专利名称：还原铁烧结块的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种还原铁烧结块的制法，是在移动床还原炉中将加入含碳材料的铁氧化物附聚团粒进行还原。
已有技术在制造还原铁的已知方法，所谓MIDREX制法中，将天然气退化所产生的还原气通过一个吹风管嘴吹入竖式炉内，使填充在炉内的铁矿或铁氧化物丸粒在还原气氛中还原。这种方法要使用大量的昂贵天然气，并需将天然气进行退化处理。因此，这种方法不可避免地会导致高的生产成本。
近年来，利用廉价的煤来代替天然气用于还原铁的制法，已引起人们注意。例如，美国专利号No.3，443，931公开了一种制造还原铁的方法，包括将粉碎了的铁矿和含碳材料例如煤的混合物进行造粒，并将这种铁氧化物在热气氛中还原。在该制法中，将加入有干燥含碳材料的一种给定深度的铁氧化物丸粒供入旋转床炉。所含物质在炉内移动并由辐射热加热而通过含碳材料还原铁氧化物。还原了的铁丸粒通过辐射冷却予以冷却，然后通过卸料装置从炉内卸出。与MIDREX制法相比，这种制法具有某些优点使用煤作为还原剂、直接使用粉状铁矿、及高的还原率。
然而，当铁氧化物丸粒被供入还原炉时，其滚动、摩擦或下落撞击会引起由丸粒形成粉末，并且这种粉末与丸粒一起被送入炉中。供料粉末沉积在旋转炉床上。由于这种粉末还包括有含碳材料，所以与铁氧化物丸粒一起还原形成还原了的铁粉。一部分还原铁与还原铁丸粒从炉中卸出，而其余部分被卸料装置压轧进入旋转床层表面。被压轧的还原铁粉沉积在旋转炉床表面上而不被再氧化。在旋转炉床的转动过程中，还原了的铁粉进一步沉积并逐渐与以前还原了的铁粉结合成整体而形成一层较大的还原铁板。
根据上述美国专利，将一种铁矿、煤粉及SiO2的混合物在基底耐火材料上在1，300-1，400℃加热，使形成一种含有FeO和SiO2的低熔点物质，然后将炉冷却而形成一种半熔化炉床，这是为了用卸料装置以机械方式卸出还原了的铁板和促使从炉床到铁氧化物丸粒的热传递。
这样的炉床构造不可避免地需要一段长的准备周期，然后才能进行高温炉操作。由于炉床材料能够以半熔化状态出现的温度范围很窄，为1，150℃，所以炉床的温度必须控制得很均匀。当移动炉床的温度不均匀时，则在移动床的两端温度较低，并且炉床成份存在于一种不粘结的固体状态。因而，当用卸料装置将还原了的铁烧结块卸出时，疏松的炉床成分会分离。当移动的炉床表面从卸料装置中以辐射冷却方式冷却时，则炉床的内部比冷却了的表面更热和更粘。因而，包含在烧结块中的铁粉末便从表面被挤压进入活动床的内部。结果，这种粉末便形成一个大的还原铁板，它不易用卸料装置卸出。而且这种粉末与由FeO和SiO2组成的炉床材料(hearth material)混合，会引起床层材料增加熔点。因而炉床的半熔化状态和炉床表面的光滑性不能得以保持。
与这种工艺方法不同的另一种可能的方法是，在基底耐火材料上构造一种成形的或无定形的耐火物。然而，上面覆盖的耐火物会受热冲击而损坏。而且构造这种成形的或无定形的耐火物是通过人工挥洒方法(human-wave tactic)来进行并需较长的加工时间。
发明内容
公开本发明的目的是提供一种制造还原铁烧结块(agglomerates)的方法，其中一种炉床成分(hearth member)是容易构造的、具有高的耐久性、能保持表面平整并且较少变化。
本发明制造还原铁烧结块的方法，包括下列各步骤将加入有含碳材料的铁氧化物附聚团粒(agglomerates)供送到在移动床炉内移动的移动炉床上；通过加热来还原铁氧化物附聚团粒以形成还原铁的烧结块，同时移动炉床在移动床炉内移动；以及为了收集产物而将还原铁烧结块从移动床炉内卸出。移动床层是用烧结方法形成的，即将主要由铁氧化物组成的炉床材料(hearth material)予以烧结并制作成一层在基底耐火材料上的烧结物。烧结后的移动床层在还原步骤中的操作温度下是不熔化的。
