，并且在某些情况下操作将难以继续进行。即使在1400或以上至1500℃的温度范围内，也可以不发生流出现象，这取决于在原料中混合的铁矿石的组成和数量。但是，这种现象不发生的频率和可能性是相当低的。为了这些原因，优选在固态还原区的温度在1200至1500℃的范围内，并且更优选在1200至1400℃的范围内。

再有，由于由在加料进入炉子中的原料压块中的氧化铁源和碳质原料间的反应在固态还原区中产生大量CO气体和少量CO₂气体，所以在原料压块邻近的区域保持满意的还原气氛，原因在于通过由原料压块自身生成的CO气体所产生的屏蔽作用。因此，在固态还原区，不特别要求对大气气体条件进行调节，原因在于通过由在原料压块中的碳质原料的燃烧大量生成的CO气体保持高度还原的气氛。但是，如果在固态还原区中，还原过程进行了很长时间，出现如上所述的问题例如还原铁的再氧化。因而，理想的是：当在原料压块中的铁氧化物的还原率达到某一高值(优选不低于80％)时，将还原铁转移至还原老化区。

如果在渗碳熔融区将其中铁氧化物的固态还原率低于80％的原料压块加热和熔化，如上所述，低熔点炉渣将从原料压块中流出并且在某些情况下损坏炉床耐火材料。另一方面，在得到还原率不低于80％，更优选不低于95％之后，通过在渗碳熔融区加热和熔化原料压块，在部分原料压块中保留的FeO在压块的内部进行还原，而与在原料压块中混合的铁矿石的品种和量无关。作为结果，可以使炉渣的流出最小化并且可以实现稳定连续的操作而不引起炉床耐火材料的腐蚀。

但是，如上所述，本发明人进行实验并且得到如下的发现。在固态还原区中已经还原的原料压块的还原率在原料压块之间变化。具体而言，更充分地进行了还原反应的还原铁倾向于更容易再氧化并且具有更低的还原率。因此，在渗碳熔融过程中没有充分地使还原铁渗碳并且更难以熔化，然后在其保持尚未熔融的状态下排放。因此，不能保证满意水平的质量。

为了防止还原铁以尚未熔融的状态排放，在还原过程的后半段至最后阶段必须升高温度，并且必须增加燃料的量以保持高温状态。再有，温度的升高引起由熔融FeO对炉床耐火材料更严重的损害，由此增加维护如修理的费用。因此，为了延长炉床耐火材料的寿命同时抑制由熔融FeO对炉床耐火材料的腐蚀，并且为了有效地进行固态还原反应和消除还原度的变化同时使还原铁的再氧化最小化，要求提供用于调节原料压块还原率的区域(还原老化区)。

此外，在本发明中，理想的是：在还原老化区适宜地控制大气温度和/或大气气体组成。在还原老化区对大气温度和/或大气气体组成的适宜控制对于促进尚未还原的FeO的还原、同时防止其熔化，并且防止还原铁的再氧化是有效的。具体而言，推荐这种控制以有效地进行还原至这样一种程度，即还原率(氧气去除率)不低于80％，并且优选不低于95％同时以固态保持装填入炉子中的原料压块，而不引起在原料压块中含有的炉渣组分的部分熔化。

没有将在还原老化区中的大气温度限制为一个特定的值，但可以用在固态还原区中的大气温度进行如下说明。如果大气温度低于1200℃，固态还原反应进行缓慢，并且不得不延长在炉中的停留时间，由此导致生产率低。另一方面，如果大气温度超过1400℃，特别是超过1500℃，如上所述在生产过程中将发生低熔点炉渣的流出，而与用作原料的铁矿石等的品种无关。因此，炉床耐火材料的腐蚀是显著的，并且在某些情况下操作将难以继续进行。因此，优选在固态还原老化区的温度在1200至1500℃的范围内，并且更优选在1200至1400℃的范围内。然后推荐，在其中不发生熔融的范围内，将大气温度设置得尽可能地高。

