专利名称：生产还原铁的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过将铁材料粉末和还原剂粉末混合成混合粉末，将所获得的混合粉末制团成坯块如团块或球团，以及在高温气氛中还原所述坯块来生产还原铁的方法和设备。
图8概述了采用传统设备生产还原铁的生产过程。
如图8所示，在传统的生产还原铁的设备中，铁矿石粉末，煤粉末和粘结剂在混合机(未示出)中进行混合。所获得的混合粉末由制团机或制块机001制团处理成生坯(原料坯块)。然后，所述生坯被送入干燥器002中，在干燥器中，用来自于下面将加以介绍的还原炉(旋转炉床炉或转底炉，简称RHF)004的排出气体对所述生坯进行干燥处理。如此干燥后的生坯由坯块供料器003送入RHF004中。RHF004的内部被燃烧器005加热，并且在高温气氛下保持。RHF004内部的排放气体由排气管006排出。
生坯在RHF004内运动的同时，其本身被高温气体的辐射热加热。铁矿石中的铁的氧化物被煤还原成坯块形式的还原铁，还原后的坯块被坯块排放器007排出，并且盛放在贮存器008中。由排气管006排出的排放气体被一次冷却器009冷却，然后再被送入热交换器010，在热交换器010内，对所述冷却后的排放气体进行热交换处理。热交换时被加热的空气被送至RHF004，并且与燃料一起被送入炉内。另一方面，所述排放气体被二次冷却器011再次冷却，并且，部分排放气体作为前述的干燥生坯的气体送至干燥器002。由干燥器002排出的气体由集尘器012进行净化并且，然后释放到大气环境中。
盛放还原坯块的贮存器008接下来进行下面的步骤。即，贮存器008中的还原坯块送至原料槽(料斗)013中，并且通过斜槽供料器014送入熔化炉015内，以便进行熔化。
上述生产还原铁的设备中的RHF004要求生坯在高温气氛中的停留时间最短，以提高生产率。因此，RHF004的内部需加热至1200-1300℃的高温。自坯块排放器007排出的还原坯块在高温下直接装入贮存器008中。在贮存器008中，还原坯块在自身重量作用下相互粘结。当还原坯块通过斜槽供料器014由贮存器008送入熔化炉015时，粘结一起的大块还原坯块会堵塞斜槽型供料器014。
因此，通常的作法是将一旋转鼓型冷却器置于RHF004的坯块排放器007的紧下方，在此冷却器中，将高温还原坯块冷却至常规温度，并且然后装入贮存器008内。这就需要进行冷却器的设备投资，以及需要将还原坯块冷至常规温度的冷却时间。结果，降低了生产率，而且，对高温还原坯块进行强制冷却也浪费了坯块本身保有的热量。
此外，在RHF004运行的初始阶段高温气氛并不稳定。在这种情况下，还原坯块会发生再氧化。而且，再氧化期间产生的热会导致部分熔化。结果，还原坯块相互粘结，形成大块。同样在这种情形下，当还原坯块通过斜槽供料器014由贮存器008送入熔化炉015内时，大块的坯块会如前述那样堵塞供料器014。
本发明已将上述问题加以解决。本发明的一个目的是提供生产还原铁的方法和设备，所述方法和设备能够消除在随后的步骤中，由于大块还原坯块所产生的操作缺陷，并且能防止生产效率的下降。
根据本发明的生产还原铁的方法，作为实现上述目的手段之一，是一种通过将铁材料与还原剂的混合粉末制团处理成坯块如团块或球团，并且在高温气氛中还原所述坯块来生产还原铁的方法，其中，当还原坯块的温度900℃或更高时，还原坯块中的氧化物含量为11％或更高。