根据本发明，移动床层是用烧结方法容易形成的，即将炉床成份(hearth member)通过烧结制作成一层在移动床炉中的烧结层。与在基底耐火材料上提供一种成形的或无定形的耐火材料层相比，这种制法比较简单。
由于床成分是处于烧结的固体状态并且在还原步骤中的操作温度下是不熔化的，所以移动床具有高的耐久性并且能够重复使用。而且，在烧结块中包含的铁粉不会形成大的还原铁板而抑制还原铁烧结块的卸料。这样移动炉床的表面平整性便容易保持。
由于主要由铁氧化物组成的炉床材料被用作移动炉床，所以炉床成份和要还原的主要原料成份都是由相同的材料组成。因而，不会发生由于混入铁氧化物附聚团粒中的粉末而改变炉床成份。由于炉床材料是在还原步骤中被还原的，所以在作为产品的还原铁烧结块中的金属含量不会减低，即使炉床成份从移动炉床中被分离出来并从移动床炉中排卸出来。
优选，将一种含有氧化镁的中间层安置在基底耐火材料与炉床成分之间。
即使在还原步骤的操作过程中炉床成份发生熔化，而氧化镁中间层可防止熔化的炉床成份与基底耐火材料接触。因此不会发生由于床层成份的损坏而停产。
优选，炉床成分的制作是将炉床材料的附聚团粒放置在移动炉床的基底耐火材料上并将炉床材料压平成一层。
在此工艺方法中，床层成份的构制能够容易和快速进行。因为在生产还原铁烧结块的一般装置，例如供给铁氧化物丸粒的漏斗，可用来制作炉床成分，设备费用可以降低。在生产一般还原铁烧结块中所使用的压平器或卸料装置也可用在这一压平步骤中。
优选，炉床材料由含有1-8.5重量％水的铁矿粉组成。
在此情况下，炉床成份可有效地制成。水的含量低于1重量％或高于8.5重量％，都引起过高的下落强度(dropping strength)。因而压平器等不能压平炉床材料。而且，压平器在压平操作过程中不能压碎炉床材料的附聚团粒。
优选，炉床材料还含有一种粘合剂。
在此情况下，容易由铁矿粉形成附聚体。因炉床材料具有优良的加工处理特性并有助于改进生产效率。
优选，移动炉床是热可修复的，即用炉床材料的附聚团粒填盖在移动炉床上所形成锯齿形凹坑部分。
由于移动炉床可用床层材料的补充附聚团粒来填盖移动床层上的齿状凹坑部分而得以修复，所以移动床层表面上的光滑度容易保持。
附图简述
图1是本发明的还原铁制法中所使用的移动床炉的俯视图；图2是本发明的还原铁制法中所使用的移动床炉主要部分的主视图；图3是按照本发明直接制作在基底耐火材料上的炉床成份的剖视图；图4是按照本发明含有粘合剂的铁矿粉炉床成份中下落强度与水含量之间的关系；图5是根据本发明在基底耐火材料上形成的一层氧化镁中间层上制成的炉床成分剖视图；图6是根据本发明还原铁制法中所使用的移动床炉的俯视图，其中正在进行热修复；图7是根据本发明制造还原铁的方法中说明热修复的必要性示意图。
一些优选实施方案将参照附图描述如下图1是本发明还原铁制法中所使用的还原炉的俯视图。图2是根据本发明还原铁的制法中所使用的还原炉的主体部分的主视图。图3是按照本发明炉床成份直接制作在基底耐火材料上的剖面示意图。
图1和图2所示的还原炉是一种具有旋转炉床的旋转床炉。在此实施方案中，一种炉床材料4的附聚团粒是通过供给铁氧化物附聚团粒的供料漏斗5供送到构制在基底构件8上的基底耐火材料3上。床层材料4是由铁矿粉(铁氧化物粉)组成。炉床材料4的附聚团粒是用压平器6均匀地分布在宽度方向的炉床上并将铁矿粉压平成一层床层。虽然用压平器进行压平不总是必要的，但滚压能促使料层的压平。通过转动炉床转动一圈移去多余的炉床成份，然后通过卸料装置7的刮削卸去还原铁丸粒。由卸料装置7刮去多余床层成分后的床层成分表面便更加平整。在旋转炉床上形成的一层炉床成分1在还原步骤中通过一个燃烧器加热到操作温度，范围为1，250-1，350℃，形成一种多孔固体烧结移动床。压平器6是用来均匀地供应铁氧化物丸粒，使其在移动床的宽度方向上具有给定的厚度。基底耐火材料3可直接用炉床成分填盖而不使用供料漏斗5。
