用于还原金属氧化物的方法以及用于该方法的装置的制作方法

专利名称：用于还原金属氧化物的方法以及用于该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于还原金属氧化物，尤其是氧化铁的方法，本发明还涉及用于实现该方法的装置。
背景技术：
近年来，直接还原金属氧化物，尤其是直接还原矿石和回收的各种金属氧化物已经有了相当大的发展。
在文献LU-60981-A(Societe Anonyme des Minerais)中公开了一种用于生产海绵铁的方法，该方法包括使用连续旋转炉膛的反应器，该连续旋转炉膛的反应器能够使材料从侧部向中心移动，首先供给煤，然后，在使该煤形成焦炭后，加入铁矿石，该铁矿石成颗粒状或粉末状，并预热至反应温度。且在旋转炉膛进行旋转时，固定刮板使得煤朝着炉子的中心运动，并使该成焦炭的煤与矿石混合。反应后，炉料通过中心轴排出。
该技术的一个缺点是煤的挥发性组分并不参与金属氧化物的还原。且该方法不能获得较高的生产率，也不能使炉料的温度和材料高度均匀。

发明内容
本发明的目的是提供一种还原金属氧化物的方法，该方法能够更高效地利用含碳还原剂的挥发性组分的还原能力。
根据本发明，该目标通过一种在炉子中还原金属氧化物的方法而实现，该炉子有环形旋转炉膛，其中，含碳还原剂和金属氧化物沉积在所述旋转炉膛的一部分上的带状区域(strip)中，然后通过大致螺旋形的运动而运送到排料装置。第一部分还原剂在金属氧化物沉积到旋转炉膛上之前或在沉积的同时进行预热并与预热的金属氧化物混合，第二部分还原剂沉积在混合物上，且含碳的还原剂的挥发性组分以及一氧化碳用于还原金属氧化物。
与现有技术的方法不同，本发明的方法利用了含碳还原剂的挥发性组分中的至少一部分，尤其是甲烷和氢气，因为它们具有还原能力。
本发明的方法能够通过使金属氧化物和含碳还原剂混合以及通过高效利用含碳还原剂的挥发性组分的还原能力，从而提高反应速率，含碳还原剂的挥发性组分的高效利用是通过迫使该挥发性组分通过预热的混合物而实现的，该预热的混合物形成炉料。
本方法的一个优点在于该含碳还原剂中的挥发性组分，即干馏气体在第一阶段中用于还原金属氧化物，而在已知方法中，这些气体被燃烧和用于加热固体材料。
因此，金属氧化物通过两个阶段进行还原，或者通过至少两种不同的化学反应进行还原。该还原阶段可以同时或依次进行。
第一还原阶段利用在含碳还原剂的加热过程中释放的氢气和/或甲烷来进行。在温度低于900℃时，这些反应的反应动力学比一氧化碳的反应动力学更好。在工作条件下，尤其是在反应温度下，前述挥发性组分逐渐释放并与沉积在炉膛的金属氧化物接触，这样，它们参与所述氧化物的还原反应。
金属氧化物和所释放的还原气体在尽可能高的温度下接触，但是不会使还原反应的进程破坏。
将一定量的还原剂分成几部分并使这些部分依次沉积的作用是能够尽可能地利用还原剂中的挥发性组分。沉积在还原剂和金属氧化物的混合物层上的第二部分还原剂能够使得已经还原的金属氧化物在炉子中的滞留过程中避免重新氧化。
当该第二部分还原剂再分成几个小部分时，能够使得还原剂中的挥发性组分在没有与金属氧化物反应的情况下就溢出沉积层的量减至最小。而且，它还能使富含还原物的层与炉料的上表面接触，这又能使已经部分还原但还在该炉子中的金属氧化物的重新氧化的量最小，同样，这还能使得在表面上形成的铁橄榄石减至最少。
优选，沉积在炉料上的第二部分含碳还原剂再分成几个小部分。优选在这些部分沉积之前对它们进行加热。
优选，这些小部分占所用的还原剂的总量的20％，该量取决于所用的氧化物和还原剂以及反应条件。例如，第二部分的含碳还原剂再分成两个小部分，每个小部分占所加入的还原剂的总量的10％。