结果，还原坯块的相互粘结能够得以抑制，从而消除了在随后的步骤中，由于大块还原坯块的形成而产生的操作缺陷，而且，防止了生产效率的下降。
在根据本发明的生产还原铁的方法中，还原坯块的碱度可以是0.5或更高。因为还原坯块的碱度为0.5或更高，所以，还原坯块的相互粘结能够得到可靠抑制。
在根据本发明的生产还原铁的方法中，形成坯块时，可以对与铁材料和还原剂的混合粉末混合一起的石灰石的量进行调整，以使还原坯块中氧化物的含量为11％或更高。结果，所述调整可以容易地且非常精确地进行，从而使还原坯块中存在适当的氧化物含量。
根据本发明的生产还原铁的设备是一种通过将铁材料与还原剂的混合粉末制团处理成坯块如团块或球团，并且在高温气氛中还原所述坯块来生产还原铁的设备，所述设备还包括用于粉碎还原坯块的粉碎装置。
由于采用粉碎装置将粘结一起的大块还原坯块粉碎碎，因此，在随后步骤中由大块还原坯块所产生的运行缺陷能够加以消除，而且，能够防止生产效率降低。
在根据本发明的生产还原铁的设备中，粉碎装置可以安装在RHF的排出口处，而且，被粉碎装置磨碎的还原坯块可以装入和存放在贮存器中。结果，高温状态下的还原坯块能够容易地磨碎，而且，能够在未发生再氧化时加以贮存。
在根据本发明的生产还原铁的设备中，可以设置有筛分装置，以便根据坯块的尺寸对还原坯块进行筛分，而且，由筛分装置筛选出的大块还原坯块可以用粉碎装置加以磨碎。由于只是大块还原坯块用粉碎装置磨碎，因此，粉碎装置的工作量得以降低，处理效率得以增加。
在根据本发明的生产还原铁的设备中，筛分装置可以包括许多个筛网，和一个用于振动所述筛网的振动器，每个筛网包括多个按预定间隔支撑的细棒并在筛体的上部呈倾斜状。结果，筛分装置的结构可以简化并可做成轻质态。
在根据本发明的生产还原铁的设备中，自RHF排出的还原坯块可以采用筛分装置进行筛分，然后，大块的还原坯块可以采用粉碎装置磨碎，而且，被筛分装置筛选出的小块还原坯块和采用粉碎装置磨碎形成的小块还原坯块可以装入和贮存在贮存器中。结果，高温态的还原坯块能够容易地磨碎，而且能够在未被再次氧化时进行贮存。
在根据本发明的生产还原铁的设备中，可以设置有暂存放装置，以便暂存放被筛分装置筛选出的大块还原坯块，而且，当预定量或较大量的大块还原坯块贮存在暂存放装置中后，可以采用粉碎装置对所有的这些大块进行磨碎。因此，在输送贮存器中粘结一起的大块还原坯块被粉碎装置磨碎。结果，能够可靠防止在随后的步骤中由大块还原坯块所引起的操作缺陷的出现。
在根据本发明的生产还原铁的设备中，用于盛放和贮存还原坯块的贮存器可以安装在RHF的排放口处，粉碎装置可以设置在熔化炉的原料槽的进料口处，并恰在将贮存器中的还原坯块装入原料槽之前，大块的还原坯块可以采用粉碎装置磨碎。因此，当还原坯块变冷后，就对大块进行粉碎。结果，就可以防止还原坯块相互间再粘结。
在根据本发明的生产还原铁的设备中，用于根据坯块尺寸对还原坯块进行筛分的筛分装置可以安装在熔化炉的原料槽的进料口处，而且，被筛分装置筛选出的大块还原坯块可以采用粉碎装置磨碎并且随后送入原料槽中。这样，当还原坯块变冷后，只有大块还原坯块采用粉碎装置磨碎。结果，就能够防止还原坯块相互间再次粘结。能够降低粉碎装置的工作量，并且能够增加处理效率。
由下面的描述及附图，本发明的上述及其它目的，特点和优点将变得更加明显，所述附图中
图1示出了采用根据本发明的第一个实施方案的生产还原铁的方法生产的还原坯块的碱度与氧化物含量之间的关系。
