专利名称：：用旋转式平炉还原铁氧化物的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种用旋转式平炉部分还原铁氧化物的方法。用于部分还原铁氧化物的已知基于旋转式炉床的方法是Midrex钢铁公司的FASTMET法。FASTMET法的特定形式描述于以Kaneko等人的(已转让给MidrexIntemationalBVRotterdam)的US专利4,701,214中。根据包括US专利在内的技术文献所述，FASTMET方法包括的步骤有(i)使氧化铁细粉、煤粉、和粘结剂的混合物聚结成粒，其直径通常约为20mm(US专利公开优选范围为10-25mm)；(ii)把所述粒料加到旋转式平炉内以便在旋转式平炉的床上形成三分之一层深的薄层床，通常用铁矿石的中间层隔开粒料与炉床以便保护床体；(iii)从炉床的上方加热在旋转式平炉中的粒料到1100-1370℃的温度以还原铁氧化物为金属铁。据技术文献报导，FASTMET法可达到约90％的金属化。在FASTMET法生产的还原粒料可用于在如电弧炉和HIsmelt熔融还原容器装置的范围内制造铁或钢。FASTMET法的优点在于该法用铁矿细粉和煤细粉进行操作。铁矿细粉和煤细粉的使用是理想的对象，因为铁矿细粉不贵且不能用于许多其他的工艺过程中而煤与焦炭相比是比较便宜的。本发明的目的在于提供一种用于在旋转式平炉内至少部分还原铁氧化物的方法，它是FASTMENT方法的改进。根据本发明可提供一种用于至少部分还原铁氧化物的方法，该方法包括(i)在旋转式平炉的床上形成反应物床，反应物包括(a)铁矿细粉和粒状含碳材料的混合物和/或(b)铁矿细粉和粒状含碳材料的微团块；和(ii)加热旋转式平炉中的混合物和/或微团块以使至少部分还原铁氧化物。本发明是基于以下的认识，为有效而实际操作旋转式平炉，没有必要对氧化铁细粉和煤进行造粒。根据技术文献很明显，FASTMET法依赖于所使用的粒料。取消造粒步骤大大地简化了工艺过程并且显著地提高生产率、降低成本和操作费用。术语“微团块”在本发明中应理解为直径低于1400微米(并且优选大于500微米)的团块。优选地，微团块组成反应物床体的主要的部分。优选地，由步骤(ii)产生的产品的金属化至少为50％。铁矿细粉和含碳材料的混合物可在向旋转式平炉内进料混合物前制成。另外，铁矿细粉和含碳材料可以分开加入旋转式平炉中而使混合物在炉床上就地形成。含碳材料可以是任何合适的材料，如煤。优选地，含碳材料是煤。优选地，煤是被粉碎过的。微团块可用任何合适的装置制成。旋转式平炉的反应物床可以是任何合适的深度。通常，床的深度约20-25mm。按照本发明，还提供一种用于至少部分还原铁氧化物的设备，该设备包括(i)用于制成铁矿细粉和粒状含碳材料的微团块的装置；和(ii)用于至少部分还原由微团块形成装置所生产的微团块的氧化铁的旋转式平炉。由本发明的方法和设备所生产的至少部分还原的产品可用于许多场合。尽管不是专用，但优选的用途是在生产金属铁方面。为了评价本发明，申请人完成了基于下列的两个独立的实验方案(i)铁矿细粉和煤的混合物；(ii)铁矿细粉、煤、和膨润土粘结剂的微团块，和(iii)为了与FASTMET法对比，铁矿粉、煤和粘结剂的粒料。用于第一实验方案的原料是Yandicoogina铁矿、Yarrabee无烟煤、和膨润土粘结剂。铁矿和煤的分析列于表1而粒径分布示于图1。表1</tables>*LOI-烧失量</tables>注上述百分比是按重量计。用于第一个实验方案的粒料是通过按下列比例(按重量计)混合铁矿细粉、煤、和膨润土而制备的。