当然，在实际操作中，可以将在固态还原区中的炉内温度设置为不高于1200℃，并且可以在还原老化区，于温度升高至1200至1500℃的范围内，进行固态还原。由此，根据相应的目的，可以适宜地单个调节这些区的各自的温度并且设置为具体的值。

由于大大减少了由原料压块产生的CO气体输送至还原老化区的量，还原铁还原越充分，CO气体生成的量越少，并且降低了如上所述的自屏蔽作用。因此，还原铁倾向于更容易受到由燃烧器加热所产生的燃烧废气(氧化性气体如CO₂和H₂O)的影响，并且已经过一次还原的金属铁倾向于更容易被再氧化。因此，通过调节在还原老化区中的大气气体组成以便提供还原气氛，可以更有效地防止已经产生的还原铁的再氧化，更有效地进行尚未充分还原的铁氧化物的还原，并且可以更有效地消除在原料压块间的还原度变化。作为结果，可以在高效率下得到具有高还原率(不低于80％)的还原铁。

没有将在还原老化区中调节大气气体组成的方法限制为特别的一种方法，但理想的是，调节在还原老化区中的大气气体组成，以便通过供给例如大气调节剂而提供还原剂。优选将在原料压块附近的还原气的还原度CO/(CO+CO₂)保持为不低于0.5。

对于大气调节剂，优选采用碳质原料和/或还原气。碳质原料的实例包括：煤炭，焦炭等等。当采用煤粉作为大气调节剂时，优选在使用时将煤粉造粒成为粒径不大于3mm，更优选不大于2mm的颗粒。由此粒化的煤粉倾向于在加热下容易与氧结合和生成CO，并且对于更坚定地防止还原铁的再氧化是有益的。再有，考虑在实际操作中供给至炉子的产量，可操作性等，煤粉的粒径在0.3至1.5mm范围内为最佳。

没有将供给大气调节剂的方法限制为特别的一种方法，但可以通过例如在还原老化区中任何适宜的位置处提供任何理想数量的大气调节剂供给装置(未显示)而向炉床供给大气调节剂。在那种情况下，为了将在原料压块邻近区域的大气气体组成保持在一个范围以提供还原条件，优选向与原料压块尽量近的位置供给大气调节剂。作为另一种供给大气调节剂的方法，可以通过利用分隔还原老化区的间壁而供给大气调节剂。例如通过提供与间壁K₁相连(在面对固态还原区或还原老化区的一侧，或在间壁内部)的供给装置如大气调节剂供给管，或通过在间壁安装这些供给管，可以实现对间壁的利用。用通过利用间壁供给大气调节剂的方法，可以容易地支撑和用水冷却大气调节剂供给管，并且与在还原老化区中任何理想的位置提供大气调节剂供给管的情况不同，避免了由于进料管的存在而引起的气体流量的改变。因此可以防止辐射热不均匀地传递至在炉床上的原料压块。再有，通过在间壁较低的位置提供大气调节剂供给管的供给口，可以向原料压块的附近地区供给大气调节剂，并且可以避免在炉子中由气流对原料压块的托起。

备选地，在装入原料压块之前，可以在炉床上平放大气调节剂，并且没有将由此放置的大气调节剂层的厚度限制为特别的值。当放置例如煤粉作为大气调节剂时，没有将放置的煤粉层的厚度限制为特别的值，但如果层的厚度太薄，大气调节剂的绝对量是不够的。优选层的厚度不低于约2mm，并且更优选为不低于约3mm。尽管对于层的厚度没有一个特别的上限，但当以超过需要的较大厚度放置大气调节剂时，大气调节作用饱和并且在经济上浪费了大气调节剂。因此，从实践方面考虑，优选保持大气调节剂的层厚度为不大于约7mm，并且更优选不大于约6mm。除了煤炭外，大气调节剂还可以是任何其它适宜的材料，如焦炭或木炭，只要它可以作为CO的产生源即可。当然，也可以使用这些适宜原料的混合物。

