專利名稱：：用旋轉式平爐還原鐵氧化物的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用旋轉式平爐部分還原鐵氧化物的方法。用于部分還原鐵氧化物的已知基于旋轉式爐床的方法是Midrex鋼鐵公司的FASTMET法。FASTMET法的特定形式描述于以Kaneko等人的(已轉讓給MidrexIntemationalBVRotterdam)的US專利4,701,214中。根據包括US專利在內的技術文獻所述，FASTMET方法包括的步驟有(i)使氧化鐵細粉、煤粉、和粘結劑的混合物聚結成粒，其直徑通常約為20mm(US專利公開優選范圍為10-25mm)；(ii)把所述粒料加到旋轉式平爐內以便在旋轉式平爐的床上形成三分之一層深的薄層床，通常用鐵礦石的中間層隔開粒料與爐床以便保護床體；(iii)從爐床的上方加熱在旋轉式平爐中的粒料到1100-1370℃的溫度以還原鐵氧化物為金屬鐵。據技術文獻報導，FASTMET法可達到約90％的金屬化。在FASTMET法生產的還原粒料可用于在如電弧爐和HIsmelt熔融還原容器裝置的范圍內制造鐵或鋼。FASTMET法的優點在于該法用鐵礦細粉和煤細粉進行操作。鐵礦細粉和煤細粉的使用是理想的對象，因為鐵礦細粉不貴且不能用于許多其他的工藝過程中而煤與焦炭相比是比較便宜的。本發明的目的在于提供一種用于在旋轉式平爐內至少部分還原鐵氧化物的方法，它是FASTMENT方法的改進。根據本發明可提供一種用于至少部分還原鐵氧化物的方法，該方法包括(i)在旋轉式平爐的床上形成反應物床，反應物包括(a)鐵礦細粉和粒狀含碳材料的混合物和/或(b)鐵礦細粉和粒狀含碳材料的微團塊；和(ii)加熱旋轉式平爐中的混合物和/或微團塊以使至少部分還原鐵氧化物。本發明是基于以下的認識，為有效而實際操作旋轉式平爐，沒有必要對氧化鐵細粉和煤進行造粒。根據技術文獻很明顯，FASTMET法依賴于所使用的粒料。取消造粒步驟大大地簡化了工藝過程并且顯著地提高生產率、降低成本和操作費用。術語“微團塊”在本發明中應理解為直徑低于1400微米(并且優選大于500微米)的團塊。優選地，微團塊組成反應物床體的主要的部分。優選地，由步驟(ii)產生的產品的金屬化至少為50％。鐵礦細粉和含碳材料的混合物可在向旋轉式平爐內進料混合物前制成。另外，鐵礦細粉和含碳材料可以分開加入旋轉式平爐中而使混合物在爐床上就地形成。含碳材料可以是任何合適的材料，如煤。優選地，含碳材料是煤。優選地，煤是被粉碎過的。微團塊可用任何合適的裝置制成。旋轉式平爐的反應物床可以是任何合適的深度。通常，床的深度約20-25mm。按照本發明，還提供一種用于至少部分還原鐵氧化物的設備，該設備包括(i)用于制成鐵礦細粉和粒狀含碳材料的微團塊的裝置；和(ii)用于至少部分還原由微團塊形成裝置所生產的微團塊的氧化鐵的旋轉式平爐。由本發明的方法和設備所生產的至少部分還原的產品可用于許多場合。盡管不是專用，但優選的用途是在生產金屬鐵方面。為了評價本發明，申請人完成了基于下列的兩個獨立的實驗方案(i)鐵礦細粉和煤的混合物；(ii)鐵礦細粉、煤、和膨潤土粘結劑的微團塊，和(iii)為了與FASTMET法對比，鐵礦粉、煤和粘結劑的粒料。用于第一實驗方案的原料是Yandicoogina鐵礦、Yarrabee無煙煤、和膨潤土粘結劑。鐵礦和煤的分析列于表1而粒徑分布示于圖1。表1</tables>*LOI-燒失量</tables>注上述百分比是按重量計。用于第一個實驗方案的粒料是通過按下列比例(按重量計)混合鐵礦細粉、煤、和膨潤土而制備的。