[发明专利]生产还原铁的方法

说明书

本发明涉及一种生产还原铁的方法，用含碳还原剂如焦碳将氧化铁如铁矿石热-还原得到固态还原铁，或进一步将其加热，从而从金属铁中分离造渣成分如炉渣而得到粒状金属铁。

众所周知，在类似本发明的生产还原铁的方法中，将含有如铁矿石的氧化铁源和焦碳的原料粉末制成小球，并将未干燥状态的原料附聚物装入使生球加热-还原的热还原炉，继而进行干燥及热还原来生产还原铁。虽然该方法具有的优点是可省略干燥原料附聚物所需的设备或时间，但它在热还原区域之前需要预热区来用作干燥区，这必然使整个炉子扩大。它还需要准备屏蔽构件如幕墙，以便阻隔高温气流从热还原区流向预热区，从而使炉子的结构复杂化，导致增加设备成本的问题。

众所周知，将装入炉膛的原料层做成脊形延伸的形状，可扩充原料层的表面积而提高加热效率。然而在该方法中，即使原料小球具有10～20mm的中等到大的颗粒大小，传向小球的燃烧热或辐射热的传热速度是低的，全部形成脊形的小球仅堆叠数层，仍不能一定得到充分的传热效果。此外还了解在热还原中间脊形上开槽可提高加热效率。然而，在颗粒尺寸大的小球的中间叠层部分开槽引起小球的破损，而导致还原铁产量的降低。

此外还建议将原料粉末形成不规则形送入炉膛。然而与使用附聚物比较，此方法的传热性或还原反应性相当差，这是由于原料的最大堆积厚度大，且原料粉末中氧化铁源和含碳原料仅是混合在一起，没有紧密地相互接触。

在这些方法中，原料混合物通常被造型成具有直径大约10mm或10mm以上的附聚物，再将附聚物送入热还原炉的炉膛并加热-还原。为了有效地进行还原反应，具有如此大直径的原料附聚物被暴露于大约1300℃或1300℃以上的高温，在其中包含的湿气或挥发性成分影响下，这些原料附聚物往往破裂。因此，在大部分情况下是将原料附聚物预热，并然后装入热还原炉。

此外，通常不容易制成尺寸大的原料附聚物小球，因为这不仅导致制球设备或干燥设备所需的成本增加，而且增加生产成本。为了在干燥后稳定地保持形状可使用粘合剂。然而，粘合剂混合量过多往往阻碍附聚物中氧化铁源和含碳原料的均匀分散，还引起影响热还原反应效率的顾虑。也有建议省去干燥及将附聚物以生球状态供入热还原炉。然而不能说这种方法可在工业规模上实际应用，因为生球强度低，而且往往由于小球的相互粘附而引起堵塞，或粘附在进料器的进料斗上使其操作性能变差。

上述方法得到的还原铁具有的Fe纯度低，因为其中包含大量的炉渣成分，炉渣成分来自原料铁矿石中包含的脉石成分，及需要在后面的精炼处理过程中处理除去此炉渣成分。另外，这些方法得到的还原铁在贸易中缺乏作为铁源的可操作性，因为它是海绵状的并容易破裂。为了改进这些缺点，这种海绵状还原铁必须被处理成类似煤砖的压坯，这需要额外的设备。

因此，建议在还原铁热还原后接着将所生产的金属铁熔融，并使熔融的金属铁凝结，同时分离副产物炉渣成分，而得到粒状金属铁。然而在该方法中，对考虑到原料附聚物的尺寸等，如何有效地生产粒状金属铁未能进行必要地充分的试验。

本发明的一个目标是提供一种方法，该方法能够稳定及有效地进行原料的附聚、干燥和热还原，及进一步熔融和凝结，特别是通过适当地设定原料小附聚物的尺寸或层数，由含有氧化铁源和含碳还原剂的原料生产固态还原铁(粒状金属铁、含有炉渣的还原铁)。

换言之，根据本发明的一种生产还原铁的方法包括：将含有含碳还原剂和含氧化铁原料的原料混合物附聚成小附聚物，将该小附聚物装入还原炉，并在还原炉中使小附聚物加热，从而固态还原小附聚物中的氧化铁，生产固态还原铁。

在上述生产还原铁的方法中，小附聚物主要地由那些具有颗粒大小小于6mm、或颗粒大小为3mm或大于3mm及小于6mm的的颗粒组成，并且该小附聚物装入的高度为2～5层。

在上述生产还原铁的方法中，小附聚物主要地由那些具有颗粒大小小于3mm的颗粒组成，及该小附聚物装入还原炉炉膛的高度为3层或大于3层。

在上述生产还原铁的方法中，该小附聚物主要地由那些具有颗粒大小为3～7mm的颗粒组成，及该小附聚物相互交迭地装入还原炉炉膛，其厚度为10～30mm。

在上述生产还原铁的方法中，该小附聚物水平地装入，并具有3～5层的高度。

在上述生产还原铁的方法中，小附聚物未经干燥装入还原炉；小附聚物至少在其表面干燥之后装入炉膛；装入还原炉炉膛的小质量层(small mass layer)的表面形成高峰部分和低谷部分；在还原炉炉膛中放置粉状含碳原料之后装入小附聚物；或者小附聚物与粘附于其表面的含碳原料一起装入炉膛。