專利名稱：：用旋轉(zhuǎn)式平爐還原鐵氧化物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)讓給MidrexIntemationalBVRotterdam)的US專利4,701,214中。根據(jù)包括US專利在內(nèi)的技術(shù)文獻(xiàn)所述，F(xiàn)ASTMET方法包括的步驟有(i)使氧化鐵細(xì)粉、煤粉、和粘結(jié)劑的混合物聚結(jié)成粒，其直徑通常約為20mm(US專利公開優(yōu)選范圍為10-25mm)；(ii)把所述粒料加到旋轉(zhuǎn)式平爐內(nèi)以便在旋轉(zhuǎn)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(hù)床體；(iii)從爐床的上方加熱在旋轉(zhuǎn)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(jù)技術(shù)文獻(xiàn)報導(dǎo)，F(xiàn)ASTMET法可達(dá)到約90％的金屬化。在FASTMET法生產(chǎn)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(nèi)制造鐵或鋼。FASTMET法的優(yōu)點(diǎn)在于該法用鐵礦細(xì)粉和煤細(xì)粉進(jìn)行操作。鐵礦細(xì)粉和煤細(xì)粉的使用是理想的對象，因?yàn)殍F礦細(xì)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(fā)明的目的在于提供一種用于在旋轉(zhuǎn)式平爐內(nèi)至少部分還原鐵氧化物的方法，它是FASTMENT方法的改進(jìn)。根據(jù)本發(fā)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(zhuǎn)式平爐的床上形成反應(yīng)物床，反應(yīng)物包括(a)鐵礦細(xì)粉和粒狀含碳材料的混合物和/或(b)鐵礦細(xì)粉和粒狀含碳材料的微團(tuán)塊；和(ii)加熱旋轉(zhuǎn)式平爐中的混合物和/或微團(tuán)塊以使至少部分還原鐵氧化物。本發(fā)明是基于以下的認(rèn)識，為有效而實(shí)際操作旋轉(zhuǎn)式平爐，沒有必要對氧化鐵細(xì)粉和煤進(jìn)行造粒。根據(jù)技術(shù)文獻(xiàn)很明顯，F(xiàn)ASTMET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(chǎn)率、降低成本和操作費(fèi)用。術(shù)語“微團(tuán)塊”在本發(fā)明中應(yīng)理解為直徑低于1400微米(并且優(yōu)選大于500微米)的團(tuán)塊。優(yōu)選地，微團(tuán)塊組成反應(yīng)物床體的主要的部分。優(yōu)選地，由步驟(ii)產(chǎn)生的產(chǎn)品的金屬化至少為50％。鐵礦細(xì)粉和含碳材料的混合物可在向旋轉(zhuǎn)式平爐內(nèi)進(jìn)料混合物前制成。另外，鐵礦細(xì)粉和含碳材料可以分開加入旋轉(zhuǎn)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(yōu)選地，含碳材料是煤。優(yōu)選地，煤是被粉碎過的。微團(tuán)塊可用任何合適的裝置制成。旋轉(zhuǎn)式平爐的反應(yīng)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(fā)明，還提供一種用于至少部分還原鐵氧化物的設(shè)備，該設(shè)備包括(i)用于制成鐵礦細(xì)粉和粒狀含碳材料的微團(tuán)塊的裝置；和(ii)用于至少部分還原由微團(tuán)塊形成裝置所生產(chǎn)的微團(tuán)塊的氧化鐵的旋轉(zhuǎn)式平爐。由本發(fā)明的方法和設(shè)備所生產(chǎn)的至少部分還原的產(chǎn)品可用于許多場合。盡管不是專用，但優(yōu)選的用途是在生產(chǎn)金屬鐵方面。為了評價本發(fā)明，申請人完成了基于下列的兩個獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)方案(i)鐵礦細(xì)粉和煤的混合物；(ii)鐵礦細(xì)粉、煤、和膨潤土粘結(jié)劑的微團(tuán)塊，和(iii)為了與FASTMET法對比，鐵礦粉、煤和粘結(jié)劑的粒料。用于第一實(shí)驗(yàn)方案的原料是Yandicoogina鐵礦、Yarrabee無煙煤、和膨潤土粘結(jié)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(shí)驗(yàn)方案的粒料是通過按下列比例(按重量計)混合鐵礦細(xì)粉、煤、和膨潤土而制備的。