图2示意示出的是用于实施所述生产还原铁的方法的生产设备的总布局图。
图3是根据本发明的第二个实施方案的生产还原铁的设备的示意图；图4是根据本发明的第三个实施方案的生产还原铁的设备的示意图；图5是筛分装置的主视图；图6是筛分装置的平面图；图7是根据本发明的第四个实施方案的生产还原铁的设备的示意图；图8是采用传统设备生产还原铁的生产过程的示意图。
现在，参照附图对本发明的实施方案详细介绍，所述实施方案决非要对本发明加以限制。
下面简要介绍根据本实施方案的生产还原铁的方法。如图2所示，作为坯块原材料的铁矿石粉末(铁材料)，煤粉末(还原剂)和熔剂(石灰石)粉末分别从料斗11，12和13供入。分别地，粘结剂由料斗14送入，并且，所述这些材料在混合机15中混合。然后，所获得的混合粉末用制团机或制块机16制团处理成生坯如球团或团块(原始坯块)。将所获得的坯块送入干燥器17中，在干燥器中，坯块用来自于此后将述及的RHF19的排放气体干燥处理。如此干燥处理的生坯通过坯块供料器31经由输送带18送入RHF19中。采用燃烧器32加热，RHF19的内部保持在高温气氛，并且，RHF19内部的排放气体由排气管33排出。结果，生坯在RHF19中运动的同时被RHF19内部的高温加热。铁矿石中的铁的氧化物被煤还原成坯块形式的还原铁。还原坯块通过坯块出料器34自RHF19内部排出，并且装入贮存器20中。
通过排气管排出的气体采用水喷雾型一次冷却器21进行冷却，然后再送至热交换器22，在热交换器中，冷却后的排放气体与风机23送入的空气进行热交换。然后，排放气体用水喷雾型二次冷却器24再次冷却。在热交换器22中加热的空气被输送至RHF19，并且与燃料一起送入炉内。二次冷却器24中冷却的排放气体由风机25送至干燥器17而成为前述的用于生坯的干燥的气体。由干燥器17排出的气体采用集尘器26净化处理，再由排气风机27送至烟道28进行脱硫处理，然后再释放至大气环境中。
还原之前的坯块(此后可称作“未还原坯块”)，即，生坯，含有在作为铁材料的铁矿石中的相当多的铁的氧化物Fe2O3，并含有作为还原剂的煤中的碳C，在铁矿石中的少量的其铁矿石组分(脉石矿物组分)，煤和粘结剂，例如钙的氧化物CaO，镁的氧化物MgO，钾的氧化物K2O，钠的氧化物Na2O，硅的氧化物SiO2，铝的氧化物Al2O3和硼的氧化物B2O3。另一方面，还原坯块包括由铁的氧化物还原的铁Fe，以及少量的铁矿石组分，包括碳燃烧产生的灰。还原坯块的体积因已消失的碳的量而减小，因为碳转换成燃烧气体。
上述各种脉石矿物组分中，钙的氧化物CaO，镁的氧化物MgO，钾的氧化物K2O和钠的氧化物Na2O是碱性氧化物，而其它组分，即，硅的氧化物SiO2，铝的氧化物Al2O3和硼的氧化物B2O3是酸性氧化物。因此，残留在还原坯块中的脉石矿物组分的碱度由碱性氧化物的量与酸性氧化物的量之比决定。
本发明的发明人通过实验研究了坯块在RHF19中加热和还原期间，坯块中出现的变化。结果，本发明人发现，当还原期间存在于还原铁周围的脉石矿物组分熔化时，还原坯块发生相互粘结，而且，这种粘结与通过还原获得的铁周围存在的脉石矿物组分(包括灰分)的量和分散程度有关。这就是说，已清楚的是，当坯块组成中脉石矿物型氧化物组分的比例低于某一特定值时，容易出现粘结，而当此比例高于此特定值时，粘结发生机率最低。