在该实施例方案中，先将基底耐火材料3构建在移动床的基底构件8上，而烧结的炉床成分是构建在基底耐火材料3上，如图3所示。
在传统的还原步骤中，铁氧化物附聚团粒或丸粒(pellets)是通过供料漏斗5供送到炉床成分1上，并由压平器6压平成一给定厚度。由于铁氧化物丸粒是干燥的和硬的，它们不会被压平器6压碎。在移动炉床上的丸粒被加热到1，250-1，350℃，并被包含在铁氧化物丸粒中的含碳材料还原，在炉床移动的过程中形成还原了的铁丸粒。在还原反应过程中生成的气体通过排气导管9从还原炉中排放出来。还原了的铁丸粒作为产品从还原炉中通过卸料装置7卸出。
本发明中的“附聚团粒”是，但不限于，丸粒和球块(briquettes)，还可包括其它形状，例如片块和砖形块(bricks)。
在本发明的一优选实施例中，一种炉床成分是由铁氧化物组成的，是制作在基底耐火材料上。
当含有至少30％总量铁的铁氧化物粉用来制作在基底耐火材料上的炉床成分时，还原炉可在炉床成分构建之后立即操作。这样的铁含量在加热过程中有利于铁粉的烧结，并且当铁粉加热到操作温度1，250-1，350℃时便形成一种多孔性硬烧结的炉床成分。由于铁氧化物粉含有少量的脉石，所以当铁粉加热到800℃或以上时，扩散粘合和炉渣粘合便加速烧结。因而便形成一种多孔固体炉床，很像烧结丸粒物质。因而，还原炉在铁氧化物粉作为床层成分分布在基底耐火材料上和加热到操作温度1，250-1，350℃之后便可立即进行生产操作。
因为用作炉床成分的铁氧化物粉是铁氧化物附聚团粒(丸粒或球块)的原料，所以铁氧化物粉是容易制备的。
能够用作炉床成分的材料主要是由铁氧化物组成，包括上述的铁矿粉(铁氧化物粉)、轧制铁鳞、高炉灰、转炉灰、烧结灰、电炉灰、及其混合物。
为了由含有面粉作为粘合剂的铁氧化物粉制备附聚团粒，需要13％重量的水。但是，如图4所示，较高的水含量会导致增加下落强度(droppingstrength)，这会抑制由压平器对炉床表面的压平。因而，附聚成团粒的炉床成分需使干燥以降低水含量至8.5％重量或更低。当水的含量低于1％重量时掉落强度还可减少，所以在附聚团粒的炉床成分中水含量优选范围为1-8.5％重量。附聚成团粒的炉床成分的平均直径为10mm于上述水含量情况下。优选附聚成团粒的炉床成分的大小范围为3-22mm以避免减少产率和由于干燥机和传送装置的限制等问题。
可使用的粘合剂除面粉之外，已知还有有机粘合剂和无机粘合剂。并非总需要加入粘合剂，虽然添加粘合剂较理想。
参照图5，在本发明的另一优选实施例中，将主要由氧化镁组成的一个中间层形成在基底耐火材料上，基底耐火材料层是构制在基底构件8上，并且炉床成分1便制作在氧化镁中间层上。
在该实施例中，即使由于还原炉中的非常高的温度造成炉床成分1熔化，但炉床成分1不与基底耐火材料3反应，这样不会损坏基底耐火材料。亦即，氧化镁具有2，800℃的高熔点，并在操作温度1，300℃下与其它耐火材料反应，这样不会形成低熔点材料。即使形成了低熔点材料，但是产物的量极低。因而，即使炉床成分1熔化，基底耐火材料也不致损坏，并可避免关闭停产。此外，移动炉床的使用寿命可以延长。
主要由氧化镁组成的中间层，优选由粉碎的氧化镁熔块制成的粉末、颗粒、或附聚团粒形成。
现在描述当进行热修复的一实施方案。图6是本发明还原铁制法中所使用的一移动床炉的俯视图，其中进行了热修复。在图6中，与图1具有相同参考编号的一些部件，均有相同的功能，在该实施方案中不再描述。
当还原炉被连续使用时，会发生炉床成分1的分离，而在炉床成分1上形成齿形凹坑A。齿形凹坑A会引起炉床成分表面平整性的恶化并对还原了的铁丸粒的生产造成不利影响。当形成了某种大面积的齿形坑A时，就需用炉床材料4来填充这些齿形凹抗以修复炉床，图7示意表示了这些齿形凹坑A。