通过在装入原料压块之前在炉床上平放大气调节剂，大气调节剂层担当保护炉床耐火材料不受熔融炉渣流出的影响，所述的炉渣有时根据在还原和熔融步骤中操作条件的改变而发生。

当采用还原气作为大气调节剂时，优选采用烃基气体如CO，H₂或CH₄。烃基气体的实例包含：天然气(特别是含有甲烷作为主要成分的气体)，焦炉煤气和转化炉气。没有将供给原料气的方法限制为特别的一种方法。如作为示例的图3所示，可以在还原老化区中提供任何理想数目的气体供给喷嘴7，以便将还原气从任何理想的位置向炉床鼓入。作为另一种方法，通过提供与间壁K₁相连(在面对固态还原区或还原老化区的一侧，或在间壁内部)的供给装置如还原气供给管，或通过在间壁安装这些供给管，而供给大气气体。用那种方法，可以容易地支撑和用水冷却供给管，并且避免了由于进料管的存在而引起的气体流量的改变。因此可以防止辐射热不均匀地传递至在炉床上的原料压块。再有，优选通过在低于间壁的水平位置提供供给管的供给口，原因在于可以向原料压块的附近区域供给还原气。

通过如上所述提供还原老化区，可以抑制还原铁在离开还原老化区之后还原进行的变化，并且可以提高还原率。因此，可以在随后的渗碳熔融区中在加热条件下使从原料压块中流出的炉渣最小化，并且可以实现稳定连续的操作而不引起炉床耐火材料的腐蚀。特别是，通过适宜地调节在还原老化区中的大气和温度，可以进行尚未还原的FeO的还原同时防止尚未还原的FeO熔化，并且可以更有效地防止还原铁的再氧化。

如上所述，理想的是，将输送至渗碳熔融区的原料压块加热至预定的温度，所述原料压块在还原老化区中已达到目标还原率。没有将在渗碳熔融区中的温度限制为一个特定的值，但为了进一步加热原料压块以使压块渗碳和熔化，理想的是该温度高于在还原老化区中的大气温度。因此，优选在渗碳熔融区的大气温度在1300至1500℃的范围内，并且更优选在1350至1500℃的范围内。当将在渗碳熔融区的大气温度设置为例如1425℃时，输送至渗碳熔融区的原料压块的内部温度逐渐地升高，但它有一次下降，原因在于热量消耗作为伴随还原铁熔融的潜热。然后，原料压块的内部温度再次升高并且达到1425℃的设置温度。可以将这种温度下降点当作是熔融起始点。由保留的碳和CO气体使还原铁颗粒渗碳，并且由于渗碳其熔点下降，由此将还原铁颗粒快速熔化。因此，为了加速还原铁颗粒的熔化，理想的是，在固态还原后，充分进行渗碳所需的碳量保留在还原铁颗粒中。保留碳的需要量取决于用于制备原料压块的含氧化铁原料和碳质还原剂的混合比率。但是，一般而言，通过选择所混合的碳质原料的初始量为这样的量，即在还原老化区最终的还原率几乎达到100％的状态下，也就是金属化率达到100％的状态下，保留在还原铁中的碳量(即剩余碳量)不低于1.5％，可以迅速地使还原铁渗碳，以便具有较低的熔点并且可以在1300至1500℃的温度范围内迅速熔化。保留在还原铁中的碳量低于1.5％，还原铁的熔点将下降不充分，原因在于缺乏渗碳所必须的碳量，并且在某些情况下，必须升高用于加热和熔化还原铁的温度至不低于1500℃的水平。

未完全渗碳的铁即纯铁的熔化温度为1537℃，并且通过将其加热至高于1537℃可以熔化还原铁。但是，理想的是，将在实际炉子中的操作温度保持尽可能的低，以减少强加给炉床耐火材料的热负载，并且考虑到由粒状金属铁所产生的炉渣的熔点，优选将操作温度保持不高于约1500℃。更明确地，理想地这样控制操作条件，即相对于在熔融过程起始点处的温度而言，得到的温度上升为约50至200℃。换言之，为了平稳和有效地进行固态还原和渗碳熔融，优选将在渗碳熔融区的大气温度设置为高于在还原老化区的温度50至200℃，更优选50至150℃。