第二部分还原剂中的至少一个小部分可以在沉积之前或在进行沉积时与金属氧化物混合。该混合物可以包括60至100％的含碳还原剂和0至40％的金属氧化物，优选80至100％的含碳还原剂和0至20％的金属氧化物，其中，这些值取决于所用的金属氧化物和还原剂的种类以及反应条件。
重要的是应当知道，所加入的还原剂的性质和/或种类并不必须相同。因此可以选择第一部分还原剂更富含挥发性物质，而随后进行沉积的第二部分还原剂则含有较少的挥发性物质，或者相反。
第一和/或第二部分的含碳还原剂优选预热至温度为200℃，而金属氧化物优选预热至温度为850℃。
优选使所引入的金属氧化物的供给温度尽可能高，同时又不会使它们烧结。
优选，通过从由炉子排出到换热器内的燃气中回收的热量来对这些组分进行预热。
这些工作条件导致单位表面积的生产能力增加，还导致对于所获得的单位量的已还原金属氧化物，排出到大气中的二氧化碳的量减少。
本方法还有这样的优点，即由于控制了这些气体的速度，同时使炉子的容积最小，因此排放到该炉子外的灰尘更少。在大批量生产中，与已知方法生产的产品相比，本方法所获得的海绵状金属的还原程度更均匀。
优选，所用的含碳还原剂过量至少10％，该过量定义为相对于理论上还原该氧化物所需的量。
根据一个特定实施方式，提出了一种用于在旋转炉膛的炉子中直接还原金属氧化物的方法，在该炉子中，在炉膛的称为装料区的部分上沉积有包含了几层的炉料，该装料区占据了环的一定宽度，这取决于炉子的直径和容量。这些层可以同时沉积或依次沉积。
在这些层中的金属氧化物和含碳还原剂的浓度可以不同，优选，在上层的金属氧化物的浓度高于在下层的金属氧化物的浓度。优选，该下层含有过量的含碳还原剂。因此，在上层中的含碳还原剂的浓度小于在下层中的含碳还原剂的浓度。这时，金属氧化物的浓度有一个梯度，该浓度为沿从炉膛到炉料的上表面的方向增加。因此，在较深层中释放出更大量的挥发性组分，这些气体穿过这些层朝着炉料的上表面扩散，这时，这些挥发性组分将遇到更高浓度的金属氧化物。因为下层的温度低于上层的温度，含碳还原剂的挥发性组分在下层中逐渐释放，且这些挥发性组分在朝着上表面扩散的过程中将遇到非常热的金属氧化物。实际上，上层比下层热，首先因为上层含有较高浓度的金属氧化物，该金属氧化物预热至比含碳还原剂更高的温度，其次因为上层与炉子的气体接触。因此，挥发性组分将更有效地参与金属氧化物的还原。
优选，在下层的含碳还原剂的浓度处在金属氧化物的完全还原所需的理论浓度与重量浓度为100％之间，优选，重量浓度在30％与70％之间，尤其优选，重量浓度在35％和60％之间。
在上层中的含碳还原剂的重量浓度优选小于25％，尤其优选该重量浓度小于16％。
根据一个优选实施方式，炉料在该炉子内加热至温度为900-1250℃，优选1050-1150℃。
优选，含碳还原剂和金属氧化物的混合物或者炉料在它们处于炉子内时翻转和逐渐混合。
根据另一优选实施方式，炉料表面的形状为在该炉料上形成沟槽或小丘，以便通过增加炉子的辐射作用和通过增大与炉子中的气体的换热表面面积而增强该炉子的上部与炉料之间的换热。
沟槽或小丘的斜率通常在20°和65°之间，优选在40°和65°之间。
优选，在炉料的表面上产生锯齿形表面。
第二部分的还原剂所分成的小部分既可以添加到沟槽的基部，也可以添加到沟槽的顶部。
根据一个优选实施方式，炉料或混合物加入到环形炉膛的内侧部分，并通过大致螺旋形的运动而朝着炉膛的外侧部分传送，并且在反应后通过该环的外侧部分排出。
该混合物通常在转4圈或更多圈后排出。
优选，第二部分含碳还原剂中的至少一个小部分在所述混合物排出之前的至少一圈处沉积在混合物上。
含碳还原剂和金属氧化物的混合物的层优选沉积在与环的1/4或更小宽度相对应的一部分上。
优选，第二部分还原剂沉积在与环的1/4宽度相对应的旋转炉膛部分上。