鐵礦細(xì)粉79.25％煤19.25％膨潤土1.5％把混合物放入旋轉(zhuǎn)盤式造粒機(jī)中再往分級物料上噴水，引起聚集。當(dāng)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(shí)驗(yàn)方案的微團(tuán)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(chǎn)直徑約為1mm的微團(tuán)塊。從混料器中取出微團(tuán)塊再于110℃下烘干。使干燥過的微團(tuán)塊過篩并收集起大小在500-1400微米范圍的物料。用于第一實(shí)驗(yàn)方案的鐵礦細(xì)粉和煤混合物是通過將比例(按重量計)為80％的鐵礦細(xì)粉和20％的煤手工混合而制備的。用于鐵礦細(xì)粉和煤的混合物、微團(tuán)塊、以及粒料的混合原料分析結(jié)果列于表2中。表2</tables>第一實(shí)驗(yàn)方案是在高溫電加熱爐內(nèi)完成的。將鐵礦細(xì)粉和煤的混合物、微團(tuán)塊、和粒料的樣品置于爐內(nèi)盤中持續(xù)時間為5-120分鐘。該盤裝有一層粒料或床深25mm的微團(tuán)塊或床深25mm的鐵礦細(xì)粉與煤的混合物。爐子在1200℃的溫度下運(yùn)行。使一氧化碳和空氣的混合氣體從樣品盤上方吹入爐內(nèi)，以便根據(jù)FASTMET法標(biāo)準(zhǔn)的操作條件在旋轉(zhuǎn)式平爐內(nèi)模擬燃燒氣和過量空氣。分析來自爐內(nèi)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的總鐵、金屬鐵、碳、和硫。另外，進(jìn)行樣品目檢以便確定是否獲得氣體滲透。第一實(shí)驗(yàn)方案的結(jié)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(xì)粉與煤的混合物，樣品10-16是微團(tuán)塊，和樣品17-21是粒料。鐵礦細(xì)粉與煤混合物的最高金屬化類似于粒料。所報導(dǎo)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?yàn)闃悠?0是在26分鐘的停留時間后達(dá)到的。除樣品6以外，就鐵礦細(xì)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(dǎo)致金屬化的改進(jìn)。在樣品6的情況下，金屬化的改進(jìn)僅為極限。希望鐵礦細(xì)粉和煤混合物樣品的暴露表面能經(jīng)受燒結(jié)和可能的熔融，這些會抑制反應(yīng)物或產(chǎn)物細(xì)粉移入床體或從床體中移出。在各項(xiàng)檢測后，可觀察到固態(tài)燒結(jié)，但貫穿樣品床的深度也產(chǎn)生了延伸的開裂，該床體可以產(chǎn)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(xì)粉與煤混合物樣品的礦物學(xué)檢測表明，整個樣品的金屬化是相當(dāng)均勻的。未顯示熔化且樣品是疏松和多孔的。微團(tuán)塊的金屬化即使不比鐵礦細(xì)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(shí)驗(yàn)期限不能改進(jìn)金屬化。與鐵礦細(xì)粉和煤的混合物樣品相類似，在微團(tuán)塊暴露的表面上產(chǎn)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(tuán)塊?？傊?，第一實(shí)驗(yàn)方案確定了鐵礦細(xì)粉與煤的混合物和微團(tuán)塊的樣品特性至少可與指定實(shí)驗(yàn)條件下的FASTMET粒料相比。第二實(shí)驗(yàn)方案是按第一實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案中的)制備的，但還有許多其他的樣品是用隨機(jī)的一級礦石(DSO)制備的，這種礦石是由HamersleyIronPty.有限公司生產(chǎn)的鐵或細(xì)粉的混合物，全部樣品都是使用與第一實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案中的樣品是在特制的40KW感應(yīng)電爐中進(jìn)行還原，如同在第一實(shí)驗(yàn)方案中一樣，樣品被放在爐內(nèi)的盤中持續(xù)5-120分鐘。盤中裝著單層粒料，或床深25mm的混合物或微團(tuán)塊。爐溫控制在1190-1260℃。對爐中的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行了總鐵、金屬鐵，碳和硫的分析。第二實(shí)驗(yàn)方案的結(jié)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(xì)粉與煤的混合物，樣品8-10是微團(tuán)塊，而樣品11-15是粒料。