也已表明，当坯块组成中脉石矿物型氧化物的碱度低于某一特定值时，熔点降低且粘结容易发生，而当碱度高于某一特定值时，熔点升高且粘结发生机率最低。详言之，坯块经历一个在1200℃或更高的还原温度下的加热过程。因此，为了减轻粘结程度，已发现熔点需等于或高于1200℃的脉石矿物组分的混合物。
通过满足上述两个要求，发现，温度为900℃或更高的还原坯块可以直接进行热装料，而不需要加以冷却。
通过基于前述理论进行实验，本发明人找到了一种能够直接热装入在所要求的900℃或更高的高温下还原的还原坯块而不必对坯块进行冷却的方法。即，本发明人发明了一种防止包含铁矿石、煤、熔剂和粘结剂的混合粉末的生坯在RHF19中的高温气氛下发生粘结的方法。根据本方法，当还原坯块的温度为900℃或更高时，还原坯块中氧化物的含量设定为11％或更高，而且，还原坯块的碱度设定为0.5或更高，以便提高还原期间的软化温度。
图1是所获得的还原坯块的粘结状况的评价结果，其中温度，氧化物含量和还原坯块的碱度间的组合关系是变化的。图1中，●代表在最高至750℃温度下不发生粘结的试样，▲代表在最高至850℃的温度下不发生粘结的试样，△代表在最高至900℃的温度下不发生粘结的试样，○代表在最高至1250℃的温度下不发生粘结的试样。在RHF19中还原生坯时，为确保质量，温度应等于或高于900℃。因此，最佳区域是图1中以点划线为边界的区域，即，其中还原坯块中氧化物含量为11％或更高，以及碱度为0.5或更高的区域。
在RHF19中对生坯进行还原处理时，所获得的坯块依据铁矿石或煤的质量实际上分成容易还原的坯块和难于还原的坯块两类。因此，还原温度最高为1300℃，或者比该温度低的还原温度可能足够了。因此，在RHF19中进行的生坯还原步骤，将由坯块排放器34排出的还原坯块的温度为约900-1250℃。这意味着还原坯块中氧化物的理想含量为11％或更高，碱度最佳为0.5或更高。
如上所述，在根据本实施方案的生产还原铁的方法中，当还原坯块的温度为900℃或更高时，还原坯块中的氧化物含量设定为11％或更高，还原坯块的碱度设定为0.5或更高。通过控制将作为生坯的粉末状原料的铁矿石和煤的比例，并且与熔剂等进行混合，就可以实现上述要求，结果，还原坯块就会具有上述组成。因此，还原坯块的相互粘结得以抑制，大块还原坯块就不会堵塞斜槽供料器，等，并且，能够防止生产效率的下降。
在上述实施方案中，通过防止还原坯块本身发生粘结就能够阻止大块还原坯块等对斜槽供料器等的堵塞。然而，该方法难于完全防止还原坯块发生粘结。因此，在下面将要介绍的实施方案中，对大块还原坯块进行筛分或磨碎，以便防止堵塞斜槽供料器等。在根据本实施方案的生产还原铁的设备中，如图3所示，RHF19具有一个坯块供料器31和一个坯块排放器34，而且也具有维持坯块处于高温气氛的燃烧器32和用于排放气体的排气管33。排放斜槽41安装在坯块排放器34上。在排放斜槽41的出口部分，设置有用于磨碎还原坯块的粉碎机42，并且，安装有用于盛放磨碎的还原坯块的贮存器20。
因此，由铁矿石、煤、熔剂和粘结剂的混合粉末形成的生坯通过坯块供料器31送入RHF19中。生坯在RHF19中运动的同时被加热至高温。铁矿石中的铁的氧化物被煤还原成坯块形式的还原铁。已被坯块排放器34由RHF19内部排放出的还原坯块被送至粉碎机42处，粘结一起的大块还原坯块被粉碎机42磨碎并且装入贮存器20中。
盛放还原坯块的贮存器20接下来进行随后的处理步骤。即，贮存器20中的还原坯块送入原料槽(料斗)43，经由斜槽供料器44装入熔化炉45并且加以熔化。
