专利名称：一种内外配炭相结合、微波加热制备一次还原铁粉的方法
技术领域：
本发明属于微波冶金和粉末冶金技术领域，涉及一种内外配炭相结合、微波加热制备一次还原铁粉的方法。
背景技术：
粉末冶金技术是近100年才被发明，直到半个世纪前，其还处于萌芽阶段。二战时，粉末冶金的主导产品是青铜和自润滑轴承。铁粉也在这个时期问世，成为粉末冶金不断发展的标志性原料。铁粉种类由雾化铁粉(Hametag工艺)发展到电解铁粉(Husqvarna公司),再到还原铁粉。1945年，首次对一次还原铁粉进行磁选分离和二次氢还原，使一次还原铁粉的压缩性由最初的6. Og/cm3增加到6. 3g/cm3,随着退火工艺的增加和超纯精矿粉和高质量铁鳞的使用，使最好的二次还原铁粉的致密度与当时的一级水雾化铁粉相当。不同种类的铁粉的生产工艺，最大的区别是二次还原铁粉的前驱体(即一次铁粉)的制备工艺。一次铁粉的原料有超纯铁精矿粉、铁鳞粉末或铁水，前者在反应罐内与煤粉以环状的方式布料，再经传统加热进行还原得到一次铁粉，后者通过水或气雾化的方式得到一次铁粉。单纯的外配碳(如环状布料法)，其带入杂质少，能保证一次还原铁粉的洁净度，但主要依靠间接还原，反应速度太慢，制备周期长，通常在50 90h (隧道窑，重油加热);单纯的内配碳(如生产直接还原铁的工艺)，反应速度快，生产周期短，通常在5 6h (竖炉，含碳球团)，但带入杂质多，铁品位不高，给磁选和二次还原带来难度。传统加热主要靠传导传热、辐射传热和传质传热进行，热量传递较慢，在吸热反应剧烈时，热量不能及时获得补给，限制反应的快速进行，进而使生产周期较长，并出现夹生的情形。
发明内容
由于现有工艺料层结构的缺陷和传统加热的局限引起的生产周期长和产品中出现夹生的现象，本发明的目的是提供一种内外配炭结合、微波加热制备优质一次还原铁粉的方法，实现料层结构更为合理、加热方式更为有效，能缩短生产周期、杜绝产品夹生、降低能耗、达到清洁生产的目标。本发明通过以下技术方案来实现一种内外配炭相结合、微波加热制备一次还原铁粉的方法，经过下列各步骤
(1)原料准备将含铁原料、木炭、煤、CaCO3类原料粉碎至150 200目；
(2)布料将步骤(I)所备物料进行分层布料底层为煤和CaCO3类原料的混合物，该层煤的取量为含铁原料质量的5 12%，CaCO3类原料与该层煤的质量比为7 10 ;中层为木炭和含铁原料的混合物，木炭的取量为含铁原料质量的11 17% ;上层为煤，该层煤的取量为中层混合物质量的I 2% ；(3)加热将步骤(2)布好的物料置于微波反应器内加热至1000 1200°C，保温5 60min,通过直接还原与间接还原相结合,对含铁原料进行还原；
(4)产物处理将还原后的炉料进行冷却，粉碎，筛分，湿式磁选，干燥即得优质的一次还原铁粉。所述CaCO3类原料为轻烧白云石。所述含铁原料为粉状铁精矿或铁鳞，其TFe (全铁)^ 71%。所述木炭中的固定碳彡78%、灰分彡O. 5%。所述煤中的固定碳彡70%、灰分< 20%。本发明以粉状优质铁精矿或铁鳞为含铁原料(TFe彡71%)，以木炭(固定碳彡78%，灰分< O. 5%)和煤(固定碳> 70%，灰分< 20%)为还原剂，是以中层物料进行的直接还原为 主，保证含铁物料大部分被快速还原和中层料中还原剂被耗尽。中层与底层的界面上，有一定程度的直接还原反应，对铁原料进行还原(产物中的CO向上排出的过程也继续对上部原料补充还原)。底部的轻烧白云石在加热过程中分解出CO2，该气体引发底层物料发生布多尔反应，生成一定量的CO，扩散到中上层物料对其中的铁氧化物进行还原。