在炉料处于炉子内时，该炉料的容积密度减小，也就是其容积增大。炉料的流动性改变，尤其是静止角增加，也就是，随着炉料在该旋转炉膛的炉子中的前进，小丘或沟槽的斜率可以变得更加陡峭。
根据一个优选实施方式，当炉料从旋转炉膛的中心部分向外侧部分传送时，容积的增大通过改变以下参数中的一个或多个而进行补偿带的宽度、沟槽的基部的宽度、沟槽的数目和沟槽的斜率。
优选，在还原过程中释放的气体的后燃烧在该炉子的环的内侧部分中进行。
优选，气体的排出和炉料在炉子内的运动沿径向相反的方向进行。
还原剂和金属氧化物都通过从燃烧气体和后燃烧的气体中回收的热量而进行预热。
显然，优选将一些石灰石与金属氧化物和/或含碳还原剂混合，首先是因为所述石灰石起到反应的催化剂的作用，其次是因为该石灰石能防止出现海绵状金属的粘结现象。此外，该石灰石通常还有利于生铁的脱硫和有利于形成有更好流动性的炉渣或熔渣。
在一个特殊应用中，由金属氧化物和含碳还原剂的混合物组成的层由一层包含这些组分的颗粒而形成。
术语“金属氧化物”包括金属矿石，尤其是铁矿石和从制铁和制钢过程及铸造过程中回收的金属氧化物，例如从高炉、钢厂、电炉或轧钢厂回收的金属氧化物，该“金属氧化物”还包括这些氧化物源与纯焦炭或与煤的混合物，需要时该混合物成颗粒状的形式。
术语“含碳的还原剂”应当理解为任意成固体或液体形式的含碳材料，例如煤、褐煤和石油衍生物。通常，该还原剂是煤，该煤在处理中有尽可能高的挥发性组分浓度，优选，该挥发性组分的浓度大于15％。
根据本发明的另一方面，还提供了一种旋转炉膛的炉子，用于还原金属氧化物，所述炉子包括一环形旋转炉膛，该环形炉膛再细分成一装料区，至少一个中间区域，该中间区域邻近装料区，一排料区，该排料区邻近中间区域，该装料区包括一个用于在旋转炉膛的带状部分上沉积炉料的装置，该炉料包括一层或多层金属氧化物和还原剂的混合物；该炉子的中间区域或者还有装料区包括一个用于在炉膛旋转时逐渐搅拌该炉料的上面部分和下面部分，并同时使该炉料径向运动的装置；该炉子的中间区域或者还有装料区包括一个用于在炉料上沉积一层或多层还原剂或者混合有金属氧化物的还原剂的装置；该排料区包括一个排料装置，该排料装置能够使金属化的炉料在一个或多个排料点处排出。
在一个优选实施方式中，该炉子包括用于在沉积层的表面上产生沟槽或小丘的装置，从而获得基本锯齿形的表面。
用于沉积一层或多层金属氧化物和还原剂的混合物的装置以及用于在炉料上沉积一层或几层还原剂或者金属氧化物和含碳还原剂的第一混合物的装置可以包括一个用于在该层的沉积之前、之后或期间对含碳还原剂和金属氧化物进行混合同时加热的装置。
优选，该炉子包括用于搅拌的装置，该装置包括搅拌器，该搅拌器有叶片，该叶片布置成象搅拌器的齿，所述搅拌器径向固定和布置在该炉子中。
优选，所述搅拌器包括叶片，该叶片穿入该层的同时使该混合物径向朝该环的排料侧移动。
该叶片通常是偏置的，即布置为相对于由前面的搅拌器的叶片所形成的沟槽或小丘成稍微交叠的形式，这样可以将各沟槽的一面移去或整平，从而形成新的沟槽。
根据一个优选实施方式，该装置能够通过第一作用而将锯齿的峰顶向下带入沟槽的凹谷内，该锯齿的峰顶是沟槽的最热的部分，且该装置能够通过第二作用而使各锯齿的一个表面运动到相邻锯齿的表面上，从而覆盖通过第一作用而带下的材料。
优选，该叶片的工作角为相对于沟槽的切线所成的角度在20°和30°之间。该叶片的工作角在任何时候都能进行调节，以便使炉料的径向移动方向反转和增加炉料在炉子中的滞留时间。
优选，该叶片的形状为能使炉料翻转。
根据一个特殊实施方式，该排料装置包括一个蜗杆传送器或导向板。当采用导向板来实现该炉子的排料时，该炉子的环的宽度能够大于当采用蜗杆传送器时的宽度。实际上，使炉子内达到较高温度后，超过一定长度的蜗杆驱动器将产生机械过载。