如上所述，在根据本实施方案的生产还原铁的设备中，已被RHF19的坯块排放器34排放出的还原坯块被粉碎机42磨碎，并且装入贮存器20中。因此，即使还原坯块相互粘结一起，粘结形成的块也可被粉碎机42磨碎。结果，还原坯块不是以大块形式盛放在贮存器20中，因此，当贮存器20内的还原坯块由原料槽(料斗)43送入熔化炉45内时，所述坯块不会堵塞斜槽供料器44。在根据本实施方案的生产还原铁的设备中，如图4所示，筛分装置51设置在RHF19中的坯块排放器34的排放区，筛分装置51能够对还原坯块进行筛分，从而挑选出已相互粘结形成的大块还原坯块。在用于使还原坯块通过筛分装置51的筛分装置51的排放区旁边，设置有贮存器20。在用于由筛分装置51筛选出的大块还原坯块的筛分装置51的排放区旁边，设置有用于暂盛放大块还原坯块的容器52。与容器52相邻，则安装有用于磨碎大块还原坯块的粉碎机42，以及用于盛放粉碎后的还原坯块的贮存器20。
如图5和图6所示，筛分装置51包括许多个按预定间隔固定的细棒并在筛体53的上部呈倾斜状，如三个筛网54，55和56，以及用于振动这些筛网54，55和56的振动器57。这些筛网54，55和56中的棒与棒间的间隙比如为约100mm。直径小于此间隙的还原坯块可由此中通过，而直径大于此间隙的大块还原坯块则在倾斜表面滚动并在前方落下。
因此，当生坯在RHF19内部的高温气氛中还原时，所述生坯由坯块排放器34排出，并且送至筛分装置51。在筛分装置51中，还原坯块沿箭头A的方向被送至被振动器57振动的筛网54，55和56上。未相互粘结的还原坯块沿箭头C方向通过筛网54，55和56的棒-棒间隙落下，并且然后盛放在贮存器20中。而粘结一起的大块还原坯块在筛网54，55和56的倾斜表面上滚动，沿箭头B方向落下，并且然后盛放在容器52中，在容器52中的大块还原坯块堆积达一定程度后，就送至粉碎机42磨碎。大块坯块被粉碎机42磨碎并盛放在贮存器20中。然后，盛放还原坯块的贮存器20就转入下一个处理步骤。即，贮存器20中的还原坯块被送至原料槽43，通过斜槽供料器44装入熔化炉45内，并且熔化。
在根据本实施方案的生产还原铁的设备中，由RHF19中的坯块排放器34排出的还原坯块被筛分装置51分成未相互粘结的还原坯块和相互粘结形成的大块还原坯块。大块还原坯块暂堆放在容器52中，一起被粉碎机42磨碎，并且盛放在贮存器20中。因此，只有大块还原坯块需采用粉碎机42磨碎。与前述的实施方案相比，粉碎机42的工作量能够降低，而且，处理效率能够提高。此外，同前述实施方案一样，当贮存器20中的还原坯块由原料槽43送入熔化炉45内时，能够防止发生斜槽供料器44的堵塞。在根据本实施方案的生产还原铁的设备中，如图7所示，用于筛分贮存器20中的还原坯块的筛分装置51位于原料槽43的供料区旁边，还原坯块从原料槽43经由斜槽供料器44送入熔化炉45。粉碎机42位于用于由筛分装置51筛分出的大块还原坯块的筛分装置51的排放区的旁边。
因此，当生坯在RHF19内部的高温气氛中还原时，所述生坯就由坯块排放器34排出，并且盛放在贮存器20中。然后，盛放还原坯块的贮存器20转入下一个处理步骤。即，贮存器20中的还原坯块在进入原料槽43之前被送至筛分装置51。在筛分装置51中，未相互粘结的还原坯块直接落下，并且盛放在原料槽43中，而粘结一起的大块还原坯块被送至粉碎机42，而且在被粉碎机42磨碎后，装入原料槽43中。还原坯块从原料槽43经由斜槽供料器44送入熔化炉45内并熔化。