在图6中，当形成了预定量的齿状凹坑A时，便暂停还原铁烧结块的生产并进行对炉床成分的热修复。在此实施方案中，由给料漏斗5供给附聚成团粒的炉床材料4来填盖齿形凹坑A并由压平器6分布在炉床的整个表面上，使其从炉床凸出+5mm的高度。当移动炉床转动一圈到达此位点时，炉床的表面被卸料装置7刮平。刮平了的炉床成分再进行烧结。
在此实施方案中，修复是用供料漏斗5和压平器6进行。供料器和压平单元装置可供在热修复过程中专用。例如，附聚成团粒的炉床成分1可从在移动床炉侧面上设置的孔口供给。修复可用操作员的人工挥洒方法(human-wave tactic)而不使用上述这些装置。也可以进行冷修复以代替热修复。
实施例1将膨润土(Bentonite)作为粘合剂加入到800至1，500cm2/克的铁矿粉中作为炉床材料并加入水，使水的含量为13％重量。将此混合物成型制成附聚团粒，平均直径为10mm。参照图1，将附聚团粒通过供料漏斗5供送到炉中的基底耐火材料3上(图3)并用压平器压平。基底耐火材料3是无定形的，是由44-47％的Al2O3和35-44的SiO2组成，其厚度为45-50mm。过量的附聚团粒4通过卸料装置7的卸料螺杆卸去。用作炉床材料的附聚团粒4被压轧而形成均匀的一层床材料，当附聚团粒用压平器6压平后炉床成分1没有空隙。炉床成分1具有厚度为50nm。加热还原炉蒸去水份，再加热到起始操作温度1，250-1，350℃。表1列示出从制作开始形成炉床所需要的时间和对比例中的时间。表1中的冷加工时间是指将炉床成分1制作在基底耐火材料上的时间，加热时间是指加热到形成炉床的温度所需加热时间，在对比例中炉床形成时间是指炉床材料的熔化时间和固化时间之和，总共时间是指从冷加工开始到操作开始的时间。
炉床成分1的加热类型包括加热到200℃，保持此温度3小时用于干燥，然后再以50℃/小时的加热速率加热至1，300℃。
在对比例中，将铁矿、作为还原剂的煤粉、及SiO2一起混合，并将此混合物加热至温度为1，300℃或以上，这样炉床便由FeO和SiO2组成并通过还原熔化而具有低熔点，再将此混合物冷却到低于固化温度。这样，用于形成炉床的总时间达到26.7小时，如表1所示。相反，在本发明实施例1中的炉床成分是在加热过程中通过烧结形成的，即加热至操作温度大约1，300℃形成的，而无需补加时间用于形成炉床。因而总的时间减少了。由于实施例1中的炉床成分在大约1，300℃的操作温度下是不软化的，并且具有在宽度方向上的均匀硬度，即使当温度不均匀时。因而卸料装置的卸料螺杆不会将还原了的铁粉压轧到移动床的表面层中去。结果，卸料螺杆便能刮去沉积在移动床上的铁粉，而在床层上不会形成一层厚的还原铁板或铁层。由于实施例1中的炉床不是通过熔融形成的，所以在深度方向上的裂纹很难形成。因而，当卸料螺杆刮去炉床上由于还原铁粉再氧化形成的铁氧化物层时炉床很难分离而形成附聚团粒，上述还原铁粉是在冷却步骤中沉积在移动炉床上。由于炉床材料的主要成分和要还原的铁氧化物附聚团粒两者都是铁氧化物，所以在整个时间内炉床成分的变化便减少了，即使从铁氧化物附聚团粒中出来的粉末包含在炉床成分内也是这样。
表1
实施例2实施例2包括对具有齿形凹坑的移动炉床进行热修复。实施例2的炉床成分与实施例1的相同。移动床表面的热修复如下。用供料漏斗5供给床材料，并用压平器6压平。将过量的床材料用卸料装置的卸料螺杆从炉中卸出。当在实施例2和对比例中的床层平直度达到80％时，便进行热修复，其中平直度的定义为总床面积减去在炉床上形成的齿形凹坑的总面积与总床面积之比例(百分)。在热修复之前最大齿形凹坑的大小，直径约为500mm，深度为35mm。表2表示了在热修复过程中用床层材料填充移动床上的齿形凹坑所需要的时间。
