本发明属于化工冶金技术领域，涉及一种高纯铁的生产方法和装置。
背景技术：
还原铁工艺根据使用还原剂的不同，可分为两大类：使用气体还原剂的气基直接还原法和使用固体还原剂的煤基直接还原法。气基直接还原法，主要分布在中东、南美等天然气资源丰富的地区，这些地区以电炉短流程为主的钢铁工业也得到迅猛发展，代表工艺为Midrex竖炉法、HYL、反应罐法和流态化法。煤基直接还原法，主要分布在南非、印度、新西兰等地，天然气资源有限，但有优质的铁矿资源和丰富的煤炭资源，代表工艺有SL-RN法和Krupp法。我国从能源储量和合理利用考虑，还不能为冶金工业生产提供足够的天然气，即使有气可用，成本也太高，生产1吨直接还原铁，若用天然气要400-500m3，天然气部分的成本就占600-750元；若用煤气，要1600m3，煤气成本1600元。因此气基直接还原铁在我国无法实现。目前在我国使用的工艺有隧道窑工艺、回转窑工艺和转底炉工艺三种，均为煤基还原法。
技术实现要素：
本发明提供一种高纯铁的生产方法，利用干馏煤气为还原剂还原制备海绵铁，再经渗碳和精炼生产高纯铁，充分利用煤气资源，降低炼铁的成本，提高高纯铁的质量。本发明的另一目的是提供一种实现上述方法的高纯铁生产装置。本发明的技术方案是：高纯铁的生产方法，以铁矿石为原料，在海绵铁炉中用还原性气体还原成海绵铁，海绵铁炉的操作压力0.1～0.5MPa，还原温度为800～1200℃。海绵铁以液态或固态的形式加入到中频炉中，以煤、焦炭或石墨为碳素材料对海绵铁进行渗碳，中频炉的操作压力为常压或微负压，渗碳温度为1200～2000℃。中频炉生产出的铸造生铁热装进入精炼炉生产高纯铁。还原性气体为净化后干馏煤气经过气体分离器深冷分离出的不凝气，气体分离器的操作压力为0.5～1.0MPa，分离温度为-160～-180℃。分离出的甲烷进入甲烷储罐，不凝气作为还原剂进入海绵铁炉。不凝气主要成分为一氧化碳和氢气，海绵铁炉还原后尾气含有一氧化碳和氢气用作燃料或化工原料。惰性气体为氮气、氦气、氖气或氩气，或上述两种以上气体的混合气体。铸造生铁的氧化铁还原率达到99.5%（wt），碳含量为3～5%（wt）。干馏气来源于煤炭、生活垃圾、污泥或生物质燃料产生的的干馏尾气。本发明高纯铁的生产装置，包括铁矿石料仓、海绵铁炉、中频炉、精炼炉和高纯铁料仓，铁矿石料仓、海绵铁炉、中频炉、精炼炉和高纯铁料仓依次连接，中频炉与惰性气体供给设备连接。装置设有气体分离器和甲烷储罐，气体分离器设有深冷设备。气体分离器入口与干馏煤气净化装置连接，液体出口与甲烷储罐连接，气体出口与海绵铁炉连接。海绵铁炉的气体出口连接到化工单元或燃料用户。海绵铁炉为竖炉、回转窑或间壁回转窑。深冷分离干馏煤气将还原性气体用作还原炼铁的还原剂，甲烷高热值气体用作燃料，有利于煤气资源的充分利用，提高企业的经济效益。本发明高纯铁的生产方法利用干馏煤气中的不凝气为还原剂还原制备海绵铁，再经渗碳和精炼生产高纯铁，降低了炼铁生产的成本，优化了高纯铁的质量。高纯铁的生产装置为实现高纯铁生产方法提供设备。竖炉、回转窑或间壁回转窑用作海绵铁炉，提高了生产设备的选择性。附图说明图1为本发明高纯铁的生产装置的流程示意图；其中：1—干馏煤气净化装置、2—气体分离器、3—甲烷储罐、4—铁矿石料仓、5海绵铁炉、6—中频炉、7—精炼炉、8—高纯铁料仓。具体实施方式下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。本发明高纯铁的生产装置如图1所示，包括铁矿石料仓4、海绵铁炉5、中频炉6、精炼炉7、气体分离器2和甲烷储罐3和高纯铁料仓8，气体分离器设有深冷设备，中频炉与惰性气体供给设备连接，海绵铁炉为竖炉。铁矿石料仓、海绵铁炉、中频炉、精炼炉和高纯铁料仓依次连接。气体分离器入口与干馏煤气净化装置1连接，液体出口与甲烷储罐连接，气体出口与海绵铁炉连接。海绵铁炉的气体出口连接到化工单元9。干馏煤气净化装置1净化后的干馏气经气体入口进入气体分离器2进行深冷分离。气体分离器的操作压力为0.5MPa，分离温度-170℃。深冷分离后的液化后气体经液体出口进入甲烷储罐3，没有液化的气体主要成分是一氧化碳和氢气，作为还原剂进入海绵铁炉5。铁矿石料仓4的铁矿石输送到海绵铁炉，在还原性气氛中铁矿石还原成海绵铁，海绵铁炉的操作压力0.14MPa，还原温度为1100℃。还原后的还原尾气含有一定量的一氧化碳和氢气，成分与高炉煤气相近，到化工单元9作化工原料进一步利用。海绵铁以液态的形式加入到中频炉6中，用焦炭为碳素材料在氮气存在下对海绵铁进行渗碳，中频炉的操作压力为常压，渗碳温度为1600℃。中频炉生产出的铸造生铁热装进入精炼炉7生产高纯铁。铸造生铁的氧化铁还原率达到99.5%（wt），碳含量为4.1%（wt）。干馏气来源于煤炭、生活垃圾、污泥、生物质燃料等有机质的干馏尾气，主要成分是：一氧化碳、氢气、甲烷和部分氮气，与焦炉煤气成分相近。净化后的干馏气经过深冷分离回收甲烷，液化后的甲烷进入甲烷储罐，没有液化的气体主要成分是一氧化碳和氢气，作为还原剂进入海绵铁炉，把铁矿石还原生产海绵铁，尾气含有一定量的一氧化碳和氢气，成分与高炉煤气相近，作为化工原料进一步利用。海绵铁以液态从顶部加入到中频炉中，中频炉装有煤、焦炭作碳素材料，中频炉的操作条件：常压、温度1700℃，海绵铁熔化靠重力或者惰性气体携带或者真空抽吸，从上到下流经碳素材料，达到渗碳目的。中频炉生产铸造生铁，热装进入精炼炉生产高纯铁。