铁矿细粉79.25％煤19.25％膨润土1.5％把混合物放入旋转盘式造粒机中再往分级物料上喷水，引起聚集。当粒料形成时，取出粒料并于110℃下烘干。筛出小于16mm的粒料。剩余粒料的大小范围是用于FASTMET法的代表性的粒料。用于第一实验方案的微团块是由与粒料相同的原料的混合料制备的。把原料混合料和水放入Eirich混料器中，开启混料器以生产直径约为1mm的微团块。从混料器中取出微团块再于110℃下烘干。使干燥过的微团块过筛并收集起大小在500-1400微米范围的物料。用于第一实验方案的铁矿细粉和煤混合物是通过将比例(按重量计)为80％的铁矿细粉和20％的煤手工混合而制备的。用于铁矿细粉和煤的混合物、微团块、以及粒料的混合原料分析结果列于表2中。表2</tables>第一实验方案是在高温电加热炉内完成的。将铁矿细粉和煤的混合物、微团块、和粒料的样品置于炉内盘中持续时间为5-120分钟。该盘装有一层粒料或床深25mm的微团块或床深25mm的铁矿细粉与煤的混合物。炉子在1200℃的温度下运行。使一氧化碳和空气的混合气体从样品盘上方吹入炉内，以便根据FASTMET法标准的操作条件在旋转式平炉内模拟燃烧气和过量空气。分析来自炉内实验产物的总铁、金属铁、碳、和硫。另外，进行样品目检以便确定是否获得气体渗透。第一实验方案的结果列于表3中。表3注％FeT＝总铁，按重量％计％Femet＝％金属铁，按重量％计％金属化＝％铁金属化，按重量％计参见表3，样品1-9是铁矿细粉与煤的混合物，样品10-16是微团块，和样品17-21是粒料。铁矿细粉与煤混合物的最高金属化类似于粒料。所报导的样品5，用于铁矿与煤混合物的停留时间为33分钟时，金属化为64.9％。这一金属化值可与样品20的粒料金属化62％很好地相比，因为样品20是在26分钟的停留时间后达到的。除样品6以外，就铁矿细粉与煤混合物和粒料来说，高于样品5的停留时间33分钟和样品20的停留时间26分钟的时间增加，并不会导致金属化的改进。在样品6的情况下，金属化的改进仅为极限。希望铁矿细粉和煤混合物样品的暴露表面能经受烧结和可能的熔融，这些会抑制反应物或产物细粉移入床体或从床体中移出。在各项检测后，可观察到固态烧结，但贯穿样品床的深度也产生了延伸的开裂，该床体可以产生用于金属化的合适的气/固接触。床体材料是易碎的并易于从样品盘中取出。铁矿细粉与煤混合物样品的矿物学检测表明，整个样品的金属化是相当均匀的。未显示熔化且样品是疏松和多孔的。微团块的金属化即使不比铁矿细粉与煤的混合物和粒料的两种样品好，其样品14在停留时间27分钟后获得最高金属化的75.1％。表3表示从27到60分钟的延长实验期限不能改进金属化。与铁矿细粉和煤的混合物样品相类似，在微团块暴露的表面上产生延伸的开裂，可以使气体渗透整个床体。此外，床体材料是脆的并具有明显松散的微团块。总之，第一实验方案确定了铁矿细粉与煤的混合物和微团块的样品特性至少可与指定实验条件下的FASTMET粒料相比。第二实验方案是按第一实验方案相同的样品制备方法。有许多样品是用Yandicoogina铁矿(像在第二实验方案中的)制备的，但还有许多其他的样品是用随机的一级矿石(DSO)制备的，这种矿石是由HamersleyIronPty.有限公司生产的铁或细粉的混合物，全部样品都是使用与第一实验方案所用相同的无烟煤和粘合剂(需要时)制备的。不使用高温电加热炉，在第二实验方案中的样品是在特制的40KW感应电炉中进行还原，如同在第一实验方案中一样，样品被放在炉内的盘中持续5-120分钟。盘中装着单层粒料，或床深25mm的混合物或微团块。