优选采用能保证以固定速率排料的排料装置。这样的排料装置优选包括一个或多个用于将沟槽或小丘的顶部犁平以获得大致平表面的装置和一个或多个导向板。
这时，该导向板规则地布置在炉子的排料区。各导向板的孔的角度和/或穿入深度将根据它们相对于旋转炉膛的位置而进行选择。优选，该炉子包括安装在该活动炉膛炉子的外壁内和/或在炉顶外环内的燃烧器，以便使炉子的温度保持在大约1200至1550℃，优选大约1400℃。


下面将参考由附图表示的本发明优选实施方式来详细介绍本发明。
图1表示了回转炉的平面投影图，并表示了在该回转炉中的搅拌器分布。
图2表示了穿过该回转炉的剖面的垂直投影图。
图3表示了在装料过程中形成的沟槽。
图4表示了由于位于固定搅拌器上的叶片的第一作用而引起的、在炉料中的沟槽。
图5表示了由于位于固定搅拌器上的叶片的第二作用而引起的、在炉料中的沟槽。
图6表示了穿过搅拌器和叶片的剖面的垂直投影图，其中一个臂将该叶片固定到搅拌器上。
具体实施例方式
图1中表示了本发明方法的工作原理。
在图1和2中，第一装料区标号为1，第二装料区标号为20，通过几个导向板而从回转炉膛3中排料的区域标号为2，该炉膛3沿由箭头4所示的逆时针方向绕炉的轴线5进行运动。固定在该炉的外壁上的燃烧器标号为6，燃烧气体穿过标号为7的内壁而排出，并送至由标号8表示的换热器。支承叶片的搅拌器以参考标号9表示，氧气注入口以参考标号10表示，而参考标号11表示炉料。
图3表示在经过叶片之前的沟槽12。
图4表示在叶片作用之前沟槽的峰顶13的平整。
图5表示由于叶片的第二作用而引起的沟槽14的平整。
图6表示穿过搅拌器15以及叶片18的剖面的垂直投影图，其中，该搅拌器15具有外部绝热材料和内部水冷腔室17，该叶片18有一个臂19，该臂19将该叶片固定在搅拌器上。
下面将更详细地介绍双重作用叶片的作用。炉子的进口提供有用于在炉料的表面产生具有三角形截面的沟槽的装置，以便获得锯齿形的表面。在延伸至装料区的中间区域中，该炉子包括另外的双重作用装置，该双重作用装置通过第一作用而将构成各锯齿的峰顶的材料向下送入到相邻凹谷部分中，以便防止该峰顶的材料快速加热而达到烧结温度和/或熔点，而达到烧结温度和/或熔点将使得它们与炉料的混合以及金属氧化物的还原更困难。第二作用将移去各锯齿的一个面，且需要时也移去基部的一部分，该移去的材料运动到相邻锯齿的表面上并覆盖通过第一作用而带下的材料。因此，当炉膛旋转时，炉料在不断增加的深度上逐渐混合并径向运动，在炉料的每转一圈的最后阶段，锯齿的基部径向移动一段或几段，所经过的总距离对应于装料区的宽度。
在随后的第二中间区域中，该炉子包括类似的双重作用装置，从而使其能够通过第一作用而移去锯齿的峰顶，并将该部分带入相邻的凹谷中。第二作用将使各锯齿的一个表面向下移向炉膛，该移去部分运动到相邻锯齿的表面上，并覆盖通过第一作用而带来的材料。当炉膛旋转时，炉料径向运动，以便在旋转数圈后朝着环的、与该装料区相对的部分排出，优选在4圈或更多圈后。
当然，这两个区域可以包括相同的装置。
在炉子的这些中间区域中，工作条件选择成这样，即能够在尽可能快地使炉料产生较高和均匀的温度的需要和使金属氧化物层或金属氧化物与煤的混合物的顶层仅与下层的上面部分逐渐进行接触，从而避免涉及到其较冷的下层的需要之间平衡，因此，这样形成的新混合物的温度高于600℃，尤其是为大约700℃至800℃。
炉膛的转速选择为炉子直径的函数。它可以为3至16转每小时，优选8至12转每小时。
炉料相对于叶片的速度优选在10至50cm/s之间，优选在15至30cm/s之间。
而且，对于上层的炉料，能基本避免其玻璃化，例如通过形成铁橄榄石型硅酸盐而玻璃化，该铁橄榄石型硅酸盐对还原起到抑制作用。因此，在表面层上沉积的含碳第二部分还原剂将使得富含还原物的层与炉料的表面层接触，从而使已经部分还原的金属氧化物在炉子中的重新氧化减至最小，同时使得铁橄榄石在表面的形成减至最小。而且，例如搅拌器这样的装置保证该表面层快速混合到直接在其下面的层中。