在渗碳熔融区，在保留在压块中的碳的存在下，通过还原铁的渗碳而导致熔点的下降，进行微小还原铁的熔化和聚集。但是，在此阶段，也没有充分地得到上面所述的自屏蔽作用，并且还原铁倾向于容易由燃烧器燃烧产生的氧化气再氧化。因此，在此阶段后面的时期，推荐通过包括使用如上所述大气调节剂的任何适宜方法对炉中大气气体组成进行适宜控制，以便提供还原气氛。优选将在压块附近的大气气体的还原度设置为不低于0.5。

可以以类似于向还原老化区供给大气调节剂的方法供给大气调节剂(当利用间壁供给大气调节剂时，可以在面对固态还原区的一侧或面对还原老化区的一侧上利用间壁K₂)。

在本发明中，将金属化率和还原率用作表示FeO还原状态的指标，并且将它们定义如下。金属化率和还原率之间的关系取决于用作氧化铁源的铁矿石的品种等，但将其表示如下。

金属化率＝[制备的金属铁/在压块中的所有铁]×100(％)

还原率＝[在还原过程中除去的氧量/在原料压块中含有的铁氧化物的氧量]×100(％)

为了有效地进行从固态还原至渗碳熔融的一系列步骤，优选在如上所述的每一阶段控制大气温度和大气气体。另外指出，如上所述，优选将固态还原区和还原老化区的温度保持在1200至1400℃的范围内，以防止由于熔化还原反应导致的熔融FeO的产生，并且优选将渗碳熔融区的温度保持在1300至1500℃的范围内。更优选控制在还原老化区中的温度，使其保持在比在渗碳熔融区中的温度低50至200℃。为了单独控制每一个区域的大气温度和/或大气气体组成，优选构造每一区以使其具有高度独立性。从实际方面考虑，理想的是，在炉床和间壁的下端之间的间距尽可能地小。但是，增加每个区域的独立性增加了气体从一个区域流向另一个区域同时通过狭小间距时的速度，并且扰动在原料压块邻近区域的气流。这可以导致例如难以将大气调节剂导入至原料压块的邻近区域，或难以在原料压块的邻近区域保持还原气氛。为了那些原因，优选对区域间的间壁提供一个或多个用于连通相邻区域的开孔，以便分配气流并且减少在炉床和间壁的下端之间的间距通过的气体量。在实践中，没有将开孔的形状，数目，大小和位置限制为特定的一种形式。

在本发明的还原熔融炉中，采用燃烧器燃烧以加热原料压块。在此关系中，就减少燃烧后所产生的气体量、所使用燃料的量和气流在原料附近区域的扰动而言，优选使用再生燃烧器。

再有，为了提高燃烧效率，优选通过下面的方法调节燃料与燃烧空气的比率：例如预热用于燃料燃烧的空气或采用具有更高氧气浓度的空气作为用于燃料燃烧的空气。当例如在空气-对-燃料的比率不高于理论值下燃烧燃料时，在燃烧后所产生的气体中混合还原气，并且提高了所产生的气体的还原度。另一方面，当于空气-对-燃料的比率不低于并且接近于理论值下燃烧燃料时，减少了在燃烧后所产生的气体量并且也降低了气流在原料附近区域的扰动。因此，考虑到上面所述的两种倾向，推荐选择适宜的空气-对-燃料的比率。

从抑制由燃烧器燃烧所产生的气体所导致的气流在原料附近区域的扰动方面考虑，优选在炉子的上面部分安装燃烧器，和/或在炉子的上面部分安装以面朝上。

在还原铁渗碳、熔化和聚集完成之后，大大地降低了还原气的还原度。但是，对于在实际操作过程中的这个点，已经熔化和聚集的金属铁几乎完全地与由金属铁所产生的炉渣分离，由此很难受到大气气体的影响。通过冷却和固化这种金属铁，可以高效率地得到高铁等级的粒状金属铁。