炉温控制在1190-1260℃。对炉中的实验产品进行了总铁、金属铁，碳和硫的分析。第二实验方案的结果示于表4。表4FeT＝总铁，按重量％计FeM＝％金属铁，按重量％计％金属化＝％铁的金属化，按重量％计表4中，样品1-7是铁矿细粉与煤的混合物，样品8-10是微团块，而样品11-15是粒料。许多铁矿细粉和煤的混合物和粒料的样品的金属化明显高于微团块。在很大程度上，这是由于较高的炉温所造成的。例如，对于粒料样品12、13和15，炉子的最高操作温度在1255-1265℃的范围内，而微团块样品8-10的炉子最高操作温度在1190-1200℃的范围内。考虑到不同的炉子操作温度，第二实验方案的结果类似于第一实验方案的结果。由本发明方法和设备生产的至少部分还原的铁矿能在许多用途中使用。优选的用途是以联合法生产金属铁，其中，按要求的比例把铁矿细粉、煤粉、和粘结剂混合在一起，再使原料的混合物聚集成微团块。烘干微团块后过筛分出500-1400微米范围内的部分。再把这一部分加到在1250-1350℃温度范围运行的旋转式床炉中。在炉中微团块中的铁矿石还原，至少部分铁矿石被还原成金属铁。还原是通过在炉子的高温条件下微团块中的碳和氧化铁紧密接触而进行的。将金属化的产物从炉内排出并转移至HIsmelt熔融还原容器(或其它合适的装置)以完成部分金属化微团块的还原并熔化金属化的产物以产生周期性出铁的熔融铁浴。值得注意的是本发明不限于该用途，而且从炉子排出的至少部分还原的铁矿产物可用于许多其它方面。对于所述的本发明可以进行许多修饰而不偏离本发明的精神和范围。权利要求1.一种用于至少部分还原铁氧化物的方法，它包括(i)在旋转式平炉的床体上形成反应物床，反应物包含(a)铁矿细粉和粒状含碳材料的混合物和/或(b)铁矿细粉和粒状含碳材料的微团块；和(ii)按本发明规定，加热旋转式平炉中的混合物和/或微团块到至少部分还原铁氧化物。2.按权利要求1所述的方法，其中，在步骤(i)中微团块组成反应物床的主要部分。3.按权利要求1所述的方法，其中微团块的大小介于500和1400微米。4.按前述权利要求中任一项所述的方法，该法包括，在混合物加至旋转式平炉前形成铁矿细粉与含碳材料的混合物。5按权利要求1-3中任一项所述的方法，该法包括，向旋转式平炉分开加入铁矿细粉和含碳材料以使混合物在炉床上就地形成。6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中煤是经粉碎的。7.一种用于至少部分还原铁氧化物的设备，它包括(i)用于形成铁矿细粉和粒状含碳材料的微团块装置；和(ii)用于至少部分还原由微团块形成装置所生产的微团块的氧化铁的旋转式床炉。8.一种生产金属铁的方法，它包含(i)使用权利要求1-6中任一项所规定的方法生产至少部分还原铁氧化物；和(ii)完成铁氧化物的还原和在熔融还原容器中熔化金属铁。全文摘要一种用于至少部分还原铁氧化物的方法,包含在旋转式平炉的炉床上形成反应物床,反应物包含(a)铁矿粉和粒状含碳材料的混合物和/或(b)铁矿粉和粒状含碳材料的微团块。在旋转式平炉中把混合物和/或微团块加热到至少还原铁氧化物。“微团块”是直径小于1400微米(优选大于500微米)的团块。至少部分还原的产品优选用于金属铁的生产中。用于至少部分还原铁氧化物的设备也要求保护。方法可以在不粒化氧化铁粉和煤的条件下运行旋转式平炉。文档编号C22B5/10GK1196756SQ96197005公开日1998年10月21日申请日期1996年8月7日优先权日1995年8月7日发明者约翰·A·英尼斯申请人:技术资源有限公司