专利名称：一种微波流化床制取还原铁的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种黑色金属冶炼技术，尤其是涉及一种微波流化床制取还原铁的方法及装置。
背景技术：
目前，国内外绝大部分钢铁企业的生铁冶炼技术普遍采用成熟的鼓风炉技术。传统的鼓风炉熔融还原需使用价格昂贵的优质含铁矿和冶金焦，据统计数字，我国2004年1～6月粗钢产量为1.25亿吨，占世界产量的25％。但我国优质铁矿(含Fe＞63％)资源短缺，每年需从澳洲、南美等地进口优质铁矿近两亿吨；我国虽然是产焦大国，但由于国内外需求的不断增长，优质冶金焦的价格亦居高不下。而国产丰富的低度铁矿(含Fe＜55％)按金属价格仅为进口矿的50％；同等热值的白煤价格仅为冶金焦的50％，因而从经济上核算使用无焦低温气、固还原可以大大降低冶炼成本。近年来，随着冶金技术的发展，制取还原铁的方法也不断进步，如坩埚炉外热法，底转炉法等，但各种方法也都因存在能耗大、成本高等各种困难而不能推广应用。
中国专利02116882.2(公开号CN1403595A，
公开日2003年3月19日)公开了一种煤-铁矿微波还原-电炉直接炼钢的方法和设备，其存在的不足是(1)其加热还原所需的热能全部为二次能源微波，存在加热时间长、耗能大、成本高，其生产成本很难与传统鼓风炉技术竞争，因而只能用于冶炼销售价格高的各种特殊钢；(2)其使用的原料铁矿是价格昂贵的含铁大于64％的优质磁铁矿；(3)设备的微波管设置在炉膛与外壳的夹层内用空气冷却，这种布局很难满足微波管需要在低于100℃温度环境下工作的使用要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的其中一个目的是提供一种工艺路线合理、可使用多种原材料、生产成本低的一种微波流化床制取还原铁的方法。
本发明的另一方目的是提供一种可以实施上述方法的相关装置。
本发明的前一目的是这样实现的一种波流化床制取还原铁的方法，依次包括下述步骤(1)将含铁原料与含碳原料经破碎后以一定的比例混合，进入一级常规流化床预热到一定温度；(2)将预热物料推入微波流化床内，通过微波加热使物料达到并维持反应温度，同时向微波流化床内的物料通入过热水蒸汽，驱动物料在微波流化床内呈流化态并与碳反应生成水煤气，使氧化铁还原；(3)反应结束后的物料在密封状态下冷却，然后用磁选机分离出产品还原铁。
本发明上述步骤(2)中的物料反应温度为750～1100℃；物料在微波流化床内的停留时间为6～9分钟。
本发明步骤(1)中的含铁原料是可以吸收微波能量并且可以在水煤气中被还原的各种铁矿，包括磁铁矿、钛铁矿、褐铁矿、赤铁矿、硫酸烧渣等。其中的含碳原料是灰熔点在反应温度以上的白煤、烟煤、焦炭粉等固体物料。物料的破碎度应依据含铁物料中杂质与铁分离的最佳理解度选定，一般在-80目～-200目之间。含铁原料与含碳原料的混合比例应以一级常规流化床升温后，进入微波流化床前，其含碳量应达到理论消耗量的一倍，正常情况下的混合比例以1∶0.25～0.35为佳。
本发明的后一目的是这样实现的一种微波流化床制取还原铁的装置，该装置主要包括微波流化床，微波流化床为水平卧式，微波流化床设有可以屏蔽微波的金属外壳，在外壳两边分别设有进料机构和出料孔，在外壳内设有可以穿透微波的保温层和可以穿透微波的耐火材料层，其中该装置还设有一级常规流化床和蒸汽炉，一级常规流化床的出料口与微波流化床的进料机构管连接，在微波流化床的金属外壳上设有微波管安装孔，微波管安装在微波管安装孔内，微波能置经传输、耦合系统馈入微波流化床内；微波管设有独立的风冷机构；在微波流化床内底部设有按流化床原理布置的多个风帽，风帽与蒸汽炉管连接。