在对比例中，移动床表面的热修复是通过加热、还原和熔化床材料等工序。因而需要延长时间进行热修复。相反，当这些齿形凹坑填盖以炉床材料的附聚团粒后使床温达到操作温度时，在实施例2中的操作便能重新开始。
由于移动床的热修复必须在紧急情况下进行，所以可以使用由铁矿粉和含碳材料所组成的铁氧化物丸粒。可以向铁矿粉中加入30％重量或以下的含碳材料。在这种情况下，燃烧器的点火是在空气比例为0.6或以上，以便形成无铁矿粉的还原的炉床。
表2
实施例3在实施例3中，是在基底耐火材料上形成一层主要由氧化镁组成的中间层2，在中间层2上再制作炉床成分1。将水加入到具有氧化镁含量为94％或以上和平均粒度为8mm的粉碎的氧化镁熔块中，形成泥浆，将此泥浆涂布到基底耐火材料3上而形成具有厚度为50mm的中间层2。再将炉床成分1构造在氧化镁中间层2上，如实施例1所述。加热还原炉来干燥中间层2和炉床成分1，继续加热来烧结炉床成分1。干燥了的氧化镁中间层是存在于这样的状态下，其中材料是通过蒸去水分而以物理方式粘接在一起。
所得到的炉床是由基底耐火材料3、在其上形成的氧化镁中间层2、及在氧化镁中间层2上形成的炉床成分1组成。即使在操作过程中炉床成分1受到任何作用而熔化，氧化镁中间层2起着阻挡层的作用，可防止由于熔化的炉床材料与基底耐火材料3起反应而形成低熔点材料并因此损坏基底耐火材料3。
虽然上述这此实施方案是使用旋转炉床的还原炉，然而任何其它类型的还原炉都可使用。例如可以使用这样一种还原炉，其中在一个直线移动炉床像皮带传送器那样传动。
权利要求
1．一种制造还原铁烧结块的方法，包括以下各步骤将铁氧化物附聚团粒与含碳材料加入到在移动床炉内移动的移动炉床上，其中通过烧结主要由铁氧化物组成的炉床材料来形成移动炉床和将移动床作为一层成分构制在移动床的基底耐火材料上，以及该移动床在还原步骤中的操作温度下存在于一种半熔化状态；通过加热还原铁氧化物附聚团粒来形成一种还原铁烧结块，同时移动炉床在移动床炉中移动；以及为了收集将还原铁烧结块从移动床炉中卸出。
2．根据权利要求1所述的制造还原铁烧结块的方法，其中一种由氧化镁组成的中间层是设置在基底耐火材料与床层成分之间。
3．根据权利要求1或2所述的制造还原铁块的方法，其中床成分的构制是通过将床层成分的附聚团粒放置在移动床的基底耐火材料上和将床层成分的附聚团粒压平成一层。
4．根据权利要求3所述的制造还原铁烧结块的方法，其中床成分包括含有1-8.5％重量的水的铁矿粉。
5．根据权利要求4所述的制造还原铁烧结块的方法，其中床层成分还包括一种粘合剂。
6．根据权利要求3至5任何一项所述的制造还原铁烧结块的方法，其中移动床层的热修复是通过用炉床成分的附聚团粒填盖在移动床上所形成的凹坑部分。
7．一种还原铁烧结块的制法，包括如下一些步骤将添加有含碳材料的铁氧化物附聚团粒供送到移动床炉中的移动床上；当移动床在移动床炉中移动时，通过加热来还原铁氧化物附聚团粒而形成还原铁烧结块；以及为了收集而将还原铁烧结块从移动床炉中卸出，其中移动床是通过烧结主要由铁氧化物组成的床层材料来形成并且构制在移动床上的基底耐火材料上作为一层，以及在还原步骤中的操作温度下存在于一种半熔融状态。
全文摘要
通过提供一层主要由铁氧化物组成的炉床材料制作在还原炉中的基底耐火材料上而形成一种移动床,然后烧结床层材料使烧结后的移动床在还原步骤中的操作温度下不熔化,与在基底耐火材料上提供一种成形的或无定形的耐火材料相比,这种移动床更加容易制作,具有高的耐久性,并在操作过程中能保持床表面的平整性。
文档编号F27B9/00GK1287609SQ99801913
公开日2001年3月14日 申请日期1999年11月1日 优先权日1998年11月4日
发明者松下浩一, 立石雅孝, 田中英年, 原田孝夫 申请人:株式会社神户制钢所