鐵礦細粉79.25％煤19.25％膨潤土1.5％把混合物放入旋轉盤式造粒機中再往分級物料上噴水，引起聚集。當粒料形成時，取出粒料并于110℃下烘干。篩出小于16mm的粒料。剩余粒料的大小范圍是用于FASTMET法的代表性的粒料。用于第一實驗方案的微團塊是由與粒料相同的原料的混合料制備的。把原料混合料和水放入Eirich混料器中，開啟混料器以生產直徑約為1mm的微團塊。從混料器中取出微團塊再于110℃下烘干。使干燥過的微團塊過篩并收集起大小在500-1400微米范圍的物料。用于第一實驗方案的鐵礦細粉和煤混合物是通過將比例(按重量計)為80％的鐵礦細粉和20％的煤手工混合而制備的。用于鐵礦細粉和煤的混合物、微團塊、以及粒料的混合原料分析結果列于表2中。表2</tables>第一實驗方案是在高溫電加熱爐內完成的。將鐵礦細粉和煤的混合物、微團塊、和粒料的樣品置于爐內盤中持續時間為5-120分鐘。該盤裝有一層粒料或床深25mm的微團塊或床深25mm的鐵礦細粉與煤的混合物。爐子在1200℃的溫度下運行。使一氧化碳和空氣的混合氣體從樣品盤上方吹入爐內，以便根據FASTMET法標準的操作條件在旋轉式平爐內模擬燃燒氣和過量空氣。分析來自爐內實驗產物的總鐵、金屬鐵、碳、和硫。另外，進行樣品目檢以便確定是否獲得氣體滲透。第一實驗方案的結果列于表3中。表3注％FeT＝總鐵，按重量％計％Femet＝％金屬鐵，按重量％計％金屬化＝％鐵金屬化，按重量％計參見表3，樣品1-9是鐵礦細粉與煤的混合物，樣品10-16是微團塊，和樣品17-21是粒料。鐵礦細粉與煤混合物的最高金屬化類似于粒料。所報導的樣品5，用于鐵礦與煤混合物的停留時間為33分鐘時，金屬化為64.9％。這一金屬化值可與樣品20的粒料金屬化62％很好地相比，因為樣品20是在26分鐘的停留時間后達到的。除樣品6以外，就鐵礦細粉與煤混合物和粒料來說，高于樣品5的停留時間33分鐘和樣品20的停留時間26分鐘的時間增加，并不會導致金屬化的改進。在樣品6的情況下，金屬化的改進僅為極限。希望鐵礦細粉和煤混合物樣品的暴露表面能經受燒結和可能的熔融，這些會抑制反應物或產物細粉移入床體或從床體中移出。在各項檢測后，可觀察到固態燒結，但貫穿樣品床的深度也產生了延伸的開裂，該床體可以產生用于金屬化的合適的氣/固接觸。床體材料是易碎的并易于從樣品盤中取出。鐵礦細粉與煤混合物樣品的礦物學檢測表明，整個樣品的金屬化是相當均勻的。未顯示熔化且樣品是疏松和多孔的。微團塊的金屬化即使不比鐵礦細粉與煤的混合物和粒料的兩種樣品好，其樣品14在停留時間27分鐘后獲得最高金屬化的75.1％。表3表示從27到60分鐘的延長實驗期限不能改進金屬化。與鐵礦細粉和煤的混合物樣品相類似，在微團塊暴露的表面上產生延伸的開裂，可以使氣體滲透整個床體。此外，床體材料是脆的并具有明顯松散的微團塊。總之，第一實驗方案確定了鐵礦細粉與煤的混合物和微團塊的樣品特性至少可與指定實驗條件下的FASTMET粒料相比。第二實驗方案是按第一實驗方案相同的樣品制備方法。有許多樣品是用Yandicoogina鐵礦(像在第二實驗方案中的)制備的，但還有許多其他的樣品是用隨機的一級礦石(DSO)制備的，這種礦石是由HamersleyIronPty.有限公司生產的鐵或細粉的混合物，全部樣品都是使用與第一實驗方案所用相同的無煙煤和粘合劑(需要時)制備的。不使用高溫電加熱爐，在第二實驗方案中的樣品是在特制的40KW感應電爐中進行還原，如同在第一實驗方案中一樣，樣品被放在爐內的盤中持續5-120分鐘。