本发明可以在一级常规流化床的出料口与微波流化床的进料机构之间连接一个缓冲缸，便于一级常规流化床和微波流化床之间的物料平衡控制。
本发明也可以在一级常规流化床内设置蒸汽过热器，蒸汽炉的蒸汽出口与蒸汽过热器管连接，蒸汽过热器的蒸汽出口与风帽管连接；这样可以利用一级常规流化床内的物料燃烧余热加热蒸汽，降低能源消耗。
本发明的一级常规流化床与微波流化床的容积比以6～8∶1为佳。
本发明通过在一级常规流化床中用空气与煤氧化反应使物料预热到反应温度，再导入二级微波流化床，可以降低二次能源消耗，降低生产成本；用低压过热水蒸汽驱动反应物呈流化状态，以微波为热源维持反应；物料中的碳与水蒸汽反应生成水煤气，水煤气中的CO和H2在高温缺氧的气氛中使氧化铁还原；反应物经冷却后磁选，获得金属化率高的还原铁。由于可使用廉价的低度铁矿及白煤取代高价的优质铁矿及焦炭，能充分利用自然资源及大大降低钢铁生产的冶炼成本；而且流化床为成熟工艺，较易推广应用，可部分替代传统的鼓灰炉炼铁，因而本发明为钢铁行业提供了一条工艺路线合理、可使用多种原材料、生产成本低的冶炼技术。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的工艺流程示意图；图2是本发明中微波流化床的结构示意图。
图中1微波流化床、11外壳、111微波管安装孔、12进料机构、13出料孔、14保温层、15耐火材料层、16微波管、17风帽、18防爆门、19废气排放口、2一级常规流化床、21蒸汽过热器、3蒸汽炉、4风冷机构、5缓冲缸、6蒸汽阀门、7旋风收尘器、8水冷器、9磁选机。
具体实施例方式
本发明的是铁矿-煤在水蒸汽驱动的流态化微波加热产生水煤气还原制取还原铁。如图1、图2所示，含铁矿石和含碳原料分别破碎至-80目～-200目，以含铁矿石∶含碳原料为1∶0.25～0.35的比例混合，通过进料口进入一级常规流化床2，鼓入空气使煤燃烧预热至反应所需要的温度750～1100℃以上，通过出料管道进入缓冲缸5，在缓冲缸5内应保持一定的物料，当物料过多时，可暂时一级常规流化床2的工作系统；物料过少时，暂时关闭微波流化床1的工作系统。微波流化床1设有可屏蔽微波的金属外壳11密封，在外壳11两边分别设有螺旋式进料机构12和出料孔13，外壳11内衬有可穿透微波的陶瓷纤维保温层14，内层是可穿透微波的高铝耐火材料层15，在微波流化床1的金属外壳11上设有微波管安装孔111，微波管16安装在微波管安装孔111内，微波能量经传输、耦合系统馈入微波流化床1内(即微波腔)，微波管16设有独立的鼓风机作为风冷机构4，风冷机构4可以使微波系统保持正常的工作温度。缓冲缸5内的物料通过螺旋进料机构12将高温物料送入微波流化床1内；来自蒸汽炉3的水蒸汽通过管道进入蒸汽过热器21，吸收一级常规流化床2内的热量变成过热水蒸汽，过热水蒸发汽经设置在微波流化床1下部的环形管后进入根据流化床原理均匀分布的风帽17，在微波流化床1内物料以微波为热源维持反应，物料中的碳与水蒸汽反应生成水煤气，水煤气中的CO和H2在高温缺氧的气氛中使用氧化铁还原；通过蒸汽压力表的显示值，可以调节蒸汽阀门6，使通过风帽17进入微波流化床1内的水蒸汽压力可维持物料处在微沸腾状态；通过温度计监测微波流化床1内的温度并将温度参数送到电气控制系统(未标示)，通过自动调整微波能量馈入的大小使物料维持一定温度；在微波流化床1上设有防爆门18，可以在产生爆燃时自动打开；在微波流化床1上部设有废气排放口19，反应废气经废气排放口19进入旋风收尘器7分离，分离的气体再喷入一级常规流化床2燃烧，高温物料连续进入微波流化床1内，流化态的反应物料从出料口13流出，通过管道进入水冷器8，高温物料经水冷器8逆流间接热交换冷却至50℃以下从排放口出料。排出的物料经磁选机9分选后得含总铁80％～90％的还原铁产品，磁选后的非磁性物质可以作为水泥原料或添加剂使用。