尽管完成本发明方法所需要的时间根据例如在原料压块中含有的铁矿石和碳质原料的组成而稍有改变，但通常可以在约10至13分钟完成铁氧化物的固态还原、熔化和聚集。

用本发明的上面所述的方法得到的金属铁基本上不含有炉渣组分，并且具有非常高的Fe纯度。因而，由此得到金属铁适宜作为在现有的炼钢设备如电弧炉和转炉中所使用的铁源。

实施例

下面将结合实施例详细描述本发明的构造和操作益处。但是，必须注意的是，下面的实施例不意欲限制本发明，并且在不离开本发明如上和如下所述的主旨的条件下，所做出的各种修改全部包含在本发明的技术范围内。

实施例1

将铁矿石(组成为Fe：69.2％，SiO₂：1.8％和Al₂O₃：0.5％)，煤(固定碳：74.3％，挥发物质：15.9％和灰分：9.8％)和少量成球用的粘合剂(膨润土)互相均匀地混合，然后聚集成为直径为约18mm的球丸形式。使用这种球丸作为原料压块制备金属铁。更明确地，向如图1至3所示的移动炉床式还原熔融炉中装入所述的球丸，其中进行球丸的固态还原，同时控制在固态还原区的大气温度为1310℃。将在随后的还原老化区的大气温度也控制为1310℃。然后，将球丸输送至渗碳熔融区，其中将大气温度控制为1420℃，以渗碳、熔化、聚集和分离由金属铁所产生的炉渣。将已经熔化、聚集和几乎完全从炉渣中分离的金属铁输送至冷却区，其中将其冷却至约1000℃以进行固化。然后，使用排放器将固化的金属铁从炉子中排放出来。装入原料压块至取出金属铁所需要的时间为约16分钟。得到的金属铁具有的C含量为2.6％和S含量为0.1％。此外，可以容易地从由金属铁所产生的炉渣中分离所得到的金属铁。最终得到的金属铁的外观示于图4(照片)。

另外，通过分别提供给这些区的供给装置将还原气(含有约57％的H₂和约25％的CH₄作为主要成分的气体混合物)引入到还原老化区和渗碳熔融区中的每一个区，在这样的条件下调节大气气体组成，使大气气体组成的还原度CO/(CO+CO₂)保持不低于0.5。

比较例1

除了都不向固态还原老化区和渗碳熔融区导入还原气之外，以与上述实施例1相同的方法进行实验。作为结果，如图5所示，得到的金属铁的某些部分尚未熔化，并且得到的金属铁的商业价值低。

工业适用性

根据如上所述构成的本发明，在固态还原区和渗碳熔融区之间提供还原老化区，其用于调节在固态还原区由铁氧化物还原产生的还原铁的还原率。因此可以进行还没有进行足够还原的铁氧化物的还原，同时可以使在固态还原区被充分还原的还原铁的再氧化最小化，并且防止尚未还原的FeO熔化。作为结果，可以消除在原料压块中的还原度变化。

此外，通过适宜地控制在还原老化中的大气气体组成和/或大气温度，可以使还原铁的再氧化最小化，以增加金属铁的纯度，并且可以使由于熔融炉渣的流出和熔融FeO的产生所导致的炉床耐火材料的腐蚀最小化。作为结果，可以在连续操作下有效地制备高铁纯度的粒状金属铁。

Claims (7)

1.一种制备金属铁的方法，该方法包含下面的步骤：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原料，并且还原和熔融在原料中的铁氧化物，其中在炉床移动的方向将所述的还原熔融炉分隔为至少三个区域，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。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中调节在还原老化区的大气温度和/或大气气体组成。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中向还原老化区供给大气调节剂。

4.根据权利要求1至3任何一项所述的制备方法，其中向渗碳熔融区供给大气调节剂。

5.根据权利要求1至4任何一项所述的制备方法，其中通过利用区域间的间壁供给大气调节剂。

6.根据权利要求1至5任何一项所述的制备方法，其中为区域间的间壁提供一个或多个用于连通相邻区域的开孔。

7.根据权利要求1至6任何一项所述的制备方法，其中将在还原老化区中的大气温度调节至1200-1500℃的范围内。

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