盤中裝著單層粒料，或床深25mm的混合物或微團塊。爐溫控制在1190-1260℃。對爐中的實驗產品進行了總鐵、金屬鐵，碳和硫的分析。第二實驗方案的結果示于表4。表4FeT＝總鐵，按重量％計FeM＝％金屬鐵，按重量％計％金屬化＝％鐵的金屬化，按重量％計表4中，樣品1-7是鐵礦細粉與煤的混合物，樣品8-10是微團塊，而樣品11-15是粒料。許多鐵礦細粉和煤的混合物和粒料的樣品的金屬化明顯高于微團塊。在很大程度上，這是由于較高的爐溫所造成的。例如，對于粒料樣品12、13和15，爐子的最高操作溫度在1255-1265℃的范圍內，而微團塊樣品8-10的爐子最高操作溫度在1190-1200℃的范圍內。考慮到不同的爐子操作溫度，第二實驗方案的結果類似于第一實驗方案的結果。由本發明方法和設備生產的至少部分還原的鐵礦能在許多用途中使用。優選的用途是以聯合法生產金屬鐵，其中，按要求的比例把鐵礦細粉、煤粉、和粘結劑混合在一起，再使原料的混合物聚集成微團塊。烘干微團塊后過篩分出500-1400微米范圍內的部分。再把這一部分加到在1250-1350℃溫度范圍運行的旋轉式床爐中。在爐中微團塊中的鐵礦石還原，至少部分鐵礦石被還原成金屬鐵。還原是通過在爐子的高溫條件下微團塊中的碳和氧化鐵緊密接觸而進行的。將金屬化的產物從爐內排出并轉移至HIsmelt熔融還原容器(或其它合適的裝置)以完成部分金屬化微團塊的還原并熔化金屬化的產物以產生周期性出鐵的熔融鐵浴。值得注意的是本發明不限于該用途，而且從爐子排出的至少部分還原的鐵礦產物可用于許多其它方面。對于所述的本發明可以進行許多修飾而不偏離本發明的精神和范圍。權利要求1.一種用于至少部分還原鐵氧化物的方法，它包括(i)在旋轉式平爐的床體上形成反應物床，反應物包含(a)鐵礦細粉和粒狀含碳材料的混合物和/或(b)鐵礦細粉和粒狀含碳材料的微團塊；和(ii)按本發明規定，加熱旋轉式平爐中的混合物和/或微團塊到至少部分還原鐵氧化物。2.按權利要求1所述的方法，其中，在步驟(i)中微團塊組成反應物床的主要部分。3.按權利要求1所述的方法，其中微團塊的大小介于500和1400微米。4.按前述權利要求中任一項所述的方法，該法包括，在混合物加至旋轉式平爐前形成鐵礦細粉與含碳材料的混合物。5按權利要求1-3中任一項所述的方法，該法包括，向旋轉式平爐分開加入鐵礦細粉和含碳材料以使混合物在爐床上就地形成。6.按前述權利要求中任一項所述的方法，其中煤是經粉碎的。7.一種用于至少部分還原鐵氧化物的設備，它包括(i)用于形成鐵礦細粉和粒狀含碳材料的微團塊裝置；和(ii)用于至少部分還原由微團塊形成裝置所生產的微團塊的氧化鐵的旋轉式床爐。8.一種生產金屬鐵的方法，它包含(i)使用權利要求1-6中任一項所規定的方法生產至少部分還原鐵氧化物；和(ii)完成鐵氧化物的還原和在熔融還原容器中熔化金屬鐵。全文摘要一種用于至少部分還原鐵氧化物的方法,包含在旋轉式平爐的爐床上形成反應物床,反應物包含(a)鐵礦粉和粒狀含碳材料的混合物和/或(b)鐵礦粉和粒狀含碳材料的微團塊。在旋轉式平爐中把混合物和/或微團塊加熱到至少還原鐵氧化物。“微團塊”是直徑小于1400微米(優選大于500微米)的團塊。至少部分還原的產品優選用于金屬鐵的生產中。用于至少部分還原鐵氧化物的設備也要求保護。方法可以在不粒化氧化鐵粉和煤的條件下運行旋轉式平爐。文檔編號C22B5/10GK1196756SQ96197005公開日1998年10月21日申請日期1996年8月7日優先權日1995年8月7日發明者約翰·A·英尼斯申請人:技術資源有限公司