如上述，在根据本实施方案的生产还原铁的设备中，筛分装置51将贮存器20中的还原坯块分离成未相互粘结的还原坯块和相互粘结形成的大块还原坯块。大块还原坯块被粉碎机42磨碎，并且随后送入原料槽43中。因此，即使在贮存器20中相互粘结形成的大块还原坯块也被粉碎机42磨碎，然后再送入原料槽43，结果，能够防止发生斜槽供料器44的堵塞。
尽管以如上方式对本发明进行了描述，但显而易见的是，描述本发明的方式可以进行多方面变化。这种变化不应被认为偏离本发明的精神和范围，而且，所有的对本领域的专业人员显而易见的修正都包括在后面的权利要求书的范围内。
权利要求
1．生产还原铁的方法，包括将铁材料和还原剂的混合粉末制团处理形成坯块如团块或球团，并且在高温气氛中还原所述坯块，其中当还原坯块的温度为900℃或更高时，该还原坯块中氧化物含量为11％或更多。
2．根据权利要求1的生产还原铁的方法，其中还原坯块的碱度为0.5或更高。
3．根据权利要求1的生产还原铁的方法，其中形成所述坯块时，调整与铁材料和还原剂的混合粉末混合的石灰石的量，以便使还原坯块中氧化物含量为11％或更高。
4．将铁材料和还原剂的混合粉末制团处理形成坯块如团块或球团，并且在高温气氛中还原所述坯块以生产还原铁的设备，该设备进一步包括用于磨碎还原坯块的粉碎装置。
5．根据权利要求4的生产还原铁的设备，其中所述粉碎装置设置在RHF的排放口处，而且，被粉碎装置磨碎的还原坯块装入并存放在贮存器中。
6．根据权利要求4的生产还原铁的设备，其中配置有用于根据坯块的尺寸对还原坯块进行筛分的筛分装置，而且，被筛分装置筛选出的大块还原坯块采用粉碎装置磨碎。
7．根据权利要求6的生产还原铁的设备，其中所述筛分装置包括多个筛网和用于振动所述筛网的振动器，每个筛网包括多个按预定间隔固定的细棒并且在筛体的上部呈倾斜态。
8．根据权利要求6的生产还原铁的设备，其中自RHF中排放出的还原坯块采用筛分装置筛分，然后，大块还原坯块用粉碎装置磨碎，而且，由筛分装置筛选出的小块还原坯块和粉碎装置磨碎形成的小块还原坯块装入和存放在贮存器内。
9．根据权利要求6的生产还原铁的设备，其中设置有用于暂时存放被筛分装置筛选出的大块还原坯块的暂时贮存装置，而且，当在暂时贮存装置中存放预定量或较多量的大块还原坯块后，所有的大块坯块用粉碎装置磨碎。
10．根据权利要求4的生产还原铁的设备，其中用于装入和存放还原坯块的贮存器设置在RHF的排放口处，粉碎装置位于熔化炉中的原料槽的进料口处，而且，恰在贮存器中的还原坯块装入原料槽之前，采用粉碎装置将大块还原坯块磨碎。
11．根据权利要求10的生产还原铁的设备，其中用于根据坯块尺寸对还原坯块进行筛分的筛分装置位于熔化炉中的原料槽的进料口处，而且，由筛分装置筛选出的大块还原坯块采用粉碎装置磨碎并且随后装入原料槽中。
全文摘要
在通过将铁材料和还原剂和混合粉末制团处理形成坯块如团块或球团,并且在高温气氛中还原坯块来生产还原铁时,当还原坯块的温度为900℃或更高时,还原坯块中氧化物含量设置为11%或更多,还原坯块的碱度设置为0.5或更高。
文档编号C22B5/10GK1288066SQ0012270
公开日2001年3月21日 申请日期2000年8月10日 优先权日1999年9月10日
发明者神川进, 平田耕一, 藤冈宏规, 水城英明, 佐藤惠一 申请人:三菱重工业株式会社