[发明专利]生产金属铁的中间体、其制造方法及设备

说明书

技术领域

本申请是申请号为97194517.9的中国专利申请的分案申请。

本发明涉及一种获得金属铁的方法，按该法通过用含碳物料作还原剂，经加热使含在铁矿石等物中的氧化铁经受还原。本发明更具体说是涉及一种生产高纯金属铁的有效方法，按该法，铁的氧化物被有效地还原成金属铁，而含于铁的氧化物源如铁矿石中的包括脉石等物的渣组分同时被熔化，并与金属铁完全分离，本发明还涉及于本发明的工业化生产金属铁的方法和设备。

背景技术

生产直接还原铁的常规方法是用还原性气体将含氧化铁的铁矿石或球团直接还原而得到还原铁，以Midrex法为代表的竖炉法是一个例子。在这种类型的生产直接还原铁的方法中，由天然气等物制成的还原气体强制地从位于竖炉底部的风咀进入竖炉，以还原铁的氧化物，从而得到还原铁。

近年来，特别使人感兴趣的一种生产还原铁的方法是用诸如煤之类的碳质物料取代天然气。这种方法已被付诸实践，而且被叫做SL/RN法，按该法，用煤作还原剂，通过加热使经焙烧的用铁矿石制的球团还原。

US.3,443,931公开了另一种生产还原铁的方法，按此法，将粉碎的铁矿石和粉碎的煤的混合物烧结，然后通过在回转炉中于高温气氛中加热使这种经烧结的物料还原，结果得到还原铁。

用上述方法制得的还原铁作为铁源直接地，或以压块的形式加到电炉中。由于近年来回收利用的废钢的趋势增长，所以对还原铁特别感兴趣，这里因为它可用作废钢中所含杂质的稀释剂。

但是，常规方法不包括将含于铁矿石等物和碳质物料(如煤等物)中的成渣组分如SiO₂、Al₂O₃及CaO与所产生的铁水分离。因而，所得的还原铁含铁量相当低(金属铁中的铁纯度低)。在实际生产中，这些渣组分是在后续的精炼过程中被分离和去除的。但渣量增加不仅降低了精炼铁水的产率，而且还增加了电炉的运行成本。因而，要求还原铁是富铁的，而且渣组分的含量相当低。为满足这些要求，则上述的生产还原铁的常规方法就必须采用富铁的铁矿石，这就使得对炼铁原料的选择性变窄。

另外，上述常规方法的目的是要获得作为炼铁工序中的中间产物的经还原的固体产物。因而，在将还原铁送往下一精炼过程之前，就需如运输、贮存、形成团块及冷却等附加步骤。这些步骤包括大量的能量损失，而造块步骤需要过量的能量及特殊的装备。

此外，熔融还原法如DIOS法是已知的，按该法将铁的氧化物直接还原而得到铁水。按此法，将铁矿石预还原至约30-50％的铁纯度，然后在铁熔池中使铁水经受碳的直接还原反应，从而得到金属铁。但此法有些问题：由于需要两个步骤，即在熔池中的预还原和终还原，所以使作业变得复杂，此外，由于铁熔池中的熔融的铁的氧化物(FeO)与炉子的耐火材料直接接触，从而使耐火材料明显受损。

日本专利公开56-19366公开了一种方法，其中通过加热，使金属氧化物、固体碳质材料和造渣材料的烧结块还原，从而将被还原的金属封在渣壳之中，同时又保持烧结块的形状，然后熔化渣壳，以使金属与渣分离。这种方法必须产生足量的渣来将被还原的金属铁完全封住，以防金属铁再氧化。因而必须增加造渣材料的含量。此外，此法可能生成FeO含量相当高的渣，这样，在实际应用中，就产生了明显损坏设备耐火衬的严重问题。

因此，获得一个生产含渣组分相当低的金属铁的方法是十分重要的，因为此法为金属铁产品增加了更多的价值，降低了电炉的运行费用，及提供了对原材料的灵活选择。

由于含大量氧化铁的渣熔化耐火材料，为将耐火材料的损坏保持最小，因此在工业上能实施这种炼铁工艺，即在还原过程中能减少伴生的渣中的氧化铁含量的炼铁工艺是十分重要的。

发明内容

鉴于以上所述完成了本发明。本发明的目的在于提供一种用于炼铁的方法和设备，按该法和设备中，能容易和有效地用铁含量相当低或相当高的铁矿石生产固态或液态的并且很纯的金属铁，并不会因熔融的氧化铁与炉子的耐火材料直接接触而损坏耐火材料。

按照本发明的炼铁方法，通过加热使与碳质还原剂一起被压制的铁的氧化物还原，从而得到金属铁，该法有如下几种情况：

(1)借助于因加热而发生的还原，产生和形成含金属铁的外壳。通常这种还原持续到该壳中基本上无氧化铁存在为止，而在此期间，渣在壳中聚集。

(2)借助于因加热而发生的还原，产生和增大金属铁外壳，这种还原持续到壳中基本上无氧化铁存在为止，而加热则还要持续到使产生于此壳中的渣自壳中流出为止。