这样的目的是使生产时间尽可能的短。当炉料的厚度为大约5至10cm时，生产时间由炉料中的最冷的点决定，海绵状金属具有比通过现有还原方法而生产的海绵状金属更好的均匀性，现有技术通常的缺点是在以现有技术的方法生产的产品中，金属氧化物具有变化的还原程度。
在该优选实施方式中，能进行以下工作-第一部分还原剂的装料在环的内轮廓，即较小的圆内进行，优选在环的1/6至1/12的宽度上进行，-根据在环的宽度上进行装料的条件而经过4个或更多整转的炉料将通过搅拌器而翻转达到100次，该搅拌器有不同形状的叶片，且该叶片根据在炉子中的区域而有不同的作用，-在各叶片处，炉料径向向外运动，因此，该炉料进行大致螺旋形的轨道运动，-第二部分还原剂的装料在邻近上述装料区的区域内和在排料区内进行，-排料通过一个或多个导向板而在环的外侧部分进行，该导向板的长度分别对应于装料的宽度或装料的宽度的一小部分，-燃烧器布置在炉子的侧壁内并在炉膛的上面，主要在环的外壁中、在较大的圆上和/或在炉顶的外环中，-气体通过沿与材料运动方向相反的方向流动，从而通过在环内侧的壁，即在较小圆上的壁排出。
在搅拌器上，具有不同尺寸和形状的双重作用叶片布置成这样，即在第一中间区域的叶片以不断朝着炉膛向下加深的方式逐渐搅拌炉料，而第二中间区域的叶片具有与第一叶片不同的形状，并搅拌沟槽和沟槽的基部，在该第二中间区域，炉料还没有烧结且还很容易混合。这样，能防止在炉料表面上出现较厚、较硬、难于破碎和难于排料的已还原金属氧化物片。
这些搅拌器是固定的，并在炉子中径向布置，第一叶片位于第一中间区域内，该第一中间区域延伸了装料区，即在该区域内将材料供给炉子。
搅拌器的叶片是固定和偏置的，即以相对于由前面搅拌器的叶片所形成的沟槽稍微交叠的方式布置，例如交叠50mm，以便移去各沟槽或锯齿的斜面。炉膛上的材料的运动导致混合(即搅拌)和形成新的沟槽或锯齿。叶片在炉料的整个表面上产生具有三角形截面的沟槽，这使得炉料与炉子中气体的交界表面面积增大了大约20至65％，从而使从炉子向炉料的传热更大。
第一和第二类型的双重作用叶片布置成这样，在每次通过炉料时，一部分炉料翻转，与炉子中的气体接触的上层炉料下降，同时下层炉料上升，该上层炉料最初包括金属氧化物，然后包括金属氧化物和煤的混合物，最后包括还原后的金属氧化物。
叶片的末端形状为能使材料翻转，这样，沟槽的最顶端部分，即最热的部分朝着新形成的沟槽的槽谷运动，以便保证更好地搅均。
所述叶片的末端例如可以通过内部循环的液体冷却剂而冷却。
搅拌器可以在炉子区域中的各段通道上，并在炉子的不同区域内线性布置。优选，该布置是非线性的，并将根据表面温度和炉料中的温度梯度而布置。
在排料区上游的一个搅拌器在与排料区的宽度相等的宽度上包括一个能够压平轮廓表面的峰顶的装置，以便获得大致平的表面，这使得炉子的排料更容易。
含碳还原剂的量这样确定，即通过使已有的金属氧化物完全进行还原所需的化学计算量减去与挥发物的还原作用相对应的量，或者还要加上使该海绵状金属熔化和随后形成合金所需的量。
使金属氧化物层与下层逐渐混合将形成如下结果，其中该下层的温度必须为在靠近金属氧化物和煤之间的交界面的区域内的温度高于更深层中的温度-通过使该上层和炉子中的气体之间的交界表面的面积增加，从而传递更多热量；
