专利名称：微波流化床制取还原铁的方法
技术领域：
本发明涉及黑色金属冶炼技术，特别是指利用微波加热技术的一种微波流化床制取还原铁的方法。
背景技术：
中国钢产量为全世界第一位，约占世界粗钢产量的25％，但我国80％以上的铁矿资源经常规选矿方法含铁量均低于55％；每年需从澳洲，南美等地进口含铁量大于63％的优质铁矿近两亿吨，以金属100％为单位粗算目前进口矿价与国产含铁50％的低度矿对比，前者为后者的3～6倍。传统炼铁鼓风炉必须使用优质冶金焦炭，而使用同等热值的普通煤价格仅为50％左右，传统鼓风炉熔融还原要求达到1400℃以上，氧化铁在缺氧状态下可以在950℃以下被一氧化碳固相还原。而氢气的还原能力比一氧化碳更强，目前使用固相还原的坩埚炉，底转炉等均使用优质铁矿且能耗较大而限制其应用。
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)其加热及还原所需的能量全部为二次能源微波，其成本很难与传统鼓风炉竞争。(2)从其实施例中使用的是价格昂贵的含铁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，而目前技术微波管连续工作的寿命不超过1500小时，该装置不可能连续工作。
发明内容
针对我国低度铁矿资源丰富且价格低廉，本发明利用微波技术使反应物料可以使反应以极短的时间完成的原理，结合成熟的流化床技术及合成氨中水煤气造气技术，提供一种工艺路线合理，炼铁成本低的一种微波流化床制取还原铁的方法。
本发明的目的是这样实现的一种微波流化床制取还原铁的方法，其特征依次包括下述步骤(1)含铁物料破碎；(2)将破碎后的含铁物料送入预热炉予热到反应温度；(3)将预热至反应温度的含铁物料连续推入微波流化床内，同时从微波流化床底部通入400℃～500℃还原气体进行还原反应；(4)反应完成后的物料经冷却后磁选得还原铁产品。
本发明中的含铁物料可以是铁矿，硫酸烧渣或其它含氧化铁的物料。
本发明中步骤(1)含铁物料的破碎度视各种不同物料所需的解理度而定，其破碎度应在-60目以上。保证反应速度，控制微波流化床内的反应停留时间。
本发明步骤(2)中的予热炉可以采用转炉、流化床或其它加热炉中的一种，但应使物料进入微波流化床时呈流化态。同时步骤(2)中含铁物料的预热温度为750℃～1050℃。以保证反应温度和降低微波流化床的二次能源消耗。
本发明步骤(3)所述的还原气体可以是氢气、一氧化碳、水煤气、焦炉煤气、天然气、液化气、煤床气或烃类裂解气中的一种或组合，但以采用水煤气的生产成本较低。同时可以将步骤(3)中未参与反应的还原气体经除尘、净化后循环使用，节约还原气体消耗，降低生产成本。
本发明步骤(4)应使从微波流化床出来的高温物料冷却到50℃以下磁选。以防止物料在接触空气后使金属铁再迅速氧化，冷却剂可以采用还原气体，还原气与高温半成品在多级流化床中进行逆流热交换，同时使还原气得以升温，降低能耗。
本发明与现有技术相比，在使用含铁55％以下的铁矿作为原料的生产成本低于传统的大型鼓风炉20％以上。
下面结合附图对本发明作进一步地说明，但不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的微波流化床制取还原铁的方法，主要包括以下步骤含铁物料破碎→预热→微波流化床内还原→冷却后磁选→产品，现对各步骤详述如下1.含铁物料破碎含铁物料湿法破碎到一定细度，并使其自然干燥到含水量在10-20％的范围，抽样测定其灰熔点，以其灰熔点下100℃左右确定反应温度。
2.预热将破碎后的含铁物料连续送入内衬耐火材料的转炉内，用鼓风机将空气及粉煤送入转炉内燃烧，控制加料量使转炉出料口的物料温度达到工艺所需要的温度，高温物料进入一个有高频振动装置及调节闸扳的储料斗，并以软连接的方式与微波流化床进料口连接，尽量减小设备漏入空气。物料在高频振动装置自动呈流态进入微波流化床。
3.微波流化床内还原微波流化床，有一个可以屏蔽微波的金属壳体，内衬可以穿透微波的保温层及耐火材料层，微波发射装置固定在金属壳体外，并有独立的冷却装置。微波能量经传输，耦合系统馈入微波流化床，其功率及自动控制系统可以使还原反应保持在一个反应所需要的较窄(±10℃)的范围。还原气体经过换热装置后通过封闭式鼓风机进入微波流化床，维持物料在缺氧的气氛中进行流态化气固反应。控制进料速度使物料还原，保持还原气体过剩以使还原反应更彻底。通过安装设备时每套装置之间的高差使每一程序的物料在封闭的状态下自动逐级进入下一程序，在最后一级出料口安装间歇出料装置以减小空气进入的机会。在每级流化床的尾气出口安装旋风除尘装置再进入鼓风机，以防止风帽堵塞。还原气采用常规合成氨工艺中造气装置用水蒸气与煤反应制取。微波流化床尾气通过引风装置及旋风收尘装置返回气体净化系统，各个旋风收尘装置的产品在储料斗内自然冷却或用夹套水循环水冷却后再进入磁选系统。微波流化床尾气含有硫化氢等有害元素，可用常规合成氨工艺中的脱硫方式净化后，循环使用。因原料细度原因，各级流化床不宜使用全沸条件，设计时应选用半沸或微沸状态以降低粉尘进入旋风收尘室的机会。