实施例1采用含铁原料为广西产含铁55％的褐铁矿，粉碎到-150目，含碳原料采用6500白煤，粉碎到-80目，矿煤比为1∶0.3，一级常规流化床与微波流化床的容积比为8∶1，微波频率为2.45GHz，一级常规流化床的温度范围为1050±30℃，微波流化床内的温度维持在1020℃，过热蒸汽保持在大于550℃，物料在微波流化床的停留时间为8分钟，反应物料冷却到50℃以下出料，磁选后测得还原铁总Fe含量86％，可熔铁80％，金属收率78％。
实施例2采用含铁原料为广西产含铁55％的褐铁矿，粉碎到-100目，含碳原料采用白煤，粉碎到-80目，矿煤比为1∶0.35，一级常规流化床与微波流化床的容积比为6∶1，微波频率为2.45GHz，一级常规流化床的温度范围为1150±30℃，微波流化床内的温度维持在1100℃，过热蒸汽保持在大于550℃，物料在微波流化床的停留时间为9分钟，反应物料冷却到50℃以下出料，磁选后测得还原铁总Fe含量83％，可熔铁80％，金属收率70％。
实施例3采用含铁原料为广西产含铁48％的赤铁矿，粉碎到-120目，重选至总铁含量为55％；含碳原料采用白煤，粉碎到-80目，矿煤比为1∶0.35，一级常规流化床与微波流化床的容积比为8∶1，微波频率为2.45GHz，一级常规流化床的温度范围为950±30℃，微波流化床内的温度维持在900℃，过热蒸汽保持在大于550℃，物料在微波流化床的停留时间为9分钟，反应物料冷却到50℃以下出料，磁选后测得还原铁总Fe含量90％，可熔铁83％，金属收率70％。
实施例4采用含铁原料为广东产含铁60％的磁铁矿，粉碎到-150目，含碳原料采用焦炭粉，矿煤比为1∶0.25，一级常规流化床与微波流化床的容积比为8∶1，微波频率为2.45GHz，一级常规流化床的温度范围为950±30℃，微波流化床内的温度维持在880℃，过热蒸汽保持在大于550℃，物料在微波流化床的停留时间为6分钟，反应物料冷却到50℃以下出料，磁选后测得还原铁总Fe含量92％，可熔铁86％，金属收率80％。
实施例5含铁原料使用总Fe含量为55％的硫酸烧渣，粉碎至-200目，含碳原料采用烟煤，矿煤比为1∶0.35，一级常规流化床与微波流化床的容积比为7∶1，微波频率为2.45GHz，一级常规流化床的温度范围为900±30℃，微波流化床内的温度维持在750℃，过热蒸汽保持在大于550℃，物料在微波流化床的停留时间为9分钟，反应物料冷却到50℃以下出料，磁选后测得还原铁总Fe含量为90％，可熔铁83％，金属回收率77％。
实施例6含铁原料使用含总铁32％、含T1O2为48％的钛铁矿，粉碎至-200目，含碳原料采用白煤，粉碎到-80目，矿煤比为1∶0.3，一级常规流化床与微波流化床的容积比为8∶1，微波频率为2.45GHz，一级常规流化床的温度范围为1150±30℃，微波流化床内的温度维持在1100℃，过热蒸汽保持在大于550℃，物料在微波流化床的停留时间为9分钟，反应物料冷却到50℃以下出料，磁选后得两种产品，其中的含铁粉测得还原铁总Fe含量85％，可熔铁78％，金属铁回收率80％；其中非磁性物含T1O280％，可以作为生产钛白粉的原料。
权利要求