-最初存在于炉料上部的单独一层中，随后逐渐存在于混合物中的金属氧化物层具有较高的导热性，这有助于得到比采用多层的方法更好的传热，且没有还原剂对该过程的干扰，该还原剂此时为煤，煤是热的不良导体；-形成炉料的层的逐渐混合能够很快地使整个所述炉料的温度均匀；-金属氧化物非常快地达到高温，在高温下金属氧化物的反应率更大，这增加了还原处理的效率，并减小了工作时间；-通过使煤逐渐达到更高温度而逐渐释放和产生的挥发性组分能够高效地直接用作还原剂；-立刻出现利用氢气进行的还原，利用氢气进行还原是优化的，它与利用CO气体相比具有更好的反应动力学。
-通过CO进行还原的效率更高，因为更热的上层逐渐与直接在其下面且达到足够高温度的层混合，而并不与最深的层混合，该最深的层仍然太冷；-原则上，生产单位质量的还原金属能够产生更少的二氧化碳；-能避免表面温度太高，因此不会产生铁橄榄石；-能防止在炉料表面上出现太厚、太硬、难于破碎和难于进行排料的已还原金属氧化物片；-对于给定的产量，与使用旋转炉膛炉子的其它方法相比，该炉子的体积更小。
通过安装在活动炉膛炉子的外壁中和/或在炉顶外环中的燃烧器并通过在环的内侧部分中的后燃烧，炉子通常保持为顶部温度为大约1300至1450℃，优选为大约1400℃。
上层与下层逐渐混合意味着所达到的最大表面温度不会超过1100至1200℃。
本发明还能够增加由颗粒物组成的炉料的均匀性，这有利于大大增加炉料的厚度，有利于进行更快和更高效的工作循环，有利于使炉子更紧凑，还有利于优化换热。
权利要求
1.一种在炉子中还原金属氧化物的方法，该炉子有环形旋转炉膛，其中，含碳还原剂和金属氧化物在所述旋转炉膛的一部分上沉积，然后通过大致螺旋形的运动而运送到一排料装置，其特征在于第一部分还原剂在以混合物的形式沉积到旋转炉膛上之前或在沉积的同时进行预热并与预热的金属氧化物混合，第二部分还原剂沉积在该混合物上，且含碳的还原剂的挥发性组分以及一氧化碳用于还原金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该第二部分还原剂以几个小部分的形式加热和沉积在混合物上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于该第二部分还原剂占所用的还原剂的总量的20％。
4.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于该第二部分的还原剂再分成两个小部分，每个小部分占所用的还原剂的总量的10％。
5.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于该第二部分还原剂中的至少一个小部分在沉积于混合物上之前或在进行沉积时与金属氧化物混合。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于该第二部分还原剂中的至少一个小部分包括60至100％的含碳还原剂和0至40％的金属氧化物，优选80至100％的含碳还原剂和0至20％的金属氧化物。
7.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于该含碳还原剂预热至温度为200℃，和/或金属氧化物预热至温度为850℃。
8.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于利用从燃气中回收的热量来对含碳还原剂和/或金属氧化物进行预热。
9.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于第一部分含碳还原剂和金属氧化物沉积成一个或多个叠加的层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于该叠加的层依次沉积。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于该叠加的层一次沉积。