由此保证还原反应高效、完全进行。由于铁精矿和铁鳞对微波都具有很好的吸波性，微波能快速从内部加热含碳原料，因此可使生产周期大大缩短，并可杜绝冷中心现象。本发明具备的优点和效果该方法使制备高质量一次还原铁粉的工艺更为合理，其独特的布料方式(三层)和微波快速加热有效地结合，既保证了一次还原铁粉的质量(磁选后TFe (全铁)=97. 5 98. 8%，nFe (金属化率)> 94%，其化学成分可达HY100 · 23牌号铁粉一等品标准)，又大大的缩短了保温时间，降低了耗能，提高了生产效率，该方法能用于快速生产优质一次还原铁粉。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步说明。实施例I
(1)原料准备将含铁原料、木炭、煤、CaCO3类原料粉碎至150目；其中，含铁原料为粉状铁鳞，其TFe (全铁)彡71% ；
(2)布料将步骤(I)所备物料进行分层布料铁鳞为87.5g ;底层为煤和CaCO3类原料的混合物，该层煤的取量为9. 38g，为含铁原料质量的10. 72%，CaCO3类原料与该层煤的质量比为7 : 10，为6. 56g ;中层为木炭和含铁原料的混合物，木炭的取量为12. 5g，为含铁原料质量的14. 29% ;上层为煤，该层煤的取量为lg，为中层混合物质量的1% ；
(3)加热将步骤(2)布好的物料置于微波反应器内加热至1100°C，保温40min，通过直接还原与间接还原相结合，对含铁原料进行还原；
(4)产物处理将还原后的炉料进行冷却，粉碎，筛分，湿式磁选，干燥即得优质的一次还原铁粉，其 TFe=98. 84%, n Fe=98. 92%。实施例2
(I)原料准备将含铁原料、木炭、煤、轻烧白云石粉碎至180目；其中，含铁原料为粉状铁精矿，其TFe (全铁)彡71% ;木炭中的固定碳彡78%、灰分彡O. 5% ;煤中的固定碳彡70%、灰分 < 20% ；(2)布料将步骤(I)所备物料进行分层布料铁精矿为85g;底层为煤和轻烧白云石的混合物，该层煤的取量为6. 25g，为含铁原料质量的7. 4%，轻烧白云石与该层煤的质量比为7 10，为4. 38g;中层为木炭和含铁原料的混合物，木炭的取量为14. 45g，为含铁原料质量的17% ;上层为煤，该层煤的取量为I. 2g，为中层混合物质量的I. 2% ；
(3)加热将步骤(2)布好的物料置于微波反应器内加热至1150°C，保温20min，通过直接还原与间接还原相结合，对含铁原料进行还原；
(4)产物处理将还原后的炉料进行冷却，粉碎，筛分，湿式磁选，干燥即得优质的一次还原铁粉，其 TFe=97. 53%, nFe=94. 05%。实施例3
(1)原料准备将含铁原料、木炭、煤、轻烧白云石粉碎至200目；
(2)布料将步骤(I)所备物料进行分层布料含铁原料为83.3g ;底层为煤和轻烧白云石的混合物，该层煤的取量为4. 17g，为含铁原料质量的5%，轻烧白云石与该层煤的质量比为7 10，为2. 92g ;中层为木炭和含铁原料的混合物，木炭的取量为9. 16g，为含铁原料质量的11% ;上层为煤，该层煤的取量为I. 85g，为中层混合物质量的2% ；
(3)加热将步骤(2)布好的物料置于微波反应器内加热至1000°C，保温60min，通过直接还原与间接还原相结合，对含铁原料进行还原；
(4)产物处理将还原后的炉料进行冷却，粉碎，筛分，湿式磁选，干燥即得优质的一次还原铁粉，其 TFe=98. 11%, nFe=96. 42%。实施例4