4.冷却后磁选将从微波流化床出来的高温物料进入多级冷却流化床内冷却，当最末一级冷却流化床不足以使物料冷却到50℃以下时，可加装水夹套或盘管用强制水循环的方式使其降到50℃以下。半成品还原铁通过磁选系统分离出合格产品。磁选产品可以依据用户所需的要求而定，磁选后不合格的产品，可用于水泥行业的原料，磁选系统一般采用多级分离以提高回收率。
实施例1还原气的制取用常规固定床气化，气体经净化处理后其体积比为CO31～33％、H245～48％、H2S＜0.1％。
某厂硫酸烧渣，经破碎至-150目＞90％，水洗脱除可溶性硫酸盐后，总铁(TFe)48％，风干至含水18％。测定其灰熔点为1030℃，选取工艺温度为900±10℃。
采用转炉升温为900±50℃，进入微波流化床物料温度＞800℃。
按炉膛实际流态物料计算，加料速度选取物料在微波流化床通过时间为12～15分钟。
选用三级冷却流化床，还原气进入微波流化床温度为400℃。
经磁选后，还原铁TFe为83％，金属化率为92％。金属收率58％。
实施例2选用实施例1的还原气，采用某地的赤铁矿，TFe45％，破碎至-180目＞90％，经测定其灰熔点为1130℃，选取工艺温度为930±10℃。采用转炉升温至920±50℃，进入微波流化床物料温度＞830℃；物料在微波流化床物料通过时间选取13～16分钟；使用三级冷却流化床，还原气体进入微波流化床温度为450℃；经磁选后还原铁TFe为82％，金属化率为92％，金属回收率为55％。
实施例3仍选用实施例1的还原气，选用某地的磁铁矿，经破碎至-150目后湿式磁选，TFe53％，经测定其灰熔点为1080℃，选取工艺温度为900±10℃；采用转炉升温至900±50℃，进入微波流化床物料温度＞800℃；物料在微波流化床通过时间选取12～15分钟；使用三级冷却流化床，还原气进入微波流化床温度为500℃；经磁选后，还原铁TFe为85％，金属化率为93％，金属回收率为60％。
实施例4选用实施例1的还原气，采用某厂的硫酸烧渣，经破碎至-200目＞90％，水洗除去可溶性硫酸盐后，TFe62％，测定其灰熔点为1080℃，选取工艺温度为920±10℃；采用转炉升温900±50℃，进入微波流化床的温度＞800℃；物料在微波流化床通过时间选取6～10分钟；用三级流化床冷却，还原气进入微波流化床温度为420℃；经磁选后，还原铁TFe为92％，金属化率为95％，金属回收率85％。
实施例5选用实施例1的还原气，选用某轧钢厂的轧钢铁屑，筛出+6目以上的粒铁，其余破碎至全部通过60目，经水洗后TFe66％；测定其灰熔点为1100℃，选取工艺温度为921±10℃；采用转炉升温为920±50℃，物料在微波流化床的通过时间选取6～8分钟；用三级流化床冷却，还原气进入微波流化床温度为480℃；经磁选后，还原铁TFe为92％，金属化率为95％，金属回收率80％。
本发明的方法还可以适用于可以吸收微波能并在其灰熔点以下与氢气或一氧化碳进行还原反应的各种有色金属氧化物。
权利要求
1.一种微波流化床制取还原铁的方法，其特征依次包括下述步骤(1)含铁物料破碎；(2)将破碎后的含铁物料送入预热炉予热到反应温度；(3)将预热至反应温度的含铁物料连续推入微波流化床内，同时从微波流化床底部通400℃～500℃还原气体进行还原反应；(4)反应完成后的物料经冷却后磁选得还原铁产品。
2.根据权利要求1所述的微波流化床制取还原铁的方法，其特征是所述的含铁物料是指铁矿，硫酸烧渣或其它含氧化铁的物料。
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)含铁物料的破碎度视各种不同物料所需的解理度而定，其破碎度应在-60目以上。
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(2)中的予热炉为转炉、流化床或其它加热炉中的一种，但应使物料进入微波流化床时呈流化态。
5.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)中含铁物料的预热温度为750℃～1050℃。
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(3)所述的还原气体是氢气、一氧化碳、水煤气、焦炉煤气、天然气、液化气、煤床气或烃类裂解气中的一种或组合。
7.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(3)中未参与反应的还原气体经除尘、净化后循环使用。
8.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(4)应使从微波流化床出来的高温物料冷却到50℃以下磁选。
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，属冶金技术领域。本发明的要点是含铁物料破碎→预热→微波流化床内还原→冷却后磁选→产品。本发明可以使用廉价的低度铁矿及煤作为原料生产含铁85％以上的还原铁制品，与传统鼓风炉必须使用的优质铁矿及焦炭相比，具有原料来源丰富，生产成本低的优点。
文档编号C21B13/00GK1754966SQ200410051629
公开日2006年4月5日 申请日期2004年9月27日 优先权日2004年9月27日
发明者孔凡逸, 时光哲 申请人:孔凡逸, 时光哲