12.根据权利要求9至11中任意一个所述的方法，其特征在于这些层包括不同浓度的金属氧化物和含碳还原剂。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于在上层中的含碳还原剂的重量浓度小于25％，尤其优选该重量浓度小于16％。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于在下层中的含碳还原剂的浓度处在金属氧化物的完全还原所需的理论重量浓度与重量浓度为100％之间，优选，重量浓度在30％与70％之间，尤其优选，重量浓度在35％和60％之间。
15.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于该混合物在该炉子内加热至温度为900-1250℃，优选1050-1150℃。
16.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于金属氧化物所采用的供给温度尽可能高，同时还避免该金属氧化物的烧结。
17.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于含碳还原剂和金属氧化物的层在它们处于炉子内时进行翻转和逐渐混合。
18.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于金属氧化物和含碳还原剂的混合物的表面形状为在其上形成有沟槽或小丘。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于该沟槽或小丘的斜率在20°和65°之间。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于在金属氧化物和含碳还原剂的混合物的表面上产生大致成锯齿形的表面。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于当炉料滞留在炉子中时，使下面的一个或多个参数改变装料带的宽度、沟槽基部的宽度、沟槽的数目和沟槽的斜度角。
22.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于该混合物加入到环形炉膛的内侧部分，并通过大致螺旋形的运动而朝着炉膛的外侧部分传送，并且在反应后通过该环的外侧部分排出。
23.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于该混合物通常在转4圈或更多圈后排出。
24.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于该第二部分含碳还原剂中的至少一个小部分在所述混合物排出之前的至少一圈处沉积在该混合物上。
25.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于固体还原剂和金属氧化物的混合物的层沉积在与环的最多1/4宽度相对应的一部分上。
26.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于第二部分还原剂沉积在与环的最多1/4宽度相对应的旋转炉膛部分上。
27.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于在该环的内侧部分中获得后燃烧的气体。
28.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于气体的排出和炉料在炉子内的运动沿径向相反的方向进行。
29.根据前述任意一个权利要求所述的方法，其特征在于该含碳还原剂和/或金属氧化物包括一些石灰石。