許多鐵礦細(xì)粉和煤的混合物和粒料的樣品的金屬化明顯高于微團(tuán)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(nèi)，而微團(tuán)塊樣品8-10的爐子最高操作溫度在1190-1200℃的范圍內(nèi)。考慮到不同的爐子操作溫度，第二實(shí)驗(yàn)方案的結(jié)果類似于第一實(shí)驗(yàn)方案的結(jié)果。由本發(fā)明方法和設(shè)備生產(chǎn)的至少部分還原的鐵礦能在許多用途中使用。優(yōu)選的用途是以聯(lián)合法生產(chǎn)金屬鐵，其中，按要求的比例把鐵礦細(xì)粉、煤粉、和粘結(jié)劑混合在一起，再使原料的混合物聚集成微團(tuán)塊。烘干微團(tuán)塊后過篩分出500-1400微米范圍內(nèi)的部分。再把這一部分加到在1250-1350℃溫度范圍運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)式床爐中。在爐中微團(tuán)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(tuán)塊中的碳和氧化鐵緊密接觸而進(jìn)行的。將金屬化的產(chǎn)物從爐內(nèi)排出并轉(zhuǎn)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(tuán)塊的還原并熔化金屬化的產(chǎn)物以產(chǎn)生周期性出鐵的熔融鐵浴。值得注意的是本發(fā)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(chǎn)物可用于許多其它方面。對于所述的本發(fā)明可以進(jìn)行許多修飾而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。權(quán)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(zhuǎn)式平爐的床體上形成反應(yīng)物床，反應(yīng)物包含(a)鐵礦細(xì)粉和粒狀含碳材料的混合物和/或(b)鐵礦細(xì)粉和粒狀含碳材料的微團(tuán)塊；和(ii)按本發(fā)明規(guī)定，加熱旋轉(zhuǎn)式平爐中的混合物和/或微團(tuán)塊到至少部分還原鐵氧化物。2.按權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟(i)中微團(tuán)塊組成反應(yīng)物床的主要部分。3.按權(quán)利要求1所述的方法，其中微團(tuán)塊的大小介于500和1400微米。4.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，該法包括，在混合物加至旋轉(zhuǎn)式平爐前形成鐵礦細(xì)粉與含碳材料的混合物。5按權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，該法包括，向旋轉(zhuǎn)式平爐分開加入鐵礦細(xì)粉和含碳材料以使混合物在爐床上就地形成。6.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中煤是經(jīng)粉碎的。7.一種用于至少部分還原鐵氧化物的設(shè)備，它包括(i)用于形成鐵礦細(xì)粉和粒狀含碳材料的微團(tuán)塊裝置；和(ii)用于至少部分還原由微團(tuán)塊形成裝置所生產(chǎn)的微團(tuán)塊的氧化鐵的旋轉(zhuǎn)式床爐。8.一種生產(chǎn)金屬鐵的方法，它包含(i)使用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所規(guī)定的方法生產(chǎn)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(zhuǎn)式平爐的爐床上形成反應(yīng)物床,反應(yīng)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(tuán)塊。在旋轉(zhuǎn)式平爐中把混合物和/或微團(tuán)塊加熱到至少還原鐵氧化物?！拔F(tuán)塊”是直徑小于1400微米(優(yōu)選大于500微米)的團(tuán)塊。至少部分還原的產(chǎn)品優(yōu)選用于金屬鐵的生產(chǎn)中。用于至少部分還原鐵氧化物的設(shè)備也要求保護(hù)。方法可以在不?；趸F粉和煤的條件下運(yùn)行旋轉(zhuǎn)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(yōu)先權(quán)日1995年8月7日發(fā)明者約翰·A·英尼斯申請人:技術(shù)資源有限公司