(1)原料准备将含铁原料、木炭、煤、CaCO3类原料粉碎至150 200目；其中，含铁原料为粉状铁鳞，其TFe (全铁)彡71% ;木炭中的固定碳彡78%、灰分彡O. 5% ;煤中的固定碳彡70%、灰分< 20% ；
(2)布料将步骤(I)所备物料进行分层布料铁鳞为85g，底层为煤和CaCO3类原料的混合物，该层煤的取量为10. 2g，为含铁原料质量的12%，CaCO3类原料与该层煤的质量比为7 : 10，为7. 14g ;中层为木炭和含铁原料的混合物，木炭的取量为12. 75g，为含铁原料质量的15% ;上层为煤，该层煤的取量为I. 5g，为中层混合物质量的I. 5% ；
(3)加热将步骤(2)布好的物料置于微波反应器内加热至1200°C，保温5min，通过直接还原与间接还原相结合，对含铁原料进行还原；
(4)产物处理将还原后的炉料进行冷却，粉碎，筛分，湿式磁选，干燥即得优质的一次还原铁粉，其 TFe=98. 16%, nFe=96. 35%。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种内外配炭相结合、微波加热制备一次还原铁粉的方法，其特征在于经过下列各步骤 (1)将含铁原料、木炭、煤、CaCO3类原料粉碎至150 200目； (2)将步骤(I)所备物料进行分层布料底层为煤和CaCO3类原料的混合物，该层煤的取量为含铁原料质量的5 12%，CaCO3类原料与该层煤的质量比为7 10 ;中层为木炭和含铁原料的混合物，木炭的取量为含铁原料质量的11 17% ;上层为煤，该层煤的取量为中层混合物质量的I 2% ； (3)将步骤(2)布好的物料置于微波反应器内加热至1000 1200°C，保温5 60min； (4)将还原后的炉料进行冷却，粉碎，筛分，湿式磁选，干燥即得一次还原铁粉。
2.根据权利要求I所述的内外配炭相结合、微波加热制备一次还原铁粉的方法，其特征在于所述CaCO3类原料为轻烧白云石。
3.根据权利要求I所述的内外配炭相结合、微波加热制备一次还原铁粉的方法，其特征在于所述含铁原料为粉状铁精矿或铁鳞，其TFe ^ 71%。
4.根据权利要求I所述的内外配炭相结合、微波加热制备一次还原铁粉的方法，其特征在于所述木炭中的固定碳彡78%、灰分< 0. 5%。
5.根据权利要求I所述的内外配炭相结合、微波加热制备一次还原铁粉的方法，其特征在于所述煤中的固定碳彡70%、灰分< 20%。
全文摘要
本发明提供一种内外配炭相结合、微波加热制备一次还原铁粉的方法，属于微波冶金和粉末冶金技术领域。通过将含铁原料、木炭、煤、CaCO3类原料粉碎，并进行分层布料底层为煤和CaCO3类原料的混合物，中层为木炭和含铁原料的混合物，上层为煤，再将布好的物料置于微波反应器内加热至1000～1200℃，保温5～60min；再将还原后的炉料进行冷却，粉碎，筛分，湿式磁选，干燥即得一次还原铁粉。该方法使制备高质量一次还原铁粉的工艺更为合理，其独特的布料方式和微波快速加热有效地结合，既保证了一次还原铁粉的质量，又大大的缩短了保温时间，降低了耗能，提高了生产效率，该方法能用于快速生产优质一次还原铁粉。
文档编号B22F9/20GK102794455SQ201210324900
公开日2012年11月28日 申请日期2012年9月5日 优先权日2012年9月5日
发明者朱红波, 叶乾旭, 彭金辉, 张利波, 代林晴, 陈建, 普靖忠 申请人:昆明理工大学