30.一种用于还原金属氧化物的旋转炉膛炉子，包括一环形旋转炉膛，该环形旋转炉膛再细分成一装料区，至少一个中间区域，该中间区域邻近装料区，一排料区，该排料区邻近中间区域，该装料区包括一个用于在旋转炉膛的带状部分上沉积炉料的装置，该炉料包括一层或多层金属氧化物和还原剂的混合物；该炉子的中间区域或者还有装料区包括一个用于在炉膛旋转时逐渐搅拌该炉料的上面部分和下面部分，并同时使该炉料径向运动的装置；该炉子的中间区域或者还有装料区包括一个用于在炉料上沉积一层或多层还原剂或者还混合有金属氧化物的还原剂的装置；该排料区包括一个排料装置，该排料装置能够使金属化的炉料在一个或多个排料点处排出。
31.根据权利要求30所述的炉子，其特征在于用于沉积一层或多层金属氧化物和还原剂的混合物的装置以及用于在炉料上沉积一层或几层还原剂，并最终在已还原的金属氧化物和还原剂的第一混合物上与金属氧化物混合的装置包括一个用于在该层的沉积之前、之后或当时对含碳还原剂和金属氧化物进行混合同时加热的装置。
32.根据权利要求30或31所述的炉子，其特征在于该炉子包括用于在沉积炉料的表面上产生沟槽或小丘的装置，从而获得基本锯齿形的表面。
33.根据权利要求30至32中任意一个所述的炉子，其特征在于该排料装置包括一个蜗杆传送器或一个导向板。
34.根据权利要求33所述的炉子，其特征在于该排料装置包括一个或多个用于将沟槽或小丘的顶部犁平以获得大致平表面的装置和一个或多个导向板，该装置和导向板各有固定或可调的穿入能力。
35.根据权利要求30至34中任意一个所述的炉子，其特征在于它包括用于搅拌的装置，该装置包括搅拌器，该搅拌器有双重作用叶片，该叶片布置成象搅拌器的齿，所述搅拌器径向固定和布置在该炉子中。
36.根据权利要求35所述的炉子，其特征在于该搅拌器和叶片将进行冷却。
37.根据权利要求35或36所述的炉子，其特征在于该搅拌器包括叶片，该叶片穿入该层的同时使该混合物径向朝该环的排料侧移动和/或该叶片穿入该层的整个深度，同时使该混合物径向朝该环的排料侧移动。
38.根据权利要求35至37中任意一个所述的炉子，其特征在于该叶片是偏置的，即布置为相对于由前面的搅拌器的叶片所形成的沟槽或小丘成稍微交叠的形式，这样可以将各沟槽的一个斜面移去，从而形成新的沟槽，其中，该装置能够通过第一作用而将锯齿的峰顶向下带入沟槽的凹谷内，并通过第二作用而使各锯齿的一个表面运动到相邻锯齿的表面上，从而覆盖通过第一作用而带下的材料。
39.根据权利要求35至38中任意一个所述的炉子，其特征在于该叶片的工作角为相对于沟槽的切线所成的角度在20°和30°之间。
40.根据权利要求39所述的炉子，其特征在于该叶片的工作角在任何时候都能进行调节。
41.根据权利要求35至40中任意一个所述的炉子，其特征在于该叶片的形状为能使炉料翻转和/或对炉料进行搅拌。
42.根据权利要求35至41中任意一个所述的炉子，其特征在于该炉料相对于叶片的速度在10至50cm/m之间，优选在15至30cm/m之间。
43.根据权利要求30至42中任意一个所述的炉子，其特征在于该炉子包括安装在该活动炉膛炉子的外壁内和/或在炉顶外环内的燃烧器，以便使炉子的温度保持在大约1200至1550℃，优选为大约1400℃。
全文摘要
本发明涉及一种在旋转炉膛的炉子中还原金属氧化物的方法,其中,含碳还原剂和金属氧化物在所述旋转炉膛的一部分上沉积,然后通过大致螺旋形的运动而朝着排料装置运送。所述方法中:第一部分还原剂在以混合物的形式沉积到旋转炉膛上之前或在沉积的同时进行预热并与预热的金属氧化物混合,第二部分还原剂和一氧化碳用于还原金属氧化物。
文档编号C21B13/10GK1361832SQ99816824
公开日2002年7月31日 申请日期1999年7月28日 优先权日1999年7月28日
发明者吉多·蒙蒂尼 申请人:西德马公司