1.一种微波流化床制取还原铁的方法，其特征是依次包括下述步骤(1)将含铁原料与含碳原料经破碎后以一定的比例混合，进入一级常规流化床预热到一定温度；(2)将预热物料推入微波流化床内，通过微波加热使物料达到并维持反应温度，同时向微波流化床内的物料通入过热水蒸汽，驱动物料在微波流化床内呈流化态并与碳反应生成水煤气，使氧化铁还原；(3)反应结束后的物料在密封状态下冷却，用磁选机分离出产品还原铁。
2.根据权利要求1所述的微波流化床制取还原铁的方法，其特征是步骤(2)中的物料反应温度为750℃～1100℃，物料在微波流化床内的停留时间为6～9分钟。
3.根据权利要求1所述的微波流化床制取还原铁的方法，其特征是步骤(1)中的含铁原料是可以吸收微波能量并且可以在水煤气中被还原的各种铁矿，包括磁铁矿、钛铁矿、褐铁矿、赤铁矿、硫酸烧渣等。
4.根据权利要求1所述的微波流化床制取还原铁的方法，其特征是步骤(1)中的含碳原料是灰熔点在反应温度以上的白煤、烟煤、焦炭粉等固体物料。
5.根据权利要求1所述的波流化床制取还原铁的方法，其特征是步骤(1)中的物料破碎度在-80目～-200目之间。
6.根据权利要求1所述的微波流化床制取还原铁的方法，其特征是步骤(1)中含铁原料与含碳原料的混合比例为1∶0.25～0.35。
7.一种微波流化床制取还原铁的装置，该装置主要包括微波流化床(1)，微波流化床(1)为水平卧式，微波流化床(1)设有可以屏蔽微波的金属外壳(11)，在外壳(11)两边分别设有进料机构(12)和出料孔(13)，在外壳(11)内设有可以穿透微波的保温层(14)和可以穿透微波的耐火材料层(15)，其特征是该装置还设有一级常规流化床(2)和蒸汽炉(3)，一级常规流化床(2)的出料口与微波流化床(1)的进料机构(12)管连接，在微波流化床(1)的金属外壳(11)上设有微波管安装孔(111)，微波管(16)安装在微波管安装孔(111)内，微波能量经传输、耦合系统馈入微波流化床(1)内；微波管(16)设有独立的风冷机构(4)；在微波流化床(1)的内底部设有按流化床原理布置的风帽(17)，风帽(17)与蒸汽炉(3)管连接。
8.根据权利要求6所述的微波流化床制取还原铁的装置，其特征是在一级常规流化床(2)的出料口与微波流化床(1)的进料机构(12)之间还连接有缓冲缸(5)。
9.根据权利要求6所述的微波流化床制取还原铁的装置，其特征是在一级常规流化床(2)内设有蒸汽过热器(21)，蒸汽炉(3)的蒸汽出口与蒸汽过热器(21)管连接，蒸汽过热器(21)的蒸汽出口与风帽(17)管连接。
10.根据权利要求7至9任一所述的微波流化床制取还原铁的装置，其特征是一级常规流化床(2)与微波流化床(1)的容积比为6～8∶1。
全文摘要
本发明公开了一种微波流化床制取还原铁的方法及装置，属冶金技术领域。其方法要点是铁矿和煤粉碎后按比例混合，在一级流化床燃烧预热到反应温度后导入二级微波流化床，并用水蒸气驱动物料呈流化状态，同时碳与水蒸气反应生成水煤气使氧化铁还原，物料经冷却、磁选后得金属化率高的还原铁。其装置包括一级流化床、二级微波流化床和蒸汽炉，一级流化床的与微波流化床的进料机构管连接，在微波流化床的金属外壳上设置微波管，微波能量经传输、耦合系统馈入微波流化床内；微波管有独立的风冷机构；微波流化床内底部有风帽，风帽与蒸汽炉管连接。本发明具有工艺路线合理、可使用多种原材料、生产成本低的优点。
文档编号C21B13/00GK1733943SQ20041005103
公开日2006年2月15日 申请日期2004年8月10日 优先权日2004年8月10日
发明者孔凡逸, 时光哲 申请人:孔凡逸, 时光哲